Metodologia de măsurare
Acest articol sau secțiune pe tema metrologiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Metoda de măsurare este ansamblul de operații teoretice și practice, exprimate în termeni generali, utilizate la efectuarea unei măsurători particulare.
Măsurarea unei mărimi înseamnă găsirea relației dintre aceasta și alta omogenă, luată ca termen de comparație (adică ca unitate de măsură ). Pentru a efectua o măsurare trebuie să aveți două elemente de bază:
- un sistem de măsurare , format din unelte și echipamente;
- o metodologie adecvată sarcinii, care utilizează cel mai bine mijloacele disponibile și care satisface cererile.
Conceptul procedurii de măsurare este diferit, unde operațiile practice specifice sunt exprimate în termeni mai detaliați.
Tipuri metodologice
Există multe metodologii, deoarece acestea trebuie să se adapteze diferiților factori care constituie problema măsurării , de exemplu:
- cantitatea măsurată;
- tipul obiectului de măsurat;
- principiul măsurării ;
- echipamente disponibile;
- precizia necesară;
- controlul parametrilor limită.
Cu toate acestea, o metodologie poate fi clasificată utilizând o combinație a unui număr limitat de tipuri generale, de exemplu: măsurarea unei lungimi cu o riglă gradată poate fi definită ca o măsură instrumentală - directă - pentru comparație .
Principalele vor fi enumerate mai jos, referindu-se la ceea ce este definit în VIM ( Vocabularul Internațional de Metrologie ).
Metoda directă
Metoda directă este metoda în care valoarea măsurandului este obținută prin citirea directă a cantității de interes, compararea acesteia cu alta din aceeași specie, aleasă ca eșantion și reprezentând unitatea de măsură (sau un multiplu al acesteia).
Un exemplu simplu al acestei metodologii este cel folosit pentru măsurarea unei lungimi cu o riglă gradată: rigla (care reprezintă cantitatea de referință) este abordată de obiectul care urmează să fie măsurat, comparând lungimea acestuia din urmă (măsurandul) cu cea gradată scara riglei, se obține măsura.
Metoda de măsurare rămâne simplă, chiar dacă este necesar să se efectueze măsurători ale mărimilor de influență care nu sunt omogene cu dimensiunea măsurandului. De exemplu, la determinarea lungimii unui obiect metalic cu un micrometru, poate fi necesar să se măsoare temperatura obiectului (cu scopul de a corecta orice expansiune); acest lucru nu schimbă faptul că măsurarea valorii măsurandului are loc direct prin compararea mărimilor omogene.
Metoda indirectă
Metoda indirectă este metoda în care măsurarea se obține citind una sau mai multe cantități legate funcțional de valoarea măsurandului, dar nu omogenă cu cantitatea de interes. Pentru a utiliza această metodă este necesar să cunoaștem în prealabil relațiile care leagă aceste cantități între ele.
Câteva exemple de măsurare cu metoda indirectă:
- măsurarea presiunii prin măsurarea înălțimii unei coloane de lichid (de exemplu, barometru cu mercur);
- măsurarea temperaturii prin măsurarea unei rezistențe electrice (de ex. termometru cu termorezistență);
- măsurarea glicemiei prin măsurarea culorii hârtiei cu reactivi (de ex. glucometre).
Acest tip de măsurare este acum foarte răspândit: este de fapt evident că toate măsurătorile efectuate cu ajutorul traductoarelor și altor senzori sunt măsurători indirecte; în special, aproape toți transformă măsurandul într-o cantitate electrică (de obicei o tensiune) care este apoi citită și interpretată de un instrument electronic.
Strict vorbind, aproape toate instrumentele de măsurare de astăzi, făcute pentru a măsura direct o cantitate, dacă sunt dezasamblate, se dezvăluie a fi un sistem în care elementul senzor efectuează o oarecare transformare a cantității, pentru a putea prezenta o ieșire mai ușor de citit. Cu toate acestea, în general, în clasificarea între direct și indirect , este autentic cantitatea care este măsurată de instrumentul unic luat în ansamblu.
Metoda instrumentală
Metoda instrumentală este metoda în care valoarea măsurandului este obținută direct din sistemul de măsurare care i se aplică. Valoarea este citită imediat pe o scală, cadran sau indicator al sistemului în sine. În cel mai simplu caz, sistemul constă dintr-un singur instrument.
Un exemplu al acestei metodologii este cel care se realizează prin măsurarea presiunii unui circuit cu un manometru : fluidul prezent în circuit vine în contact cu membrana manometrului, iar presiunea (măsurandul) poate fi citită direct pe cadranul aceluiași.
Această metodă este cea mai simplă și mai rapidă și are avantajul de a vă permite să urmăriți tendința cantității în timp.
Metodă prin comparație
Metoda de comparație este o metodă în care măsurandul este comparat simultan cu un instrument care reprezintă o cantitate de valoare cunoscută. Operația de comparație poate fi efectuată cu ochiul liber sau cu ajutorul unor echipamente speciale.
Un exemplu al acestei metodologii este cel utilizat pentru măsurarea masei unui obiect folosind o scală de braț: obiectul este plasat pe o placă de scală (echipamentul de comparație), n-greutăți sunt plasate pe cealaltă placă. Eșantion (cantitatea cunoscută ) până se obține echilibrul, măsurarea se obține din valoarea totală a greutăților eșantionului utilizate.
Această metodă este, de asemenea, relativ simplă, destul de rapidă și vă permite să verificați în timp real orice modificare a valorii măsurandului. În plus, cu echipamente de comparație adecvate, pot fi obținute rezoluții foarte mari.
În măsurătorile în care este necesară o precizie mai mare, trebuie totuși acordată atenție instalării sistemului de măsurare și, în special, a echipamentului de comparație care constituie elementul cel mai critic. O altă posibilă problemă poate apărea atunci când instrumentul care reprezintă cantitatea de referință (datorită structurii sale sau a domeniului său de măsurare) împiedică urmărirea gamei de variații a măsurandului.
Metoda prin substituție
Metoda de substituție este o metodă în care măsurandul este înlocuit cu o cantitate de aceeași natură de valoare cunoscută, aleasă astfel încât efectele asupra unui instrument indicator să fie aceleași. Valoarea măsurandului va fi egală cu valoarea mărimii cunoscute, atunci când aceasta va da aceeași lectură care se obține prin aplicarea măsurandului pe instrumentul indicator.
Un exemplu al acestei metodologii este cel utilizat pentru măsurarea unei mase folosind ca sistem de măsurare o serie de mase cunoscute și o balanță dinamometrică: măsurandul este plasat pe placa de cântărire (echipamentul de comparație) citind valoarea afișată, apoi n -masele probei (cantitatea cunoscută) sunt plasate până când se obține citirea înregistrată anterior, măsurarea se obține din valoarea totală a greutăților probei utilizate.
Datorită comparației non-simultane, această metodă, deși relativ simplă, este lentă și nu permite să verifice în timp real orice variații ale măsurandului. Prin urmare, este util atunci când sunteți sigur că măsurandul nu se schimbă în timpul măsurării.
În această metodologie, echipamentul de comparație este deosebit de critic, care trebuie să aibă calități speciale de rezoluție și repetabilitate , în timp ce avantajul este că acesta din urmă poate avea deficiențe în stabilitate și precizie .
Metoda diferențială
Metoda diferențială este o metodă în care valoarea măsurandului este determinată printr-o comparație cu o cantitate de valoare cunoscută și puțin diferită de valoarea măsurandului, din care se măsoară diferența față de referință. Valoarea măsurandului se obține din suma algebrică dintre valoarea nominală a mărimii de referință și diferența măsurată.
Un exemplu al acestei metodologii este cel utilizat pentru măsurarea înălțimii unui obiect folosind blocuri de plan paralel și un comparator: comparatorul este redus la zero folosind ca referință un bloc de plan paralel cu o dimensiune nominală apropiată de înălțimea obiectului la se măsoară, apoi se înlocuiește cu acesta din urmă, măsurarea se obține din diferența detectată pe comparator.
Datorită necesității unei pregătiri prealabile, această metodă este relativ complexă și lentă, dar are două avantaje:
- permite (într-un anumit domeniu de măsurare) să urmărească variațiile măsurandului;
- vă permite să efectuați măsurători atunci când nu aveți instrumente cu intervale mari de măsurare.
Pe de altă parte, metodologia necesită ca instrumentul utilizat pentru comparație să aibă și calități adecvate de rezoluție, repetabilitate și precizie.
Metoda zero
Metoda zero (denumită și metoda reducerii zero) este metoda în care se obține valoarea măsurandului atunci când s-a ajuns la un echilibru în sistemul de măsurare, variind una sau mai multe cantități de valoare cunoscută, conectate la măsurand printr-o relație de asemenea 'notează. Valoarea se obține prin aplicarea ecuației care definește relația (în cel mai simplu caz ar putea fi o echivalență), la cantitatea cunoscută care a fost variată.
Măsurandul și variabilele variate pot fi sau nu omogene (adică ar putea fi atât o măsurare directă, cât și indirectă).
Un exemplu clasic al acestei metodologii este cel utilizat pentru măsurarea unei rezistențe electrice folosind ca sistem de măsurare o punte Wheatstone realizată cu rezistențe de probă și un galvanometru cu sensibilitate ridicată la zero central [1] .
Măsurătorile efectuate cu această metodă sunt mai puțin rapide, dar mai precise, deoarece permit instrumentelor să fie utilizate în cel mai bun domeniu de măsurare (cu o sensibilitate și precizie mai bune); în plus, această metodologie permite eliminarea unor erori care decurg din alterări / instabilități ale instrumentației în sine. Datorită acestor caracteristici, este de obicei utilizat în laboratoare specializate.
Metoda conform definiției
A doua metodă de definiție este metoda de măsurare în care valoarea măsurandului este obținută în conformitate cu însăși definiția unității de măsură a acestei mărimi.
Câteva exemple de măsurare cu metoda fundamentală:
- măsurarea timpului cu ajutorul unui ceas atomic cu cesiu;
- măsurarea presiunii folosind scale de presiune.
Reguli și proceduri
Pentru a urmări modul de realizare a măsurătorilor, metoda de măsurare este codificată în termeni generali, sub forma unui standard, în timp ce procedurile detaliate sunt codificate sub forma unei proceduri.
Codificarea metodei produce mai multe avantaje:
- repetați măsurătorile fără a fi nevoie să reanalizați problema de fiecare dată;
- posibilitatea de a repeta măsurătorile în exact aceleași condiții;
- permite re-analiza metodologiei a posteriori;
- permite mai multor părți să efectueze măsurători omogene;
- definește cerințele și obiectivele a priori.
Calibrare
Indiferent de metodologia aleasă, pentru a face măsurători fiabile, sistemul trebuie să fie calibrat corespunzător. Calibrarea permite în esență:
- cunoaște acuratețea sistemului în sine (și, în consecință, a măsurătorii);
- au factori de corecție care permit, în faza de post-procesare, să corecteze (și să îmbunătățească) măsurarea.
Notă
- ^ Franco Cottignoli și Alcide Baccarini, Măsurători de rezistență , în Măsurători electrice și electrotehnice. Primul volum , ediția a II-a, Bologna, Calderini, 1972, p. 169, ISBN nu există.
