Основные методы измерений

Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых проводятся измерения, и рядом других признаков. Современные методы измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1.2).

При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения вольтметром, силы тока — амперметром). Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым на практике, хотя точность измерения обычно ограничена.

Метод сравнения — метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС эталонного элемента. Приборы, реализующие измерение по методу сравнения, называют измерительными приборами сравнения. В отличие от приборов непосредственной оценки, удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерений.

Различают следующие разновидности метода сравнения:

• нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой;

• дифференциальный метод, когда измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (например, измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста); этот метод сравнения используют тогда, когда практическое значение имеет отклонение измеряемой величины от некоторого номинального значения (уход частоты, отклонение напряжения и т.д.);

• метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается образцовой.

Нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физической величины. Его разновидностями являются:

• компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется (уравновешивается) образцовой;

• мостовой метод, когда достигают нулевого значения тока в измерительной диагонали моста, в которую включается чувствительный индикаторный прибор (обычно нуль-индикатор).

По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на аналоговые и цифровые.

При аналоговых измерениях измерительный прибор непрерывно преобразует измеряемую величину, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы прибора.

В случае цифровых измерений сравнение физической величины с рядом образцовых значений осуществляется в приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме.

По характеру изменения измеряемой физической величины во времени различают статический и динамический режимы измерений.

Статический режим измерений — режим, при котором средство измерений работает в статическом режиме, при этом выходной сигнал остается неизменным в течение времени его исследования или меняется очень медленно.

Динамический режим измерений — режим, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. когда выходной сигнал изменяется во времени в соответствии с изменением во времени измеряемой величины. Итак, динамические измерения применяют для измерения параметров величин, имеющих зависимость от времени. Пример динамического измерения — определение мгновенных значений сигналов в течение какого-либо интервала времени.

В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений, все виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо с многократными наблюдениями.

Наблюдением называют единичную экспериментальную операцию, итог которой — результат наблюдения — всегда имеет случайный характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обработке для получения результата измерения.

На практике многократные наблюдения при прямых измерениях осуществляются одним экспериментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения. Такие измерения называют равноточными. При равноточных измерениях предполагают, что дисперсии или средние квадратические отклонения (СКО) результатов всего ряда измерений равны между собой.

Однако часто необходимо определить наиболее точную оценку измеряемой величины на основании результатов наблюдений, полученных разными экспериментаторами, в разных условиях, с применением разных методов и средств измерения. Результаты таких наблюдений имеют различную точность, и их относят к неравноточным.

По необходимой точности оценки погрешности измерений делят на следующие виды: высшей точности (прецизионные), технические измерения, в которых погрешность результата определяют характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений, и оценивают до проведения измерений; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторых заранее заданных значений.

3. Основные сведения о метрологии, измерениях и средствах измерений.

Метрология.

Для того чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами электрорадиоизмерений, студентам необходимо освоить ряд общих принципов их решения, определить единую научную и законодательную базу, обеспечивающую на практике высокое качество измерений независимо от того, где и с какой целью они выполняются. Такой базой является метрология (от греч. «метрон» — мера, «логос» — учение). Современное определение метрологии дано в Рекомендации РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»: метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Главным предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии — совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Метрология включает общую теорию измерений физических величин, устанавливает и регламентирует единицы физических величин и их системы, порядок передачи размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие методы обработки результатов измерений и оценки их точности. Наряду с метрологией проблемами создания и применения средств измерений для получения измерительной информации и возникающими при этом научными и техническими вопросами занимается измерительная техника. Фундаментальной основой измерительной техники является метрологическое обеспечение. Метрологическое обеспечение любых измерений расположено на четырех краеугольных камнях (рис. В.1): научной, нормативно-технической, организационной и правовой (законодательной) основах.

Научная метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерений в целом и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и пр.

Нормативно-технической основой метрологического обеспечения является комплекс государственных стандартов, состоящий из следующих систем:

• государственных эталонов единиц физических величин;

• передачи размеров единиц физических величин от эталонов или исходных образцовых средств измерений нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений;

• разработки, производства и выпуска в обращение средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, при научных исследованиях и других видах деятельности;

• обязательных государственных испытаний средств измерений;

• обязательной государственной и ведомственной поверки или метрологической аттестации средств измерений;

• стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающая воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов;

• стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

• общие методы нормирования оценки и контроля метрологических характеристик средств измерений.

Организационной основой метрологического обеспечения нашего государства является метрологическая служба Российской Федерации. Она состоит из государственной и ведомственных метрологических служб, образующих покрывающую всю страну сеть учреждений и организаций и которые с 2004 г. возглавляет Федеральное Агентство по техническому регулированию и метрологии (бывший Госстандарт России).

Важной особенностью метрологического обеспечения является ее правовая основа. Благодаря действию в нашей стране комплекса государственных стандартов, объединенных в Государственную систему обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенное — ГСИ), установлена единая номенклатура стандартных взаимоувязанных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации, методике оценивания и обеспечения точности измерений.

Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а также вопросы регламентации и государственного контроля, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений, называется законодательной метрологией. Это, в свою очередь, предписывает соответствующий надзор за средствами измерений, который осуществляется органами метрологической службы, обеспечивающей единообразие средств измерений.

В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов. Поэтому один из основных метрологических документов Рекомендации ПМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения» специально регламентирует терминологию в области метрологии.

Дата добавления: 2015-10-24