O que é medição direta e indireta. Medições indiretas

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MEDIDAS E PESAGEM. As medições são usadas para obter uma descrição precisa, objetiva e facilmente reproduzível de uma quantidade física. Sem fazer medições, é impossível caracterizar quantitativamente uma quantidade física. Definições puramente verbais de “baixa” ou “alta” temperatura, “baixa” ou “alta” tensão são inadequadas, pois não contêm comparação com padrões conhecidos e, portanto, refletem apenas opiniões subjetivas. Ao medir uma grandeza física, um determinado valor numérico é atribuído a ela.

Medidas fundamentais e derivadas.

As medidas fundamentais incluem aquelas que são diretamente comparadas com padrões primários de massa, comprimento e tempo. (Recentemente, padrões de carga elétrica e temperatura foram adicionados a eles.) Assim, o comprimento é medido usando uma régua ou paquímetro, o ângulo usando um transferidor ou teodolito, a massa usando escalas de alavanca de braço igual, etc. Um número que mostra quantas vezes o padrão correspondente (ou sua unidade múltipla) “cabe” no valor medido e é uma medida fundamental desse valor.

As medições derivadas incluem aquelas que envolvem unidades físicas secundárias ou derivadas, como área, volume, densidade, pressão, velocidade, aceleração, momento, etc. A medição de tais quantidades derivadas é acompanhada por operações matemáticas com unidades básicas ou fundamentais. Portanto, ao medir (determinar) a área de um retângulo, primeiro meça a base e a altura e depois multiplique-as. A densidade de uma substância é determinada dividindo sua massa pelo seu volume (que, por sua vez, é uma quantidade derivada). O cálculo da velocidade média envolve medir a distância percorrida por unidade de tempo. Na realização de medições derivadas, via de regra, são utilizados instrumentos calibrados diretamente em termos das grandezas a serem medidas, o que dispensa a necessidade de quaisquer cálculos matemáticos. Assim, a equação matemática correspondente está “contida” no próprio dispositivo.

Medições diretas e indiretas.

Dependendo do método de obtenção dos dados quantitativos, as medições são divididas em diretas e indiretas. Nas medições diretas, a grandeza medida é expressa nas mesmas unidades do padrão utilizado para as medições. Por exemplo, em escalas de alavanca de braços iguais, uma massa desconhecida é comparada com uma massa de referência e uma régua é usada para determinar o comprimento desconhecido em termos da referência. Por outro lado, o resultado da medição da temperatura com um termômetro é a altura da coluna de líquido que preenche o tubo de vidro. Este método indireto de medição de temperatura assume uma relação linear entre os incrementos de temperatura e a altura da coluna de mercúrio ou álcool no termômetro.

As medições indiretas são realizadas por meio de sensores, que por si só não são instrumentos de medição, mas atuam como conversores de informações. Por exemplo, um sensor piezoelétrico de titanato de bário gera tensão elétrica alterando suas dimensões sob carga mecânica. Portanto, medindo esta tensão, é possível determinar grandezas puramente mecânicas como deformações, momentos ou acelerações. Outro extensômetro converte o movimento mecânico (extensão, contração ou rotação) em uma mudança na resistência elétrica. Isto significa que medindo o último valor, é possível determinar indiretamente, mas com alta precisão, características mecânicas como forças de tração e compressão ou momento de torção. A resistência elétrica de um fotorresistor de sulfeto de cádmio diminui quando o sensor é irradiado com luz. Portanto, para determinar a quantidade de iluminação percebida pelo sensor, basta medir sua resistência. Alguns óxidos metálicos sensíveis à temperatura, chamados termistores, exibem mudanças perceptíveis na resistência elétrica conforme a temperatura muda. Neste caso, também é suficiente medir a resistência elétrica para determinar o valor da temperatura. Um tipo de medidor de vazão torna possível converter o número linearmente relacionado de revoluções de um rotor girando em um campo magnético constante em vazão.

Dispositivos de medição lineares e não lineares.

