КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Измерение является важнейшим понятием в метрологии.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специального измерительного средства.

По способу получения результатов измерений их разделяют на:

- прямые;

- косвенные;

- совокупные;

- совместные.

Прямые измерения – это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных (с измерительного прибора). При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).

Косвенные измерения – это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле.

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, определение мощности в нагрузке по показаниям амперметра и вольтметра (P=UI).

Хотя косвенные измерения сложнее прямых, они широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные измерения – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Совместные измерения – это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимостей между ними.

В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 200°С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Принцип измерений - физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. Методы измерения бывают следующими:

1. Метод непосредственной оценки (отсчёта) – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

2. Дифференциальный (разностный) метод – метод измерения, в котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, незначительно отличающейся от измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

3. Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

 

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Процедура измерения состоит из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения, выбор СИ, проведение эксперимента для получения результата. Это приводит к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения.

Измерение можно считать законченным, если определена измеряемая величина и указана возможная степень её отклонения от истинного значения.

Причины возникновения погрешностей многочисленны, поэтому классификация погрешностей, как и всякая другая классификация, носит достаточно условный характер.

По способу выражения погрешности СИ делятся на абсолютные, относительные и приведенные.

Абсолютной погрешностью называют разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемой величины. Ее выражают в единицах измеряемой величины:

, (3)

где – показания прибора; – действительное значение измеряемой величины.

При сравнении показаний нескольких приборов необходимо знать относительную погрешность прибора, т.е. отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, которую выражают в процентах:

. (4)

Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к диапазону измерений, выраженное в процентах:

. (5)

Класс точности прибора численно равен приведенной погрешности. Например, термометр класса точности 1 может иметь допустимую погрешность ±1% верхнего предела шкалы. Таким образом, для термометра со шкалой 0-200˚ С величина допустимой погрешности в этом классе будет составлять ±2˚ С.

Вариация – это разность показаний при измерении одной и той же величины при неизменных внешних условиях.

Приведенная вариация – это отношение вариации к диапазону измерений, выраженное в процентах:

, (6)

где и – верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.

В зависимости от влияния характера изменения измеряемой величины погрешности СИ подразделяются на статические и динамические.

Статическая погрешность – погрешность СИ, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность – погрешность СИ, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины, являющаяся следствием инерционных свойств СИ.

По причине и условиям возникновения погрешности СИ подразделяются на основную и дополнительную.

Основная погрешность – это погрешность СИ, находящаяся в нормальных условиях эксплуатации, которые обычно определяются по паспорту прибора (напряжение питания, температура эксплуатации, влажность, давление и т.д.)

Дополнительная погрешность – составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие нарушения какого-либо условия эксплуатации.

По характеру изменения погрешности СИ подразделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематические погрешности – составляющая погрешности СИ, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся. Систематическая погрешность, как правило, имеет один и тот же знак и одна и та же величина, или известна закономерность её проявления.

К систематическим погрешностям относятся методические (из-за неточности формулы, взятой в основу создания приборов, трудность реализации взятой формулы из-за наличия неполноты знаний об объекте), инструментальные (неточность изготовления деталей и узлов прибора, неточность сборки, а также следствием старения. Для устранения необходим комплекс операций обеспечивающий поверки), субъективные (зависят от персонала, который проводит измерение).

Случайная погрешность – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Она приводит к неоднозначности показаний и обусловлена причинами, которые нельзя предсказать и учесть. Однако при проведении некоторого числа повторных опытов теория вероятности и математическая статистика позволяет уточнить результат измерения.

Промахи – грубые погрешности, связанные с ошибками оператора или неучтёнными внешними воздействиями. Их обычно исключают из результатов измерений.

По зависимости от значения измеряемой величины погрешности СИ подразделяются на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивная погрешность не зависит от нечувствительности прибора и является постоянной по величине для всех значений входной величины Х в пределах диапазона измерений (рис. 1, а).

Источники данной погрешности: трение в опорах, наводки, вибрации. Примерами аддитивной погрешности приборов являются погрешности нуля, погрешность дискретности (квантования) в цифровых приборах. Если прибору присуща только аддитивная погрешность, то его нормируют по приведённой погрешности.

Мультипликативная погрешность зависит от чувствительности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины (рис. 1, б).

Источниками этой погрешности являются: погрешности регулировки отдельных элементов СИ, (например, шунта, добавочного резистора), старение элементов, изменение их характеристик, влияние внешних факторов.

 

Рис. 1. – Форма границ полосы погрешности для аддитивной (а) и мультипликативной (б) погрешностей

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: