Области и виды измерений

Измерения как экспериментальные процедуры определения значений измеряемых величин весьма разнообразны. Это объясняется множеством измеряемых величин, характером их изменения во времени, разными требованиями к точности измерений и т.д.

В связи с большим разнообразием измерений их классифицируют по областям измерений, т.е. совокупностям видов измерений, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Принято различать следующие области и виды измерений.

  • 1. Геометрические измерения (длина, угол, отклонения формы и расположения поверхностей, параметры шероховатости поверхности, координаты сложной поверхности).
  • 2. Механические измерения (масса, сила, крутящий момент, напряжение и деформация, твердость, параметры движения).
  • 3. Измерения расхода, вместимости, уровня, параметров потока.
  • 4. Измерения давления и вакуума.
  • 5. Физико-химические измерения (вязкость, плотность, влажность, концентрация компонентов, кондуктометрия, рН-метрия).
  • 6. Температурные и теплофизические измерения.
  • 7. Измерения времени и частоты.
  • 8. Электрические и магнитные измерения на постоянном и переменном токе (сила тока, напряжение, энергия, мощность, сопротивление, проводимость, емкость, индуктивность, добротность, параметры электрических и магнитных полей, магнитные характеристики материалов).
  • 9. Радиоэлектронные измерения (интенсивность, параметры формы и спектра сигналов, параметры трактов и антенн, измерения свойств веществ и материалов радиотехническими методами).
  • 10. Виброакустические измерения (параметры вибрации, акустические измерения в газовой и жидкой среде и в твердых телах, уровень шума, аудиометрия).
  • 11. Оптические и оптико-физические измерения (сила света, освещенность, энергетические параметры излучения, характеристики лазерного излучения, оптические свойства и характеристики материалов).
  • 12. Измерения параметров ионизирующих излучений и ядерных констант.
  • 13. Биологические и биомедицинские измерения.

Прямые и косвенные измерения

Измерения можно классифицировать по различным признакам. Одним из таких признаков является способ получения результата измерения. По этому признаку измерения подразделяются на прямые и косвенные.

Прямым называется измерение, когда искомое значение физической величины находится непосредственно из опытных данных. Часто под прямыми понимаются такие измерения, при которых не производится промежуточных преобразований. Это, например, измерение напряжения и силы тока такими электроизмерительными приборами, как вольтметр и амперметр. Прямые измерения очень распространены в практике измерений. Математически прямые измерения можно охарактеризовать элементарной формулой

где А — измеряемая величина; х — значение величины, найденное путем ее измерения и называемое результатом измерения.

Прямые однократные технические измерения являются самым массовым видом измерений и проводятся в случаях, когда в процессе измерения происходят необратимые изменения объекта измерения, отсутствует возможность повторных измерений или имеет место экономическая целесообразность. При однократных измерениях для получения результата используют одно значение отсчета показаний прибора (одно наблюдение). Такие измерения возможны лишь при определенных условиях:

  • • объем априорной информации об объекте измерений таков, что модель объекта не вызывает сомнения;
  • • изучен метод измерения, его погрешности заранее либо устранены, либо оценены;
  • • средства измерений исправны, а их метрологические характеристики соответствуют установленным нормам.

При измерении с точечным оцениванием погрешности проблема заключается в выявлении и оценке систематических и случайных погрешностей.

Систематическую погрешность средства измерений оценивают по паспорту прибора, а методическую — анализом метода измерения. Дополнительную систематическую погрешность прибора оценивают и учитывают при наличии сведений о ней в паспорте. После исключения из результата наблюдения всех известных систематических погрешностей погрешность исправленного результата состоит из неисключенных остатков систематических погрешностей (НСП) и случайных составляющих погрешностей в виде среднеквадратичного отклонения (СКО). Законы распределения случайных составляющих при однократном измерении неизвестны.

В качестве границ, составляющих НСП, принимают пределы основной и дополнительной погрешностей того средства измерений, которое применено при поверке данного СИ в качестве рабочего эталона.

Случайные составляющие погрешностей могут быть заданы либо отклонениями, полученными предварительно по результатам многократных наблюдений, либо доверительными границами Ах,.

Если случайные составляющие погрешностей заданы своими стандартными отклонениями, то доверительные границы результирующей случайной погрешности определяют по формуле

где Sj(x)2 — оценка стандартного отклонения /-й составляющей; t — коэффициент, зависящий от доверительной вероятности и числа т наблюдений; в качестве t часто берут коэффициент Стьюдента, соответствующий оценке составляющей, вычисленной по наименьшему числу наблюдений.

Если же случайные составляющие погрешности заданы своими доверительными границами Дх„ то доверительные границы случайной погрешности вычисляют по формуле:

В случае необходимости проводят суммирование параметров систематических и случайных погрешностей. Результат однократного измерения записывают в форме хиспр + е.

В практике часто имеют место прямые однократные измерения с приближенным оцениванием погрешности, которое проводят на основе метрологических характеристик используемых средств измерений. Прямые однократные измерения с приближенным оцениванием погрешности правомочны, если доказана возможность пренебречь случайной составляющей погрешности измерения, т.е. когда стандартное отклонение ?(х) меньше одной восьмой суммарной границы неисключенных систематических составляющих погрешности результата измерения.

Косвенным называется измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой:

где Xj, х2,..., хт результаты прямых измерений величин, связанных известной функциональной зависимостью с искомым значением измеряемой величины А. Косвенные измерения характерны для практики электрорадиоизмерений, например измерение мощности методом амперметра-вольтметра, определение резонансной частоты колебательного контура по результатам измерений емкости и индуктивности контура и т.д.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >