Види, методи і засоби вимірювання

Кожну фізичну величину можна виміряти за допомогою кількох різних методик, які відрізнятимуться технічними і методичними особливостями.

Вимірювання фізичних величин – це багатоступеневий процес пізнання навколишнього середовища, його явищ, елементів окремо і у взаємодії, який полягає у відображенні виміряних величин їх значеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів.

У практичній і теоретичній діяльності метрології вирізняють два основні види вимірювань: прямі і непрямі.

До прямих вимірювань належать вимірювання однієї величини, значення якої знаходять безпосередньо (наприклад, вимірювання довжини лінійкою); до непрямих вимірювань відносяться вимірювання, в яких значення однієї чи кількох вимірюваних величин знаходять після обчислення за відомими їх залежностями від кількох величин аргументів, що вимірюються прямо (безпосередньо, наприклад, вимірювання вологості повітря за психрометричною різницею).

Непрямі вимірювання можуть бути опосередкованими, сукупними або сумісними. При опосередкованому вимірюванні значення певної величини визначають за результатами прямих вимірювань інших величин, з якими вона пов’язана явною функціональною залежністю. Наприклад, значення електричного опору знаходять за результатами прямих вимірювань напруги U та сили струму І амперметром. Сукупними вимірюваннями вважають такі, що проводяться одночасно для вимірювання кількох одноіменних величин. До сумісних вимірювань відносять ті, в яких значення кількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують внаслідок розв’язання рівнянь, що пов’язують їх з іншими величинами, виміряними прямо або опосередковано.

Однією з умов забезпечення якості наукових досліджень є застосування засобів вимірювань, які дозволяють виконувати метрологічні операції швидко, надійно і з високою точністю. Задача наукового дослідження полягає в тому, щоб встановити закономірності розвитку явищ. В технічних дослідженнях закономірності в основному представлені числовими величинами, отриманими в результаті вимірювань.

Спосіб здійснення порівняння величини, яка вимірюється з одиницею вимірювання в поєднанні з засобами вимірювання і умовами, в яких воно відбувається, називають методом вимірювання.

Метод називають абсолютним, коли при вимірюванні об’єкта його значення визначається безпосередньо за показами приладу. До абсолютних відносяться вимірювання лінійних розмірів мікрометром, штангенциркулем, вимірювання температури термометрами, зусилля – динамометрами і т.д. Результат вимірювання відносним методом – це відхилення значення від установочної міри або взірця, за якими прилад був установлений на нульове значення.

Значення вимірюваної величини визначають алгебраїчним додаванням розміру установочної міри і показання приладу. Відносним є вимірювання відхилень при допомозі індикатора годинникового типу. Відносний метод має значні переваги перед абсолютним в тому випадку, коли метою вимірювання є контроль граничних відхилень від номінального розміру, наприклад, для товщини плит, фанери, шпону.

Контактний метод вимірювання здійснюється шляхом безпосереднього доторкання вимірювальних поверхонь з поверхнею об’єкта, який контролюється. Безконтактний метод характеризується відсутністю безпосереднього контакту елементів приладу з об’єктом вимірювання (наприклад, за допомогою мікроскопа, проектора). Якщо об’єктом вимірювання є деревина або інші порівняно м’які матеріали, перевагу слід віддати безконтактним методам контролю, які виключають можливі похибки від деформації об’єкта вимірювання.

Кожне вимірювання можна розглядати як сукупність методів, наприклад, вимірювання струганого шпону мікрометром відносять до абсолютного, прямого, контактного.

Засобами вимірювань називають предмети, пристрої або їх сукупність, необхідні для здійснення вимірювань. За характером використаних засобів вимірювання при виконанні метрологічних робіт їх поділяють на чотири класи:

1. Міри;

2. Вимірювальні інструменти та прилади;

3. Вимірювальні пристрої;

4. Вимірювальні установки.

