Реализация процессов измерения в метрологии: виды измерений

15-04-2015

Для определения значения физической величины (ФВ) в метрологии используются средства измерения (СИ). Получаемое по результатам измерений значение ФВ называется действительным и равно перемножению числового значения в принятых единицах и единицы физической величины.

 

Различают принципы, методы, а также средства измерений.

 

Средства измерений – это технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

 

Принцип измерений представляет собой физическое явление либо их совокупность, являющиеся основой измерений. К примеру, измерение температуры посредством термоэлектрического эффекта, измерение массы тела путем его взвешивания с использованием силы тяжести.

 

Методом измерений называется совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

 

 

Измерение в метрологииВиды измерений

 

Измерения классифицируют по различным критериям, среди которых:

  • характер зависимости измеряемой ФВ от времени измерения;
  • способ получения результатов в зависимости от вида уравнения измерений;
  • условия, которые определяют точность результата;
  • способ выражения результатов измерений;
  • способ определения значений искомых ФВ;
  • способ получения измерительной информации;
  • тип и применяемые СИ.

 

 

Характер зависимости измеряемой ФВ от времени измерения

 

По данному критерию измерения бывают:

  • статическими;
  • динамическими.

 

При статических измерениях измеряемая физическая величина постоянна во времени. К статическим относятся, например, измерения: постоянного давления, размеров изделия и т.д.

 

Измерение в метрологии

В процессе динамических измерений происходит изменение измеряемой величины во времени. Примером может служить измерение температуры и давления при сжатии газа в цилиндре двигателя.

 

 

Способ получения результатов в зависимости от вида уравнения измерений

 

Измерения бывают:

  • прямыми;
  • косвенными;
  • совокупными;
  • совместными.

 

При прямых измерениях значение ФВ находят непосредственно из опытных данных. Формулу прямых измерений можно выразить как Q = X, в которой Q является искомым значением измеряемой ФВ, а X – значением, которое непосредственно получается из опытных данных. К прямым относятся, например, измерения: диаметра с помощью штангенциркуля или микрометра; длины посредством линейки или рулетки; температуры с помощью термометра и т.д.

 

При косвенных измерениях определение значения ФВ производится на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями.

Формула для вычисления значения искомой величины: Q = F(x1, x2 … xN), где Q – вычисляемое значение ФВ; как F обозначена известная функциональная зависимость, а значения x1, x2, …, xN получены прямыми измерениями.

К косвенным, например, относятся: измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек, определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров и др.

Широкое распространение косвенные измерения получила в случаях, когда нет возможности (или слишком сложно) измерить искомую величину прямым методом. А иногда величину и вовсе можно измерить только косвенным методом (к примеру, размеры внутриатомного порядка).

 

При совокупных измерениях значения величин определяются по результатам повторных измерений одной либо нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер либо этих величин.

Для вычисления значения ФВ решается система уравнений, которые составляются по результатам нескольких прямых измерений.

В качестве примера совокупных измерений можно привести нахождение масс отдельных гирь из набора. Другими словами, проводится калибровка по известной массе одной из этих гирь и по результатам прямых измерений и сравнения масс различных сочетаний гирь.

 

При совместных измерениях одновременно измеряются две или несколько разноименных величин с целью найти функциональную зависимость между ними. Например, в зависимости от температуры стержня определяется его длина.

 

 

Условия, которые определяют точность результата

 

Выделяют три класса измерений:

  • максимально возможной точности;
  • контрольно-поверочные;
  • технические.

 

В класс измерений максимально возможной точности входят все высокоточные, в первую очередь эталонные измерения. Точность при этом максимально возможная при существующем уровне техники. Пример: измерения физических констант (абсолютное значение ускорения свободного падения и др.).

 

При контрольно-поверочных измерениях их погрешность с определенной вероятностью не должна быть выше некоторого заданного значения. В класс данных измерений входят измерения, которые выполняют лаборатории госконтроля за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники, а также заводские измерительные лаборатории.

 

При технических измерениях погрешность результата определяют характеристики средств измерений. Пример: измерения при производстве на промышленных предприятиях.

 

 

Способ выражения результатов измерений

 

Различают измерения:

  • абсолютные;
  • относительные.

 

В основе абсолютных – прямые измерения одной либо нескольких основных величин или использование значений физических констант. Приведем примеры абсолютных измерений: определение силы электрического тока в амперах (А), длины в метрах (м) и др.

 

При относительных измерениях искомая величина сравнивается с одноименной, которая играет роль единицы либо принята как исходная. Например: диаметр обечайки измеряется по числу оборотов мерного ролика.

 

 

Способ определения значений искомых ФВ

 

Выделяют 2 основных метода:

  • непосредственной оценки;
  • сравнения с мерой.

 

В первом случае значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Для примера: измерение давления манометром, длины посредством линейки и т.п.

 

Во втором случае измеряемая величина сравнивается с воспроизводимой мерой. Пример: с целью измерить диаметр калибра устанавливают оптиметр на ноль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра (отклонение от нуля). То есть производится сравнение измеряемой величины с размером блока концевых мер.

 

 

Способ получения измерительной информации

 

Различают измерения:

  • контактные;
  • бесконтактные.

 

 

Тип и применяемые СИ

 

Выделяют следующие методы измерений:

  • инструментальный (его основа – используются специальные технические средства, включая автоматизированные и автоматические);
  • экспертный (его основа – суждения группы специалистов);
  • эвристический (такие методы основываются на ситуации);
  • органолептический (основа – используются органы чувства человека).

 

Различают также погрешности измерений, о которых речь пойдет в следующей статье.