|
|
|
|
|
|
||
Измерить физическую величину значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу измерения, и определить сколько раз эта величина или ее часть содержится величине А, т. е.
А = N · a + n · a,
где а - единица измерения, N - числе целых единиц, n - число долей единицы.
Единицей измерения служат материально осуществленные меры в виде шкалы, массы, энергии и т.д.. Кроме мер при измерениях используются всевозможные приспособления, устройства, приборы, которые обеспечивают проведении сравнения величины с мерой.
Таким образом, измерительным прибором (устройством) будем называть приспособление, которое обеспечивает производство сравнения измеряемой величины с единицей измерения. Для этого прибор должен давать возможность одновременно или в последовательные промежутки времени получать информацию об объекте, характеристики которого измеряются, и о рабочей мере. Поэтому у измерительного прибора должно быть минимум два канала, по которым поступает информация во время производства измерений.
Связь с объектом может быть контактной, когда информация поступает путем механического соприкосновения части прибора с объектом, или неконтактной. Неконтактная связь может быть оптической и неоптической. При оптической связи информацию об объекте несет световой пучок. Неоптическая неконтактная связь осуществляется с помощью индуктивности, электрической емкости, магнитного поля. ультразвука и т.д.
При оптической связи прибора с объектом положение прибора или его части определяем по положению визирной линии (оси) в пространстве. Визирной осью называется прямая линия, проходящая через заднюю узловую точку оптической системы и марку, расположенную в плоскости изображения.
При наблюдении в прибор мы видим изображение предмета и марку. Положение предмета относительно марки будет информировать нас о положении визирной оси относительно предмета. Стало быть, марка служит индикатором при определении совмещения визирной оси с предметом или его частью. С другой стороны визирная ось связана определенным образом с рабочей мерой (шкалой), с которой сравнивается измеряемая величина.
При определении направления на предмет возникает необходимость совмещения изображения предмета с плоскостью, в которой установлена марка. Это совмещение может быть и способам измерения величины. В связи с тем, что при измерении совмещение марки может производиться как в направлении перпендикулярном визирной оси, так и вдоль оси. Поэтому будем различать поперечную и продольную индикацию или индикацию продольного и поперечного наведения. Рассмотрим каждую из них.
Индикация поперечного наведения осуществляется различными способами в зависимости от формы марки, т.к. при этом используется различная чувствительность глаза к совмещению:
а) совмещение изображения предмета о маркой производится путем наложения одного на другой. Ошибки совмещения будут возникать вследствие ограничения нашего зрения и толщины марки. При марке в виде штриха будет использоваться разрешающая сила глаза, равная 60". Если прибор имеет увеличение Г, то точность совмещения предмета с маркой будет равна Δβ, т. е.
.
Способ широко применяется в различных приборах, для уменьшения ошибки на толщину штриха, а штрих марки делают с разрывами по его длине (рис.3.2.4-1).
Рис. 3.2.4-1
Т.к. разрешающая способность глаза будет изменяться в зависимости от освещенности и контраста, то и точность индикации тоже будет меняться.
б) марка делается в виде двух параллельных штрихов (биссектора).
При совмещения изображения с маркой, первое помещается между штрихами марки. Такое совмещение называется биссектированием. Чувствительность глаза к точности расположения изображения предмета в середине биссектора 6" - 10". Точность визирования возрастает в 6 - 10 раз по сравнению с первым методом и будет равна
.
Если предметом будет штрих, то наибольшая точность совмещения получается при соотношении толщин штрихов и ширины биссектора:
Рис. 3.2.4-3
в) получаем два изображения предмета или две его половины, разделенные прямой линией, если визирная линия не проходит через предмет, то видим эти половины сдвинутыми вдоль линии раздела.
Рис. 3.2.4-4
При наведении визирной линии на цель ее половины совмещаются, и мы видим нормальное изображение цели.
Здесь используется нониальная чувствительность глаза, равная 10". Точность визирования та же, что и в предыдущем случае, но при этом прибор значительно усложняется. Раздвоение изображения получают путем помещения в оптическую систему разделительных призм. Примером может служить блок призм, применяемый в окулярной головке ОГУ - 22.
