D1 ¹ D2)

Измерения в двух сериях в зависимости от совпадения или различия однотипных оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравниваемых серий 1 и 2

_{о о о о}

считают равнорассеянными(D₁» D₂), или при D₁ ¹ D₂ неравнорассеянными. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения.

В зависимости от планируемой точности измерения делят на технические и метрологические. Общность строго метрологического подхода к этим видам измерений состоит в том, что при любых измерениях определяют значения реализуемых погрешностей (например, используя оценки σ, или D), без чего невозможна оценка достоверности результатов.

К техническим следует относить те измерения, которые выполняют с заранее установленной точностью. Погрешность технического измерения D не должна превышать заранее заданного допустимого значения [D]:

D £ [D]. (2.3)

При разработке и воспроизведении единиц с помощью эталонов, при выполнении некоторых исследований измерения выполняют с максимально достижимой точностью. Такие измерения с минимальной погрешностью D (при имеющихся ограничениях) называют метрологическими и формально описывают выражением

D ® 0.

В тех случаях, когда цель измерений состоит в приблизительной оценке неизвестной физической величины, а точность результата не имеет принципиального значения прибегают к ориентировочным измерениям, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах. В этом случае за допустимую погрешность [ D ] принимают значение погрешности D, реализуемой в процессе измерений,

[D] = D.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

В соответствии с определением можно акцентировать принципы («фотоэлектрический метод угловых измерений»), средства («метод измерения длины лазерным интерферометром»), приемы использования средств измерений («метод полного уравновешивания», «контактный метод»). Слишком широкий набор оснований классификации делает несопоставимыми описания измерений, относящиеся к разным классификационным группам.

Более узкими являются приведенные в нормативном документе частные понятия методов, которые определяют разновидности методов измерений, хотя не покрывают всех возможных вариантов. В частности НД содержит определения терминов: метод непосредственной оценки; метод сравнения с мерой; нулевой метод; дифференциальный метод; метод измерений замещением; метод измерений дополнением; контактный метод измерений; бесконтактный метод измерений.

Анализ классификации методов измерений в узком смысле позволяет выяснить основные признаки, определяющие различия между методом непосредственной оценки иметодом сравнения с мерой. Принципиальныеразличия заключаются в том, что метод сравнения с мерой предусматриваетобязательноеиспользование овеществленной меры, а метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер в явном виде. Меры (концевые меры длины, гири,…), которые воспроизводят с определенной точностью физическую величину выбранного размера, применяют для того, чтобы уменьшить осуществляемое прибором измерительное преобразование.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера «заложена» в измерительный прибор опосредованно. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации,соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.

Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме:

 

Q = х, (2.4)

где Q – измеряемая величина,

х – показания средства измерения.

Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Примерами этого метода являются измерение массы на рычажных весах с использованием гирь (мер массы), измерение напряжения постоянного тока прибором-компаратором, путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента. Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением:

 

Q = х + Х_м, (2.5)

где Q – измеряемая величина,

х – показания средства измерения.

Х_м – величина, воспроизводимая мерой.

Разновидностями метода сравнения с мерой являются:

· дифференциальный и нулевой методы измерений,

· метод совпадений,

· метод измерений замещением и метод противопоставления,

· метод измерений дополнением.

Отличия между дифференциальным и нулевым методами заключаются в степени приближения размера, воспроизводимого мерой, к измеряемой величине.

Нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (х ≈ 0 в выражении (2.5), из чего следует, что Q ≈ Х_м). Пример – измерение массы взвешиванием на равноплечих рычажных весах с полным уравновешиванием чашек.

Дифференциальный метод измерений – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Пример – измерение длины детали на станковом приборе с измерительной головкой при настройке по блоку концевых мер.

Дифференциальный метод характерен тем, что на измерительный прибор воздействует значимая разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует показаниям прибора, отличным от нуля или х ≠ 0 в выражении (2.5).

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины). Определение отсутствует в РМГ 29, но метод часто встречается в метрологической литературе. Для оценки совпадения используют прибор сравнения (компаратор) или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, другие эффекты).

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения объекта измерения и меры различают м етод измерений замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещения) метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример – взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).

В другой интерпретации рассматривают альтернативную пару: методы замещения и противопоставления. В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно. Пример реализации такого метода – измерение длины станковым прибором при настройке по блоку концевых мер. Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (и это определение отсутствует в РМГ 29). Такой метод реализуется при измерении массы на рычажных весах с использованием гирь.

Метод измерений дополнением (метод дополнения) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению. Метод дополнения может быть реализован как при замещении, так и при противопоставлении измеряемой величины и меры. Пример применения такого метода – взвешивание на двухчашечных весах, при котором на чашку с измеряемым грузом помещают «дополнительные» меры массы для того, чтобы уравновесить перевешивающую чашку с «избыточной» массой гирь.

Контактный метод измерений – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: измерение диаметра вала индикаторной скобой, измерение температуры тела термометром.

Бесконтактный метод измерений – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами могут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта радиолокатором.

Для оценки метода измерений предлагается ответить на следующие вопросы:

- применяется ли мера для воспроизведения физической величины в явном виде?

- измеряются ли значения отклонений величины от известного значения меры?

Отрицательный ответ на первый вопрос означает, что мы имеем дело с методом непосредственной оценки, а положительный позволяет утверждать, что применяется метод сравнения с мерой. Если при этом значение разности измеряемой величины и меры доводится до нуля, реализуется нулевой метод измерений (иногда называемый методом полного уравновешивания), а если разность этих значений алгебраически суммируется со значением меры – дифференциальный метод.

При измерении методом замещения мера и измеряемый объект последовательно воздействуют на вход средства измерений (СИ), «замещая» друг друга. Например, индикаторный нутромер настраивают по мере (аттестованному кольцу или блоку плоскопараллельных концевых мер длины с боковиками), после чего мера убирается и замещается контролируемой деталью.

Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обеспечивают возможность одновременного воздействия на них меры и измеряемой физической величины. С помощью таких приборов реализуется метод противопоставления.

Примеры кратких характеристик методик выполнения измерений:

- измерение диаметра цилиндрической поверхности детали штангенциркулем в одном сечении – прямое абсолютное однократное (при повторении многократное) статическое измерение, выполняемое методом непосредственной оценки;

- нахождение значения угла прямоугольного треугольника по результатам измерений его сторон – косвенное измерение плоского угла, при котором осуществляются прямые измерения длин. Методы прямых измерений зависят от конкретной выбранной реализации;

- определение плотности материала по результатам измерений размеров (длин) образца и его массы – косвенное измерение искомой величины, требующее совместных измерений разноименных величин (длины и массы) и совокупных измерений нескольких одноименных физических величин (длин). Вычисляемый объем в этом случае также можно рассматривать как результат косвенного измерения.