Лекция 2

1.5.Методы измерений

Методы измерений – это совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Все без исключения методы измерений являются разновидностями одного единственного метода – метода сравнения с мерой, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной). Различают следующие виды этого метода: метод непосредственной оценки, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству многозначной меры, на которую непосредственно действует сигнал измерительной информации.

При особо точных измерениях применяют метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Метод противопоставления – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Этот метод позволяет уменьшить воздействие на результаты измерения влияющих величин, так как они более или менее равномерно искажают сигналы измерительной информации как в цепи преобразования измеряемой величины так и в цепи преобразования величины, воспроизводимой мерой.

Дифференциальный метод – это метод, в котором на прибор сравнения воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой.

Нулевой метод – метод, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения равен нулю.

Метод замещения – метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Метод совпадений – метод, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение меток шкал или периодических сигналов.

Единство измерения – это состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Воспроизведение, хранение и передачу размеров единиц осуществляют с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Следовательно, высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны.

Эталоны – это средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единиц с целью

Схема классификации эталонов

Государственный эталон

П ервичный эталон Специальный эталон

В торичные эталоны

Эталон копия Эталон сравнения Рабочий эталон

передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке.

Если прямая передача размера единицы от первичного эталона либо технически неосуществима, либо приводит к большой погрешности, целесообразно создавать специальный эталон, передача от которого не сопряжена с переходом от одних условий к другим, резко отличным от первых.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный Госстандартом в качестве исходного для страны, называется государственным.

Хранение единиц в состоянии, обеспечивающем неизменность ее размера во времени, и передачу размеров единиц всем применяемым в стране средствам измерения осуществляют с помощью вторичных эталонов и образцовых измерений.

Вторичные эталоны создают и утверждают в случаях необходимости организации поверочных и предохранения государственного эталона от излишнего износа. Действительное значение величины, воспроизводимой вторичным эталоном (действительное значение эталона), устанавливается по результатам его сличений с соответствующим государственным эталоном. По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны – копии, эталоны сравнения и рабочие.

Эталон – копию применяют вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи ее размера рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (находятся в различных органах метрологической службы и их нельзя транспортировать).

Рабочий эталон применяют для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерения высшего разряда и при необходимости наиболее точным рабочим мерам и измерительным приборам. Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измерительного прибора или оной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа.

Групповой эталон состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы. Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое из значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон.

Эталонный набор представляет собой набор мер или набор измерительных приборов, позволяющих хранить единицу или измерить величину в определенном диапазоне в котором отдельные меры или измерительные приборы набора имеют различные номинальные значения или поддиапазоны значений величины. Аналогично групповым эталонам различают эталонные наборы постоянного или переменного состава.

1.6. Погрешности измерений, критерий качества измерений

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допустимых погрешностей.

Точность – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим, так и случайным. Точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности.

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость – это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей.

Воспроизводимость – это такое качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами).

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину.

Можно выделить следующие группы причин возникновения погрешностей, связанных:

• с операцией настройки средств измерений или со смещением уровня настройки средства измерений во время эксплуатации;

• с установкой объекта измерения на измерительную позицию;

• с процессом получения, преобразования и выдачи информации в измерительной цепи средства измерения или обусловленных:

• внешними воздействиями на средство и объект измерений (изменением температуры и давления, влиянием электрического и магнитного полей, вибрацией и т.п.);

• свойствами измеряемого объекта;

• квалификацией и состоянием оператора и т.л.

Анализируя причины возникновения погрешностей , необходимо в первую очередь выявить те из них, которые оказывают существенное влияние на результат измерения. Анализ должен проводиться в определенной последовательности.