Основные метрологические понятия, термины и определения формулируются государственными стандартами.
Измерение - это процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных средств. В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные.
При прямых измерениях искомая физическая величина определяется непосредственно по индикатору прибора: напряжение - вольтметра, частота - частотомера, сила тока - амперметра. Прямые измерения очень распространены в метрологической практике.
При косвенных измерениях интересующая нас величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, измерив силу тока и напряжение, на основании известной формулы можно определить мощность:
Косвенные измерения также часто применяются в метрологической практике.
Мера (прибор) - это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. По своему метрологическому значению, по той роли, которую они играют в деле обеспечения единообразия и верности, меры делятся на образцовые и рабочие.
Эталон - это тело или устройство самой высокой точности, служащее для воспроизведения и хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме. Примером точности эталона может служить Российский государственный эталон времени, погрешность которого за 30 000 лет не будет превышать 1с.
Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины делятся на электрические, магнитные, пространственно-временные, тепловые и пр.
Значение физической величины - это оценка физической величины в принятых единицах измерения (например, 5 мА - значение силы тока, причем 5 - это числовое значение). Именно этот термин применяют для выражения количественной характеристики рассматриваемого свойства. Не следует говорить и писать «величина силы тока», «величина напряжения», поскольку сила тока и напряжение сами являются величинами. Следует использовать термины «значение силы тока», «значение напряжения».
Единица физической величины - это физическая величина, которой по определению присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Единицы физических величин подразделяются на основные и производные.
Из-за большого диапазона реальных значений большинства измеряемых физических величин применение целых единиц не всегда удобно, поскольку в результате измерений получаются большие или малые их значения. Поэтому в системе измерений СИ (SI - система интернациональная) установлены дольные и кратные единицы.
Табл. 1.1. Электрические единицы измерения, используемые в электронике
| Электрическая величина | Единицы измерения | |||||||
| Наименование | Символ обозначения | Основная | Кратная или дольная | |||||
| Наименование | Русское обозначение | Международное обозначение | Наименование | Русское обозначение | Международное обозначение | |||
| Сопротивление | R, r | ом | Ом | Ω | мегаом килоом | МОм кОм | MΩ kΩ | 1 МОм=10 6 Ом 1 кОм=10 3 Ом |
| Сила тока | I, i | ампер | А | A | миллиампер микроампер | мА мкА | mA μA | 1 мА=10 -3 А 1 мкА=10 -6 А |
| Напряжение и ЭДС | U, u E, e | вольт | В | V | киловольт милливольт микровольт | кВ мкВ | kV μV | 1 кВ=10 3 В 1 мкВ=10 -6 В |
| Мощность | P | ватт | Вт | W | гигаватт мегаватт микроватт | ГВт МВт мкВт | GW MW μW | 1 ГВт=10 9 Вт 1 МВт=10 6 Вт 1 мкВт=10 -6 Вт |
| Электрическая величина | Единицы измерения | Соотношение кратных (дольных) и основных единиц | ||||||
| Основная | Кратная или дольная | |||||||
| Наименование | Символ обозначения | Наименование | Русское обозначение | Международное обозначение | Наименование | Русское обозначение | Международное обозначение | |
| Емкость | C | фарад | Ф | F | микрофарад нанофарад пикофарад | мкФ нФ пФ | μF nF pF | 1 мкФ=10 -6 Ф 1 нФ=10 -9 Ф 1 пФ=10 -12 Ф |
| Индуктивность | L | генри | Гн | H | миллигенри микрогенри | мГн мкГн | mH μH | 1 мГн=10 -3 Гн 1 мкГн=10 -6 Гн |
| Частота | F, f | герц | Гц | Hz | гигагерц мегагерц | ГГц МГц | GHz MHz | 1 ГГц=10 9 Гц 1 МГц=10 6 Гц |
| Период | T | секунда | с | s | милисекунда наносекунда | мс нс | ms ns | 1 мс=10 -3 с 1 нс=10 -9 с |
| Длина волны | λ | метр | м | m | миллиметр сантиметр дециметр | мм см дм | mm cm dm | 1 мм=10 -3 м 1 см=10 -2 м 1 дм=10 -1 м |
| Сдвиг фаз | ∆φ | радиан | рад | rad | градус | º | º |
Кратная единица физической величины всегда больше основной (системной) в целое число раз. Например, мегаом (10 6 Ом), киловольт (10 3 В)
Дольная единица физической величины меньше основной (системной) в целое число раз. Например, нанофарад (10 -9 Ф), микроампер (10 -6 А).
При выбранной оценке физической величины ее можно охарактеризовать истинным и действительным (измеренным) значением измеряемой физической величины.
Истинное (действительное) значение физической величины - это значение, свободное от погрешности. Нахождение истинного значения является главной проблемой метрологии, так как погрешности при измерении неизбежны. В связи с этим на практике за истинное значение принимают показание образцовой меры (прибора), погрешность которой пренебрежимо мала по сравнению с погрешностью применяемых рабочих мер (приборов).
Измеренное значение физической величины - это значение величины, отсчитанное по рабочей мере (прибору).
Измерительный прибор - это средство измерения, в результате применения которого измеряемая физическая величина становится показанием.
По принципу действия все измерительные приборы делятся на две группы:
Электромеханические приборы, используемые в цепях постоянного тока и на низких частотах;
Электронные приборы, используемые в цепях постоянного тока и во всем диапазоне частот.
По способу выдачи результата измерительные приборы подразделяются на:
- аналоговые (со стрелочным индикатором, самопишущие), показания которых являются непрерывной функцией измерения и измеряемой величины;
- цифровые , показания которых образуются в результате автоматического вырабатывания дискретных сигналов измерительной информации, представленной в цифровой форме.
Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.
Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на индикаторе в единицах этой величины. Изменения рода физической величины в процессе измерения не происходит. К таким приборам относятся амперметры и вольтметры.
Приборы сравнения (компараторы) служат для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. По назначению приборы делят на рабочие и образцовые.
Рабочие приборы предназначены только для измерения во всех областях хозяйственной деятельности.
Образцовые приборы служат для поверки и градуирования рабочих приборов. Погрешность измерения образцовых приборов на 1-2 порядка меньше по сравнению с рабочими приборами.
Стоимость прибора напрямую связана с погрешностью измерения: если прибор имеет погрешность в 10 раз меньше, то стоит такой прибор в 10 раз дороже. Использовать образцовые приборы для массовых измерений экономически нецелесообразно, поэтому в лабораториях учебных заведений и на производстве применяются в основном рабочие приборы.
Шкалы аналоговых измерительных приборов (АИП) классифицируются по следующим признакам:
1. По признаку равномерности различают:
- равномерная шкала - это шкала с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления (рис. 1.1, а). Такую шкалу имеют электромеханические приборы только магнитоэлектрической системы;
- неравномерная шкала - это шкала с делениями непостоянной длины и с непостоянной ценой деления (рис. 1.1, б). Такую шкалу имеют электромеханические приборы выпрямительной, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической, термоэлектрической систем.
Рис. 1.1. Шкалы аналоговых приборов: равномерная (а), неравномерная (б), прямая (б), обратная (г), односторонняя (с)), двухсторонняя (е), безнулевая (ж)
2. По признаку направления градуирования различают:
- прямая шкала градуирована слева направо, т.е. нуль на шкале расположен слева (рис 1.1, в). Такая шкала является самой распространенной в АИП;
- обратная шкала градуирована справа налево, т.е. нуль на шкале расположен справа (рис. 1.1, г). Такая шкала используется, например, в аналоговых мультиметрах при отсчете значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов.
3. По положению нуля на шкале и направлению движения стрелки индикатора различают:
- односторонняя шкала - это шкала, стрелка индикатора которой при измерении отклоняется только в одну сторону от нуля (рис. 1.1, д). Такая шкала является самой распространенной;
- двухсторонняя шкала - это шкала, стрелка индикатора при измерении которой отклоняется как влево, так и вправо от нуля. Причем отклонение влево от нуля дает отрицательные значения измеряемой величины, а отклонение вправо - положительные (рис. 1.1, е). Такую шкалу имеют индикаторы аналоговых измерительных мостов и гальванометры;
- безнулевая шкала - это шкала, на которой отсутствует нулевая отметка (рис. 1.1, ж). Такую шкалу имеют электромеханические частотомеры, генераторы, градуированные по частоте, длительности импульсов, временному сдвигу.
Электромеханические и электронные АИП достаточно широко распространены в метрологической практике. Приборы и их шкалы характеризуются рядом основных показателей.
Деление шкалы - это промежуток между двумя соседними отметками шкалы.
Цена деления шкалы (постоянная прибора) , С, указывает число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы (рис.1.2):
Рис. 1.2. Определение цены деления шкалы
(1.2),
где А 1 , А 2 - соседние оцифрованные деления;
n - количество делений между двумя цифрами.
На примере (см. рис. 1.2) цена деления шкалы составляет
В неравномерной шкале цену деления находят на участке шкалы (только не в начале) между двумя соседними оцифрованными делениями.
Шаг шкалы - это интервал оцифрованных делений на шкале прибора. Например, если на шкале индикатора нанесены оцифрованные деления 0-10-20-30-40-50, то шаг шкалы равен 10.
Рабочий участок шкалы - это участок, в пределах которого погрешность прибора не выходит за указанный класс точности. Для шкалы миллиамперметра, показанной на рис. 1.3, а, рабочим участком является участок от 10 до 50 мА (он же является диапазоном измерения в однопредельном приборе). Для шкалы вольтметра, показанной на рис. 1.3 б, рабочим участком является участок от 3 до 10 В. На рабочем участке завод-изготовитель приборов гарантирует заявленный класс точности с первого оцифрованного деления шкалы аналогового индикатора.
Рис. 1.3. Шкалы аналоговых приборов с разными рабочими участками: миллиамперметра (а), и вольтметра (б)
Чувствительность, s, прибора по измеряемому параметру показывает число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины, т.е. является величиной, обратной цене деления:
(1.3).
Чувствительность многопредельного прибора определяют на самом малом пределе измерения.
Частотный диапазон прибора необходимо знать для правильного его использования и для получения наименьшей погрешности измерения. Частотный диапазон - это полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допустимого предела. Различают приборы для работы в цепях постоянного тока, переменного тока и универсальные (используемые в цепях постоянного и переменного тока).
Для приборов, работающих в цепях постоянного тока, частота равна пулю; для приборов, работающих в цепях переменного тока, и универсальных приборов на шкале индикатора и в паспорте обычно указывается частотный диапазон.
Внутреннее сопротивление прибора (амперметра, вольтметра) обычно указывается в паспорте и на лицевой панели (прямо или косвенно). Для амперметров характерно малое сопротивление R A , для вольтметров - большое сопротивление R В .
Потребляемая прибором мощность определяется по следующим формулам:
для амперметра 
(1.4),
а для вольтметров (1.5).
Чем потребляемая мощность меньше, тем точнее измерение.
Потребляемый вольтметром ток выражается формулой:
Падение напряжения на амперметре формулой:
(1.7).
Рабочее положение прибора может быть разным:
Горизонтальным (на шкале обозначается символами или );
Вертикальным (на шкале обозначается символами или );
Наклонным (на шкале обозначается символом с указанием угла наклона).
Если допускается любое рабочее положение, то обозначение отсутствуют.
Расшифровка знаков и символов, указанных на лицевой панели прибора приведена в табл.1.2.
Табл. 1.2. Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов
| Наименование | Условное обозначение | Буквенный шифр |
| Прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой | М | |
| Прибор электромагнитной системы | Э | |
| Прибор электродинамической системы | Д | |
| Прибор ферродинамической системы | д | |
| Прибор электростатической системы | С | |
| Прибор выпрямительной системы с выпрямителем (выпрямительный прибор) | В | |
| Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор) | - | |
| Прибор термоэлектрической системы | Т | |
| Прибор вибрационной системы | - | |
| Ток постоянный | - | |
| Ток переменный (однофазный) | - | |
| Ток постоянный и переменный (универсальный прибор) | - | |
| Ток трехфазный переменный (общее обозначение) | - | |
| Прибор применять при вертикальном положении шкалы | - | |
| Прибор применять при горизонтальном положении шкалы | - | |
| Наклонное (с углом 60°) | - | |
| Класс точности прибора, например 1,5 | - | |
| Напряжение испытательное, например 2 кВ | - | |
| Прибор защищен от влияния внешнего магнитного поля (1 категория защищенности) | - | |
| Прибор защищен от влияния внешнего электрического поля (1 категория защищенности) | - | |
| Внимание! Смотри указания в инструкции по эксплуатации прибора | - |
Предел измерений параметра, А max - это наибольшее значение диапазона измерений.
Диапазон измерений параметра - это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности АИП.
Методы измерений.
В зависимости от способа обработки экспериментальных данных измерений для получения результата различают следующие виды измерений − прямые, косвенные, совместные, совокупные и измерения корреляционно связанных величин.
Прямое измерение − это измерение, при котором значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения. Пример прямого измерения − измерение вольтметром напряжения источника.
Косвенное измерение − это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенном измерении значение измеряемой величины получают путем решения уравнения y = F(x 1 ,x 2 ,x 3 ,...,x n), где x 1 ,x 2 ,x 3 ,...,x n − значения величин, полученные в результате прямых измерений.
Пример косвенного измерения − сопротивление резистора находят из выражения , в которое подставляют результат прямых измерений падения напряжения U и протекающего через резистор тока I.
Совместные измерения − одновременные измерения значений нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, требуется определить градуировочную характеристику термосопротивления.
Совокупные измерения − одновременные измерения нескольких значений одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний значений этих величин.
Измерение корреляционно связанных величин − измерение значений семейства функций х k (t) и у k (t), являющихся реализациями процессов Р х и Р у с целью установления взаимосвязи между ними.
Наличие взаимосвязи выражается в том, что в определенный момент времени t 0 существует такой параметр, при котором реализации процессов Р х и Р у совмещаются наилучшим способом.
