Виды измерений физических величин

Измерения классифицируются по следующим признакам:

• способ получения информации;

• характер изменений измеряемой величины в процессе изме­
рений;

• количество измерительной информации;

• отношение к основным единицам измерения.

По способу получения информации измерения подразделяют­ся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения — это непосредственное сравнение физичес­кой величины с ее мерой. Например, при определении длины пред­мета линейкой происходит сравнение искомой величины (количес-гвенного выражения значения длины) с мерой, то есть линейкой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое шачение величины устанавливают по результатам прямых изме-эений таких величин, которые связаны с искомой определенной

154 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а нап­ряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимо­связи можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы урав­нений, составленной по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы позволит вы­числить искомую величину.

Совместные измерения — это измерения двух или более неодно­родных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в изме­рениях различных параметров и характеристик в области электро­техники

По характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений выделяют статистические, динамические и статичес­кие измерения.

Статистические измерения связаны с определением характерис­тик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т д.

Динамические измерения связаны с такими величинами, кото­рые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения (изменения во времени).

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна (например, измерение длины де­тали при нормальной температуре)

По количеству измерительной информации различают од­нократные и многократные измерения

Однократные измерения — это одно измерение одной величи­ны, то есть 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 (например, измерение кон­кретного момента времени по часам)

Многократные измерения характеризуются превышением чис­ла измерений над количеством измеряемых величин. Обычно ми­нимальное число измерений в данном случае больше трех, следу­ющих друг за другом.

Глава 3 1 Общие сведения о метрологии 155

По отношению к основным единицам измерения выделяют абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых ис­пользуются прямое измерение одной (иногда нескольких) основ­ной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна Е = тс² масса т — основная физическая величина, ко­торая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скрость света с — физическая константа.

Относительные измерения базируются на установлении отно­шения измеряемой величины к однородной, применяемой в качес­тве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от ис­пользуемой единицы измерений.

С измерениями связаны такие понятия, как «шкала измере­ний», «принцип измерений» и «метод измерений».

Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значе­ний физической величины, которая служит основой для ее измере­ния Например, в шкале Цельсия за начало отсчета принята темпе­ратура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) — температура кипения воды. Сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). Таким образом, по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100°С.

В метрологической практике известны несколько разновиднос­тей шкал наименований, порядка, интервалов, отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не ко­личественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерения. Примером ее может служить атлас цветов (шкала цветов, процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцом).

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала силы ветра, твердости физических тел и т.п.)

Шкала интервалов (разностей) имеет условные нулевые зна­чения, а интервалы устанавливаются по согласованию с эталоном. Такими шкалами являются шкала времени, шкалы длины и др.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию с эталоном

156 Раздел 3 Организационно-методические основы метрологии

Например, шкала массы, начинаясь от нуля, может быть градуиро­вана в зависимости от требуемой точности.

Принцип измерений — физическое явление или эффект, поло­женные в основу измерений (например, применение эффекта Джо-зефсона для измерения электрического напряжения — протекание тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющего два сверхпро­водника; применение эффекта Пельтье для измерения поглощен­ной энергии ионизирующих излучений — выделение или погло­щение тепла при прохождении электрического тока через контак­ты двух различных проводников, применение эффекта Допплера для измерения скорости — имеет место при любом волновом про­цессе распространения энергии, использование силы тяжести при изменении массы взвешиванием)

Метод измерений — это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соот­ветствии с реализованным принципом измерений (метод измере­ний обычно обусловлен устройством средств измерений).

Различают следующие методы измерений

• методы непосредственной оценки измерений, при которых
значение величины определяют непосредственно по показываю­
щему средству измерений,

• методы сравнения с мерой, когда измеряемые величины
сравниваются с величинами, которые воспроизводят меру,

• нулевой метод измерений, в котором результирующий эф­
фект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравне­
ния доводят до нуля;

• метод измерений замещением, когда измеряемую величину
заменяют мерой с известным значением величины;

• метод измерений с дополнением, в котором значение изме­
ряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким
расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма,
равная заранее задуманному значению;

• дифференциальный метод измерений, при котором измеряемая
величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное
значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой ве­
личины, когда измеряется разность между этими двумя величинами,

Глава 3 1 Общие сведения о метрологии 157

• контактный метод измерений (измерение диаметра вала из­
мерительной скобой или проходным и непроходным калибром);

• бесконтактный метод измерений, основанный на том, что
чувствительный элемент средства измерений не приводится в кон­
такт с объектом измерения (например, измерение расстояния до
объекта радиолокатором, измерение температуры в печи).

Методика выполнения измерений — это установленная сово­купность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.