Виды измерений

Для того, чтобы измерения были надежными и достоверными необходимо создать определенные условия, при которых они выполняются.

Необходимо обеспечить возможность:

· четкого выделения измеряемой физической величины среди множества других;

· установления единицы, необходимой для измерения выделенной физической величины;

· воспроизведения и хранения (передачи) установленной единицы техническими средствами;

· сохранение неизменным размера единицы в пределах установленной (заданной) точности на заданный срок (как минимум на срок, необходимый для выполнения измерения и обработки его результата).

Все измерения могут классифицироваться по различным параметрам:

1. Характеристике точности – равноточные, неравноточные.

2. Числу измерений случайной величины – однократные, многократные.

3. По отношению к определяемой величине по времени – статические, динамические;

4. Метрологическому назначению – технические, метрологические.

5. Выражению результата измерений – абсолютные, относительные.

6. Общим приемам получения результатов наблюдений, (по способу получения числового значения ФВ) – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в разных условиях. Неравноточные измерения проводят с целью получения результата измерения только в том случае, когда ряд равноточных результатов получить невозможно.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократные измерения – измерения одного и того же размера ФВ, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом наблюдений, т.е. состоящих из ряда однократных измерений. Под многократными измерениями можно понимать такие измерения, при которых число измерений равно или больше четырех. В качестве результата многократных измерений обычно принимается среднее арифметическое значение отдельных результатов ряда измерений полученного ряда.

Статические измерения – это измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную в течение времени ее измерения. Например, однократное измерение линейного или углового размера.

Динамические измерения – это измерения изменяющейся по размеру во времени физической величине и, при необходимости, ее измерения по времени. Например, измерение переменных электрического тока и напряжения, давления газа внутри цилиндра при работе двигателя внутреннего сгорания и др.

Технические измерения – это измерения с помощью рабочих средств измерений параметров и характеристик объектов, физических систем и происходящих в них процессов. Эти измерения обычно проводятся с целью контроля и управления при изготовлении деталей, узлов, систем и изделий в целом, их испытаниях и др. Главная особенность таких измерений – использование рабочих средств измерений, когда не требуется наивысшая и высшая в метрологическом понимании точность.

Метрологические измерения – это измерения с помощью эталонов от первичного до первого разряда включительно.

Абсолютное измерение – это измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких физических величин и (или) использовании физических констант. Например, измерение силы основано на измерении основной величины системы СИ – массы и использовании физической константы – постоянной g – ускорения свободного падения в точке измерения массы. Результатом измерения является абсолютное значение измеряемой физической величины.

Относительное измерение – это измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль ее единицы, или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Результат таких измерений выражается безразмерной величиной.

Прямое измерение – измерение ФВ, проводимое прямым методом, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно из опытных данных. Прямое измерение производится путем экспериментального сравнения измеряемой ФВ с мерой этой величины или путем отсчета показаний СИ по шкале или цифровому прибору. (Для примера: измерения с помощью линейки, вольтметра, весов).

Уравнение прямого измерения:

Q=q[Q],

где [Q] – единица измеряемой величины, q – ее числовое значение.

Косвенное измерение – измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение ФВ находят на основании результата прямого измерения другой ФВ, функционально связанной с искомой величиной известной зависимостью между этой ФВ и величиной, получаемой прямым измерением.

Уравнение косвенных измерений имеет вид:

Y=F(x₁,x₂,...,x_i,...,x_n); Y=F(x),

где F – известная функция;

n – число прямых измеренных ФВ;

х₁, х₂,...х_i,...х_n – значения прямо измеренных ФВ.

Например: определение площади, объема, электрической мощности методом измерения силы тока I и напряжения U, коэффициента полезного действия.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Пример 1: Значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

Имеются гири с массами m₁, m_2, m₃,.

₁ = M₁, ₂ = M_1,2 – ₁, ₃ = M_1,2,3, – ₁ – ₂

М_1,2 – масса гирь m₁ и m₂;

М_1,2,3 – масса гирь m₁, m_2, m₃;

М_1,3 – масса гирь m₁ и m₃.

Часто именно этим путем добиваются повышения точности результатов измерений.

Пример 2: Градуировка трех компонентных весов для измерения трех моментов М_х, М_y, M_z. (рис. 1.1).

Весы нагружаются тремя моментами силы M_x, M_y и M_z. Необходимо найти значения моментов _х, _y и _z. Они определятся из уравнений, полученных путем решения системы из шести уравнений, в которых не учитываются величины третьего и больше порядка малости:

_х = M_x + K_y M_y + K_z M_z + K_y K_z M_y M_z

_y = M_y + K_x M_x + P_z M_z + K_x P_z M_x M_z

_z = M_z + Q_x M_x

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных физических величин для определения зависимости между ними.

Пример 1. Построение градуировочной характеристики y = f(x) измерительного преобразователя, когда одновременно измеряются наборы значений неодноименных величин:

X₁, X₂, X_3... X_i... X_n

ß ß ß ß ß

Y₁, Y₂, Y₃... Y_i... Y_n

Пример 2. Определение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) путем одновременного измерения сопротивления R и температуры t°, а затем определение зависимости

a(t)=DR/D t.

R₁, R₂,... R_i... R_n

Ý Ý Ý Ý.

t₁, t₂,... t_i... t_n

Имея значения R_i и t_i, можно определить зависимость a(t)=F(R, t), например, методом наименьших квадратов.

Совместные измерения по своей физической сути не отличаются от косвенных измерений.

Контрольные вопросы

1. Требования к измерениям, обеспечивающие их надежность и достоверность.

2. Классификация измерений по их параметрам.

3. Виды измерений.