Современное производство, например, создание авиационного двигателя, требует выполнения десятков тысяч технологических операций, причём почти половина из них напрямую связана с проведением измерений. Это подчёркивает, что измерения стали неотъемлемой частью промышленности. Ежедневно в нашей стране выполняются миллиарды различных замеров, в которых задействованы миллионы специалистов. Уровень развития измерительной техники сегодня является одним из ключевых индикаторов научно-технического прогресса.
Историческое и научное значение измерений
С древнейших времён измерения служили основным источником объективных данных об окружающем мире. Получая количественные характеристики физических объектов и явлений, учёные могли раскрывать фундаментальные закономерности природы, что стало основой для развития всех естественных наук.
Что такое измерение и средства измерения?
Измерить физическую величину — значит с помощью специальных технических средств найти её численное значение, сравнив с однородной величиной, принятой за единицу. Отношение этих величин, выраженное числом, и является результатом измерения. Технические устройства, используемые для такого сравнения, называются средствами измерения. К ним относятся разнообразные измерительные приборы и контрольно-измерительный инструмент.
Классификация измерений: прямые и косвенные
Существует огромное множество измеряемых величин: линейные, угловые, оптические, механические, электрические и многие другие. Однако по способу получения результата все измерения делятся на два основных типа.
Прямые измерения — это когда искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных. Примеры: взвешивание груза на весах, определение длины линейкой или измерение силы тока амперметром.
Косвенные измерения применяются, когда прямое измерение невозможно или нецелесообразно. В этом случае значение нужной величины вычисляют по известной математической зависимости между ней и другими, непосредственно измеряемыми параметрами. Так, объём куба находят, измерив длину его ребра, а электрическое сопротивление проводника определяют с помощью амперметра и вольтметра, используя закон Ома.
Принципы работы измерительных приборов
В быту мы постоянно сталкиваемся с измерительными приборами: часами, термометрами, электросчётчиками. Любое измерение требует преобразования физической величины в понятное количественное показание.
Приборы прямого действия (термометры, манометры, амперметры) преобразуют измеряемую величину в сигнал, который вызывает перемещение указателя (например, стрелки) по шкале.
Приборы сравнения (компенсационные) работают иначе. В них измеряемая величина сравнивается с известным эталоном. Классический пример — рычажные весы, где вес груза компенсируется (уравновешивается) весом гирь. Измеряемая величина здесь определяется по значению компенсирующей её известной величины.
Однако не все величины (например, длина, угол, электрическая ёмкость) обладают энергией для прямого компенсирующего действия. Для их измерения используют мостовые схемы. В таких приборах сравниваются эффекты, производимые измеряемой и известной величинами. При равенстве значений эти встречные эффекты взаимно погашаются (уравновешиваются), что и фиксируется прибором. Этот принцип лежит в основе измерения электрических сопротивлений, ёмкостей и других параметров.
Способы отображения результатов
Самый простой способ фиксации результата — визуальное наблюдение за перемещением стрелки или другого указателя. Такие устройства называются показывающими приборами. В современной технике широко распространены показывающие приборы с цифровыми дисплеями.
Однако в ряде случаев непрерывная визуальная индикация нецелесообразна. Например, приборы сейсмической службы могут долгое время не показывать изменений, а регистрировать лишь редкие и резкие события — подземные толчки. Для таких задач применяют самопишущие и печатающие приборы. Они создают объективную и долговечную запись (график, цифровую распечатку) результатов эксперимента, испытаний или медицинской диагностики, что крайне важно для последующего анализа.