Классификация методов измерений

В основе каждого измерения лежит определенный принцип измерения, который представляет собой совокупность физических явлений, используемых для получения результата в виде измерительной информации о значении измеряемой физической величины.

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

Методы измерений классифицируют по нескольким признакам.

1/ По общим приемам получения результатов измерений различают прямой и косвенный методы измерения. Первый реализуется при прямом измерении, второй – при косвенном измерении.

2/ По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерения.

3/ По способу сравнения измеряемой величины с ее единицей для прямых измерений (при которых искомое значения физической величины находят непосредственно из опытных данных) можно выделить два основных метода:

· метод непосредственной оценки,

· метод сравнения с мерой.

Различия между двумя этими методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры.

Мера – это средство измерений, воспроизводящее величину известного размера.

Метод непосредственной оценки заключается в определении значения измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Например: взвешивание на циферблатных весах, определение размера детали с помощью микрометра или измерение давления пружинным манометром.

Измерения с помощью этого метода проводятся очень быстро и просто, однако точность измерений чаще всего оказывается невысокой из-за погрешностей, связанных с необходимостью градуировки шкал приборов и воздействием влияющих величин (непостоянство температуры, нестабильность источников питания и пр.).

Метод сравнения с мерой заключается в сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой.

Метод сравнения с меройхарактеризуется тем, что прибор фактически используют для определения разности измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Для реализации этого метода можно использовать приборы с относительно небольшими диапазонами показаний, вплоть до вырожденной шкалы с одной нулевой отметкой.

Например: измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием объекта гирями (мерами массы), измерения напряжения постоянного тока прибором-компенсатором путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента. Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины (проверочная мера длины (эталон) от 0,001 до 2000 мм, выполненная из прямоугольного параллелепипеда или кругового цилиндра, с достаточно точным размером между измеряемыми поверхностями) или угла, эталонные резисторы и т.д.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях, среди которых различают:

- дифференциальный и нулевой методы измерений,

- метод совпадений,

- метод измерений замещением и метод противопоставления,

- метод измерений дополнением.

Дифференциальный и нулевой методы отличаются друг от друга в зависимости от степени приближения размера, воспроизводимого мерой, к измеряемой величине.

Дифференциальный метод измерений (дифференциальный метод) – 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.

Например: определение отклонения сопротивления резистора от номинала неуравновешенным мостом.

Фактически дифференциальный метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Нулевой метод измерений (нулевой метод) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Например: измерения массы взвешиванием на равноплечих рычажных весах с полным уравновешиванием чашек.

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).

Например: измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Так, например, шкала нониуса штангенциркуля имеет десять делений через 0.9 мм. Когда нулевая отметка шкалы нониуса оказывается между отметками основной шкалы штангенциркуля, это означает, что к целому числу миллиметров необходимо добавить число десятых долей миллиметра, равное порядковому номеру совпадающей отметки нониуса.

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

Например: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливают соотношение между этими величинами.

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.