Виды измерений

Целесообразность классификации измерений обусловлена удобством при разработке методик выполнения измерений и обработки результатов. Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков (рис. 5)

Наибольшее распространение получила классификация по общим приемам получения результатов измерений. Согласно данному критерию, измерения делятся на прямые, косвенные, совместные и совокупные. Подобное деление является удобным для выделения методических погрешностей измерений, возникающих при определении результатов измерений.

1. При прямом измерении искомую величину Y находят непосредственно по показаниям СИ: Y = x. (x – выходная величина СИ). Примерами прямого измерения являются: приборы стрелочного типа, весы с набором гирь, линейка и др.

2. При косвенном измерении искомую величину находят на основе прямого измерения ряда параметров при известной функциональной связи между ними. Уравнение косвенного измерения имеет вид:

Y=F ₁ (x ₁, x ₂, …, x _n ).

Примерами косвенного измерения являются: измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра; измерение массы жидкости в большой емкости (путем измерения уровня и плотности, а также геометрических размеров емкости); измерение плотности по массе и размеру.

Косвенное измерение применяют, когда нет возможности применить прямой метод или для получения большей точности.

К косвенному измерению относится абсолютное, для которого используется прямое измерение массы, длины и времени.

3. При совокупном измерении происходит одновременное измерение одноименных величин. В этом случае искомые величины определяются на основе решения системы уравнения, число которых должно быть равно или больше неизвестных величин. Пример совокупного измерения: измерение сопротивления элементов электрической цепи через какую-либо систему уравнений.

Рис. 5. Классификация видов измерений

4. При совместном измерении происходит одновременное измерение неоднородных величин. Основные уравнения при совместном измерении имеют вид:

F ₁ (y ₁, …, y_n, x ₁⁽¹⁾, …, x_n ⁽¹⁾, …, x_m ⁽¹⁾) = 0,

F ₂ (y ₁, …, y_n, x ₁⁽²⁾, …, x_n ⁽²⁾, …, x_m ⁽²⁾) = 0,

…………………………………………

F_n (y ₁, …, y_n, x ₁⁽ ⁿ ⁾, …, x_n ⁽ ⁿ ⁾, …, x_m ⁽ ⁿ ⁾) = 0,

где y ₁, …, y_n – искомые величины,

x ₁, …, x_m – параметры или величины, установленные на основе прямых или косвенных величин, F ₁, …, F_n – известные функции связи.

Например: пусть известна функциональная связь температуры и сопротивления: R_t=R ₀·(1 +α t + β T ²), при R ₀ =R· (t= 0), [ t ] =ºC, [ T ] =K.

Дано: t ₁, t ₂, t ₃ ≡ x ₁, x ₂, x ₃.

Найти: R_t ₁, R_t ₂, R_t ₃ ≡ y ₁, y ₂, y ₃.

Решение можно легко найти, решив систему уравнений:

R ₀·(1 +αt ₁ + β t ₁²) - R_t ₁ = 0,

R ₀·(1 +αt ₂ + β t ₂²) - R_t ₂ = 0,

R ₀·(1 +αt ₃ + β t ₃²) - R_t ₃ = 0.

По отношению к изменению измеряемой величины измерения делятся на статические и динамические. Целью данной классификации является возможность принятия решения о том, нужно ли при конкретных измерениях учитывать скорость изменения измеряемой величины или нет. К статическим относятся измерения ФВ, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за постоянную в течение всего времени измерения. Динамические измерения – это измерения изменяющейся по размеру ФВ. Признаком, по которому измерение относят к статическому или динамическому, является динамическая погрешность при данной скорости или частоте изменения измеряемой величины и заданных динамических свойствах СИ. Если она пренебрежимо мала, то измерение можно считать статическим. При невозможности пренебречь ею измерение является динамическим.

В зависимости от метрологического назначения измерения делят на технические и метрологические. Технические измерения проводятся рабочими СИ. Метрологические измерения выполняются при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц ФВ для передачи их размера рабочим СИ.

В зависимости от выражения результатов измерений последние подразделяют на абсолютные и относительные. Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Относительное измерение – это измерение отношения определяемой величины к одноименной. Например, измерение активности радионуклида в источнике по отношению к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве образцовой меры активности. Относительные измерения могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, поскольку в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины.

По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными называются измерения какой-либо ФВ, выполненные одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях. Соответственно, неравноточными называются измерения ФВ, выполненные различными по точности СИ и (или) в разных условиях. Методика равноточных и неравноточных измерений различна.

В зависимостиот числа измерений различают одно- и многократные измерения. Однократными называются измерения, выполненные один раз.

К многократным относятся измерения одного и того же размера ФВ, следующие друг за другом. Известно, что если число отдельных измерений достигает четырех и более, то их результаты могут быть обработаны в соответствии с требованиями математической статистики, то есть данные измерения можно считать многократными.

Примечание: измерения могут быть избыточными (когда число неизвестных параметров уравнения m меньше числа уравнений n)и неизбыточными, когда m = n (относится к совокупным или совместным измерениям).