Методы измерений
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.
По общим приемам получения результатов измерений методы различают на:
- прямой метод измерений – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения не требуют методики проведения измерений и проводятся по эксплуатационной документации на применяемое средство измерений;
- косвенный метод измерений – измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Косвенные измерения применяются в случаях, когда невозможно выполнить прямые измерения, например при определении плотности твердого тела, вычисляемой по результатам измерений объема и массы.
По условиям измерения:
- контактный метод измерений – основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром);
- бесконтактный метод измерений – основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).
Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают:
- метод непосредственной оценки – метод при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству показывающего СИ (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в СИ шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных СИ.
- метод сравнения с мерой – метод при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). Существует три разновидности этого метода:
- нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием;
- метод замещения – основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают измвестной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными, например взвешивание c поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов;
- метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов, например при измерении с использованием штангенциркуляс нониусом наблюдают совпадение меток на шкалах штангенциркуля и нониуса;
Поскольку погрешность определяется не только метрологическими характеристиками средств измерений, но и погрешностью отбора и приготовления проб, условиями проведения измерений, ошибкой оператора и другими причинами, это определение означает, что методики выполнения измерений могут разрабатываться и быть аттестованными только применительно к конкретным условиям проведения измерения с использованием конкретных средств.
Данное утверждение не означает, что для каждой измерительной или испытательной лаборатории должны разрабатываться собственные методики. Но если лаборатория использует тип средства измерения, приведенный в аттестованной методике, влияющие факторы (температура и влажность окружающего воздуха и измеряемой среды, напряжение и частота электрической сети, вибрация, внешнее магнитное поле и др.) находятся в определенном данной методикой диапазоне, а оператор соответствует установленной в ней квалификации, то физические величины будут измеряться в этой лаборатории с известной погрешностью.
- Дата вступления в силу Не указана
- Загрузить Нет документов
- Статус Не указан
Метод и методика измерений
Решение любой измерительной задачи связано с реализацией того или иного принципа измерений.
Принцип измерений— физическое явление или эффект, положенный в основу измерений тем или иным средством измерений.
Примерами принципов измерений являются:
• применение эффекта Джозефсона для измерений электрического напряжения;
• применение эффекта Доплера для измерения скорости;
• использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием;
• зависимость сопротивления платины от температуры, реализованная в платиновых термометрах сопротивления;
• зависимость термоЭДС от разности температур, реализованная в термоэлектрических термометрах.Однако выбором принципа измерений не исчерпывается определение метода измерений. Это гораздо более общее понятие, описывающее способ решения поставленной задачи. Оно определяется следующим образом.
Метод измерений— прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.
Методы измерений весьма разнообразны. Их можно классифицировать по различным признакам.
Первый из них используемый физический принцип. По нему методы измерений разделяют на оптические, механические, акустические, электрические, магнитные и так далее.
В качестве второго признака классификации используют режим изменения во времени измерительного сигнала. В соответствии с ним все методы измерений разделяют на статические и динамические.
Третий признак — способ взаимодействия СИ и объекта измерений. По этому признаку методы измерений разделяют на контактные (измерительный элемент СИ находится в контакте с объектом измерений) и бесконтактные (чувствительный элемент СИ не находится в контакте с объектом измерений).
Четвертый признак — применяемый в СИ вид измерительных сигналов. В соответствии с ним методы разделяют на аналоговые и цифровые.
Приведенную классификацию можно развивать и далее. Однако более общей является метрологическая классификация методов измерений, под которой понимается классификация по способу сравнения измеряемой величины с единицей. По этому признаку все методы измерений разделяют на два метода:
• метод непосредственной оценки (измеренное значение наблюдают непосредственно по шкале устройства СИ, например, по часам, амперметру);
• метод сравнения с мерой ( значение измеренное сравнивают с величиной, производимой мерой, как пример, измерение на весах рычажных массы).Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: дифференциальный метод, метод замещения, метод дополнения и метод совпадений.
Дифференциальный метод— метод измерений, при котором измеряется разность между измеряемой величиной и однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины. Примером дифференциального метода является поверка мер длины сличением с эталонными мерами на компараторе (приборе, предназначенном для сравнения мер). При этом методе производится неполное уравновешивание измеряемой величины Х величиной Хм, воспроизводимой мерой, и определение их разности ∆Х. Следовательно, результат измерений равен X= ХМ + ∆Х. Дифференциальный метод позволяет существенно повысить точность измерений. Например, если ∆Х = 0,01Х и относительная погрешность измерения ∆Х составляет 1 %, то относительная погрешность результата измерений X равна 0,01 % (если не учитывать погрешность меры).
Частным случаем дифференциального метода является нулевой метод измерений — метод измерений, где в результате эффект действия измеряемой величины и меры на компаратор доводят до нуля. Здесь значение измеряемой величины равняется значению, которое воспроизводит мера.
Примерами нулевого метода являются: взвешивание массы на весах с помощью набора гирь; измерение электрического напряжения уравновешенным мостом. Дифференциальный метод обеспечивает снижение погрешности измерений.
Для борьбы с систематическими погрешностями полезен метод замещения. Метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают величиной, воспроизводимой мерой. Поскольку эти измерения делают одним прибором в одинаковых условиях, систематическая погрешность измерений может быть в значительной степени скомпенсирована. Например, существенная составляющая погрешности измерений массы на весах рычажных — погрешность от неравноплечести весов — может быть исключена из результата измерений, если измерения проводить по методу Борда, взвешиванием с помещением по очереди измеряемой массы и гирь на одну чашку весов.
В некоторых измерительных задачах удобно применение других разновидностей метода сравнения с мерой: метода дополнения и метода совпадений.
Метод дополнения — метод сравнения с мерой, при котором измеряемая величина дополняется мерой так, чтобы на СИ сравнения действовала их сумма, которая будет равна заранее известному значению.
Например, иногда может быть более точным измерение массы, при котором уравновешивают гирю, значение которой известно с высокой точностью, измеряемой массой и набором более легких гирь, помещенными на другую чашку весов.
Метод совпадений — метод измерений, при котором определяют разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Примером этого метода является измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Метод совпадений часто применяется при измерениях параметров периодических процессов.
Очевидно, что выбор метода измерений зависит от его теоретической обоснованности, наличия необходимых СИ, их вида (мера, измерительный прибор и др.) и конструктивных особенностей.
Например, чтобы решить такую простейшую измерительную задачу, как измерение высоты заводской трубы, можно выбрать один из следующих методов:
• поднявшись с рулеткой на трубу, произвести измерение (метод сравнения с мерой);
• поднять вертолет с высотомером до уровня трубы и измерить высоту подъема (метод непосредственной оценки);
• вычислить высоту трубы как катет прямоугольного треугольника на основании результатов измерений расстояния до трубы и угла этого треугольника (косвенные измерения).Если метод измерений предвидит выработку главных правил применения СИ, то методика выполнения измерений — по сути, алгоритм проведения измерений с задачей самого лучшего исполнения выбранного метода измерений.
Методикой выполнения измерений (МВИ) называют регламентированную сумму действий и правил, исполнение которых при измерении обеспечивает получение необходимых результатов измерений в соответствии с избранным методом. МВИ включает требования к выбору СИ, регламентацию процедуры подготовки СИ к выполнению работы, требования к условиям измерений, регламентацию процедуры. Проведения измерений и исследования результатов измерений, в том числе оценку их точности. МВИ аналитических измерений включает также требования к отбору пробы, ее хранению и транспортировке в измерительную лабораторию, подготовке пробы к измерениям. Унификация МВИ имеет огромный вес в реализации единства измерений. Поэтому МВИ повторяющихся измерений обычно регламентируется каким-либо нормативным документом.
Добавить комментарий
Главная страница » Метрология » Измерение » Метод и методика измерений
Навигация
- Метрология
- Физические свойства
- Метрологическая служба
- Анализ состояния МС
- Цели анализа
- Анализ предприятия
- Анализ в НИУ
- Анализ в ПКО
- Общие положения
- Требования к измерениям
- Государственное регулирование
- Калибровка СИ
- Аккредитация
- Федеральный фонд
- Организационные основы
- Ответственность
- Финансирование
- Заключительные положения
- Единство и прослеживаемость
- Обеспечение ЕИ
- МЭ КиТД
- Проведение МЭ
- МЭ проектов ГОСТ
- О.В. Полякова «О метрологической экспертизе»
- О.В. Полякова «Основные инструменты в работе эксперта — метролога»
- О.В. Полякова «Метрологическая экспертиза отдельных видов технической документации
- Информационное обеспечение
- Цели и задачи МЭ
- Понятия МЭ
- Метрологическое моделирование
- Метрологическая экспертиза технической документации
- Построение и применение метрологических схем (формализация метрологических моделей)
- Стандартизационная экспертиза
- Принципы МЭ
- Неконтролепригодность параметров
- Организация МЭ
- Метод и методика измерений
- Основные характеристики
- Основные постулаты
- Измерение. Шкалы измерений
- Общие положения
- Разработка МВИ
- Утверждение МВИ
- Аккредитация МС
- Аттестация МВИ
- Надзор за МВИ
- Требования к МВИ
- Основы МОП
- МО предприятия
- МО в ПАО «Газпром»
- Научная основа
- Правовая основа
- Техническая основа
- Хранение СИ
- Организационная основа
- Планирование
- Формирование нормативной основы
- Метрологическая экспертиза
- Разработка МИ
- Информационный фонд по ОЕИ
- Стандартные образцы
- Средства измерений и измерительные системы
- Индикаторы
- Испытательное оборудование
- Федеральный государственный метрологический надзор
- Метрологический надзор и инициативный метрологический аудит, осуществляемые метрологическими службами ПАО «Газпром»
- Вопросы права
- Стандартизация
- Правовое регулирование
- ПО СИ
- Статьи о ЗМ
- Организации МС РФ
- Государственная МС
- Метрологическая служба
- Головная организация
- Базовая организация
- Аккредитация
- МС юр. лиц
- Порядок проведения поверки
- Методика поверки
- Требования к МП
- Поверочная схема
- Аттестация поверителей
- Передача от эталона к СИ
- Новая поверочная схема
- Методы передачи
- Виды поверок
- График поверки
- Порядок аккредитации
- Приказ №125. Об утверждении порядка проведения поверки средств измерений
- ТЭО аккредитации
- НТД по аккредитации
- Что такое калибровка
- Положение о Российской системе калибровки (РСК)
- Организационная структура Российской системы калибровки (РСК)
- Аккредитация МС
- Инспекционный контроль
- Консультации по аккредитации
- Изменения к аккредитации
- Калибровочные клейма
- Межкалибровочный интервал
- Требования к помещениям
- Расчет численности калибровщиков в ПАО «Газпром»
- Порядок организации деятельности Российской системы калибровки
- Общие требования к выполнению калибровочных работ
- Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий (ГОСТ ISO/IEC 17025—2019)
- Государственный МН
- МК и Н юр. лиц
- Утверждение типа СИ
- Испытание СИ
- Соответствие СИ
- Гос. реестр СИ
- Аккредитация ГИЦ
- ГМН в энергосбережении
- Цели
- Принципы
- Документы
- Национальный орган
- Национальные стандарты
- Разработка стандартов
- Стандарты организаций
- Стандарт
- Международная и межгосударственная стандартизация
- Соглашение по техническим барьерам в торговле
- Общие сведения
- Международная
- Порядок сертификации
- Развитие сертификации
- Система МЭК
- МЭКСЭ
- Отказное письмо ВНИИС
- Сертификат ГОСТ Р
- Сфера применения
- Основные понятия
- Основные принципы
- Критерии
- Полномочия правительства
- Полномочия органов
- Действие лицензии
- Срок действия
- Принятие решения
- Содержание документа
- Переоформление
- Лицензионный контроль
- Приостановление лицензии
- Реестр лицензий
- Гос. пошлина
- Финансирование
- Виды деятельности
- Ответственность
- Лицензия на СИ
- Классификация погрешности
- Классификация неопределенностей
- Нормируемые характеристики
- Методические погрешности
- Суммирование погрешностей
- Представления результатов
- Понятия квалиметрии
- Методы
- Экспертная комиссия
- Способ оценки
- Измерительный преобразователь
- Измерительное преобразование. Измерительные сигналы
- РД 34.11.103-95 «РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ПЕРЕЧНЯ РАБОЧИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЯХ, ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ, ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ КОТОРЫХ НЕ НОРМИРУЕТСЯ»
- Единицы физических величин
- Основные величины
- Система СИ
- Классификатор ЕИ (ОКЕИ)
- Таблицы перевода
- Единицы давления
- Единицы производительности
- Единицы температуры
- Единицы длины
- Единицы времени
- Старые системы единиц
- Естественные системы единиц
- Госстандарт РФ
- НИИ метрологии
- Центры СМ
- Академия
- История ММО
- Национальные организации
- Международные организации
- О законодательстве
- О метрологии
- Статьи о погрешности
- Статьи о МО
- О стандартизации и качестве
- Статьи о средствах измерений
- О нанометрологии
- Вопросы по метрологическому обеспечению
- Правила (ПР)
- Методики (МИ)
- Законы
- Приказы, положения
- Приказ Министерства экономического развития Российской Федерации (Минэкономразвития России) от 28 января 2021 г. № 34 г. Москва «Об утверждении Перечня несоответствий заявителя критериям аккредитации, которые при осуществлении аккредитации влекут за собой
- Инструкции
- Графики
- Перечни
- Акты
- Руководства
- Положения
- Журналы
- Разное
- Программы для метролога
- Рефераты по метрологии
- Лекции по метрологии, рефераты по метрологии
- Каталог сайтов
Методы измерений
Под методом измерения понимают совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Для прямых измерений можно выделить несколько основных методов: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, нулевой, совпадений и замещения. При косвенных измерениях широко применяют преобразование измеряемой величины в процессе измерений.
Метод непосредственной оценки дает значение измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах, силы электрического тока амперметром и т.д. Точность измерений с помощью этого метода бывает ограниченной, но быстрота процесса измерения делает его незаменимым для практического применения. Наиболее многочисленной группой средство измерений, применяемых для измерения этим методом, являются показывающие, в том числе и стрелочные, приборы (манометры, вольтметры, расходомеры и др.). Измерение с помощью интегрирующего измерительного прибора-счетчика также является методом непосредственной оценки. Этим же методом осуществляют измерения с помощью самопищущих приборов. Однако определение какой-либо величины путем планиметрирования площади, ограниченной записанной кривой, уже не является методом непосредственной оценки и относится к косвенным методам.
В случае выполнения особо точных измерений применяют метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирям или измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнения с ЭДС нормального элемента.
Метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, называется методом противопоставления. Например, взвешивание груза на равноплечих весах, когда измеряемая масса определяется как сумма масс гирь, ее уравновешивающих, и показания по шкале весов. Этот метод позволяет уменьшить воздействие на результаты измерений влияющих величин, так как они более или менее равномерно искажают сигналы измерительной информации как в цепи преобразования измеряемой величины, так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой.
Дифференциальный (разностный) метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой и известной (воспроизводимой мерой) величин. Например, измерения путем сравнения с образцовой мерой на компараторе, выполняемые при поверке мер длины. Дифференциальный метод позволяет получать результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Но осуществлять этот метод возможно только при условии воспроизведения с большой точностью известной величины, значение которой близко к значению измеряемой. Это во многом случаях легче, чем изготовить средство измерений высокой точности.
Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.
Дифференциальные и нулевые методы нашли очень широкое применение во всех видах измерений: от производственных (в цехах) до сличений эталонов, так как используемые меры (гири, нормальные элементы, катушки и магазины сопротивлений) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени распространения приборы.
Метод совпадений – этот метод сравнений с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величин измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса. В производственной практике метод совпадений иногда называют нониусным. Этот метод позволяет существенно увеличить точность сравнения с мерой.
Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменным. Например: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; измерение электрического сопротивления резистора путем замены его магазином сопротивлений и подбором значения его сопротивления до получения прежних показаний омметра, моста или другого прибора, обладающего достаточной чувствительностью при любой систематической погрешности, так как отчет берется по мере, а не по прибору. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью меры и зоной нечувствительности прибора (ноль — индикатора), а потому весьма мала. Недостатком метода замещения является необходимость применения многозначных мер (магазина мер, батареи нормальных элементов, набора гирь и т.д.).
Комбинация методов замещения и дифференциального хотя несколько снижает точность, но позволяет использовать меньше наборы мер.
Метод сравнения с мерой пример
1. Рудзит Т.Я., Плуталов В.Н. / Основы метрологии, точность и надёжность в приборостроении. — М.: Машиностроение,1991.
2. Цветков, Э.И. / Процессорные измерительные средства. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. — 224 с.
3. Измерительные преобразователи [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://helpiks.org/6-48767.html — свободный (дата обращения 01.04.2020).
4. Таланчук П.М. и др. Средства измерения в автоматических информационных системах и системах управления. — К.: Радуга, 1994. — 672 с.
5. Фарзане Н.Г., Илясов П.В., Азим-заде А.Ю. / Технологические измерения и приборы. Учебник — Москва. Высшая школа.1989.
Введение
Виды и методы измерений изучает наука метрология. Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способа достижения требуемой точности. Это одна из важнейших наук, так как человечество постоянно проводит какие-то измерения с самого начала существования. Например, сначала измеряли на пальцах или на камнях, потом появлялись другие средства для измерения, такие так счеты. Постоянно растут требования к точности измерений, средства постоянно развиваются. В наше время различные виды измерений можно встретить на каждом шагу. Например, только родившийся человек подвергается измерения — его взвешивают, проверяют температуру и измеряют рост. Мы оцениваем температуру воздуха на улице, следим за временем, решаем насколько выгодно и рационально практически любое наше действие. С измерениями связана деятельность человека на любом предприятии. Инженеры промышленных предприятий, осуществляющие метрологическое обеспечение производства должны иметь полные сведения о возможностях измерительной техники, для решения задач взаимозаменяемости узлов и деталей, контроля производства продукции на всех его жизненных циклах. Метрология стала наукой, без знания которой не может обойтись ни один специалист любой отрасли. В настоящее время метрология развивается по нескольким направлениям. Если еще в начале 20-го века под словом метрология понималась наука, главной задачей которой было описание всякого рода мер, применяемых в разных странах, то теперь это понятие приобрело гораздо более широкий научный и практический смысл, расширилось содержание метрологической деятельности и появилось понятие «метрологическое обеспечение производства». Метрологическое обеспечение — установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности проводимых измерений [1].
Существуют три раздела метрологии:
Теоретическая метрология — являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерений в целом и образующих измерение элементов: средств измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и др.
Законодательная метрология — разрабатывает и внедряет нормы и правила выполнения измерений, устанавливает требования, направленные на достижение единства измерений, порядок разработки и испытаний средств измерений, устанавливает термины и определения в области метрологии, единицы физических величин и правила их применения.
Прикладная (практическая) метрология — освещает вопросы практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологии. И именно с ее помощью осуществляется метрологическое обеспечение производства.
Основные цели и задачи метрологии:
· создание общей теорий измерений
· образования единиц физических величин и систем единиц, разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов
· определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений
· создание эталонов и образцовых средств измерений, проверка мер и средств измерений
Измерение — процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения. Существует различные виды измерений. Классификацию видов измерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов [2].
1. Виды измерений по характеру измеряемой величины от времени:
Статические — это измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др.
Динамические — это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени, например, измерение давления и температуры при сжатии газа в цилиндре двигателя.
2. По способу получения результата:
Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q — искомое значение измеряемой величины, а X — значение, непосредственно получаемое из опытных данных. Например, мы можем измерить силу тока с помощью амперметра, измерить длину с помощью линейки и т.д.
Косвенные измерения — измерения, при которых измеряется не сама физическая величина, а величина, функционально связанная с ней. Измеряемая величина определяется на основе прямых измерений величины, функционально связанной с измеряемой, с последующим расчетом на основе известной функциональной зависимости. Значение измеряемой величины вычисляют по формуле Q = F(xl, х2 . xN), где Q — искомое значение измеряемой величины; F — известная функциональная зависимость, xl, х2. xn – значения величин, полученные прямыми измерениями. Например, мы можем найти сопротивление резистора на основании закона Ома подстановкой значений силы тока и напряжения, получаемых в результате прямых измерений. Или найти удельное электрическое сопротивление проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения
Совокупные измерения — измерения нескольких однородных величин, на основании которых значения искомой величины находят путем решения системы уравнений. Например, измерение сопротивления резисторов, соединенных треугольником. При этом измеряется значение сопротивления между вершинами. По результатам определяются сопротивления резисторов.
Совместное измерение — одновременное измерение нескольких величин для нахождения зависимости между ними. При этом решается система уравнений. Например, определение зависимости сопротивления от температуры, при этом, после измерения величин определяется зависимость.
3. По условиям, определяющим точность результата:
Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.
Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.
4. В зависимости от способа выражения результатов:
Абсолютные. Абсолютными называют измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.
Относительные. Относительными называют измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м, воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м, воздуха при данной температуре [3].
Метод измерения — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Другое определение: метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
Измерения производятся одним из двух методов:
Метод непосредственной оценки — метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера «заложена» в измерительный прибор. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения. Примерами таких измерений являются: измерение длины с помощью линейки, размеров деталей микрометром, угломером, давления манометром и т. д.
Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме Q = х
где Q — измеряемая величина,
х — показания средства измерения.
Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что прибор используют для сопоставления измеряемой величины с известной величиной, воспроизводимой мерой. Для реализации этого метода можно использовать приборы с относительно небольшими диапазонами показаний, вплоть до вырожденной шкалы с одной нулевой отметкой. Например, для измерения диаметра калибра оптиметр устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра, являющегося отклонением от нуля. Таким образом, измеряемая величина сравнивается с размером блока концевых мер.
Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением:
где Q — измеряемая величина,
х — показания средства измерения.
Хм — величина, воспроизводимая мерой.
Так же, существует несколько видов метода сравнения с мерой.
Метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами, например измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора;
Дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины. 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 — также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этим методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием.
Метод совпадений. При методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Для оценки совпадения можно использовать прибор сравнения, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание вещества при достижении определенной температуры и другие физические эффекты). В зависимости от одновременности или неодновременное воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.
Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов. Так же, методы измерения в зависимости от получения информации могут быть контактными и бесконтактными.
Контактный метод — метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: измерение диаметра вала индикаторной скобой, измерение температуры тела термометром.
Бесконтактный метод измерений — метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами могут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта радиолокатором. Так же, существуют погрешности, которые возникают из-за взаимодействия прибора с объектом измерений. При механическом контакте необходимо учитывать взаимодействия объекта и средства измерений (деформации из-за их недостаточной жесткости, контактные деформации, колебание переходных сопротивлений и др.). При отсутствии механического контакта следует учитывать особенности «бесконтактного съема» измерительной информации — оптические искажения в воздухе, ослабление сигнала на расстоянии и т.д. В зависимости от типа, применяемых измерительных средств, различают инструментальный, экспертный и органолептический методы измерений [4].
Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.
Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.
Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека.
Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями.
Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала.
Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и другие, контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.
Ключевые преимущества и недостатки
Метод непосредственной оценки
Преимущество – быстрота измерений, обусловливающая незаменимость для практического применения. Недостаток – ограниченная точность.
Метод сравнения с мерой
Преимущество – большая точность измерения, чем при методе непосредственной оценки. Недостаток – большие затраты времени на подбор мер.
Преимущество – уменьшение воздействия на результаты измерения факторов, влияющих на искажение сигналов измерительной информации. Недостаток – увеличение времени взвешивания.
Дифференциальный (разностный) метод
Преимущество — получение результатов с высокой точностью, даже при применении относительно грубых средств для измерения разности.
Преимущество – метод позволяет существенно увеличить точность сравнения с мерой. Недостаток – затраты на приобретение более сложных средств измерения, необходимость наличия профессиональных навыков у оператора.
Преимущества – погрешность измерений мала, так как определяется в основном погрешностью меры и зоной нечувствительности прибора (ноль – индикатор). Недостаток – необходимость применения многозначных мер.
Косвенный метод измерения
Преимущества – возможность измерения величин, для которых отсутствуют методы непосредственной оценки или они не дают достоверных результатов или связаны со значительными затратами. Недостатки – повышенные затраты времени и средств на измерение [5].
Заключение
Исходя из приведенных данных, мы можем понять, насколько важна наука метрология. В настоящее время, при больших потребностях в вычислении всевозможной информации мы имеем широкие возможности для измерения. Мы можем достичь поставленной цели с помощью различных методов и видов измерения, которых на данный момент большое количество. При грамотном выборе того и другого, мы можем получить необходимый результат с приемлемой погрешностью. С развитием науки и технологии развивается и метрология. Растет точность вычислений, появляются новые способы обработки информации, новые приборы измерения. Очевидно, что без метрологии мы не могли бы делать все то, что мы считаем обыденным. Именно поэтому измерениям уделяется такое большое внимание, без них нельзя сделать ничего, начиная от пошива брюк и заканчивая построением суперкомпьютеров.