O tipo mais simples de sensor de medição é um dispositivo “linear”, no qual a informação de saída (leitura do dispositivo) é diretamente proporcional à informação de entrada percebida pelo dispositivo. Como exemplo, considere uma fotocélula de emissão (com efeito fotoelétrico externo), que consiste em dois eletrodos feitos de metais puros (um deles é fotossensível). Os eletrodos são colocados em um tubo de vidro a vácuo e conectados a uma fonte de corrente contínua, cuja diferença de potencial pode ser variada. Um microamperímetro calibrado em unidades de iluminação está conectado a este dispositivo. Esse dispositivo combinado é um fotômetro fotoelétrico, para o qual a quantidade medida é a luz e a saída é a corrente elétrica. Quanto maior a iluminação (com uma diferença de potencial constante entre os eletrodos), maior será o número de elétrons emitidos pelo fotocátodo (eletrodo negativo). A característica de desempenho deste dispositivo é essencialmente linear em uma ampla faixa de valores de iluminância e, portanto, possui uma escala uniforme.

Um exemplo de dispositivo substancialmente não linear é um ohmímetro, que é usado para medir a resistência elétrica em suas próprias unidades (Ohms). O dispositivo contém um sensor de corrente elétrica altamente sensível com uma bateria em miniatura e um resistor de proteção, conectados em série. Como a curva de corrente versus resistência em tensão constante é uma hipérbole, a relação entre as grandezas de entrada e saída deste dispositivo é significativamente não linear. A escala de tal dispositivo será “esmagada” na faixa de altas resistências (baixas correntes). Este instrumento deve ser cuidadosamente calibrado antes de ser adequado para medir resistências desconhecidas.

Outro exemplo de dispositivo de medição não linear é um sensor termoelétrico (termopar). Num circuito eléctrico composto por dois metais diferentes, cujas juntas (junções) são mantidas a temperaturas diferentes, cria-se uma diferença de potencial, que é tanto maior quanto maior for a temperatura dos chamados. junção "quente". No entanto, se examinarmos a dependência da diferença de potencial com a temperatura para um par de metais ferro-cobre, descobriremos que a diferença de potencial cresce quase linearmente apenas até uma temperatura de 150°C; atinge um máximo a 200° C e depois diminui, tornando-se zero a uma temperatura de cerca de 600° C. Este instrumento de medição também requer uma calibração cuidadosa (em vários valores conhecidos de temperatura e diferença de potencial) para fazer uso adequado de sua característica não linear.

Erros de medição.

Erros sistemáticos.

Não existem medidas ideais. Mesmo que o equipamento de medição seja concebido e fabricado da melhor forma possível, ainda assim introduzirá certos erros sistemáticos (constantes). Erros sistemáticos incluem instalação incorreta do ponto de referência, calibração incorreta da escala do instrumento, erros causados ​​por imprecisão no passo do parafuso de avanço ou desigualdade nos comprimentos dos braços da balança, erros causados ​​por folga das caixas de engrenagens, etc. Portanto, se você medir um determinado comprimento usando uma haste métrica, que na verdade é um pouco menor que um metro, todas as medições desse comprimento conterão um erro sistemático. Você pode aceitar esse erro ou tentar reduzi-lo usando um dispositivo de medição mais avançado. Porém, no caso de caixas de câmbio, por exemplo, reduzir a folga na malha a um valor mínimo para reduzir o erro sistemático de medição pode levar a um aumento nas forças de atrito a valores tais que a caixa de câmbio não será capaz de operar.

Erros aleatórios.

Também existem erros aleatórios. Estes incluem, por exemplo, erros introduzidos por vibrações em testes de laboratório, transientes em circuitos elétricos ou ruído térmico em tubos de vácuo. Tais erros não podem ser previstos antecipadamente e são difíceis de estimar teoricamente. A redução da influência de erros de medição aleatórios é alcançada por medições repetidas e (após descartar resultados errôneos) pelo cálculo do valor médio.

Erros do observador.

Erros do observador, ou erros subjetivos, surgem de erros na avaliação da situação pelo observador. Atraso no início ou parada do cronômetro, tendência a superestimar ou subestimar os resultados, erros na interpretação das escalas e desvios dos ponteiros, erros nos cálculos manuais, etc. todos esses são exemplos de erros do observador que afetam a precisão da determinação das grandezas medidas. Como os resultados de medições do mesmo valor costumam ser agrupados em torno de um determinado valor central, em relação ao qual os desvios em uma e na outra direção são aproximadamente iguais, então a partir desses resultados é necessário determinar o valor médio, o provável erro de uma única medição e o provável erro dos significados médios calculados. Os resultados de medição que se desviam muito do valor médio são considerados errôneos e descartados antes do procedimento de cálculo da média.

Erros causados ​​por influências externas.

