Метод измерения – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.
Как отмечалось выше (см. п. 1.2.), принцип измерения – это физическое явление или совокупность физических явлений, положенные в основу измерений. Например: измерение температуры с использованием термоэффекта.
Методы измерения можно классифицировать по физическим принципам, лежащих в их основе (электрический, магнитный, оптический и другие методы измерений); по взаимодействию средства и объекта измерений (статический, динамический методы измерений); в зависимости от вида, применяемого в СИ, сигнала (аналоговый, цифровой методы измерений).
Для метрологического анализа особенно важными являются классификации, основанные на интеграции всех трех указанных выше признаков. Рассмотрим наиболее разработанную классификацию по совокупности приемов использования принципов и средств измерений (рис. 6).
Рис. 6. Классификация методов измерения
1. При методе непосредственной оценки результат измерения определяется по отсчетному устройству средств измерения. На этом методе основаны все стрелочные устройства, несмотря на то, что он имеет наиболее низкую точность, так как в этих приборах применяются меры ограниченной точности.
2. При методе сравнения с мерой измеряемую величину время от времени определяют (или сравнивают) с мерой (разновесные гири) или измеряют с помощью компенсационных приборов (магазин мер, резисторы и др.).
Данный метод лежит в основе всех остальных представленных ниже методов.
3. При дифференциальном методе на вход СИ подается разностный сигнал между измеряемой величиной и мерой. Это более точный метод, как правило, используется в поверочных схемах, установках. Успешно применяется для исследования тепловых эффектов и определения критических температур (дифференциально-термический анализ) в специальных установках – дереватографах.
Точность метода характеризует следующее: если разность измеряемой величины и мерой составляет 0,1 % и используется средство измерения погрешностью в 1 %, то общая погрешность оказывается равной 0,001 % (для электрических, электромагнитных приборов).
4. При нулевом методе разность между измеряемой величиной и мерой доводят до нулевого значения с помощью специального сравнивающего устройства, которое делает метод более точным.
Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, но с использованием специального устройства. Примером применения данного метода могут быть аналитические весы.
5. При методе замещения измеряемая величина определяется путем ее замещения известной мерой. Этот метод похож на метод сравнения с мерой.
6. Метод совпадений (метод нониуса ) применяется в тех случаях, когда измеряемая величина меньше цены деления заданной меры. При этом применяются две меры с разными ценами деления, которые отличаются на размер оцениваемого разряда отсчета.
Пример. Пусть мы имеем одну калиброванную меру с ценой деления Δ Хк 1 и измеряемую величину Δ Х, которая меньше ΔХк 1. В этом случае используют вторую меру с ценой деления Δ Хк 2. Таким образом, если чувствительность прибора необходимо повысить, появляется условие: Δ Хк 2 < Δ Х < Δ Хк 1. Если чувствительность увеличить в n раз, следовательно ΔХк2=ΔХк1·(1-1/ n).
Измеряемую величину Δ Х устанавливают между нулевыми отметками мер и находят число Nx, равное номеру совпавших делений мер. При n = 10, получим: Nx ·Δ Xk 1 = Δ X+Nx ·Δ Xk 2. Далее находим:
Δ X = Nx ·(Δ Xk 1 - Δ Xk 2) = Nx ·(Δ Xk 1 -0,9·Δ Xk 1) = 0,1 Nx· Δ Xk 1.
В литературе встречается деление методов измерений, в зависимости от состава результирующей погрешности и погрешности отдельных преобразователей на методы прямого и уравновешивающего преобразования.
Метод прямого преобразования представляет собой метод непосредственной оценки: входной параметр последовательно проходит все преобразователи разомкнутой цепи в цепи преобразования и по выходному отсчетному устройству оценивается результат измерения (здесь движение информации происходит только в одну сторону). Погрешность такого СИ полностью определяется погрешностью всех преобразователей цепи преобразования.
Метод уравновешивающего преобразования представляет собой нулевой метод при общепринятой классификации методов измерения: в устройстве существует как минимум два канала преобразования: прямой и обратный.
