Как было сказано выше, измерительный процесс включает подготовку, проведение измерения и обработку поученных результатов. В данной главе рассмотрим эти этапы более подробно (детализируем их) и суммируем изученные в предыдущих главах понятия погрешности измерений, метода измерений, средства измерений и т.д.
Подготовка измерений в общем случае состоит из следующих этапов:
выбор подходящих средств и метода измерений;
подготовка и опробование средств измерений;
контроль условий выполнения измерений;
уменьшение влияния и учет погрешностей измерений.
Общий порядок подготовки и проведения измерений, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов, устанавливают обычно в методиках выполнения измерений.
Подготовка к измерениям
Выбор средств измерений является одной из наиболее важных задач при подготовке к проведению измерений, т.к. погрешность средств измерений (инструментальная) является наиболее существенной составляющей погрешности результата (см. формулу 1.7).
Выбор средств измерений определяет качество полученной измерительной информации. Измерения, выполняемые при помощи средств измерений с большей погрешностью, чем допускаемая погрешность измерений, приводят к браку продукции, неверным выводам. Применение точных средств измерений связано с большими материальными затратами.
Обычно при выборе средств измерений необходимо учитывать
- вид измеряемой величины,
- внешние условия проведения измерений,
- пределы допустимого изменения параметра (допуск D), заданные в технической документации,
- метрологические характеристики средств измерений (цена деления, погрешность, пределы измерений и т.д.),
- эксплуатационные характеристики (простота и надежность средства измерений, затрачиваемое на настройку время, масса и габаритные размеры, степень автоматизации),
- экономические характеристики (стоимость средства измерений),
а также трудоемкость метрологического обслуживания средств измерений и т.п.
В каждом конкретном случае выбор средств измерений зависит от решаемой задачи, и единой методики их выбора нет. Однако на основании накопленного опыта можно сформулировать общие принципы выбора средств измерений.
1. При выборе средств измерения исходят из пределов допустимого изменения параметра D. Поэтому в первую очередь определяют предельно допустимую погрешность измерения Δизм в соответствии с формулой
Δизм= 0,1…0,3 D
Как было отмечено выше, Δизм включает погрешность средства измерения Dси, метода Dм, оператора и т.д. в соответствии с уравнением (2.2). Основной составляющей Dизм является Dси. Следовательно, необходимо, чтобы погрешность средства измерения была меньше, чем допускаемая погрешность измерения.
Δси < Δизм
2. При выборе средств измерений важно определить диапазон измерения средства измерения и цену деления. Диапазон измерения должен быть таким, чтобы измеряемая величина приходилась на последние две трети шкалы.
Цену деления выбирают с учетом заданной точности измерений. Например, если размер необходимо контролировать с точностью до 0,01 мм, то и средство измерения следует выбирать с ценой деления 0,01 мм, т.к. средство измерения с более грубой шкалой внесет дополнительные субъективные погрешности. Более точное средство измерения выбирать не имеет смысла из-за его удорожания.
Выбор методов и средств измерений обычно осуществляет высококвалифицированный персонал (специалисты технических служб), знакомый с физическими основами измерений, методами расчета погрешностей средств измерений по нормированным МХ.
Подготовка и опробование средства измерений. Перед проведением измерений оператор должен подготовить выбранное средство измерений к работе, т.е. установить его в рабочее положение, включить питание, охлаждение, прогреть необходимое время и т.п. Далее следует опробовать средство измерений, т.е. проверить действие органов управления, регулировки, настройки и коррекции. Если средство измерений снабжено средствами тестирования, то нужно выполнить соответствующие операции. Иногда проводят 2-3 пробных измерения и сравнивают результаты с ожидаемыми. При непредвиденно большом расхождении результатов необходимо проанализировать причины и устранить их.
Контроль условий выполнения измерений. Для того, чтобы обеспечить получение результата с требуемой точностью, необходимо определить и поддерживать условия, при которых гарантируется сохранение метрологических характеристик средств измерений. С этой целью определяют влияющие на измерение величины и принимают меры по уменьшению их влияния (термостатирование, экранирование и др.).
Выявление источников погрешностей и их уменьшение. До начала измерений необходимо по возможности обнаружить источники погрешностей, и далее исключить или уменьшить их влияние на результат измерений.
Как указано выше, при выполнении измерений остаются неисключенные остатки систематических погрешностей q.
Для обнаружения q рекомендуется: провести измерение другим, отличным от использованного, методом, и сравнить результаты; изменить условия измерений (применить другой экземпляр средства измерений, сменить оператора, изменить время измерений, например, провести их в ночное время, когда выключено технологическое оборудование). Также можно провести контрольное измерение в лаборатории другой организации, где имеются более точные средства измерений.
Учет неисключенных систематических погрешностей проводят в соответствии с алгоритмами обработки результатов, рассмотренных ниже.
Чтобы гарантировать определенную точность результата измерения, необходимо установить порядок подготовки и проведения измерений, условия проведения, метод и средства измерений, последовательность обработки результатов измерений, квалификацию оператора, требования безопасности проведения работ. С этой целью осуществляется разработка методик выполнения измерений. Для измерений, проводимых с помощью простых показывающих приборов, разработка методик обычно не требуется. В этих случаях достаточно в нормативной документации указать тип и основные метрологические характеристики средств измерений.
После того, как подготовка к измерениям завершена, проводят измерения в соответствии с методикой их выполнения (или инструкцией по применению средства измерений). Полученные результаты обрабатывают и оценивают погрешности измерений, используя аппарат математической статистики (при многократных измерениях). Далее результаты оформляют в требуемой форме с учетом правил округления.