Ao trabalhar com padrões secundários ou “de trabalho”, bem como com outros instrumentos de medição, podem surgir alguns erros específicos devido a influências externas. (Tais erros são cuidadosamente controlados e reduzidos ao mínimo nos padrões primários, que são armazenados com todos os cuidados para garantir sua imutabilidade.) Assim, o valor do padrão de resistência disponível no laboratório pode ser afetado por alterações na umidade do ar ou na frequência. da corrente elétrica que passa por ele, estresse mecânico aplicado ao resistor. As medições usando um padrão de capacitância secundária podem conter erros de alta frequência, variações devido à perda dielétrica e resistência de vazamento, e erros devido a mudanças de temperatura. Erros de instrumentos incluem fenômenos de atraso e histerese em barômetros aneróides, resposta excessivamente lenta de alguns manômetros Bourdon, etc. O experimentador deve estar ciente dos erros específicos aos quais seus instrumentos estão sujeitos e tomar as medidas adequadas para corrigir ou reduzir os efeitos desses erros, melhorando as técnicas de medição ou melhorando o design do instrumento.

Medições diretas

Medição direta

Medição direta- esta é uma medição em que o valor desejado de uma grandeza física é encontrado diretamente a partir de dados experimentais como resultado da comparação da grandeza medida com os padrões.

  • medindo o comprimento com uma régua.
  • medir a tensão elétrica com um voltímetro.

Medição indireta

Medição indireta- uma medição na qual o valor desejado de uma quantidade é encontrado com base em uma relação conhecida entre essa quantidade e as quantidades submetidas a medições diretas.

  • Encontramos a resistência do resistor com base na lei de Ohm, substituindo os valores de corrente e tensão obtidos como resultado de medições diretas.

Medição conjunta

Medição conjunta- medição simultânea de várias quantidades diferentes para encontrar a relação entre elas. Neste caso, um sistema de equações é resolvido.

  • determinação da dependência da resistência com a temperatura. Neste caso, diferentes quantidades são medidas e a dependência é determinada com base nos resultados da medição.

Medição Agregada

Medição Agregada- medição simultânea de várias grandezas com o mesmo nome, em que os valores desejados das grandezas são encontrados resolvendo um sistema de equações que consiste nas medições diretas resultantes de várias combinações dessas grandezas.

  • medir a resistência de resistores conectados em um triângulo. Neste caso, o valor da resistência entre os vértices é medido. Com base nos resultados, as resistências do resistor são determinadas.

Fundação Wikimedia. 2010.

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Livros

  • Métodos e meios de medir a velocidade do som no mar, I. I. Mikushin, G. N. Seravin, O livro contém uma descrição sistemática de métodos modernos e meios baseados em navios para medir a velocidade do som na água do mar. Discute detalhadamente métodos diretos para medir a velocidade do som -... Categoria: Literatura científica e técnica Editora: Construção Naval, Fabricante:

Medidas indiretas são aquelas medidas em que o valor desejado de uma grandeza é encontrado por cálculo baseado na medição de outras grandezas relacionadas à grandeza medida por uma relação conhecida

UMA = f(uma 1, ..., uma m).(1)

O resultado da medição indireta é uma estimativa do valor A, que é encontrado substituindo as estimativas dos argumentos na fórmula (1) e eu.

Como cada um dos argumentos e eué medido com algum erro, então a tarefa de estimar o erro do resultado é reduzida a Para somatório dos erros de medição dos argumentos. Porém, a peculiaridade das medições indiretas é que a contribuição dos erros individuais na medição dos argumentos para o erro do resultado depende do tipo de função A.

Para avaliar os erros, é importante a divisão das medidas indiretas em medidas indiretas lineares e não lineares.

Para medições indiretas lineares, a equação de medição tem a forma

Onde eu - coeficientes constantes para argumentos e eu.

Quaisquer outras dependências funcionais referem-se a medições indiretas não lineares.

O resultado de uma medição indireta linear é calculado usando a fórmula (2), substituindo nela os valores medidos dos argumentos.

Erros de medição de argumentos podem ser especificados por seus próprios limites Da eu ou limites de confiança Da(P) eu com probabilidades de confiança R eu.

Com um pequeno número de argumentos (menos de cinco), uma estimativa simples do erro do resultado DA.é obtido somando os erros máximos (sem levar em conta o sinal), ou seja, substituição de limites D um 1, D um 2, ... , D e eu em expressão

Da 1 + Da 2 + ... + Da m.(3)

No entanto, esta estimativa é desnecessariamente superestimada, uma vez que tal soma significa, na verdade, que os erros de medição de todos os argumentos têm simultaneamente um valor máximo e coincidem em sinal. A probabilidade de tal coincidência é extremamente pequena e praticamente igual a zero.

