2.3.2 Основные характеристики измерений.

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность измерений.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. В качестве примеров можно привести фотоэлектрический эффект, термоэлектрический эффект, пьезоэлектрический эффект и др.

Метод измерений – совокупность использованных способов сравнения измеряемой величины с её единицей (или шкалой) в соответствии с реализованным принципом измерений. Все методы измерений делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия, шкала которого была заранее градуирована с помощью меры, воспроизводящей известные значения измеряемой величины. Мера, отражающая единицу измерения, её дольные и кратные части, в измерении непосредственно не участвует. Примерами приборов прямого действия, реализующими метод непосредственной оценки, могут быть: пружинный манометр для измерения давления, амперметр для измерения силы электрического тока и др. Точность измерения с помощью этого метода является ограниченной, но они удобны для практического применения.

Метод сравнения с мерой предусматривает сопоставление измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие методы: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

При нулевом методе измерений разность измеряемой величины и известной величины сводится к нулю в процессе измерения, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикаторном. При высокой точности мер, воспроизводящих известную величину, и высокой чувствительности нуль-индикатора может быть достигнута высокая точность измерений.

При дифференциальном методе разность измеряемой величины и величины известной, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью измерительного прибора. Неизвестная величина определяется по известной величине и измеренной разности. Дифференциальный метод может также обеспечить высокую точность измерения, если известная величина воспроизводится с высокой точностью, а разность между ней и неизвестной величиной мала.

Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают (заменяют) известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например, измерение неизвестного сопротивления резистора путём его замены магазином сопротивлений и регулировкой сопротивления магазина до получения прежних показаний прибора, включённого в цепь (амперметр, омметр и др.). Погрешность измерения определяется погрешностью прибора, зоной его нечувствительности и погрешностью меры и, обычно, невелика.

Метод совпадений заключается в том, что разность между измеряемой величиной и известной величиной измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером может быть измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, наблюдая совпадение отметок на шкале штангенциркуля и нониуса.

Как уже отмечалось погрешность измерений – разность между полученным при измерении Х и истинным Х_И значениями измеряемой величины. Погрешность измерения Δ, определяемая соотношением Δ=Х-Х_И называется абсолютной погрешностью.

Точность – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению величины, т.е. близостью к нулю погрешностей измерения. Обычно говорят о высокой (средней, низкой) точности измерений в качественном отношении, имея ввиду полученную при измерениях соответственно низкую (среднюю, высокую) погрешность.

Иногда значение точности определяют величиной

ε = |Δ/X_И|^-1 = 1/|δ|, где |δ| - модуль т.н. относительной погрешности.

Правильность измерений определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины).

Достоверность измерений  характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин.