Виды измерений

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения — это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т.е. линейкой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимосвязи всех трех величин можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

Совместные измерения — это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением харак­теристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изме­нения.

Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения — это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводитьне менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений — в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

По отношению к основным единицам измере­ния делят на абсолютные и относительные.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых ис­пользуются прямое измерение одной (иногда нескольких) ос­новной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна E=mс² масса (т) — основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (с) — физическая константа.

Относительные измерения базируются на установлении от­ношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерений.

С измерениями связаны такие понятия, как "шкала измере­ний", "принцип измерений", "метод измерений".

1.14. Обработка результатов прямых однократных измерений (ОИ)

Прямые однократные измерения могут проводится в случаях:

1. Когда в результате измерения разрушается образец.

2. Когда условия измерения нельзя стабилизировать так, чтобы можно было провести многократные измерения.

3. Если точность однократных измерений удовлетворительная.

В быту (в торговле) – только ОИ, т.к. просты, имеют низкую стоимость, высокую производительность и удовлетворяют точности. При этих измерениях показания СИ часто являются результатом измерения, а погрешности (от условий измерений, метода и оператора) должны составлять не более 30 % от допускаемой погрешности измерений. Иначе их нужно учитывать при расчёте погрешности результата измерений. ОИ проводятся, если случайная составляющая пренебрежимо мала по сравнению с неисключёнными системами погрешностей (НСП), т.е. .

Порядок и методика обработки [МИ 1552-86] результатов ошибок измерений производится при условии, что случайные погрешности подчиняются распределению нормально, НСП заданы своими границами Q и подчиняются равномерному распределению.

Обязательными условиями является наличие априорной информации следующего характера:

1. Должна быть определена модель измеряемого параметра, т.к. при однократном измерении информацию для её создания получить нельзя;

2. СИ должно быть исправным.

3. Должны быть определены априорно параметры случайных погрешностей СИ, метода, оператора.

4. Должны быть известны значения аддитивных и мультипликативных поправок или они должны быть смоделированы.

Доверительная вероятность обычно ≈ 0,95. Более высокий уровень должен быть обоснован. Погрешности в результате представляются двумя значащими цифрами после запятой.

Если погрешности метода и оператора не превышают 15 % от погрешности СИ, то ими можно пренебречь и погрешность результата определяется погрешностью СИ.

Учёт НСП и случайных погрешностей производится аналогично прямым многократным измерениям, т.е. от .

Есть некоторые особенности при нескольких НСП, которые заданы своими доверительными границами [т.е. Q_i(p_i)] и определены они при разных уровнях доверительной вероятности. Тогда характеристика НСП результата ОИ:

,

где k и k_i – коэффициенты, зависящие от доверительной вероятности, k – определяется для доверительной вероятности ОИ, k_i – устанавливается по вероятности p_i, которыми определены доверительные границы НСП.

,

т.е. ошибка измерения (ОИ) зависит от геометрической суммы СКО случайных погрешностей: метода, условий оператора и СИ.

Если случайная составляющая погрешности задана своими доверительными границами, каждая из которых определена при различных уровнях доверительной вероятности:

,

то доверительная граница случайных погрешностей определяется как геометрическая сумма всех случайных составляющих погрешности, если они определены для одного уровня доверительной вероятности:

.

Если случайные составляющие заданы своими СКО, то доверительная граница случайных погрешностей результата:

.