До класу мір відносять засоби, які служать для матеріального відтворення одиниць вимірювань або деякого раніше встановленого розміру. До цього класу відносять однозначні міри (кінцеві міри довжини, кутові плитки, гирі, резистори та конденсатори з постійним значенням параметра); взірці або взірцеві речовини (взірці або еталони шорсткості, газ криптон-86 для відтворення одиниці довжини); калібри – безшкальні міри для контролю розмірів деталей.

До класу вимірювальних інструментів та приладів відносять пристрої для порівняння вимірювальної величини з мірами. До цього класу входять компаратори, прилади, які показують, сигналізують, регулюють, вимірювальні автомати.

До класу вимірювальних пристроїв відносять допоміжні засоби, які забезпечують необхідні умови для виконання вимірювання. Сюди відносять візуальні пристрої (мікроскопи, лупи, окуляри); розподіляючі пристрої, джерела енергії, стойки, штативи для кріплення приладів тощо.

Клас вимірювальних установок створює сукупність мір, вимірювальних приладів та пристроїв, об’єднаних в одне ціле загальною схемою. До цього класу можна віднести установки для визначення міцності та довговічності меблів. Установки складаються з мір – вантажів для моделювання експлуатаційних навантажень, вимірювальних приладів – динамометрів, індикаторів для визначення навантажень на окремих елементах виробу та їх деформацій, та вимірювальних пристроїв – станини механізмів приводу, фіксатори.

При виборі засобів вимірювання слід враховувати їх метрологічні характеристики – ціну поділки, чутливість, межі вимірювання.

Планування вимірювань

Вимірювання фізичних величин передбачає не лише процедуру вимірювання, а й низку підготовчих і заключних процедур, які необхідно виконувати до та після його проведення.

Процес вимірювання можна поділити на три основні етапи: підготовка і планування; виконання; оброблення і аналізування отриманих даних.

На етапі підготовки та планування вимірювань необхідно визначити:

· модель досліджуваного об’єкта (наприклад, при вимірюванні змінного струму здебільшого приймають його гармонічну модель, а у разі вимірювань несинусоїдних струмів модель ускладнюється вищими гармонічними складовими, сталою складовою);

· вимірювані параметри моделі (наприклад, для синусоїдного струму необхідно знати, який із параметрів вимірюватиметься: ефективне значення струму, амплітудне чи частота);

· мету вимірювання, яка зумовлює потрібну точність вимірювань і значною мірою впливає на вибір моделі вимірюваної величини;

· залежності між величинами, значення яких необхідно визначити за безпосередньо вимірюваними величинами (при непрямих вимірюваннях);

· умови вимірювань (температура середовища, напруга в електричній мережі тощо);

· допустимі похибки вимірювань, а за непрямих вимірювань – допустимі похибки вимірювань кожної із безпосередньо вимірюваних величин.

На етапі виконання вимірів слід обрати:

· методики вимірювань окремих величин;

· засоби вимірювальної техніки, їх метрологічні характеристики (похибка, повірка, точність);

· способи корекції похибок вимірювань (повторні вимірювання, використання іншого приладу).

На етапі оброблення і аналізування отриманих даних потрібно визначити:

· форму подання результатів вимірювань (цифри, графіки);

· необхідні алгоритми та засоби опрацювання експериментальних даних і визначення їх достовірності (автоматизовані комплекси, підключення комп’ютера);

· необхідні затрати для виконання поставленого завдання;

· економічну ефективність вимірювань.

Вимірювальні експерименти поділяються на пасивні та активні. Планування пасивних експериментів полягає в оптимізації збирання та опрацювання інформації про об’єкт дослідження без впливу дослідника на факторний простір. При активному експерименті дослідник задає рівні факторів. В однофакторному активному експерименті змінюють рівні одного фактора за фіксованих рівнів інших факторів, у багатофакторному – рівні кількох факторів, зберігаючи однакові комбінації решти.

Отже, оперування комплексом фізичних величин та їх одиниць, Міжнародною системою СІ, видами та методами вимірювань, планування вимірювань з чіткою організацією проведення робіт дають змогу отримати достовірну інформацію про стан того чи іншого об’єкта.

Дата добавления: 2015-07-11