Чтобы изготовить авиационный двигатель, нужно выполнить более 100 тыс. технологических операций. И почти половина их связана с измерениями. Измерения — неотъемлемая часть современного производства. Только у нас в стране ежедневно выполняются несколько миллиардов различных измерений, которыми заняты миллионы человек. Уровень развития измерительной техники стал одним из важнейших показателей научно-технического прогресса.
С давних пор измерения служат основным источником объективной информации об окружающем мире. Получая с их помощью количественную характеристику физических объектов и явлений, ученые раскрывали действующие в природе закономерности.
Измерить — это значит найти с помощью специальных технических средств значение некоторой физической величины. При этом ее сравнивают с однотипной величиной, принятой за единицу. Выражаемое числом отношение этих величин есть результат измерения. Технические устройства, при помощи которых осуществляют это сравнение, называют средствами измерения. К ним относятся измерительные приборы, контрольно-измерительный инструмент.
Огромно число измеряемых величин. Бывают измерения линейные, угловые, оптические, механические, акустические, электрические, теплофизические, физико-химические, магнитные, радиоизмерения, измерения частоты, времени и излучений. Но по способу получения результата все они делятся на прямые и косвенные. Взвешивая груз на весах, определяя длину тела масштабной линейкой, измеряя силу тока амперметром или электрическое напряжение вольтметром, мы находим искомое значение величины непосредственно в опытных данных, по показаниям приборов. Это прямые измерения.
Однако не всегда можно провести прямое измерение величины. Поэтому нередко прибегают к косвенному измерению, при котором значение величины вычисляют по известной зависимости между нею и другими, непосредственно измеряемыми величинами. Так определяют, например, объем куба по измерению его ребра.
Косвенным измерением определяют сопротивление электрического проводника при помощи амперметра и вольтметра.
В повседневной жизни мы постоянно пользуемся измерительными приборами — часами, измеряющими время, электрическим счетчиком, термометром на стене или за окном.
При измерении какой-либо величины ее надо преобразовать в количественное показание. Например, при измерении температуры тела термометром используется тепловое расширение тел для отсчета градусов на шкале.
Преобразование величин при измерении происходит в термометрах, манометрах, амперметрах, вольтметрах, циферблатных весах — все это приборы прямого действия. В них измеряемая величина превращается специальным устройством в сигнал, способствующий перемещению подвижной части прибора с указателем.
В приборах сравнения измеряемая величина сравнивается с некоторой известной величиной. Так работают рычажные весы — один из наиболее древних измерительных приборов; здесь вес груза сравнивается с весом гири. Сравнение происходит путем уравновешивания, компенсирования. Поэтому рычажные весы относят к приборам с компенсированной схемой. В них измеряемая величина — вес тела — уравновешивается, компенсируется противодействием другой величины, известное значение которой и дает результат измерения.
Но есть величины, которые не обладают энергией и не могут сами по себе производить никакого действия, например длина, угол, объем, концентрация вещества, емкость конденсатора. Их невозможно сравнивать путем компенсации.
Для измерения подобных величин применяют совсем иную схему. Те же самые рычажные весы можно приспособить для сравнения двух длин. Если одно плечо — это измеряемая длина, то значение ее можно установить по известной длине другого плеча, которое его уравновешивает при одинаковых грузах на чашах весов. Таков принцип работы прибора с мостовой схемой. В нем сравниваются какие-то действия, производимые одновременно на измеряемую и известную величины. При равенстве значений этих величин встречно направленные действия взаимно погашаются. Так измеряют электрические, гидравлические сопротивления и др.
Результат измерения проще всего фиксировать, наблюдая за перемещениями стрелки прибора или какого-нибудь другого указателя. Такие приборы называются показывающими. В последние годы широкое распространение получили показывающие приборы с цифровыми отсчетными устройствами, например обычные электрические счетчики.
Однако такая подача результатов измерения не всегда целесообразна. Так, стрелки приборов сейсмической службы долгое время могут оставаться неподвижными. И только после внезапного подземного толчка они совершают резкий скачок и возвращаются в первоначальное положение. В этих случаях используют не показывающие, а самопишущие и печатающие приборы. Запись, сделанная прибором, — это объективный и долговечный результат научного эксперимента, заводского испытания или медицинского обследования.