Разновидности методов измерений.

Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия, в котором предусмотрено преобразование сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи (например, измерение температуры ртутным термометром). Для измерения методом непосредственной оценки применяют очень много приборов различных видов: манометры, амперметры, расходомеры, барометры и др. Достоинствами этого метода является быстрота получения результата измерения, возможность непосредственного наблюдения за изменениями измеряемой величины. Однако его точностные возможности ограничены погрешностями градуировки прибора.

Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. При этом используют измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с известной. Данный метод имеет разновидности (нулевой, дифференциальный и метод совпадений), которые часто рассматриваются как самостоятельные. Возможности метода сравнения с мерой, который точнее метода непосредственной оценки, определяются в основном погрешностью изготовления применяемых мер.

Методы непосредственной оценки и сравнения с мерой являются прямыми методами. При косвенных методах об измеряемой величине судят по другим величинам, связанным с искомой величиной известной функциональной зависимостью.

При компенсационных методах измерений неизвестная измеряемая величина (например, разность потенциалов) компенсируется величиной той же размерности (но с противоположным знаком), которой мы можем управлять и значение которой нам известно. Снятие показаний прибора производится в момент уравновешивания (например, при отсутствии тока в цепи). Компенсационные методы применяют для повышения точности измерений.

Отличием средства измерений от других технических устройств являются назначение средств измерений (предназначены для получения измерительной информации) и наличие нормированных метрологических характеристик.

Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Их еще называют точностными характеристиками средств измерений. Информация о назначении и метрологических характеристиках приведена в документации на средства измерений (в ГОСТе, в ТУ, в паспорте). К метрологическим характеристикам средств измерений относятся класс точности, допустимые погрешности, нормальные и рабочие области значений влияющих величин, поправки для учета систематических погрешностей, диапазоны показаний и измерений, цена деления шкалы, чувствительность прибора, коэффициент преобразования и другие параметры.

Особенностью измерительной техники является широкое распространение измерительных процессов, в которых участвуют одновременно различные средства, измеряющие многообразные физические величины и основанные на разных принципах действия. Это вызывает необходимость нормировать метрологические характеристики средств измерений на единой принципиальной основе.

По метрологическим характеристикам средств измерений решается ряд важных для обеспечения единства измерений задач:

– определение погрешности результата измерений (одной из составляющих погрешности измерений является погрешность средств измерений);

– выбор средств измерений по точности в соответствии с известными условиями их применения и требуемой точностью измерений (эта задача является обратной по отношению к задаче определения погрешности измерений);

– сравнение средств измерений различных типов с учетом условий их применения;

– замена одного средства измерений другим, аналогичным;

– оценка погрешности сложных измерительных систем. Нормированные метрологические характеристики выражаются в форме, удобной для обоснованного решения перечисленных выше задач и одновременно достаточной для простого контроля при поверке или калибровке.

При установлении совокупности нормируемых метрологических характеристик для средств измерений конкретного вида необходимо использовать номенклатуру характеристик, регламентированных государственным стандартом ГОСТ 8.009-84 "ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений". Например, в ГОСТ 8711-78 "Амперметры и вольтметры. Общие технические условия" нормируются предел допускаемой основной погрешности и нормальные условия, пределы допускаемых дополнительных погрешностей и рабочие области влияющих величин, предельно допускаемая вариация и невозвращения указателя нуля. При поверке или калибровке эти характеристики подлежат контролю.

В практике применения средств измерений широко используется такая характеристика, как класс точности, зависящая от способа выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений. Впервые "класс точности" был введен в 30-е гг. применительно к стрелочным приборам для определения основной погрешности средств измерений (в нормальных условиях) и классификации последних по точности. Эта характеристика была удобной и для приборостроителей, так как позволила четко стандартизировать измерительные приборы по классам точности. Такое представление в то время было оправдано, и характеристикой "класс точности" можно было руководствоваться при выборе средств измерений, при ориентировочной оценке точности измерений и т.д.

В настоящее время, когда схемы и конструкции средств измерений усложнились, а области применения средств измерений весьма расширились, на погрешность измерений стали существенно влиять и другие факторы, в частности изменения внешних условий (температура окружающей среды, механические нагрузки на средства измерений и т.д.), а также характер изменения во времени измеряемых величин. Основная погрешность измерительных приборов перестала быть действительно основной составляющей погрешности измерений, и класс точности не позволяет в полной мере решать задачи, перечисленные выше. Область практического применения характеристики "класс точности" ограничена только такими средствами, которые предназначены для измерения статических величин. В международной практике "класс точности" устанавливается только для небольшой части приборов.

Требования к назначению, применению и обозначению "классов точности" регламентированы в ГОСТ 8.401-80 "ГСИ. Классы точности средств измерений. Основные положения". Этот стандарт гармонизирован с международными рекомендациями.

Формула для расчета класса точности:

Кт = (ΔU_{МАХ ДОП} / (U_MAX – U_MIN)) ´ 100%, где

Кт – класс точности прибора,

ΔU_{МАХ ДОП} – максимально допустимая абсолютная погрешность измеряемой величины,

U_MAX – U_MIN – диапазон значений измеряемой величины.

Таким образом, чем выше точность прибора, тем меньше число, характеризующее его класс точности.