Основные характеристики измерений

Классификация измерений

Основные вопросы измерений и средств измерений

По способу получения числового значения измеряемой величины (информации) все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений являются измерение вольтметром напряжение источника, длины тела линейкой и т. д. Таким образом при прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах с помощью меры.

Косвенным измерением называют измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.

Уравнение косвенного измерения имеет вид:

Y=f(Х₁,Х₂,..,Х_n)

где Y- искомая величина, являющаяся функцией аргументов Х₁,Х₂,..,Х_n, измеряемых прямым методом.

Примером может быть нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению (R), длине (l) и площади поперечного сечения (S)

r=RS/l

Совокупными называют измерения, при которых проводятся одновременно измерения нескольких однородных величин с определением искомой величины путем решения системы уравнений. Число уравнений системы не должно быть меньше числа искомых величин.

Примером может быть измерение значения взаимоиндуктивности M между двумя катушками L₁ и L₂. Сначала их соединяют согласно (их магнитные поля складываются) и определяют их общую индуктивность L_С=L₁+L₂+2М; затем их включают встречно (поля вычитаются) и L_В=L₁+L₂-2М. Индуктивность согласного L_С и встречного включения L_В получают с помощью прямых измерений. Решая систему уравнений для L_С и L_В, получаем

M=(L_С- L_B)/4.

Совместными называютизмерения, при которых проводятся измерения неоднородных физических величин с целью нахождения зависимости между ними.

Например, определяют зависимость сопротивления резистора от температуры R_t=R_о(1+At+Bt²), измеряя сопротивление при трёх разных температурах. Составив систему из трёх уравнений, находим параметры R_о, A и В (например с целью идентификации материала).

По характеру изменения получаемой информации в процессе измерения они разделяются на:

статические измерения, которые проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины;

динамические измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется;

статистические измерения, связанные с определением характеристик случайных процессов, шумовых сигналов и др.

К статическим относятся измерения параметров, которые в процессе измерения не изменяются или рассматриваются не изменяющимися (размер обработанной детали, ёмкость конденсатора и др.). Динамический режим может возникнуть непосредственно после включения средства измерения из-за инерционности или в случае, когда за время измерения величины могут претерпевать те или иные изменения. Измерения в этом режиме называются динамическими.

По количеству измерительной информации измерения выполняются с однократными или многократными наблюдениями. Наблюдением называется экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерения, в результате которой получают одно из группы значений величины.

Однократные, при которых число измерений равняется числу измеряемых величин. Если измеряется одна величина, то измерение проводится один раз. При этом велика возможность грубой ошибки-промаха.

Многократные, при которых число измерений превышает число измеряемых величин в n/m раз, где m-число измеряемых величин, n-число измерений каждой величины. Обычно n³3. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных составляющих погрешностей измерения.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:

Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно – поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность измерений.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. В качестве примеров можно привести фотоэлектрический эффект, термоэлектрический эффект, пьезоэлектрический эффект и др.

Метод измерений – совокупность использованных способов сравнения измеряемой величины с её единицей (или шкалой) в соответствии с реализованным принципом измерений. Все методы измерений делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия, шкала которого была заранее градуирована с помощью меры, воспроизводящей известные значения измеряемой величины. Мера, отражающая единицу измерения, её дольные и кратные части, в измерении непосредственно не участвует. Примерами приборов прямого действия, реализующими метод непосредственной оценки, могут быть: пружинный манометр для измерения давления, амперметр для измерения силы электрического тока и др. Точность измерения с помощью этого метода является ограниченной, но они удобны для практического применения.

Метод сравнения с мерой предусматривает сопоставление измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие методы: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

При нулевом методе измерений разность измеряемой величины и известной величины сводится к нулю в процессе измерения, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикаторном. При высокой точности мер, воспроизводящих известную величину, и высокой чувствительности нуль-индикатора может быть достигнута высокая точность измерений.

При дифференциальном методе разность измеряемой величины и величины известной, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измерительного прибора. Неизвестная величина определяется по известной величине и измеренной разности. Дифференциальный метод может также обеспечить высокую точность измерения, если известная величина воспроизводится с высокой точностью, а разность между ней и неизвестной величиной мала.

Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают (заменяют) известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например, измерение неизвестного сопротивления резистора путём его замены магазином сопротивлений и регулировкой сопротивления магазина до получения прежних показаний прибора, включённого в цепь (амперметр, омметр и др.). Погрешность измерения определяется погрешностью прибора, зоной его нечувствительности и погрешностью меры и, обычно, невелика.

Метод совпадений заключается в том, что разность между измеряемой величиной и известной величиной измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером может быть измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, наблюдая совпадение отметок на шкале штангенциркуля и нониуса.

Как уже отмечалось погрешность измерений – разность между полученным при измерении Х и истинным Х_И значениями измеряемой величины. Погрешность измерения Δ, определяемая соотношением Δ=Х-Х_И называется абсолютной погрешностью.

Точность – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению величины, т.е. близостью к нулю погрешностей измерения. Обычно говорят о высокой (средней, низкой) точности измерений в качественном отношении, имея ввиду полученную при измерениях соответственно низкую (среднюю, высокую) погрешность.

Иногда значение точности определяют величиной

ε = |Δ/X_И|^-1 = 1/|δ|, где |δ| - модуль т.н. относительной погрешности.

Правильность измерений определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины).

Достоверность измерений характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин.

Дата добавления: 2014-01-07