Para encontrar uma estimativa mais realista, procedem à soma estatística dos erros dos argumentos.

As medições indiretas não lineares são caracterizadas pelo fato de que os resultados das medições dos argumentos estão sujeitos a transformações funcionais. Mas, como mostra a teoria das probabilidades, qualquer transformação funcional de variáveis ​​​​aleatórias, mesmo as mais simples, leva a mudanças nas leis de sua distribuição.

Com uma função complexa (1) e, principalmente, se for função de vários argumentos, encontrar a lei de distribuição do erro do resultado está associado a dificuldades matemáticas significativas. Portanto, em medições indiretas não lineares, não são utilizadas estimativas intervalares do erro do resultado, limitando-se a uma estimativa superior aproximada de seus limites. A base para a estimativa aproximada do erro de medições indiretas não lineares é a linearização da função (1) e o processamento posterior dos resultados da mesma forma que o cálculo é realizado para medições lineares.

Neste caso, a expressão para o diferencial total da função A será semelhante a:

Como segue da definição, o diferencial total de uma função é o incremento de uma função causado por pequenos incrementos em seus argumentos.

Considerando que os erros na medição dos argumentos são sempre pequenos comparados aos valores nominais dos argumentos, podemos substituir os diferenciais dos argumentos em (4) sim, eu em erros de medição Da eu, e o diferencial da função dA- no erro do resultado da medição DA.. Então obtemos

Tendo analisado a dependência (5), podemos formular uma série de regras relativamente simples para estimar o erro do resultado em medições indiretas.

Regra 1. Erros em somas e diferenças.

Se um 1 E um 2 medido com erros Dia 1 E Da 2 e os valores medidos são usados ​​para calcular a soma ou diferença A = Da 1 ± Da 2, então os erros absolutos são somados (sem levar em conta o sinal).

Medição indireta

Medição direta

Medição direta- esta é uma medição em que o valor desejado de uma grandeza física é encontrado diretamente a partir de dados experimentais como resultado da comparação da grandeza medida com os padrões.

  • medindo o comprimento com uma régua.
  • medir a tensão elétrica com um voltímetro.

Medição indireta

Medição indireta- uma medição na qual o valor desejado de uma quantidade é encontrado com base em uma relação conhecida entre essa quantidade e as quantidades submetidas a medições diretas.

  • Encontramos a resistência do resistor com base na lei de Ohm, substituindo os valores de corrente e tensão obtidos como resultado de medições diretas.

Medição conjunta

Medição conjunta- medição simultânea de várias quantidades diferentes para encontrar a relação entre elas. Neste caso, um sistema de equações é resolvido.

  • determinação da dependência da resistência com a temperatura. Neste caso, diferentes quantidades são medidas e a dependência é determinada com base nos resultados da medição.

Medição Agregada

Medição Agregada- medição simultânea de várias grandezas com o mesmo nome, em que os valores desejados das grandezas são encontrados resolvendo um sistema de equações que consiste nas medições diretas resultantes de várias combinações dessas grandezas.

  • medir a resistência de resistores conectados em um triângulo. Neste caso, o valor da resistência entre os vértices é medido. Com base nos resultados, as resistências do resistor são determinadas.

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    Este termo possui outros significados, consulte Medição (significados). Medição é um conjunto de operações para determinar a razão entre uma quantidade (medida) e outra quantidade homogênea, tomada como uma unidade armazenada em técnico... ... Wikipedia

