Классификация измерений. Методы и методики выполнения измерений

Введение 2
1. К понятию термина «Измерение» 3
2. Классификация измерений 5
3. Методы и методики выполнения измерений 9
Заключение 14
Список использованной литературы 16
...

Введение 2
1. К понятию термина «Измерение» 3
2. Классификация измерений 5
3. Методы и методики выполнения измерений 9
Заключение 14
Список использованной литературы 16

Понятие «измерение», являясь одним из основных в метрологии, не дает полного понимания процесса измерений. Поэтому понятно то внимание, которое уделяется в настоящее время его анализу и трактовке. Число предложенных определений его превысило два десятка и продолжает расти. Особую значимость данный вопрос приобрел в квантовой механике, где термин «измерение» приобрел иное, новое звучание. Свидетельством тому являются изыскания в этой области А. Эйнштейна, Н. Бора, Дж. фон Неймана и многих других великих физиков XX века.
Все формулировки и определения термина «измерение» можно разбить (и объединить) на несколько взаимно непересекающихся групп.
Измерение - это:
 нахождение значения физической величины или технического параметра опытным путем с помощью специальных материальных средств;
 позн авательная процедура, выполняемая с помощью специальных средств;
 особый вид информационного процесса, целью которого является получение количественной (как правило) информации о измеряемом объекте;
 отображение свойств объекта на пространство информативных (для человека или машины) образов.
Данные формулировки имеют общий характер - они справедливы для измерений как макро-, так и микрообъектов. Но для последних были предложены другие, специальные определения.

по точности получаемых результатов измерения;
по характеру представления результатов измерения;
по принципу измерения;
по методу измерения;
по числу измерений;
по характеристике точности получаемых результатов измерений.
Предложенная классификация измерений представлена на рис. 2.
Измеряемая физическая величина в соответствии с конкретной измерительной задачей может быть принята за неизменную в течение времени измерения. В этом случае измерения называют статическими измерениями. Если в процессе измерений размер физической величины изменяется, то они называются динамическими измерениями. В некоторых случаях измерения даже постоянной во времени физической величины могут быть классифицированы как динамические, если в процессе измерений происходит какой-то переходный процесс. Например,процесс колебания чаши весов, на которую положена гиря определенной массы. Особенностью динамических измерений является то, что здесь необходимо учитывать динамическую погрешность.
В зависимости от способа получения результатов измерений измерения могут быть отнесены к одному из видов измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Рис. 2 Классификация измерений
Прямое измерение - измерение ФВ, проводимое прямым методом, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно из опытных данных. Прямое измерение производится путем экспериментального сравнения измеряемой ФВ с мерой этой величины или путем отсчета показаний СИ по шкале или цифровому прибору: например, измерения с помощью линейки, вольтметра, весов.
Уравнение прямого измерения: Q = q[Q],
где [Q] - единица измеряемой величины; q - ее числовое значение.
Косвенное измерение - измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение ФВ находят на основании результата прямого измерения другой ФВ, функционально связанной с искомой величиной известной зависимостью между этой ФВ и величиной, получаемой прямым измерением. Уравнение косвенных измерений имеет вид: Y = F(x1, x2, x3, …, xi, …, xn); Y=F(x),
где F - известная функция; n - число прямых измеренных ФВ; х хп x - xn - значения прямо измеренных ФВ.
Например, определение площади, объема, электрической мощности методом измерения силы тока I и напряжения U, коэффициента полезного действия (КПД).
Совокупные измерения - проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.
Совместные измерения - проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных физических величин для определения зависимости между ними.
Совместные измерения по своей физической сути не отличаются от косвенных измерений.
Измерения - это всегда эксперимент. В зависимости от условий, определяющих точность получаемой измерительной информации, измерения могут быть наивысшей точности, т. е. измерения с максимально возможной точностью, контрольно-поверочные и технические измерения.
Измерения наивысшей точности - измерения, которые обеспечивают максимально достижимую в настоящее время точность, которую позволяют существующий уровень техники и методы измерений и обработки получаемой измерительной информации.
Контрольно-поверочные измерения - измерения, при которых погрешность получаемых результатов не должна превышать заданное значение при заданной доверительной вероятности. Такие измерения выполняются при поверке средств измерений.
Измерения с наивысшей точностью и контрольно-поверочные измерения относятся к лабораторным. Иногда их называют метрологическими. Они характеризуются тем, что погрешность результата измерения оценивается по данным, получаемым в процессе самого измерения.
Технические измерения - измерения с помощью рабочих средств измерений параметров и характеристик объектов, физических систем и происходящих в них процессов. Эти измерения, как правило, проводятся для контроля и управления при изготовлении деталей, узлов, систем и изделий в целом, их испытаниях и др. Главная особенность таких измерений - использование рабочих средств измерений, когда не требуется наивысшая и высшая в метрологическом понимании точность.
Технические измерения в настоящее время представляют подавляющее большинство всех выполняемых измерений.
В зависимости от способа выражения результатов измерений они могут быть абсолютные или относительные.
Абсолютные измерения - измерения, основанные на прямом измерении одной или нескольких основных величин и (или) с использованием значений физических констант. Например, определение гравитационных сил, т. е. веса тела F= mg, где m - масса тела; g - ускорение свободного падения в данной точке пространства. Результат абсолютных измерений выражается в единицах измеряемой величины.
Относительные измерения - измерения отношения величины к одноименной величине, принимаемой за исходную. Например, измерение относительной влажности, коэффициента полезного действия и др. Результат таких измерений выражается безразмерной величиной.
При классификации измерений по принципам измерения в их основу закладываются физические эффекты или явления, определяющие процесс преобразования измеряемой физической величины в необходимую для измерения, регистрации, обработки и др. Например, измерение скорости движения с помощью эффекта Доплера, электрического напряжения на основе эффекта Джозефсона и др. Кроме того, классификация по принципу измерения включает в себя и принципы преобразования измеряемой физической величины для получения результатов измерений. Наиболее просто получают результаты измерения, если нет преобразования: например, измерение длины с помощью линейки, рулетки или микроскопа.
Преобразование размера физической величины может осуществляться механически (измерения линейных размеров с помощью индикаторов часового типа или миниметров), оптическим или оптоэлектрическим способами (измерения размеров калибров с помощью пружинно-оптических измерительных головок).
При измерениях размеров легко деформируемых деталей часто используют средства измерения и контроля с пневматическим преобразованием.
В технических измерениях широко применяют средства измерения и контроля, основанные на электрическом или электромагнитном принципе преобразования. К ним относятся индуктивные, емкостные, электронные и фотоэлектрические приборы.
Измерения с помощью радиоактивных измерительных приборов основано на свойстве радиоактивных излучений проникать сквозь вещество, рассеиваться в нем и ионизировать его.
3. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Под методом измерений понимается прием, совокупность приемов или операций практического или теоретического сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с принятым принципом измерений.
Термин «метод» происходит от греческого слова methodos - путь исследования, способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи.
Обычно метод измерений определяется конструкцией применяемых средств измерений и их особенностями.
В метрологической практике и технических измерениях приняты следующие методы измерений:
непосредственная оценка (непосредственный метод);
сравнение с мерой (нулевой метод, методы замещения и дополнения);
дифференциальный;
контактный;
бесконтактный.
Непосредственный метод - метод измерений, при котором искомое значение физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству (шкале) измерительного прибора. Например, измерения длины с помощью рулетки, штангенциркуля или микрометра, силы или напряжения электрического тока с помощью амперметра или вольтметра и т. п.
Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы тела на рычажных весах с уравновешиванием этого тела гирями, т. е. мерами массы с известными значениями.
Нулевой метод измерений - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой физической величины и меры доводится до нуля. Например, измерение активного электрического сопротивления проводника с помощью моста электрических сопротивлений.
Метод измерения замещением - метод сравнения с мерой, при котором измеряемую физическую величину замещают величиной известного размера, воспроизводимого мерой. Например, на чашку весов устанавливают определенный комплект гирь и уравновешивают их массу произвольным грузом. Затем на чашку с гирями помещают взвешиваемое тело и снимают часть гирь для восстановления равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь соответствует значению определяемой массы. Впервые этот способ предложил основоположник отечественной метрологии Д. И. Менделеев.
Метод измерений дополнением - метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой физической величины дополняется мерой этой величины с таким расчетом, чтобы на измерительный прибор воздействовала сумма, равная заранее заданному значению массы.
Дифференциальный метод измерений - метод измерений, при котором измеряемая физическая величина сравнивается с одноименной величиной известного значения, незначительно отличающегося от размера измеряемой величины, а затем измеряется разность между этими двумя значениями. В этом случае относительная погрешность ᵟх измеряемой величины х будет:
,