Рис. 3.2.4-5
Такая призма исключает установку индикаторной марки в плоскости изображения. Визирная линия будет проходить через точку пересечения ребер А и Б.
Призма Кестерса применяется в трубах двойного изображения
Индикация продольного наведения может осуществляться несколькими способами:
а) путем наведения на четкость (резкость) видения изображения предмета.
При этом методе глаз должен запомнить ряд изображений, отличающихся по качеству, в различные моменты, и определить наилучшее. Глаз чувствует изменение качества изображения, когда разность хода осевого и краевого лучей изменится на величину ј длины волны света. Это приводит к следующему условию:
,
где ΔZ 1- точность фокусировки; λ - длина волны света, f'об - фокусное расстояние объектива прибора; Д - диаметр зрачка входа; σА - апертурный угол; А - апертура.
При λ = 0,55 мкм, ΔZ1 = 0.2/ σ2A.
б/ фотометрический способ, заключающийся в установке плоскости наведения симметрично (между) двум маркам, расположенных на некотором расстоянии вдоль оси.
Наведение производиться на равную контрастность изображения марок. Точность установки плоскости наведения повышается по сравнению с первым методом. Если предположить, что глаз может различать разность освещенностей двух изображений в 5%, то подучим следующую точность наводки фотометрического метода:
.
Сравнивая этот способ индикации с первым, видим, что он более точен, т. е.
в) путем преобразования продольного перемещения в поперечное.
Преобразование может производиться различными способами. Примером может служить параллаксомер с клиньями Додена. Если за объективом трубы установить клин, то изображение переместиться на величину y, если же этот клин переместить вдоль оси в плоскость изображения, то изображение переместится в положение, которое оно занимало до установки клина, т.е. у = 0.
Рис. 3.2.4-6
Если поместить два клина, каждый из которых будет перекрывать половину светового пучка и их вершины будут направлены в разные противоположные стороны, то пучок света разделится на два, в результате чего получим две часта изображения предмета, сдвинутые одно относительно другого.
Рис. 3.2.4-7
При перемещении клиньев в плоскость изображения половины изображения предмета соединятся в одно изображение. Здесь используется нониальная чувствительность глаза равная 10". Точность наведения зависит от параметров системы и мало зависит от оператора.
Пример: Имеется труба с фокусным расстоянием f'об = 250 мм, световым диаметром Д == 25 мм, видимым увеличением Г= 10х, работающая в диапазоне λ = 0,55 мкм. Фокусировка осуществляется с помощью клиньев Додена. Определить точность фокусировки.
Рис. 3.2.4-8
Напишем выражение для точности фокусировки
ω = θ (n - 1) = 2·0,5 = 10.
Индикаторные устройства в зависимости от условий работы, конструкции прибора и системы координат, в которой они работают, могут быть выполнены в виде зрительной трубы, микроскопа, проекционной системы (объектив с экраном), автоколлиматора.
Зрительная труба в качестве индикатора может быть только с оптической системой Кеплера, т. к. только в ней можно разместить в поле зрения марку. Для этого в плоскости действительного изображения
Рис. 3.2.4-9
устанавливают стеклянную пластинку с маркой или диафрагму с натянутыми на нее нитями. Это приспособление называется сеткой.
Микроскоп в качестве индикатора также должен иметь сетку в плоскости действительного изображения.
Рис. 3.2.4-10
Проекционная система состоит из объектива и экрана, на котором нанесена марка.
Вce описанные индикаторные устройства имеют визирную ось, направление которой на предмет определяется совмещением его изображения с маркой сетки индикатора. Это совмещение производится или перемещением всего индикатора или отдельных его частей (объектива, сетки, специальных измерительных устройств), или и того и другого. Зрительная труба применяется в приборах дальнего действия, работающих в полярной системе координат, микроскоп и проекционная система - в приборах ближнего действия, работающих в прямоугольной системе.