13.2.3 Вимірювання: основні поняття і характеристики

В загальному випадку вимірювання фізичних величин представляє собою багатоступеневий процес, складається як із самої процедури виміру, так і ряду підготовчих і заключних процедур, які необхідно виконувати до і після виконання самих вимірів. Процес виміру можли­во розділити на такі етапи:

- підготовка і планування вимірів;

- виконання вимірів;

- обробка і аналіз отриманих даних;

- забезпечення єдності вимірів.

До початку вимірювального експерименту необхідно вирішити ряд питань підготовки, планування і організації вимірів основними з яких є: мета і завдання вимірів, наявність інформації про об'єкт (попередні виміри, діапазон та ін.), модель об'єкта і фізичні величини, вимірюва­льні параметри, умови вимірювання і величини, які впливають на хід роботи, похибки вимірів, методики вимірів та ін.

Основні поняття вимірювань:

Вимірювання - це знаходження фізичної величини експеримента­льним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Вимірювальні прилади - це засоби вимірювань, призначені з метою вироблення сигналу вимірюваної інформації у формі, що доступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Засіб вимірювальної техніки - технічний засіб, який застосовуєть­ся під час вимірювання і має нормовані метрологічні характеристики.

Засоби вимірювань - це технічні засоби, що використовуються при вимірюваннях і які мають нормовані метрологічні характеристики.

Метод вимірювань - сукупність прийомів використання принципів і засобів вимірювань (метод заміщень, метод збіжності, метод порів­няння з мірою, нульовий метод та ін.).

Методика виконання вимірів — сукупність операцій і правил, ви­конання яких забезпечує одержання результатів вимірів з відомою погрішністю.

Міри - це засоби вимірів у вигляді тіла або влаштування, яке при­значене для відтворення величини одного або декількох розмірів, зна­чення яких відомі з необхідною для вимірів точністю.

Результат вимірювання - значення фізичної величини, знайдене шляхом її вимірювання.

Характеристики результату вимірювання (його якості). Якість вимірів характеризується точністю, достовірністю, правильністю, збі­жністю, розміром похибок вимірів:

• точність вимірювання - називають характеристику якості ви­мірювання, що відображає близькість результатів вимірювання до іс­тинного значення вимірювальної фізичної величини;

• достовірність вимірювань характеризує ступінь довіри до ре­зультатів вимірів;

• правильність вимірювань - характеристика якості вимірювань, що відображає близькість до нуля середнього значення похибок їх ре­зультатів;

• збіжність вимірювань - відображає близькість повторних ре­зультатів вимірювань однієї величини, виконаних в різних умовах (час, місце, методики).

Достовірність оцінки похибок визначають на основі законів теорії імовірності і математичної статистики.

Метрологічні характеристики. Всі засоби вимірювань мають певні метрологічні характеристики. Схема метрологічних характерис­тик дана на рис. 13.2.

Рис. 13.2 Схема метрологічних характеристик

Міри характеризуються номінальним і дійсним значеннями.

Номінальне значення міри - це значення величини, що вказане на мірі або приписане їй.

Дійсне значення міри - це дійсне значення величини, що відтворю­ється мірою.

Вимірювальні прилади складаються з чутливого елемента, який знаходиться під безпосередньою дією фізичної величини, вимірюваль­ного механізму та відлікового пристосування. Відлікове пристосуван­ня показуючого приладу має шкалу і покажчик, що виконаний у ви­гляді матеріального стрижня-стрілки, або у вигляді променя світла -світлового покажчика. Шкала має сукупність відміток і проставлених біля деяких із них чисел відліку, що відповідають ряду послідовних значень величини.

Основними метрологічними характеристиками вимірювальних приладів є: ціна поділки шкали, початкове і кінцеве значення шкали, діапазон показань, межа вимірювань, варіація показів, стабільність засобу вимірювання, вимірювальне зусилля приладу, клас точності засобу вимірювання.

Ціна поділки шкали - це різниця значень величини, що відповідає двом сусіднім відміткам шкали. Чутливість приладу визначається від­ношенням сигналу на виході приладу до викликаної ним зміни вимі­рюваної величини.

Початкове і кінцеве значення шкали - це найменше і найбільше значення вимірюваної величини, що визначена на шкалі.

Діапазон показань - це область значень вимірюваної величини, для якої нормовані допустимі похибки приладу.

Межа вимірювань - це найбільше або найменше значення діапазо­ну вимірювань.

Варіації показів - це різниця показів приладу, що відповідають да­ній точці діапазону вимірювань при двох напрямках повільних вимі­рювань показів приладу.

Стабільність засобу вимірювання — це якість засобу вимірювання, що відображає незмінність в часі його метрологічних характеристик.

Вимірювальне зусилля приладу - це сила, що створюється приладом при контакті з виробом і діє по лінії вимірювання. Воно, як правило, викликається пружиною, яка забезпечує контакт чутливого елемента приладу, наприклад, вимірювального наконечника, з поверхнею вимі­рюваного об'єкта. При деформації пружини має місце зміна зусилля: різниця між найбільшим та найменшим значеннями - це максимальне коливання вимірювального зусилля.

Клас точності засобу вимірювання - це узагальнена його характе­ристика, визначена границями припустимих і додаткових похибок, а також іншими властивостями засобів вимірювання, що впливають на їх точність і визначаються стандартами на окремі види засобів вимі­рювання. Клас точності, хоч і характеризує сукупність метрологічних характеристик даного засобу вимірювання, однак не визначає однозначно точність вимірювань, оскільки остання залежить від методу вимірювання і умов їх виконання.