3.2. Методы измерений

Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Здесь под принципом измерений понимается физическое явление или эффект, положенные в основу измерения тем или иным типом средств измерений. Например, применение эффекта Доплера для изме­рения скорости, силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Различают следующие основные методы измерений: непосред­ственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, нулевой, контактный и бесконтактный.

Непосредственный метод — метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отчетному устройству изме­рительного прибора. Например, измерение размера с помощью штанген­циркуля или микрометра, силы электрического тока амперметром и т, п.

Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеря­емую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы с известными значениями).

Нулевой метод измерений—метод сравнения с мерой, в котором результи­рующий эффект воздействия измеряемой величины и меры доводят до нуля. Например, измерение сопротивления с помощью моста сопротивлений.

Метод измерения замещением — метод сравнения с мерой, в кото­ром измеряемую величину замещают известной величиной, воспро­изводимой мерой. Например, на чашку весов, предназначенную для взвешивания массы, устанавливают полный комплект гирь и уравно­вешивают весы произвольным грузом. Затем на чашку с гирями по­мещают взвешиваемую массу и снимают часть гирь для восстановле­ния равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь соответ­ствует значению взвешиваемой массы (способ Д.И. Менделеева).

Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в ко­тором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор воздействовала сум­ма, равная заранее заданному значению.

Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при ко­тором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от из­меряемой величины, при котором измеряется разность между эти­ми двумя значениями. В этом случае относительная погрешность измеряемой величины X будет равна

где — относительная (отнесенная к номинальному значению меры х_м) погрешность калибровки меры; — инструментальная погрешность прибора (а = х - .

При малых, а влияние Д, на точность результата измерений может быть сведена к нулю. Этот метод нашел широкое распространение в поверке.

Контактный метод измерений — метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Например, контроль температуры термометром.

Бесконтактный метод измерения — метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения. Например, измерение температуры пирометром.

Выбор того или иного метода измерений, определяется назначе­нием их результатов и требованиями к точности.

где — погрешность измерения; — результат измерения; — действительное (истинное) значение измеряемой величины.

Так как истинное значение физической величины x_d неизвест­но, то для определения погрешности измерения вместо него прини­мают действительное значение физической величины, определяе­мое с точностью, достаточной для оценки погрешности измерения. Тогда погрешность измерения можно оценить разностью между ре­зультатом измерения Х действительным размером :

Для оценки степени приближения результатов измерения к ис­тинному значению измеряемой величины используются методы те­ории вероятностей и математической статистики. Использование методов, разработанных в рамках теории вероятностей и математи­ческой статистики, позволяет с определенной достоверностью оце­нить границы погрешностей, за пределы которых они не выходят. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбрать сред­ства и методы измерения, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с требуемой степенью доверия к результатам измерений (достоверностью).