Вопрос 1. Основные методы измерений

Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых прово­дятся измерения, и рядом других признаков. Современные мето­ды измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1).

Рис.1 Методы измерений

 

При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения вольтметром, силы тока — амперметром). Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым на практике, хотя точность измерения обычно ограничена.

Метод сравнения — метод измерений, при котором измеряе­мую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС эталонного элемента. Приборы, реа­лизующие измерение по методу сравнения, называют измеритель­ными приборами сравнения. В отличие от приборов непосредственной оценки, удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерений.

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); этот метод сравнения используют тогда, когда практическое значение имеет отклоне­ние измеряемой величины от некоторого номинального значения (уход частоты, отклонение напряжения и т.д.);

• метод замещения, при котором действие измеряемой вели­чины замещается образцовой.

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).

По способу преобразования измеряемой ве­личины и форме представления результата изме­рения делятся на аналоговые и цифровые. При аналоговых измерениях измерительный прибор непре­рывно преобразует измеряемую величину, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключе­ние о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы прибора.

В случае цифровых измерений сравнение физической величины с рядом образцовых значений осуществляется в приборе автоматически, оператор же получает численное значение изме­ренной величины в цифровой форме.

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

Статический режим измерений — режим, при котором сред­ство измерений работает в статическом режиме, при этом выход­ной сигнал остается неизменным в течение времени его исследования или меняется очень медленно.

Динамический режим измерений — режим, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. когда выходной сигнал изменяется во времени в соответствии с изменением во времени измеряемой величины. Итак, динамические измерения применяют для изме­рения параметров величин, имеющих зависимость от времени. Пример динамического измерения — определение мгновенных значений сигналов в течение какого-либо интервала времени.

В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений, все виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо с многократными наблюдениями.

Наблюдением называют единичную экспериментальную операцию, итог которой — результат наблюдения — всегда име­ет случайный характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обработке для получения результата измерения.

На практике многократные наблюдения при прямых измере­ниях осуществляются одним экспериментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения. Такие измерения называют равноточными. При равноточных измерениях предполагают, что дисперсии или средние квадратические откло­нения (СКО) результатов всего ряда измерений равны между собой.

Однако часто необходимо определить наиболее точную оценку измеряемой величины на основании результатов наблю­дений, полученных разными экспериментаторами, в разных усло­виях, с применением разных методов и средств измерения. Результаты таких наблюдений имеют различную точность, и их относят к неравноточным.

По необходимой точности оценки погрешности измерений делят на следующие виды: высшей точности (прецизионные); технические измерения, в которых погрешность резуль­тата определяют характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений, и оценивают до про­ведения измерений; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторых заранее заданных значений.