Методы оценки измерений. Средства измерений

1. Классификация измерений

Измерения являются основной составной частью любого экспе­римента. От тщательности измерений и последующих вычислений зависят результаты эксперимента. Поэтому каждый экспериментатор должен знать закономерности измерительных процессов: уметь правильно измерить изучаемые величины; оценить погрешность при измерениях; правильно, с требуемой точностью вычислить значения величин и их минимальное ко­личество, определить наилучшие условия измерений, при которых ошибки будут наименьшими, и произвести общий анализ результатов измерений.

Измерение - это процесс нахождения какой- либо физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, это познава­тельный процесс сравнения величины чего-либо с известной величиной, при­нятой за единицу (эталон).

Теорией и практикой измерений занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерения можно подразделить на статические, когда измеряемая величина не изменяется, (масса, толщина) и динамические, когда измеряемая величина меняется (например, измерение пульсирующих процессов).

Различают также прямые и косвенные измерения.

При прямых измерениях искомую величину устанавливают не­посредственно из опыта, при косвенных - функционально от других величин, определённых прямыми измерениями b = f(a), где b -величина, найденная с помощью косвенных измерений; a - то же, но с помощью прямых измерений.

Кроме того измерения разделяются на абсолютные и относительные. Абсолютные - это прямые измерения в единицах измеряемой величины. На­пример, абсолютная влажность (в %), абсолютное удлинение (в мм.).

Относительные - измерения, представленные отношением измеряемой вели­чины к одноименной величине, принимаемой за сравнимую. Например, отно­сительная влажность (в %), относительное удлинение (в %).

В исследованиях применяются совокупные и совместные измерения. Совокупные - производимые одновременно измерения нескольких одно­именных величин, при которых искомую величину находят решением сис­темы уравнений, получаемых при различных сочетаниях этих величин. Например, измерения, при которых массы отдельных гирь находят по из­вестной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различ­ных сочетаний гирь.

Совместные - производимые одновременно измерения нескольких неодно­родных величин для нахождения зависимости между ними.

В зависимости от точности различают три класса измерений:

1. Особо точные - эталонные измерения с максимально возможной точно­стью. Этот класс почти не применяется в экспериментальных исследованиях.

2. Высокоточные - измерения, погрешность которых не превышает за­данных значений. Этот класс измерений используется при некоторых наибо­лее ответственных экспериментах, а также для контрольно-поверочных из­мерений приборов.

3. Технические измерения, в которых погрешность определяется особенно­стями средств измерения.

В экспериментальных методах используется несколько основных методов измерения.

Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах). Измерение этим методом обычно требует меньше времени, но даёт сравнительно невысокую точность.

Значительно более точным является метод сравнения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть нулевым, дифференциальным или замещения.

Нулевой метод – на измерительный прибор одновременно действуют две величины (измеряемая и воспроизводимая меры), измерение производится в момент, когда суммарное действие этих величин равно нулю.

Дифференциальный метод отличается от нулевого только тем, что мера не полностью компенсирует измеряемую величину и эта нескомпенсированная разность фиксируется индикатором.

Наиболее точным методом сравнения является метод замещения, при котором измеряемая величина заменяется в измерительной схеме мерой. Мера после установки настраивается таким образом, чтобы измерительная схема пришла в состояние, идентичное состоянию до замены. При этом никаких изменений в состоянии и действии измерительной схемы не происходит, вследствие чего погрешность измерительных приборов мало влияет на точность измерения.

Метод совпадения – разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов.