Основні види та методи вимірювання
Види вимірювань.
Розрізняють
два основні види вимірювань: прямі та непрямі. Пряме вимірювання – це вимірювання однієї величини, значення якої знаходять безпосередньо (за показом відповідного
засобу вимірювань, наприклад, вимірювання довжини лінійкою, напруги - вольтметром).
Непряме вимірювання – це вимірювання, в якому значення однієї чи декількох вимірюваних
величин знаходять після обчислення за відомими залежностями їх від декількох величин аргументів, що вимірюються прямо. Непрямі вимірювання можуть бути опосередкованими, сукупними або сумісними.
При опосередкованому
вимірюванні значення
однієї величини визначають за результатами прямих
вимірювань інших величин, з
якими вимірювана величина пов'язана явною функціональною залежністю. Наприклад, значення електричного опору знаходять
за результатами прямих вимірювань
напруги U вольтметром та сили струму I амперметром. Опосередковані вимірювання виконують тоді, коли значення величин неможливо або складно виміряти прямо, або ж коли опосередковані вимірювання забезпечують вищу точність, ніж прямі.
Сукупними називають непрямі вимірювання, в яких значення декількох одночасно вимірюваних однорідних величин отримують розв'язанням рівнянь, що пов'язують різні
сполучення цих величин, які вимірюються прямо або опосередковано.
Сумісними називають непрямі вимірювання, в яких значення декількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують розв'язанням рівнянь, які пов'язують їх з іншими величинами, що вимірюються прямо або опосередковано. Наприклад, відомо, що опір терморезистора де R0 –
опір резистора при температурі
0°С, a – температурний коефіцієнт опору. Якщо значення R0 та a не
можна знайти прямими чи опосередкованими
вимірюваннями, то вимірюють
опір Rt1 при температурі t1 та Rt2 при
температурі t2 і складають систему рівнянь
|
розв'язуючи яку, знаходять
|
Сумісні вимірювання використовуються також для визначення залежності між величинами.
Методи вимірювань. Під
методом вимірювань розуміють
сукупність способів використання засобів вимірювальної техніки та принципу
вимірювань для створення вимірювальної інформації. А
принципом вимірювання називають
сукупність явищ, на яких засноване вимірювання, наприклад, вимірювання температури з використанням термоелектричного ефекту.
Послідовність вимірювальних операцій, що забезпечує вимірювання
згідно з обраним методом, називають процедурою вимірювань.
А сукупність процедур і правил, виконання
яких забезпечує одержання результатів з потрібною точністю, називають методикою виконання вимірювання.
Класифікуючи методи вимірювань, професор А.Д. Нестеренко поділяє їх на методи одночасного та різночасного
порівняння. Методи різночасного порівняння часто називають методами безпосереднього
оцінювання на цій підставі, що вони ґрунтуються на використанні вимірювальних приладів із заздалегідь проградуйованими в одиницях вимірюваної величини шкалами. До методів безпосереднього оцінювання належать прямі вимірювання, за винятком методів, заснованих на безпосередньому порівнянні розміру вимірюваної величини з розміром величини, що відтворюється
мірою (вимірювання довжини за допомогою лінійки з поділками).
Методи, засновані на одночасному порівнянні, об'єднані загальною назвою методів порівняння. До них
належать згідно з ДСТУ2681-94: метод зіставлення, метод збігу, метод зрівноваження з регульованою мірою та диференційний метод.
Суть методу зіставлення полягає у прямому вимірюванні з одноразовим порівнянням вимірюваної величини зі всіма вихідними
величинами багатозначної нерегульованої
міри, наприклад, вимірювання довжини лінійкою з поділками, вимірювання інтервалу часу годинником.
Метод збігу (метод ноніуса) – це метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням вихідних величин двох багатозначних нерегульованих мір, з різними за значенням ступенями, нульові позначки яких зсунуті між
собою на вимірювану величину. Прикладом такого методу
вимірювань може бути вимірювання лінійного розміру (діаметра) за допомогою штангенциркуля з ноніусом
(рис. 2). Основна шкала проградуйована в міліметрах, а шкала ноніуса має 10 поділок по 1.8 мм. Тому порядковий номер поділки ноніуса, що збігається
з будь-якою поділкою основної шкали, дає число десятих часток міліметра.
Метод подвійного збігу (метод коінциденції,
соіnсіdеnсе – збіг) – це метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням двох квантованих фізичних величин: вимірюваної та
відтворюваної багатозначною
нерегульованою мірою, наприклад, вимірювання інтервалу часу Тх з
використанням послідовності
періодичних імпульсів з відомим значенням їх періоду Т0 (рис.
3).
Рис. 2 До вимірювання за методом збігу (ноніуса)
Рис. 3 До вимірювань за методом подвійного збігу
Метод зрівноваження з регульованою мірою (нульовий метод, null method of measurement)
– це метод прямого вимірювання
з багаторазовим порівнянням
вимірюваної величини та величини, що відтворюється
регульованою мірою до їх повного зрівноваження,
як, наприклад, вимірювання електричної напруги
компенсатором.
Суть диференційного,
або різницевого методу
полягає у вимірюванні, при якому невелика різниця між вимірюваною величиною та вихідною величиною одноканальної міри вимірюється відповідним засобом вимірювань.
Особливо цікавим з погляду досягнення високої точності вимірювань є метод заміщення.
Це метод непрямого вимірювання
з багаторазовим порівнянням
до повного зрівноваження вихідних величин вимірювального засобу при почерговій дії на його вході
вимірюваної величини та регульованої міри. Іншими словами, суть цього методу
полягає у порівнянні вимірюваної величини з мірою заміщенням цієї вимірюваної величини відомою величиною, відтворюваною мірою.
При цьому методі передбачається запам'ятовування ефекту дії на засіб
вимірювань вимірюваної величини (тобто запам'ятовування значення вихідної величини вимірювального засобу), що потім відновлюється
при заміщенні вимірюваної величини регульованою багатозначною мірою.