Metody pomiarowe - klasyfikacja
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
METODY POMIAROWE
1. Definicja
Metoda pomiarowa – sposób porównywania wielkości mierzonej z wielkością wzorcową zastosowany w pomiarach
2. Podział metod
Ze względu na rodzaj wielkości biorących udział w pomiarze:
a) metody bezpośrednie,
b) metody pośrednie.
1. Metoda pośrednia
Metoda pomiaru jest pośrednia, jeśli wartość wielkości mierzonej wyznaczamy na podstawie bezpośredniego pomiaru innych wielkości związanych z wielkością mierzoną znaną zależnością
Chcąc zmierzyć wielkość x zdefiniowaną równaniem
(1)
mierzymy bezpośrednio wielkości A, B, C, ..., a wielkość mierzoną x wyznaczamy według równania definicyjnego (1).
1.1. Metoda bezwzględna
M.b - metoda pośrednia, w której równanie definicyjne metody pośredniej jest równaniem definicyjnym tej wielkości.
Przykład: pole prostokąta zdefiniowane jako iloczyn długości boków, ciśnienie płynu jako iloraz siły F działającej na powierzchnię S. Do definicji najczęściej stosujemy wielkości podstawowe odtwarzalne najdokładniej. Dokładność pomiaru metodą bezwzględną jest z reguły największa.
Rys. 2. Przykłady metod pośredniej (a) i bezwzględnej (b)
2. Metoda bezpośrednia
Metoda jest bezpośrednia, jeśli wielkość mierzona i wielkość wzorcowa są tego samego rodzaju, a wynik pomiaru jest podany w wartościach wielkości mierzonej.
Metody bezpośrednie: wychyłowa i zerowa.
2.1. Metoda wychyłowa. Przyjmujemy, że przyrząd pomiarowy w chwili pomiaru reprezentuje zbiór wzorcowy W, mimo że nie jest wzorcem i nie zawiera wzorców.
Zbiór wzorcowy W jest uporządkowany na osi liczbowej w postaci skali albo jako zbiór skwantowany, dyskretny w postaci pola odczytowego, składającego się ze skończonej liczby elementów.
- 11 -
ZMiSP PP
Wartość wielkości mierzonej x wyznaczamy na podstawie miejsca x w uporządkowanym zbiorze znanej wielkości W.
§ W przyrządach analogowych miejsce elementu x jest określone przez położenie wskazówki względem podziałki stanowiącej znany, uporządkowany zbiór W.
§ W przyrządach cyfrowych przez numer miejsca lub odpowiadającą mu wartość odczytaną na polu odczytowym przyrządu.
Wskazania przyrządu wychyłowego jest równoznaczne z odłożeniem na osi liczbowej punktu , - wskazanie przyrządu.
Miejsce elementu x określa nierówność
(2)
Czynności pomiarowe.
· Należy doprowadzić wielkość mierzoną do przyrządu, odczytać wskazanie przyrządu pomiarowego i opracować wynik pomiaru.
· Między wynikiem odczytu wskazania a wynikiem pomiaru x zachodzi istotna różnica.
Rys. 3. Przykłady przyrządów wychyłowych: a) termometr szklany; b) czujnik
wilgotności powietrza z miernikiem cyfrowym
2.2. Metoda różnicowa - jest modyfikacją metody wychyłowej na zakresy bezzerowe, tzn. nie zawierające wartości zero wielkości mierzonej.
Metoda różnicowa polega na odjęciu od wielkości mierzonej x znanej wartości xp i pomiarze metodą wychyłową różnicy x – xp.
Wielkość xp to wielkość porównawcza. Zwykle .
Pomiar metodą różnicową jest równoznaczny z odłożeniem na osi liczbowej zbioru W1 wartości x – xp (rys. 5). Wskazanie miernika ma wartość . Przez przekształcenie zbioru W1 w zbiór wielkości otrzymujemy wartość
(3)
Miernik wychyłowy mierzący różnicę x – xp, można tak wzorcować, by dawał wynik w wartościach wielkości mierzonej x, wówczas zakres pomiarowy nie zawiera wartości zerowej, lub w wartościach różnicy x – xp.
W przyrządzie muszą występować:
- źródło wielkości porównawczej,
- elementy realizujące matematyczną operację odejmowania wielkości porównawczej.
Ciśnieniomierz różnicowy zwany U-rurką. Rurka szklana w kształcie litery U o przekroju poprzecznym S jest napełniona do połowy cieczą: wodą lub rtęcią. Ciśnienia , i działają na słupek cieczy z siłą . Działanie siły F jest równoważone przez siłę ciężkości słupka cieczy o długości , , przy czym g - przyspieszenie ziemskie, - gęstość cieczy - , - gęstość cieczy manometrycznej, - gęstość płynu nad cieczą.
Jeśli nad cieczą jest gaz, to , jeśli woda, to ).
W stanie równowagi otrzymuje się wskazanie albo .
Rys. 6. Przykłady przyrządów różnicowych: a) ciśnieniomierz typu U-rurka; b) przetwornik indukcyjnościowy z otwartym obwodem magnetycznym do pomiaru przemieszczenia; c) układ pomiarowy przetwornika; d) charakterystyki cewek
Dwie jednakowe cewki (rys. 6b) mają indukcyjności L1(x), L2(x). Wewnątrz cewek jest umieszczony rdzeń z materiału ferromagnetycznego (magnetycznie miękkiego) sprzęgnięty sztywno z elementem, którego przemieszczenie x chcemy mierzyć. Indukcyjność L cewki zależy od położenia rdzenia. Indukcyjność jest największa, gdy rdzeń jest w środku cewki. Do pomiaru x wykorzystujemy zakres między maksimami zależności L(x). Przy zmianie x indukcyjność L1(x) maleje, L2(x) zwiększa się, wskutek czego zależność ma dwukrotnie większe nachylenie niż L(x). Operację odejmowania realizujemy w układzie mostka niezrównoważonego, a miarą przemieszczenia x jest wskazanie woltomierza.
2.3. Metoda zerowa. W metodzie zerowej przyrząd zawiera wzorzec jedno lub wielomiarowy (odtwarzający N stanów) albo o wartości w zmienianej w sposób ciągły. Wzorzec powinien być sterowany tak, aby można było wybrać żądaną wartość w.
Metoda zerowa to taka metoda pomiarowa, w której różnicę dwóch wielkości mierzonej x i znanej w doprowadza się do zera.
Miarą wielkości x jest wówczas wartość wielkości w. Pomiar jako przyporządkowanie wielkości mierzonej x ze zbioru X znanej wartości w ze zbioru W polega na badaniu różnicy tych wielkości i takiej zmianie wielkości wzorcowej, aby różnica była równa zeru.
Czynności badania różnicy i sprowadzania jej do zera (równoważenie), są rozdzielone na dwa elementy przyrządu:
- detektor,
- urządzenie równoważące UR.
Detektorem jest taki element lub zespół elementów, który po doprowadzeniu doń różnicy ...
quillis