Прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения

Виды и методы измерений

Классификация видов измерений приведена на рис. 2.2.

С точки зрения общих способов получения результатов измерения разделяют на

Наиболее часто используются прямые измерения, состоящие в том, что искомое значение величины находят из опытных данных путем экспериментального сравнения. Например, длину измеряют непосредственно линейкой, температуру — термометром, силу— динамометром. Уравнение прямого измерения: у = Сх, где С — цена деления СИ.

Если искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, найденными прямыми измерениями, то этот вид измерений называют косвенным. Например, объем параллелепипеда находят путем умножения трех линейных величин (длины, ширины и высоты); электрическое сопротивление — путем деления падения напряжения на величину силы электрического тока. Уравнение косвенного измерения y = f (x ₁, x ₂,..., x_n), где x_i — i -й результат прямого измерения.

Совокупные измерения осуществляются путем одновременного измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин. При определении взаимоиндуктивности катушки М, например, используют два метода: сложения и вычитания полей. Если индуктивность одной из них L ₁, а другой — L ₂, то находят L ₀₁= L ₁+ L ₂+2 M и L ₀₁= L ₁+ L ₂-2 M. Откуда M = (L ₀₁ - L ₀₂)/4.

Совместными называют производимые одновременно (прямые и косвенные) измерения двух или нескольких неодноименных величин. Целью этих измерений, по существу, является нахождение функциональной связи между величинами. Например, измерение сопротивления R_t проводника при фиксированной температуре t по формуле

Rt = R 0(1+aD t),

где R ₀ и a — сопротивление при известной температуре t _o (обычно 20 °С) и температурный коэффициент — величины постоянные, измеренные косвенным методом; D t = t - t _o — разность температур; t — заданное значение температуры, измеряемое прямым методом.

Рис. 2.2. Классификация видов измерений

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.
Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т д.
Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.
Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.
Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.
Однократные измерения - это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.
Многократные измерения -характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше Преимущество многократных измерений - в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

Приведенные виды измерений включают различные методы, совокупность приёмов использования принципов и средств измерений

Методика — это технология выполнения измерений с целью наилучшей реализации метода.

В соответствии с РМГ 29—99 различают:

1. Метод непосредственной оценки, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора, например измерение давления пружинным манометром, массы — на весах, силы электрического тока — амперметром.

2. Метод сравнения с мерой, где измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирей; измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с ЭДС параллельного элемента.,

3. Метод дополнения, если значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.

4. Дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод позволяет получить результат высокой точности при использовании относительно грубых средств измерения.

Пример 2.1. Измерить длину х стержня, если известна длина l (l < x) меры. Как показано на рис. 2.3, x = l + a (a — измеряемая величина).

Действительные значения a _д будут отличаться от измеренного a на величину погрешности D:

Рис. 2.3. Дифференциальный метод измерения

5. Нулевой метод- метод сравнения с мерой, когда результирующее воздействие двух величин ( измеряемой и воспроизводимой мерой) направленных навстречу друг другу доводится до нуля. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины. Рассмотрим, например, неравноплечие весы (рис. 2.4, а), где Р ₁ l ₁= Р ₂ l ₂. В электротехнике — это мосты для измерения индуктивности, емкости, сопротивления (рис. 2.4, б). Здесь r ₁ r ₂ = r_xr ₃, откуда r_х = r ₁ r ₂/ r ₃. В общем случае совпадение сравниваемых величин регистрируется нуль-индикатором (И).

Рис. 2.4. Нулевой метод измерения:

а — схема механических весов; б — схема электрического моста

6. Метод замещения — метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Кроме того, можно выделить нестандартизованные методы:

·метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения. Например, измерения массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уравновеши вающих ее гирь на двух чашках весов;

·метод совпадений, где разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Например, при измерении длины штангенциркулем наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; при измерении частоты вращения стробоскопом — метки на вращающемся объекте с момента вспышек известной частоты.

Дата добавления: 2015-04-30