1.4 Основные методы и режимы измерений

Рис. 1.4.1- Классификация методов измерения

Основные методы измерений. Как и измерения других физических ве­личин, радиоизмерения базируются на определенных принципах. Под принципом измерений понимается совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Совокупность приемов использования принципов и средств измере­ний определяется как метод измерений, являющийся основной характе­ристикой конкретных измерений. Методы измерений подразделяют на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1.1).

При методе непосредственной оценки численное значение измеряе­мой величины определяется непосредственно по показанию измери­тельного прибора (например, измерение напряжения с помощью вольтметра).

Метод сравнения — метод измерений, при котором измеряемую вели­чину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение уровня напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС нормального (эталонного) элемента. Различают сле­дующие разновидности метода сравнения:

- нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полно­стью уравновешивается образцовой;

- дифференциальный метод, когда измеряется разница между изме­ряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (на­пример, измерение электрического сопротивления методом неуравнове­шенного моста);

- метод замещения, при котором действие измеряемой величины за­мещается (например, с помощью последовательно проводимых во вре­мени действий) образцовой.

Из всех перечисленных методов нулевой метод обеспечивает наи­большую точность измерений физической величины. Его разновидно­стями являются:

- компенсационный метод, при котором действие измеряемой вели­чины компенсируется (уравновешивается) образцовой;

- мостовой метод, когда достигают нулевого значения тока в изме­рительной диагонали моста, в которую включается чувствительный ин­дикаторный прибор (обычно нуль-индикатор).

Общие принципы классификации измерений позволяют использовать и другие их методы представления. Так, по способу преобразо­вания измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на аналоговые (непрерывные) и циф­ровые (дискретные).

При осуществлении аналоговых измерений измерительный прибор производит непрерывное преобразование измеряемой величины, резуль­татом которого является перемещение указателя относительно шкалы луча осциллографа по экрану и т.д. Заключение о численном значении величины делает оператор (наблюдатель), отмечая положение указателя относительно отметок шкалы измерительного прибора. Точность изме­рения при этом ограничивается геометрическими особенностями указа­теля и шкалы и обычно не превышает 0,05 %.

При цифровых измерениях сравнение физической величины с рядом образцовых значений производится в приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой фор­ме. Естественно, что здесь все зависит от точности сравнения в приборе и к тому же исключаются субъективные ошибки оператора. Современ­ные цифровые приборы, как правило, обеспечивают более высокую точ­ность, чем аналоговые. Роль оператора упрощается, так как он лишь считывает число.

По характеру изменения измеряемой величины во времени различают статический и динамический режимы измерений.

Статический режим измерений — это режим измерений, при котором средство измерений работает в статическом режиме, т.е. когда выходной сигнал остается неизменным в течение времени его использования (или меняется так медленно, что каждый результат измерения может быть выражен только одним числом).

Динамический режим измерений — это режим измерений, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. когда выходной сигнал средства изменяется во времени, в соответствии с изменением по времени измеряемой величины. Таким образом, динамические измерения применяют для измерения параметров величин, имеющих зависимость от времени. Пример динамического из­мерения — определение мгновенных значений радиотехнических сигна­лов в течение какого-либо интервала времени. Для оценки точности ре­зультатов динамических измерений необходимо знание динамических свойств (погрешностей) средств измерений,

Необходимо также различать измерения параметров детерминиро­ванных величин (сигналов) и характеристик случайных величин (сигналов, процессов). В первом случае измеряются заведомо постоянные, либо меняющиеся по известному закону величины. Во втором — в результате некоторого числа опытов определяются характеристики законов рас­пределения измеряемых случайных величин (амплитуды, длительности импульсов и т.д.).

Анализ используемого метода измерений как основной характери­стики конкретных измерений позволяет ввести еще один важный клас­сификационный признак. В зависимости от метода и свойств приме­няемых средств измерений все рассмотренные выше виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо с многократными на­блюдениями.

Наблюдением при измерении (измерительным наблюдением) называ­ется единичная экспериментальная операция, итог которой — результат наблюдения — всегда имеет случайный характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обра­ботке для получения результата измерения. От числа наблюдений зави­сит способ обработки экспериментальных данных и оценки погрешно­стей измерений. Различают однократные и многократные наблюдения.

На практике результаты многократных наблюдений при прямых из­мерениях какой-то физической величины осуществляются одним экспе­риментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения. Такие измерения принято называть равноточными. Однако часто возникает необходимость в определении наиболее точной оценки измеряемой величины на основании результатов наблюдений, полученных разными экспериментаторами, в разных условиях, с приме­нением различных методов и средств измерения. Совершенно очевидно, что результаты таких наблюдений будут иметь различную точность, и поэтому подобные измерения называют неравноточными.

В зависимости от необходимой точности оценки погрешности изме­рения делятся на следующие виды: высшей точности (прецизионные), которые связаны с созданием эталонов и измерением физических кон­стант; технические измерения, в которых погрешность результата опре­деляется характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений, и оценивается до проведения измерений; кон­трольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать неко­торых заранее заданных значений.