4.6 Взаимовлияние средства и объекта измерений

Измерение есть физический, материальный процесс взаимодействия объекта измерений и средства измерений, и это взаимодействие выражается в обмене энергией между ними. В одних случаях энергия идёт от объекта к средству измерений, что имеет место, когда измеряемая величина является энергетической (активной): энергия, мощность, температура, сила, давление, скорость, напряжение и сила электрического тока, электрический заряд, магнитный поток, световой поток и т.п. В других случаях энергия идёт от средства к объекту измерений, что имеет место, когда измеряемая величина является параметрической (пассивной): длина, угол, площадь, объём, масса, плотность, электрическое сопротивление, удельная электрическая проводимость, индуктивность, электрическая ёмкость, теплоёмкость, вязкость, оптическая плотность, концентрация и т. д.

Однако в любом случае происходит искажение измеряемой величины, т.е. измеряется не та величина, которая являлась свойством собственно объекта измерений, а та, которая становится свойством системы объект измерений плюс средство измерений. Такое искажение, деформация измеряемой величины есть источник погрешности измерения. И эта погрешность, в принципе, не устранима, но за счёт совершенствования измерительной техники, принципов и методов измерений может (и это происходит в действительности) быть сведена к минимуму или к пренебрежимо малому размеру. Примеры влияния средств на объекты измерений: усилие со стороны механического измерителя линейного размера твёрдого тела, приводящее к деформации этого размера; увеличение массы вибрирующего тела при установке на нём виброметра (первичного преобразователя), что приводит к искажению всех параметров вибрации (амплитуды, частоты, фазы); отвод тепла через введённый в объект термометр, что приводит к уменьшению первоначальной температуры; включение в электрическую цепь амперметра или вольтметра, обладающими своими внутренними (входными) сопротивлениями, приводит к искажению распределения токов и напряжений в цепи; электрический ток, идущий от омметра на резистор с измеряемым сопротивлением, нагревает этот резистор и приводит к изменению его сопротивления. Подобных примеров можно привести множество.

В процессе взаимодействия объекта и средства измерений есть ещё одна сторона, которая негативно сказывается на результатах измерений. Объект измерений действует на средство измерений не только своей измеряемой величиной, но также и другими, в данном случае не измеряемыми величинами. Например, наличие в переменном напряжении сетевой частоты (50 Гц) гармоник более высокой частоты приводит к искажению измерения действующего значения напряжения основной гармоники, на работу с которой и был настроен вольтметр конкретного типа; наличие у реальных источников электропитания (источников э.д.с.) внутреннего сопротивления приводит к занижению измеренного значения э.д.с. вольтметром с конечным (сравнительно не высоким) входным сопротивлением; движение жидкости (скорость) сказывается на силе выталкивания гидростатического поплавка плотномера и т.п. Исключение подобного влияния объекта на средство измерений чаще всего обеспечивается возможностями, совершенством самого средства измерений: правильным выбором принципа действия, конструктивным совершенством, методом измерений, механизмами компенсаций. Поэтому в нормативно-технической документации на средства измерений должны нормироваться не только характеристики окружающей среды, но и допускаемые значения или области допускаемых значений не измеряемых, но влияющих на результат измерений, величин объекта измерений.