Принципы, методы и средства измерений

Принцип измерений – физическое явление, положенное в основу измерения. Например, использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Как правило, метод измерений обусловлен устройством средств измерений.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения выделяют статические и динамические измерения. Статические - это измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др. Динамические - это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени, например, измерение давления и температуры при сжатии газа в цилиндре двигателя.

По способу получения результатов, определяемому видом уравнения измерений, выделяют прямые, косвенные,совокупные и совместные измерения. Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q - искомое значение измеряемой величины, а X - значение, непосредственно получаемое из опытных данных. Примерами таких измерений являются: измерение длины линейкой или рулеткой, измерение диаметра штангенциркулем или микрометром, измерение угла угломером, измерение температуры термометром и т.п. Косвенные - это измерения, при которых значение величины определяют на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями. Таким образом, значение измеряемой величины вычисляют по формуле , где Q - искомое значение измеряемой величины; f - известная функциональная зависимость, - значения величин, полученные прямыми измерениями. Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, и т.д. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением. Совокупные - это такие измерения, при которых значения измеряемых величин определяют по результатам повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Значение искомой величины определяют решением системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора, т.е. проведение калибровки по известной массе одной из них и по результатам прямых измерений и сравнения масс различных сочетаний гирь. Совместные - это измерения, производимые одновременно двух или нескольких разноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Примерами совместных измерений являются определение длины стержня в зависимости от его температуры или зависимости электрического сопротивления проводника от давления и температуры.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:

- м етод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений;

- дифференциальный метод – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Этот метод может дать очень точные результаты. Так, если разность составляет 0,1 % измеряемой величины и оценивается прибором с точностью до 1 %, то точность измерения искомой величины составит уже 0,001 %. Например, при сравнении одинаковых линейных мер, где разность между ними определяется окулярным микрометром, позволяющим ее оценить до десятых долей микрона:

- нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

В зависимости от точности результатов различают такие методы измерений, как:

- измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники, т.е. все высокоточные измерения (эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин; измерения физических констант);

- контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения (измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля и надзора за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями);

- технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений (измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.).

В зависимости от способа выражения результатов измерений различают:

Таблица 4.1

Основные единицы системы SI

Таблица 4.2

Дополнительные единицы системы SI

- абсолютные измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант;

- о тносительные измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную.

В зависимости от способаопределения значений искомых величин различают:

- м етод непосредственной оценки, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия;

- м етод сравнения с мерой, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами; дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой; нулевой метод - разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля).

В зависимости от способа получения измерительной информации, измерения могут быть контактными и бесконтактными.

Средствами измерений (СИ) являются т ехнические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины.