4.2. Классификация методов и средств измерения

Метод измерения - это совокупность приемов использования принципов и средств измерения.

Существует семь основных методов измерения: непосредственной оценки, сравнения с мерой, противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения и метод совпадений.

При методе непосредственной оценки результат измерения опре­деляется по отсчетному устройству средства измерения. На этом ме­тоде основаны все стрелочные устройства, однако он имеет низкую точность.

При методе сравнения с мерой результат измерения оценивается по сравнивающему устройству. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями.

При методе противопоставления устанавливают соотношение между измеряемой величиной и мерой путем их сравнения. Например, в

фотоэлектроколориметрах при измерении мутности или цветности воды сравнивается ин­тенсивность света, прошедшего через измеряемую пробу, с аналогич­ной интенсивностью света, прошедшего через чистую (дистиллирован­ную) воду.

Дифференциальный метод заключается в подаче разностного сиг­нала между измеряемой величиной и мерой на вход средства измерения.

Нулевой метод заключается в регистрации разности между изме­ряемой величиной и мерой. Затем с помощью специального устройства эту разность доводят до нулевого значения по сравнивающему уст­ройству.

При методе замещения измеряемая величина определяется путем замещения ее известной мерой.

При методе совпадений разность между измеряемой величиной и мерой определяется по совпадению меток или периодических сигналов.

Для реализации методов измерения применяются следующие виды средств из­мерения: мера, измерительный преобразователь, измерительный при­бор, вспомогательное средство измерения, измерительная информаци­онная система.

Мера - это средство для воспроизведения величины в единицах измерения или в виде отдельных кратных единиц. Меры бывают одноз­начные или многозначные.

Измерительный преобразователь - это средство измерения, пред­назначенное для выработки сигнала измерительной информации. В большинстве случаев такой сигнал не поддается непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительный прибор - это средство измерения, предназначен­ное для выработки сигнала измерительной информации в удобной для восприятия наблюдателем форме.

Вспомогательные средства измерения представляют собой сово­купность различных вспомогательных элементов, предназначенных для работы с измерительными приборами. Например, соединительные прово­да, шунты, колбы, пробирки, кюветы и другие.

Измерительная информационная система - это средство измере­ния, предназначенное для представления информации об измерении в виде, удобном для ее использования в системах управления и регули­рования.

4.3. Основные характеристики средств измерений

Оценку эффективности применяемых средств измерений в боль­шинстве случаев осуществляют по четырем основным характеристикам: точность, чувствительность, надежность, быстродействие.

Под точностью понимается степень приближения результатов из­мерения к истинному значению измеряемой величины. Иногда применяют понятие "погрешность", представляющее собой степень отклонения по­казаний средства измерения от действительного значения измеряемой величины.

Существуют понятия абсолютной погрешности, относительной пог­решности и приведенной погрешности.

Абсолютная погрешность - это разность между показаниями средства измерения у и истинным значением измеряемой величины х, имеющим ее размерность:

∆ = У – Х

Относительная погрешность представляет собой отношение аб­солютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Обычно относительную погрешность определяют в процентах:

δ = ∆ /Х * 100

Приведенная погрешность представляет собой отношение мак­симального значения абсолютной погрешности ∆_mах к максимальному значению шкалы средства измерения у_max:

Δ_пр = |∆| maх/y_max

Чувствительностью называют отношение выходной величины средства измерения У к входной Х:

S = ∆ У/ ∆ Х

Существует также понятие порога чувствительности: наименьшее значение входного сигнала, при котором четко обнаруживается изме­нение выходного сигнала.

Под надежностью средства измерения понимается сохранение его характеристик точности в заданных пределах в установленный период его эксплуатации. Важнейшей количественной характеристикой надеж­ности является вероятность безотказной работы, которая характери­зуется соотношением:

р(t) = р( ≥t)

где р(t) - вероятность того, что данное средство измерения будет работоспособно в рассматриваемый промежуток времени;

- время от момента включения средства измерения в работу до момента, когда оно перестало отвечать своим метрологическим пара­метрам;

t - рассматриваемый промежуток времени.

В технических условиях на любое средство измерения указывают­ся требования надежности. Например, за t = 1000 часов величина р(t) должна быть не менее 0,85.

Быстродействие средства измерения характеризуется числом из­мерений в единицу времени.

Важнейшей обобщающей характеристикой средств измерений явля­ется класс точности, который характеризует свойства средств изме­рений, но не является непосредственной характеристикой точности.

Стандарт [16] устанавливает два класса точности. Первый - нормирует абсолютные погрешности. В этом случае классам точности присваиваются порядковые номера, которые носят условный характер и не связаны с пределом допустимой погрешности. Второй - нормирует относительные или приведенные погрешности измерений. Для второго класса точности существует связь между обозначением класса и конк­ретным значением предела допустимой погрешности.