§ 1.2. Классификация измерений

Измерения классифицируют по нескольким признакам, наиболее важные из которых отражены на рис. 1.2.

По первому классификационному признаку измерения подраз­деляют на: статические, при которых измеряемая величина остает­ся постоянной во времени в процессе измерения, и динамические, при которых измеряемая величина изменяется в процессе измере­ния.

Классификация по второму признаку является в большой степе­ни условной, однако широко применяется в измерительной технике. Ею определяются сложившиеся совокупности родственных по при­роде или применению в отдельных областях науки или техники фи­зических величин.

По третьему признаку измерения подразделяют;, на три класса.

Измерения максимально возможной точности, достижимой при современном уровне техники. Это измерения, связанные с создани­ем и воспроизведением эталонов, а также измерения универсальных физических констант.

Контрольно-поверочные измерения, погрешности которых не должны превышать заданного значения. Такие измерения осу­ществляются в основном, государственными и ведомственными мет­рологическими службами.

Технические измерения, в которых погрешность результата опре­деляется характеристиками средств измерений. Технические изме­рения являются наиболее распространенными и выполняются во всех отраслях хозяйства и науки. К ним, в частности относятся и технологические измерения.

Четвертым классификационным признаком служит число измерений (наблюдений при измерении или просто наблюдений), выполняемых для получения результата. Здесь различают измерения с однократным наблюдением (обыкновенные) и измерения с много­кратными наблюдениями (статистические).

По способу получения результата

5

Совокупные и совместные

косвенные

прямые

По числу измерений (наблюдений) выполняемых для получения результата

4

С многократным наблюдением (статистические)

С однократным наблюдением (обыкновенные)

По условиям, определяющим точности результата

3

технические

Контрольно-поверочные

Максимально возможной точности

По сложившимся совокупностям измеряемых величин

2

и.т.д

радиотехнические

Физико-химические

теплотехнические

механические

электрические

По зависимости измеряемой

величины от времени

1

динамические

статические

Рис. 1.2. Классификация измерений

Под наблюдением при измерении (или просто наблюдением) в данном случае в соответствии с действующим государственным стандартом понимают экспериментальную операцию *, выполняе­мую в процессе измерения, в результате которой получают одно значение из группы значений величины, подлежащих совместной обработке для получения результатов измерения.

По пятому признаку измерения подразделяют в зависимости от вида уравнения измерения, что и определяет способ получения ре­зультата. С давних пор в метрологии принято различать прямые, косвенные и совокупные измерения. В настоящее время совокупные измерения разделяют на собственно совокупные и совместные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. В процессе прямого измерения объект измерения приводится во взаимодей­ствие со средством измерений и по показаниям последнего отсчи­тывают значение измеряемой величины или указанные показания умножаются на постоянный коэффициент для определения значе­ния измеряемой величины. Математически прямое измерение мож­но описать выражением (1.2). Примером прямых измерений могут служить: измерение длины линейкой, массы с помощью весов, тем­пературы стеклянным термометром и т. д. К прямым измерениям относят измерения подавляющего большинства параметров химико-технологических процессов.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значе­ние величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях путем прямых измерений находят зна­чения величин-аргументов, а значение измеряемой величины Y определяют путем вычисления по формуле

Y=f(X_l,X₂,...,X_j,...,X_m), (1.6)

где Х₁, Х₂, ..., X_j, ..., X_m — величины-аргументы.

Примером косвенных измерений могут служить измерения: плотности однородного тела по его массе и объему, электрического сопротивления по падению напряжения и силе тока и т. д.

Совокупными называют производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величины находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях

* Использование понятия «наблюдение» для обозначения экспериментальной операции нельзя признать удачным, так как под наблюдением в русском языке понимается слежение глазами за кем-либо или чем-либо. Понятие «наблюдение» используется только при статистических измерениях, где ранее вместо понятий «наблюдение» и «измерение» использовались более близкие к реальности поня­тия «измерение» и «серия измерений» соответственно.

различных сочетаний этих величин или ряда других величин, функционально связанных с измеряемыми.

Указанная система уравнений в общем случае имеет вид:

F₁(X₁,X₂,…,X_n, Y₁,Y₂,…,Y_m, k₁₁,k₁₂,…,k_1j,…k_1m) = 0

F₂(X₁,X₂,…,X_n, Y₁,Y₂,…,Y_m, k₂₁,k₂₂,…,k_2j,…k_2m) = 0

……………………………………………………….. (1.7)

F_i (X₁,X₂,…,X_n, Y₁,Y₂,…,Y_m, k_i1,k_i2,…,k_ij,…k_im) = 0

………………………………………………………..

F_n(X₁,X₂,…,X_n, Y₁,Y₂,…,Y_m, k_n1,k_n2,…,k_nj,…k_nm) = 0

где k_ij— известные величины; Y₁, Y₂, ..., Y_m — одноименные вели­чины, значения которых являются искомыми; Х₁, Х₂, ..., Х_n — ве­личины, значения которых определяются путем прямых измерений.

Для определения m искомых значений величин Y₁, Y₂, ..., Y_m, необходимо, чтобы число уравнений n было равным или больше числа неизвестных m. Решение системы (1.7) относительно каждой из искомых величин Y₁, Y₂, ..., Y_m представляет собой функцию. Поэтому результат измерения каждой из величин можно рассмат­ривать как результат косвенного измерения.

Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения за­висимости между ними. В общем случае совместные измерения мо­гут быть описаны системой уравнений (1.7). В отличие от совокуп­ных измерений при совместных измерениях величины Y₁, Y₂, ..., Y_m являются неодноименными. Целью совместного измерения, как пра­вило, является определение функциональной зависимости между величинами.

Кроме приведенных на рис. 1.2 признаков классификации изме­рений для конкретных случаев при необходимости могут быть ис­пользованы и другие. Например, измерения можно подразделить в зависимости от места выполнения на лабораторные и промышлен­ные; в зависимости от процедуры выполнения во времени - на не­прерывные и периодические; в зависимости от формы представле­ния результатов - на абсолютные и относительные и т. д.