2.1.3. Принципы, методы и виды измерений

Результатом измерения является получение количественной информации об измеряемых величинах.

Принцип измерения − это физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.

Метод измерений − прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Он обусловлен устройством средства измерения.

Измерения классифицируются на виды по ряду признаков [2, 13].

Технические измерения – производственные измерения с помощью рабочих средств измерений, выполняемые для оценки годности изделий.

Метрологические измерения - измерения при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера средствам измерений ниже по точности. Эти измерения выполняются при операциях поверки и калибровки средств измерений.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. При прямом методе измеряемую ФВ сравнивают непосредственно с мерой. В качестве меры может выступать шкала прибора. Например, измерение диаметра вала микрометром, длины детали штангенциркулем, массы на циферблатных или равноплечих весах; температуры термометром, электрического напряжения вольтметром.

Косвенное измерение – определение искомого значения ФВ на основании результатов прямых измерений других ФВ, функционально связанных с искомой известными зависимостями.

Например, определение величины угла конуса по двум диаметрам на заданной длине; массы тела через объем и плотность, площади круга по результатам измерения диаметра и т.п.

Абсолютное измерение - измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких ФВ и (или) использовании физических констант.

Абсолютные измерения называют методом непосредственной оценки, так как значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Например, измерение диаметра штангенциркулем или микрометром. Примером абсолютных измерений может служить измерение длины с помощью линейных мер, измерение силы (F=mg) с помощью мер массы (m) и константы земного ускорения (g) в точке измерения массы.

Относительное измерение - измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принятой за исходную.

Когда говорят о методах измерения, то различают следующие относительные методы измерения:

- метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, блоком концевых мер длины или установочной мерой);

- нулевой метод, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (еще этот метод называют нониусным, так как десятые или сотые доли определяют по совпадению штрихов нониуса и основной шкалы штангенциркуля;

- метод с замещением, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины, иначе его называют методом противопоставления действия погрешности (взвешивание с поочередным помещением массы и гирь на одну и ту же чашу весов);

- метод измерений дополнением, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;

- дифференциальный 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 (поверка концевых мер длины путем сравнения с эталонной мерой).

При относительных измерениях измеряется разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой, принимаемой за начало отсчета измерении. Уравнение для определения искомой величины:

X=L+y ,

где L - значение ФВ, воспроизводимое мерой (блоком концевых мер длины),

y - показание по шкале измерительного прибора с учетом знака.

Например, измерение диаметра вала с помощью рычажной скобы или на вертикальном оптиметре и т.п.

По наличию контакта между поверхностями прибора и объекта измерения методы подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактный метод измерения основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. При измерении линейных величин контакт должен быть точечным, чтобы уменьшить погрешность измерения, т.е. для плоских поверхностей использовать сферические наконечники, а для цилиндрических − плоские наконечники.

Бесконтактный метод основан на том, что чувствительный элемент СИ не приводится в контакт с объектом измерения.

Примером бесконтактных измерений может служить измерение ФВ (диаметров, длин, шагов) на микроскопах, проекторах, пневматических приборах, измерение шероховатости поверхности на приборах светового или теневого сечения и т. п.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократное измерение – измерение одной и той же ФВ несколько раз. Начиная с четырех однократных измерений, входящих в ряд, измерение можно считать многократным. За результат обычно принимается среднее арифметическое из однократных измерений.