Лекція 4 Методи вимірювань та їх класифікація

Види та методи вимірювання

Поняття вимірювання можна визначити як пізнавальний процес, який полягає у порівнянні шляхом фізичного експерименту даної фізичної величини з певним її значенням, яке взято за одиницю порівняння.

Закон України „Про метрологію та метрологічну діяльність” визначає – „Вимірювання - відображення ФВ їхніми значеннями за допомогою експерименту та обчислень із застосуванням спеціальних технічних засобів”. В метрологічній практиці часто використовують таке визначення „Вимірювання - знаходження значень фізичних величин експериментальним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів”.

Специфіка поняття вимірювання проявляється в трьох його ознаках, поєднанням яких воно відрізняється від суміжних понять.

Перша ознака характеризує безпосередню мету вимірювань - знайти значення даної конкретної величини. У згаданих визначеннях ця ознака відображається висловами "пізнавальний процес", "одержання інформації", "знаходження значень величин".

Друга ознака - шлях, яким знаходять значення вимірюваної величини. Це - фізичний експеримент (дослід), який здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів.

Третя ознака - сутність знаходження значення вимірюваної величини, якою є порівняння інформації про даний розмір величини з інформацією про розмір її одиниці або про певний інший її розмір (відносні вимірювання).

З врахуванням цих ознак поняття вимірювання можна визначити як знаходження значень ФВ дослідним шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів на підставі порівняння інформації про даний розмір величини з інформацією про розмір її одиниці або про певний інший її розмір.

Для опису вимірювань використовують різні характеристики. Основні з них - вид, метод, похибка, точність, правильність, збіжність та відтворюваність вимірювань.

Не слід застосовувати такі вирази як «вимірювання значення» (наприклад, миттєвого значення напруги), тому що значення величини вже результат вимірювання. Види вимірювання можуть бути класифіковані:

- за загальними прийомами одержання результатів вимірювань – прямі, непрямі.

Прямі вимірювання - вимірювання величин без перетворення їх роду й використання відомих залежностей. При прямих вимірюваннях фізичної величини її значення знаходять безпосередньо з експерименту:

- шляхом порівняння вимірюваної величини з мірою;

- за допомогою вимірювального приладу, який проградуювано у відповідних одиницях вимірів.

Приклади: довжина - метром, маса - гирями, струм - амперметром і т.п.

Непрямі вимірювання – вимірювання, у яких значення однієї чи декількох вимірюваних величин знаходять після перетворення її роду або з обчисленнями за відомими залежністями їх від декількох величин аргументів, що отримані в результатами прямих вимірювань. Непрямі вимірювання проводять у випадках, коли:

прямі вимірювання неможливі,

прямі вимірювання занадто дорогі або складні,

непрямі вимірювання дають більше точний результат.

Непрямі вимірювання у свою чергу поділяються на опосередковані, сукупні, сумісні.

Опосередковане вимірювання – непряме вимірювання однієї величини з перетворенням її роду або з обчисленнями за результатами вимірювань інших величин, з якими вимірювана величина зв'язана явною функціональною залежністю. Наприклад, визначення опору резистору за результатами вимірювання падіння напруги на ньому та струму, що протікає по резистору.

Сукупні вимірювання - проведені одночасно вимірювання декількох однорідних величин, при яких шукані значення величин визначають шляхом рішення системи рівнянь, одержуваних при вимірюваннях різних сполучень цих величин.

Сумісні вимірювання - проведені одночасно вимірювання декількох різнорідних величин для визначення залежності між ними.

Для ідентифікації вимірювань використовують і інші класифікаційні ознаки, які наведені нижче.

1. За вираженням результату вимірювання – абсолютні, відносні. Абсолютні вимірювання - поняття абсолютного вимірювання було введено з наступним визначенням : вимірювання, засноване на прямих вимірюваннях однієї або декількох основних величин та(або) використанні фізичних констант. Однак останнім часом поняття «абсолютний вимір» застосуються як протилежне поняттю «відносний вимір» і розглядається як вимірювання величини в її одиницях.

Відносні вимірювання - вимірювання відносин величини до однойменної величини, що грає роль одиниці, або зміни величини стосовно однойменної величини, прийнятої за вихідну.

2. За зміною вимірюваної величини у часі - статичні, динамічні.

Статичні вимірювання - вимірювання фізичної величини, прийнятої відповідно до конкретного вимірювального завдання за незмінну протягом часу вимірювання.

Динамічне вимірювання - вимірювання фізичної величини, що змінюється на протязі експерименту.

3. За числом вимірювань у ряді вимірювань – однократні, багаторазові.

Однократне вимірювання - вимірювання, виконане один раз.

Багаторазове вимірювання - вимірювання однієї і тієї ж фізичної величини необхідну кількість разів, тобто результат якого складається з результатів ряду однократних вимірювань.

4. За характеристикою точності – рівноточні, нерівноточні.

Рівноточні вимірювання - ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних однаковими по точності засобами вимірювань у однакових умовах.

Нерівноточні вимірювання - ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних декількома різними по точності засобами вимірювань та(або) у різних умовах.

5. За особливостями визначення похибки вимірювання – лабораторні, технічні.

При лабораторних вимірюваннях похибка кожного вимірювання оцінюється за даними, що одержані при цьому вимірюванні.

Технічні вимірювання виконуються в заданих умовах згідно з розробленими та рекомендованими раніше методиками, при цьому похибки вимірювання, які при його виконанні не визначаються, повинні бути нижче встановлених меж.