2.Разновидности 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 тормозного пути рулеткой 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 характеристике точности измерения разделяют на равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях), неравноточные (ряд измере­ний какой-либо величины, выполненных несколькими различ­ными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях);

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 измерение неизменной во времени физической вели­чины, например измерение длины детали при нормальной тем­пературе или измерение размеров земельного участка).

Динамические измерения связаны с такими величинами, ко­торые в процессе измерений претерпевают те или иные изме­нения (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например измерение переменного напряжения элек­трического тока, измерение расстояния до уровня земли со сни­жающегося самолета).

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 прово­дить не 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 Е=mс² масса (m) – 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 одноименной, 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".

Шкала измерений – это упорядоченная совокупность значе­ний физической величины, которая служит основой для ее из­мерения. Поясним это понятие на примере температурных шкал.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) – температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). В температур­ной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатырного спирта (либо поваренной со­ли), а в качестве опорной точки взята нормальная температура тела здорового человека. За единицу температуры (градус Фа­ренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного ин­тервала. По этой шкале температура таяния льда равна + 32°F, а температура кипения воды + 212°F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере мы видим роль принятой шкалы как в количественном значении измеряемой величины, так и в ас­пекте обеспечения единства измерений. В данном случае требу­ется находить отношение размеров единиц, чтобы можно было сравнить результаты измерений, т.е. t°F/t°C.

В метрологической практике известны несколько разновидно­стей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интер­валов, шкала отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц изме­рений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении ок­рашенного предмета с образцами цветов (эталонными образца­ми атласа цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вари­антов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствую­щими особыми характеристиками зрительных возможностей.

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величи­ны в баллах (шкала землетрясений, силы ветра, твердости фи­зических тел и т.п.).

Шкала интервалов (разностей) имеет условные нулевые зна­чения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Напри­мер, шкала массы (обычно мы говорим "веса"), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания (сравните бытовые и анали­тические весы).

Понятие о методах измерений.

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

Методы измерений классифицируют по нескольким призна­кам.

По общим приемам получения результатов измерений раз­личают: 1) прямой метод измерений; 2) косвенный метод изме­рений. Первый реализуется при прямом измерении, второй – при косвенном измерении, которые описаны выше.

По условиям измерения различают контактный и бесконтак­тный методы измерений.

Контактный метод измерений основан на том, что чувстви­тельный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром). Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, изме­рение температуры в доменной печи пирометром).

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее еди­ницей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки определяют значение величины непосредственно по отсчетному устройству показы­вающего СИ (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в СИ шкала, проградуированная при его производстве с помо­щью достаточно точных СИ.

При методе сравнения с мерой измеряемую величину срав­нивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение мас­сы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). Существу­ет ряд разновидностей этого метода: нулевой метод, метод из­мерений с замещением, метод совпадений.