Классификация измерений

Измерения традиционно разделяются по многим классификационным признакам (рис. 7.1). Рассмотрим одну из многих среди существующих разновидностей классификации по наиболее существенным традиционным признакам.

Рисунок 7.1 – Классификация измерений

Классификация по измеряемым физическим величинам – наиболее громоздка, поскольку в настоящее время их существует более 2000. Наиболее детально разработанная классификация такого рода содержит пять ступеней: области, виды, отрасли, подвиды и разновидности.

Области измерений соответствуют разделам физики (механика, оптика, электричество и т.д.).

Виды измерений определяются непосредственно измеряемыми величинами (измерение температуры, скорости, объема, массы и т.п.).

Отрасли разграничивают виды по диапазонам измерений (например, низкие, высокие, средние температуры, частоты, мощности и т.д.).

Подвиды разграничивают виды измерений в зависимости от особенностей объекта исследований (например, измерение расстояний в астрономии, под водой, толщины пленок, шероховатости и т.д.).

Разновидности – разделение подвидов на подмножества в зависимости от измеряемого параметра. Например, для измерения напряжения электрического тока различают измерения постоянных и переменных напряжений.

Если измерения основаны на наблюдении основных величин и использовании значений физических констант, они называются абсолютными, в противном случае – это относительные измерения. То есть абсолютные измерения – это измерения производной величины в соответствии с ее размерностью. Измерение основной величины может быть только абсолютным. Например, измерение длины в метрах, силы тока в амперах, скорости как расстояния деленного на время. Примером относительных измерений может быть измерение мощности электрического тока по температуре резистора, нагретого за счет рассеиваемой в нем мощности (калориметрический метод измерения мощности на СВЧ) или измерение безразмерных величин как отношение размерных (коэффициент усиления усилителя, относительная влажность воздуха и т.д.).

По режиму использования СИТ измерения делят на статические – измерение величины, размер которой можно считать неизменным за время измерения (например, измерение сопротивления резистора электрическому току) и динамические – измерения величины, размер которой нельзя считать неизменным за время измерения (например, измерение мгновенных значений изменяющегося во времени электрического сигнала).

По количеству наблюдений при измерении различают измерения с однократными и многократными наблюдениями. Многократные наблюдения, как будет показано далее, дают возможность повысить точность измерения за счет применения статистических методов обработки данных.

В зависимости от достигаемой точности измерения делят на прецизионные измерения, контрольно–проверочные и технические измерения.

Первый случай (прецизионные измерения) относится к измерениям при метрологических исследованиях, особо ответственных измерениях, в которых измерения производятся наиболее точно с учетом индивидуальных свойств используемых СИТ и результатов дополнительных измерений, выполняемых для контроля условий измерений. В этом случае осуществляется апостериорная оценка точности измерений.

Контрольно–проверочные измерения относятся к группе измерений, для которых производится приближенная апостериорная оценка точности.

Технические измерения – наиболее распространенный вид измерений, эти измерения осуществляются с наименьшей точностью, обработка экспериментальных данных минимальна, а точность измерений оценивается априорно, в рамках аттестации методики выполнения измерений.

Важнейшим признаком классификации является разделение измерений в зависимости от уравнения измерений на прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Под прямыми измерениями понимают измерения, при которых значения величины находят непосредственно. Они заключаются в экспериментальном сравнении измеряемой величины с мерой этой величины или в отсчете показаний СИТ, непосредственно дающего значение измеряемой величины. Простейшими примерами прямых измерений являются измерения длины линейкой, температуры – термометром, электрического напряжения – вольтметром и т.д.

При косвенных измерениях значение искомой величины находят по результатам прямых измерений других величин, с которыми измеряемая величина связана функциональной зависимостью. Примеры косвенных измерений: измерение удельного сопротивления проводника по результатам измерения его сопротивления , площади поперечного сечения и длины ; измерение сопротивления резистора по результатам измерения напряжения и силы тока , проходящего через резистор.

Совместными называются проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними

Примером совместных измерений может служить задача определения температурной зависимости сопротивления терморезистора

,

где – сопротивление терморезистора при 20 ^оС;

, – температурные коэффициенты сопротивления.

Для определения , или производится измерение в температурных точках () и по этим результатам определяется искомая зависимость.

Совокупные измерения – измерения, в которых значения нескольких одновременно измеряемых однородных величин находят решением системы уравнений, которые связывают разные комбинации этих величин, измеряемые прямо или косвенно.

Классическим примером совокупных измерений является измерение емкости двух конденсаторов С ₁ и С₂ по результатам измерения емкости каждого из них в отдельности, а также при параллельном и последовательном их соединении. Такой метод применяется для уменьшения систематической погрешности измерения, различной в разных точках диапазона измерения.