3. Классификация измерений. Методы и методики 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.

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.

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

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.