Метрология: средства и способы измерения (теория и практика)

Характеристики метрологических измерений

Пока мы имели дело с датчиками линейно-угловых, всевозможных механических и даже тепловых величин, читателю, изучавшему школьный курс физики в «срединных» (не в младших и не в последнем, 10-м, классе), классах, понятными должны были быть рассматривавшиеся в предыдущих главах книги измерительные задачи: воспринимающий измеряемую (преобразуемую) физическую величину элемент датчика (обычно именуемый чувствительным элементом) соприкасается с объектом измерения, в результате чего на выходе датчика наблюдается и тем или иным способом регистрируется приращение активной или пассивной электрической величины.

С пассивной электрической величиной (ДЯ, ДЬ, ДС или ДМ) все достаточно ясно и просто: промышленность выпускает в широкой номенклатуре автоматические измерительные мосты постоянного и переменного тока; остается лишь правильно подключить выходные зажимы датчика и зарегистрировать полученный результат. Еще проще с активной1 величиной, так как имеется большое количество разнообразных электроизмерительных приборов типа милливольтметров, аналоговых и цифровых вольтметров, амперметров и миллиамперметров, мультиметров (приборов для измерений нескольких электрических величин с переключаемыми диапазонами измерений). Здесь важно правильно подобрать прибор по виду тока (постоянный или переменный), диапазону измерений, рабочей частоте (если измерения выполняются на переменном токе). Попробуем теперь сформулировать общий признак, характеризующий процедуру восприятия и преобразования рассмотренными типами датчиков физических величин. Назовем этот признак локализованностью преобразования, хотя термин подобного рода пока не существовал и, следовательно, не был узаконен. Что это означает? По существу, речь идет о так называемых одноточечных измерениях, когда одним датчиком с чувствительным элементом относительно небольшого размера осуществляется преобразование измеряемой величины в ограниченной (локализованной) зоне взаимодействия этого чувствительного элемента с объектом измерения.

Разумеется, зону эту точкой именуют достаточно условно. Если же объект протяженный или имеет большую площадь и требуется выполнить измерения во многих «точках» (т.е. локализованных зонах), то применяют соответствующее количество датчиков, а измерения носят название многоточечных.

Возникает вопрос: с каким объектом измерения приходится взаимодействовать датчику, если речь идет об оптическом излучении? Со времен М.Фарадея, знаменитого английского физика, считается, что оптическое излучение - это реальный физический объект, распределенный в пространстве, поскольку речь идет о так называемом свободном электромагнитном поле (разумеется, в упоминавшемся ранее оптическом диапазоне спектра), т.е. об электромагнитных волнах, представляющих собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью (в вакууме - со скоростью света). Поэтому прежде чем рассматривать датчики оптических величин, необходимо кое-что рассказать об объекте измерения и измерительных задачах.