2.3 Основные вопросы измерений и средств измерений

2.3.1 Классификация измерений

По способу получения числового значения измеряемой величины (информации) все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений являются измерение вольтметром напряжение источника, длины тела линейкой и т. д. Таким образом при прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах с помощью меры.

Косвенным измерением называют измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.

Уравнение косвенного измерения имеет вид:

Y=f(Х₁,Х₂,..,Х_n)

где Y- искомая величина, являющаяся функцией аргументов Х₁,Х₂,..,Х_n, измеряемых прямым методом.

Примером может быть нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению (R), длине (l) и площади поперечного сечения (S)

r=RS/l

Совокупными называют измерения, при которых проводятся одновременно измерения нескольких однородных величин с определением искомой величины путем решения системы уравнений. Число уравнений системы не должно быть меньше числа искомых величин.

Примером может быть измерение значения взаимоиндуктивности M между двумя катушками L₁ и L₂. Сначала их соединяют согласно (их магнитные поля складываются) и определяют их общую индуктивность L_С=L₁+L₂+2М; затем их включают встречно ( поля вычитаются) и L_В=L₁+L₂-2М. Индуктивность согласного L_С и встречного включения L_В получают с помощью прямых измерений. Решая систему уравнений для L_С и L_В, получаем

M=( L_С- L_B)/4.

Совместными называют измерения, при которых проводятся измерения неоднородных физических величин с целью нахождения зависимости между ними.

Например, определяют зависимость сопротивления резистора от температуры R_t=R_о(1+At+Bt²), измеряя сопротивление при трёх разных температурах. Составив систему из трёх уравнений, находим параметры R_о, A и В (например с целью идентификации материала).

По характеру изменения получаемой информации в процессе измерения они разделяются на:

статические измерения, которые проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины;

динамические измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется;

статистические измерения, связанные с определением характеристик случайных процессов, шумовых сигналов и др.

К статическим относятся измерения параметров, которые в процессе измерения не изменяются или рассматриваются не изменяющимися (размер обработанной детали, ёмкость конденсатора и др.). Динамический режим может возникнуть непосредственно после включения средства измерения из-за инерционности или в случае, когда за время измерения величины могут претерпевать те или иные изменения. Измерения в этом режиме называются динамическими.

По количеству измерительной информации измерения выполняются с однократными или многократными наблюдениями. Наблюдением называется экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерения, в результате которой получают одно из группы значений величины.

Однократные, при которых число измерений равняется числу измеряемых величин. Если измеряется одна величина, то измерение проводится один раз. При этом велика возможность грубой ошибки-промаха.

Многократные, при которых число измерений превышает число измеряемых величин в n/m раз, где m-число измеряемых величин, n-число измерений каждой величины. Обычно n³3. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных составляющих погрешностей измерения.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:

Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно – поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.