Пример из области светотехнических измерений

Световые характеристики источника света определяют, сравнивая его с образцовой лампой накаливания, характеристики которой известны. Нулевым указателем служит в этом случае глаз человека.

В поле зрения глаза помещают две белые плоскости. Одна из них освещается испытуемым источником света, другая – образцовой лампой. Можно оба источника поместить на одинаковых расстояниях от освещаемых ими плоскостей и, изменяя силу тока в образцовой лампе, добиться равенства видимой яркости обеих поверхностей.

Можно поступить иначе: не изменяя силы тока в образцовой лампе, ее удаляют или приближают к освещаемой ею поверхности, добиваясь одинаковой их яркости. По соотношению расстояний (плеч) обоих источников света от освещаемых поверхностей определяют световые характеристики испытуемого источника.

Использование глаза человека в качестве нулевого указателя в данном случае основывается на способности человека с высокой точностью фиксировать совпадение яркостей 2-х лежащих рядом поверхностей. Точнее – глаз воспринимает малейшее отклонение этого совпадения.

В то же время человек не может с достаточной точностью провести оценку яркости. Например, серый рисунок на белом фоне кажется более темным, чем такой же точно рисунок на черном фоне.

На использовании совпадения яркостей основана т. н. оптическая пирометрия – один из способов измерения высоких температур расплавленных или раскаленных металлов и пламени. Действие оптического пирометра заключается в следующем. Внутри зрительной трубы помещена электрическая лампа, и ее нить накаливания находится в поле зрения. Трубу наводят на объект, температуру которого требуется измерить. При этом следят, чтобы все поле зрения было освещено этим объектом.

Регулируя накал нити, можно добиться того, что ее яркость станет равной яркости фона, и тогда она сольется с фоном, как бы исчезнет. При большей или меньшей яркости нить будет видна.

На рис. показаны 3 различных случая: нить слилась с фоном (а), ярче фона (б) и темнее фона (в). По амперметру

отсчитывают силу тока в нити, соответствующую

моменту ее «исчезновения», или по вольтметру – напряжение, поданное при этом на зажимы лампы. Обычно

шкалу амперметра или вольтметра градуируют в градусах температурной шкалы Цельсия по излучателям с известной температурой, например, по расплавленным чистым металлам или по образцовым лампам соответствующего устройства.

Компенсационный метод.

Разновидностью нулевого метода, получившей, в частности широкое применение в области электрических измерений, является компенсационный метод.

Специфическая особенность метода заключается в том, что в отличие от других методов измерения электрического напряжения измерительный прибор в момент измерения не потребляет энергию из цепи, содержащей измеряемый объект, не нарушает его режима.

Достигается это за счет компенсации потребляемой прибором энергии от вспомогательного источника тока.

Рассмотрим принципиальную схему этого метода (рис.) применительно к измерению ЭДС элемента.

Нормальный элемент НЭ служит мерой ЭДС с которой сравнивается испытуемый элемент ИЭ. В качестве нулевого индикатора служит гальванометр G

1. Вначале гальванометр включают в цепь нормального элемента НЭ. Если ток в гальванометре не будет равен нулю, то реостатом , регулируют ток I во вспомогательной цепи до тех пор, пока падение напряжения на участке ab не станет равным Е_Н – ЭДС нормального элемента. Когда это будет достигнуто, ток в гальванометре станет равным нулю и его указатель не отклонится от нулевого положения. При этом Е_Н будет скомпенсирована падением напряжения на сопротивлении между точками a и b и можно написать, что .

2. Затем вместо НЭ включают испытуемый элемент

ИЭ. Если его ЭДС не равна ЭДС НЭ, добиваются компенсации, передвигая контакт а, но не изменяя тока I. Когда падение напряжения I (между точками а′ и b) станет равным - ЭДС испытуемого элемента, гальванометр снова покажет нуль. Тогда логично написать ,

где I та же сила тока, которая входила в первое уравнение. Из 2-х уравнений получают: или .

Значение силы тока при этом исключается.

В момент когда производятся отсчеты значений и , между цепями элемента и вспомогательной целью ток отсутствует, на что указывает гальванометр. Следовательно, никакой энергии в этот момент включенный элемент не расходует, и его ЭДС измеряется без искажений.

Этот способ с некоторыми усложнениями схемы применяется также для измерения электрического сопротивления

и силы тока.

Метод совпадений

В методе совпадений разность между измеряемой

Величиной и величиной, воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Пример. Приложим линейку с миллиметровыми

делениями к линейке с дюймовыми делениями и совместим их нулевые отметки. При этом обнаружим, что точно совпадают отметки, соответствующие 127 мм. и 5″; 254 мм

и 10″ и т. д. Отсюда можно предположить, что 1″=25.4 мм.

По принципу метода совпадения построен нониус штангенциркуля, а также ряда других приборов.

Шкала нониуса штангенциркуля имеет 10 делений

по 0.9 мм. Когда нулевая отметка шкалы нониуса окажется между отметками основной шкалы штангенциркуля, это будет означать, что к целому числу миллиметров следует прибавить некоторое число х десятых миллиметра (х ∙ 0,1).

Для определения числа х находим отметку шкалы нониуса, совпадающую с какой либо отметкой основной шкалы

(рис.).

Т. к. измеряемая дробная часть миллиметра равна разности между целым числом миллиметров по основной шкале штангенциркуля (n мм.) и расстоянием по шкале нониуса от нулевой до совпадающей отметки (0,9 n мм.), то можно написать: , т. е. .

Следовательно, порядковый номер совпадающей отметки нониуса непосредственно дает число десятичных долей миллиметра. На рис. и мм.

Метод совпадения применяется также при приеме сигналов времени.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: