тов, так как способ подсчета погрешностей зависит от метода измерений.

Совокупные — это производимые одновременно измере­ния нескольких одноименных величин, при которых иско­мую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Совместные — это производимые одновременно изме­рения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.

В качестве примера можно назвать измерение электриче­ского сопротивления при 20°С и температурных коэффици­ентов измерительного резистора по данным прямых измере­ний его сопротивления при различных температурах.

Искомая величина может обнаруживаться с разруше­нием испытуемого образца. После таких измерений образец больше нельзя использовать по назначению. Как правило, перед проведением таких измерений необходимо подгото­вить образец для испытаний. Такие измерения называют разрушающими. При неразрушающих измерениях образцы сохраняют свои потребительские свойства и могут быть использованы по назначению.

При однократных измерениях число измерений равня­ется числу измеряемых величин. Если измеряется одна величина, то измерение проводится один раз. Однако при таких измерениях велика возможность появления грубой ошибки, поэтому рекомендуется выполнять не менее двух — трех измерений. При этом результат измерения, т.е. значение физической величины, рассчитывается как среднее арифме­тическое двух или трех измерений.

При многократных измерениях число измерений превы­шает число измеряемых величин в п/т раз, где т — число измеряемых величин, п — число измерений каждой вели­чины. Как правило, при многократных измерениях п > 3. Многократные измерения проводят для уменьшения вли­яния на результаты измерений случайной составляющей погрешности.

При абсолютных измерениях результат измерений осно­вывается на прямых измерениях одной или нескольких

основных величин и (или) на использовании физических констант.

Например, измерение энергии по формуле Е = тс² явля­ется абсолютным измерением, где масса относится к основ­ным величинам, а скорость света является физической кон­стантой.

При проведении относительных измерений определяют отношение величины к однородной величине, играющей роль единицы, или к однородной величине, принимаемой за исходную.

Например, измерения с использованием основного урав­нения измерений (4.1) являются относительными с нахож­дением числового значения величины в виде отношения Х/[Х]. Относительные измерения позволяют получить достаточно точные результаты. Но не все величины можно найти с помощью относительных измерений. Например, невозможно определить площадь путем ее сравнения с дру­гой произвольной площадью. В одном случае это может быть площадь круга, в другом — площадь треугольника.

В процессе проведения статических измерений измеряе­мая величина остается постоянной во времени

При динамических измерениях измеряемая величина изме­няется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, в частности, изме­рения размеров тела, постоянного давления, электрических величин в цепях с установившемся режимом, динамиче­скими — измерения пульсирующих давлений, вибраций, электрических величин в условиях протекания переходного процесса.

2. Основные характеристики измерений

Как отмечалось выше, измерение — это процесс экспе­риментального получения одного или нескольких значений величины, которые могут быть обоснованно ей приписаны. Значение измеряемой величины зависит от условий измере­ний, выбранного метода, типа средства измерений и пр.

Основные характеристики измерений включают прин­ципы измерений, методы измерений и точность измерений.

Принцип измерений — физическое явление (эффект), положенное в основу измерений тем или иным типом средств измерений.

В качестве принципов измерений применяется большое количество физических эффектов, открытых учеными при проведении исследований. Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости; применение эффекта Холла для измерения индукции магнитного поля; исполь­зование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.

Примеры применения разных принципов измерения — пьезоэлектрический эффект, термоэлектрический эффект и фотоэлектрический эффект.

Пьезоэлектрический эффект заключается в возникнове­нии ЭДС на поверхности (гранях) некоторых кристаллов (кварц, турмалин, искусственные пьезоэлектрические мате­риалы) под действием внешних сил. Наибольшее примене­ние для измерений нашли кварц и пьезокерамика (например, титанат бария), обладающие достаточно высокой механи­ческой прочностью и стабильностью температуры (кварц до температуры 200°С; пьезокерамика — до 115°С).

Пьезоэлектрический эффект обратим: ЭДС, приложенная к пьезоэлектрическому кристаллу, вызывает механическое напряжение на его поверхности. Измерительные преобразо­ватели на пьезоэлектрическом эффекте являются автогене­рирующими для динамических измерений.

Термоэлектрический эффект применяется для измерений температуры, при этом используются два основных способа реализации этого эффекта.

В первом случае используется свойство изменения элек­трического сопротивления металлов и полупроводников при изменении температуры. Из металлов часто применяются медь (для обычных измерений) и платина (для высокоточ­ных измерений). Соответствующий измерительный преоб­разователь называется терморезистором. Чувствительные элементы полупроводникового преобразователя — терми­стора — изготавливают из окислов различных металлов. С увеличением температуры сопротивление термистора уменьшается, в то время как у терморезистора — возрас­тает. Зависимость сопротивления термисторов при измене­нии температуры нелинейна, у медных терморезисторов — линейна, у платиновых аппроксимируется квадратным трехчленом.

Платиновые терморезисторы позволяют измерять темпе­ратуру в пределах от -200°С до +1000°С.

Для целей измерения применяют внешний и внутренний фотоэлектрический эффекты. Внешний фотоэффект воз­

никает в вакуумированном баллоне, имеющем анод и фото­катод. При освещении фотокатода под действием фотонов света эмитируются электроны. При наличии между анодом и фотокатодом электрического напряжения эмитируемые фотокатодом электроны образуют электрический ток, назы­ваемый фототоком.

Таким образом происходит преобразование световой энергии в электрическую.

Метод измерения — это совокупность используемых при­емов (способов) сравнения измеряемой величины с ее еди­ницей (или шкалой) в соответствии с выбранным принци­пом измерения.

Методы измерения делятся на методы непосредствен­ной оценки и методы сравнения с мерой. Методы сравнения с мерой подразделяются на методы противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения и совпадения.

Метод непосредственной оценки заключается в определе­нии значения физической величины по отсчетному устрой­ству измерительного прибора прямого действия. Например, измерение напряжения вольтметром. Этот метод является наиболее распространенным, но его точность зависит от точ­ности измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой использует сравнение измеря­емой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Точ­ность измерения может быть выше, чем точность непосред­ственной оценки.

Метод противопоставления основан на одновременном воздействии измеряемой и воспроизводимой величины на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами. Например, измерение веса с помощью рычажных весов и набора гирь.

В случае дифференциального метода на измеритель­ный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. При этом уравновешивание измеряемой величины известной произ­водится не полностью. Например, измерение напряжения постоянного тока с помощью дискретного делителя напря­жения, источника образцового напряжения и вольтметра.

При использовании нулевого метода результирующий эффект воздействия обеих величин на прибор сравнения доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором — нуль-индикатором. Например, измерение сопро­тивления резистора с помощью четырехплечевого моста,

в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

Метод замещения основан на поочередном подключении на вход прибора измеряемой величины и известной вели­чины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной вели­чины добиваются, чтобы оба показания совпали.

При этом методе может быть достигнута высокая точность измерений при высокой точности меры известной величины и высокой чувствительности прибора. Например, точное измерение малого напряжения при помощи высокочувстви­тельного гальванометра, к которому сначала подключают источник неизвестного напряжения и определяют отклоне­ние указателя, а затем с помощью регулируемого источника известного напряжения добиваются того же отклонения ука­зателя. При этом известное напряжение равно неизвестному.

Методом совпадения определяют разность между изме­ряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Например, измерение частоты вращения детали с помощью мигающей лампы стробоскопа: наблюдая поло­жение метки на вращающейся детали в моменты вспышек лампы, по известной частоте вспышек и смещению метки определяют частоту вращения детали.

Проверку соблюдения обязательных требований и пра­вил осуществляют в порядке государственного контроля (надзора) за соблюдением обязательных требований.

Точность измерений определяется близостью к нулю погрешности измерений, т.е. близостью результатов измере­ний к истинному значению величины.

Истинное значение измеряемой величины. — значение физической величины, которое идеальным образом отра­жало бы в количественном и качественном отношениях соответствующее свойство объекта.

Действительнъш значением измеряемой величины называют найденное экспериментальным путем значение, настолько близкое к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Вследствие особенностей наших органов чувств (зрения и слуха) и несовершенства измерительных приборов, кото­рыми мы пользуемся, нельзя определить истинное значение измеряемой величины.

Можно только указать, что оно находится между некото­рыми двумя значениями, одно из которых взято с недостат­

252