Виды и методы измерений. Измерения как экспериментальные процедуры определения значений измеряемых величин весьма разнообразны

Измерения как экспериментальные процедуры определения значений измеряемых величин весьма разнообразны. Это объяс­няется множеством измеряемых величин, различным характером их изменения во времени, различными требованиями к точности измерений и т. д. В зависимости от способа обработки экспери­ментальных данных для нахождения результата измерения относят к

Þ пря­мым,

Þ косвенным,

Þ совместным

Þ совокупным.

Прямое измерение — измерение, при котором искомое значе­ние величины находят непосредственно из опытных данных в ре­зультате выполнения измерения. Пример прямого измерения — измерение вольтметром напря­жения источника.

Косвенное измерение – при котором искомое зна­чение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, определенными прямыми измерениями. При косвенном измерении значение измеряемой ве­личины получают путем решения уравнения x = F(x₁, x₂, х₃,..., х_n), где x₁, х₂, х₃,..., х_n – значения величин, полученных прямыми измерениями. Пример косвенного измерения: сопротивление резистора R находят из уравнения R=U/I, в которое подставляют изме­ренные значения падения напряжения U на резисторе и тока / через него.

Совместные измерения — одновременные измерения несколь­ких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. При этом решают систему уравнений

Пример совместного измерения: определяют зависимость со­противления резистора от температуры R_t= R₀(1+At+Bt²). Измеряя сопротивление резистора при трех различных температу­рах, составляют систему из трех уравнений, из которых находят параметры R₀, А и В зависимости R_t(t).

Совокупные измерения — одновременные измерения несколь­ких одноименных величин, при которых искомые значения вели­чин находят решением системы уравнений, составленных из ре­зультатов прямых измерений различных сочетаний этих величин. Пример совокупного измерения: измерение сопротивлений резисторов, соединенных треугольником, путем измерений сопротивлений между различными вершинами треугольника. По результатам трех измерений определяют сопротивления резис­торов.

Измерения выполняют с однократным либо с многократными наблюдениями. Наблюдение — экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерения, в результате которой получают одно из группы значений величины. В последнем случае для получения результата измерения требуется статистическая обработка наблюдений. Измерения вероятностных характеристик случайных процессов называют статистическими измерениями.

Измерения разделяют на статические и динамические в зави­симости от режима работы применяемых средств измерений. К статическим измерениям относят измерение, при котором сред­ство измерений работает в статическом режиме, т. е. когда выход­ной сигнал средства, например отклонение указателя, остается неизменным в течение времени использования выходного сигнала. К динамическим измерениям относят измерение, выполняемое средством измерений в динамическом режиме, т. е. когда выход­ной сигнал средства изменяется во времени так, что для получе­ния результата измерения необходимо учитывать это изменение. Для оценки точности результатов динамических измерений не­обходимо знать динамические свойства средств измерений.

Методом измеренийназывают совокупность приемов использования средств измерений.

Числовое значение измеряемой величи­ны получается путем ее сравнения с известной величиной, воспро­изводимой определенным видом средств измерений — мерой. В зависимости от способа применения меры известной вели­чины выделяют метод непосредственной оценки и методы сравне­ния с мерой.

При методе непосредственной оценкизначение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Его шкала заранее была градуирована с помощью меры, В процессе измерения оператором производится оценка положения ука­зателя отсчетного устройства по шкале. Измерение силы тока с помощью амперметра — пример измерения по методу непосредственной оценки.

Методы сравнения с мерой – при которых произво­дится непосредственное сравнение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Группа методов сравнения с мерой включает в себя следу­ющие методы:

v нулевой,

v дифференциальный,

v замещения и

v совпа­дения.

При нулевом методеизмерения разность измеряемой величи­ны и известной величины сводится в процессе измере­ния к нулю, что фиксируется высокочувствительным прибором — нуль-индикатором. При высокой точности мер, воспроизводящих известную величину, и высокой чувствительности нуль-индикато­ра может быть достигнута высокая точность измерений. Приме­ром применения нулевого метода является измерение сопротивления резистора с помощью четырех- плечего моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

При дифференциальном методе разность измеряемой величи­ны и величины, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измерительного прибора. Неизвестная величина опре­деляется по известной величине и измеренной разности. В этом случае уравновешивание измеряемой величины известной вели­чиной производится не полностью и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого. Дифференциальный ме­тод также может обеспечить высокую точность измерения, если известная величина воспроизводится с высокой точностью и раз­ность между ней и неизвестной величиной мала.

При методезамещенияпроизводится поочередное подключе­ние на вход прибора измеряемой величины и известной величины и по двум показаниям прибора оценивается значение неизвестной величины. Наименьшая погрешность измерения получается в том случае, когда в результате подбора известной величины прибор дает тот же выходной сигнал, что и при неизвестной величине. При этом методе может быть получена высокая точность измере­ния при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора. Примером этого метода является точ­ное измерение малого напряжения с помощью высокочувстви­тельного гальванометра, к которому сначала подключают источ­ник неизвестного напряжения и определяют отклонение указате­ля, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения указателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

При методе совпаденияизмеряют разность между измеря­емой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Приме­ром этого метода является измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа. Наблюдают положение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы. По частоте вспышек и смещению метки определяют частоту враще­ния детали.