1.Métodos de medição: diretos e indiretos. Direto- quando o próprio valor medido é medido diretamente (medição de temperatura com termômetro de mercúrio) Indireto- quando não é a mudança em si que é medida. e quantidades funcionalmente associadas a ele. (medir U e R e depois calcular I) De acordo com o princípio, os métodos de medição são divididos em: 1Método de avaliação direta(comprimento medido por metro). 2Método de comparação com medida(medição da massa da carga usando pesos padrão) Medir-meios técnicos de alta precisão de medição. 3Método diferencial- com este método, não é o valor de mudança R x em si que é medido, mas seu desvio do valor dado R 0. Para a medição, é utilizado um circuito de ponte especial, que consiste em 4 braços: R x, R 0, R1, R2. No circuito há sempre R 1 = R 2. Resistências de lastro para aumentar a precisão da medição: diagonal da fonte de alimentação do LED, diagonal de medição AB. O circuito de medição está em equilíbrio, ou seja, os potenciais dos pontos A e B são iguais (φ A = φ B) Se a condição R x for atendida R 2 =R 0 R 1 se R x =R 0 o circuito está em equilíbrio. Se Rx difere de R 0 então o potencial t.A difere do potencial t.B diferença de potencial = ∆φ = φ A -φ B (medido pelo dispositivo) .R 0 pode consistir em várias resistências conectadas em série de diferentes tamanhos. Esse dispositivo é chamado de armazenamento de resistência. 4Método nulo- neste método, um galvanômetro é usado como dispositivo de medição, que determina a diferença de potencial na diagonal de medição. Se a resistência medida R x for diferente de R 0, então aparece uma diferença de potencial e movendo o controle deslizante R 0, o galvanômetro mostra 0. De acordo com a posição do controle deslizante e da escala determine o valor de R x . 5Método de compensação(este é um tipo de zero e também chamado de método de compensação de força) A diferença de potencial é amplificada por um amplificador eletrônico e vai para um motor elétrico reversível.O gato começa a mover o controle deslizante R 0 e a seta até os potenciais dos pontos A e B são iguais.

2. O erro de medição é dividido em Absoluto, Relativo e Reduzido. 1. Erro absoluto- a diferença entre os valores da grandeza medida e seu valor real.As leituras de um dispositivo de referência são tomadas como o valor real. ∆ abs =±(A medida -A efetiva). 2 Dado- a relação entre o erro absoluto e o valor normalizado, expresso em %. ∆in = ∆abs /N*100. 3.Relativo- a relação entre o erro absoluto e o valor medido, expressa em %. Os erros podem sistematicamente(determinado pelo design do dispositivo e não depende de fatores externos) aleatório(depende das condições de medição, alterações nos parâmetros ambientais, fonte de alimentação) perder(causado por ações incorretas do operador) Os erros permitidos são limitados pela classe de precisão do dispositivo, que é determinada pelo fabricante e está indicada na escala do dispositivo ou em seu passaporte. A classe de precisão é uma característica generalizada de um dispositivo que limita erros sistemáticos e aleatórios. (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4) o valor da classe de precisão, menor a precisão da medição (um termômetro de mercúrio mostra uma temperatura de 21,5 e o a leitura de um termômetro padrão é 21,9. = ∆ abs / A meas * 100% de erro relativo. K = ∆ abs / N * 100% de erro reduzido.

3.Controle automático(AK)-tarefa é medir os parâmetros de um processo técnico e exibir informações sobre o valor atual do parâmetro usando dispositivos de indicação e registro. Com controle automático, os meios de automação não interferem no controle do processo técnico mesmo em caso de emergência situação é criada.. AK pode ser local e remoto. local Sensores AK e primário Os conversores são instalados diretamente em equipamento técnico... Os dispositivos indicadores podem estar localizados no equipamento, e os registrados nos quadros locais estão localizados no local de trabalho do OTP. O controle remoto simplifica o gerenciamento do processo técnico. No local de trabalho do OTP no painel existem controles remotos para os órgãos reguladores (GLE - a partir deste painel o operador pode alterar a posição do órgão regulador e utilizando o dispositivo deste painel para controlar quanto % o corpo regulador abriu/fechou e usando um dispositivo secundário para observar como mudou o valor do parâmetro controlado. Alarme automático - destina-se a sinalizar desvios de valores de parâmetros em relação a um determinado valor. Há luz e som. Luz (realizada por lâmpadas pneumáticas ou elétricas) Som (campas elétricas, sirenes e berradores). O alarme pode ser tecnológico e de emergência. Tecnológico - avisa o OTP que o parâmetro se desviou da norma. Emergência - o processo técnico está se aproximando do estado de emergência. Sirenes e berradores são usados.

4. Regulação automática. O ACS é projetado para manter o parâmetro regulado em um determinado nível com uma determinada precisão por um longo tempo. O ACS funciona de acordo com o seguinte algoritmo: o PP recebe informações sobre o valor atual do parâmetro regulado e converte em um sinal unificado, é enviado ao VP para exibição das informações e ao AR .AR compara as informações recebidas com a tarefa, determina o valor e o sinal da incompatibilidade e, de acordo com a lei regulatória selecionada, a ação de controle é enviado ao órgão regulador, o gato altera os fluxos de energia ou processo e devolve o valor controlado ao valor especificado. OTP não participa diretamente do controle, apenas monitora o andamento do processo técnico e, se necessário, altera a tarefa no RA