Что такое компаратор
Компаратор (от латинского слова compare — «сравниваю») представляет собой специализированный измерительный прибор, основная задача которого — точное сравнение измеряемой величины с заранее известным эталонным значением. К классическим примерам таких устройств можно отнести равноплечие весы для сравнения масс или потенциометр для сравнения электрических напряжений.
Классификация компараторов
В зависимости от принципа действия и используемой физической величины, компараторы принято подразделять на несколько основных типов:
- Оптические — используют световые волны и явление интерференции для сверхточных измерений.
- Электрические — сравнивают электрические параметры, такие как напряжение или ток.
- Пневматические — работают на основе сравнения давлений или расходов воздуха.
- А также другие, более специализированные виды.
Области применения
Сфера использования компараторов чрезвычайно широка. Эти приборы незаменимы для поверки и калибровки линейных мер (например, концевых мер длины), точных измерений напряжения переменного тока, оценки напряженности электромагнитных полей, а также в колориметрии — для сравнения цветов окрашенных растворов.
Исторический пример: интерференционный компаратор Кестерса
В машиностроительной отрасли Советского Союза в период 1960–1980-х годов широкое распространение получил интерференционный компаратор Кестерса. Принцип его работы основан на явлении интерференции света. В приборе пучок монохроматического света (одной определенной длины волны) разделяется наклонной пластинкой на два независимых луча.
Один луч отражается частично от стеклянной пластинки, а частично — от поверхности проверяемой мерной плитки. Второй луч направляется на эталонное зеркало. После серии отражений оба пучка вновь сводятся вместе и, взаимодействуя, создают интерференционную картину — систему светлых и темных полос. Наблюдая эту картину через специальную щель, оператор видит, как полосы на поверхности стола и плитки смещены друг относительно друга. Величина этого сдвига с высочайшей точностью указывает на разницу в длинах, выраженную в долях длины световой волны.
Для получения абсолютного значения размера плитки измерения повторяют для света с тремя другими длинами волн (разных цветов спектра). Комбинируя полученные дробные доли и имея приблизительное представление об измеряемом размере, можно вычислить его истинное значение с исключительной точностью.
Современное состояние и другие типы компараторов
Сегодня классические компараторы Кестерса на российских машиностроительных предприятиях практически вытеснены более современными и точными лазерными компараторами. Однако в других научных и инженерных областях продолжают использоваться их специализированные «собратья»:
- Стереокомпараторы — в картографии для обработки аэрофотоснимков и создания трехмерных моделей местности.
- Спектрокомпараторы и блинк-компараторы — в астрономии для детального сравнения спектров звезд или поиска изменяющихся объектов на астрофотографиях.
Таким образом, компаратор остается важнейшим инструментом в арсенале метрологов и исследователей, обеспечивающим эталонную точность измерений в самых разных отраслях науки и техники.