Методы измерения выделяются в зависимости от их взаимодействия с мерой, их классификация показана на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Классификация методов измерения
Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой.
Метод непосредственной оценки - метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки - измерение тока амперметром.
Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей:
Дифференциальный метод,
Нулевой метод,
Метод замещения,
Совпадения.
Нулевой метод – это метод, в котором разность между измеряемой величиной и воспроизводимой мерой сводится к 0.
Рис. 1.5. Структурная схема нулевого метода,
где НИ – нуль-индикатор; Е х – объект измерения; U о – мера.
Полярность важна: здесь устройства включены встречно; мы подбираем такую меру, выходной сигнал которой равен сигналу объекта измерения (т.е. i НИ =0). Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой в процессе измерения сводится к нулю, что фиксируется с помощью нуль-индикатора. Результат измерения равен значению меры.
Метод обеспечивает высокую точность, если мера обладает высокой точностью, а НИ – высокой чувствительностью. Обычно
Подобный метод лежит в основе построения измерительных мостов. Достоинство метода – точность.
При дифференциальном методе , так же как и при нулевом, измеряемая величина находится путем измерения разницы между искомой величиной и непосредственно или косвенно с мерой.
Рис 1.6. Структурная схема дифференциального метода.
Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой измеряется с помощью средства измерения – вольтметра (на рис. 1.6.). Результат определяется как сумма показания средства измерения и величины воспроизводимой мерой 
. Для этого метода
Метод замещения – метод, при котором измеряемая величина замещается воспроизведенной мерой.
Рис 1.7. Структурная схема метода замещения,
где R x – объект измерения; R 0 – мера.
В зависимости от положения ключа К можно записать уравнение:
i x R x =u пит, i o R o =u пит.
Откуда i x R x =i o R o ,
Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производится от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлением.
Метод совпадений – это такой метод, при котором измеряемая величина определяется по периодическим сигналам или специальным шкалам. Фигура Лиссажу – классический пример метода совпадений.
Классификация измерительных приборов.
Электроизмерительные приборы различаются по следующим признакам:
По роду измеряемой величины;
По роду тока;
По степени точности;
По принципу действия;
По способу получения отсчета;
По характеру применения.
Кроме этих признаков, электроизмерительные приборы можно также отличать:
По способу монтирования;
По способу защиты от внешних магнитных или электрических полей;
По выносливости в отношении перегрузок;
По пригодности к применению при различных температурах;
По габаритным размерам и другим признакам.
Для измерения электрических величин применяются различные электроизмерительные приборы, а именно:
Тока - амперметр;
Напряжения - вольтметр;
Электрического сопротивления - омметр, мосты сопротивления;
Мощности - ваттметр;
Электрической энергии - счетчик;
Частоты переменного тока - частотомер;
Коэффициента мощности - фазометр.
По роду тока приборы делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы постоянного и переменного тока.
По степени точности приборы делятся на девять классов:0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4 . Цифры указывают значение допустимой приведенной погрешности в процентах.
По принципу действия приборы подразделяются на: магнитоэлектрические; электромагнитные; электродинамические (ферромагнитные); индукционные и другие.
По способу получения отсчета приборы могут быть с непосредственным отсчётом и самозаписывающие.
По характеру применения приборы делятся на стационарные, переносные и для подвижных установок.
Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерений.
Общими характеристиками электроизмерительных приборов являются их погрешности, вариация показаний, чувствительность к измеряемой величине, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность.
Вариация показаний прибора - это наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины. Она определяется при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы при движении ее один раз от начальной, а второй раз от конечной отметок шкалы. Вариация показаний характеризует степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же условиях измерения одной и той же величины. Она приближенно равна удвоенной погрешности от трения, так как причиной вариации в основном является трение в опорах подвижной части.
Чувствительность электроизмерительного прибора к измеряемой величине х называется производная от перемещения указателя а по измеряемой величине x . Перемещение указателя а , которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы, для обширной группы приборов определяется, в первую очередь, углом отклонения подвижной части измерительного механизма. Кроме того, оно зависит от типа отсчетного устройства и его характеристик (стрелочный или световой указатель, длина шкалы, число делений шкалы и др.).
Чувствительность собственно механизма приборов этой группы (независимо от применяемого отсчетного устройства) равна:
(1.9)
Выражением определяется чувствительность прибора в данной точке шкалы. Если чувствительность постоянна, т.е. не зависит от измеряемой величины, то ее можно определить из выражения
В этом случае чувствительность прибора численно равна перемещению указателя, соответствующему единице измеряемой величины. У приборов с постоянной чувствительностью перемещение указателя пропорционально измеряемой величине, т.е. шкала прибора равномерна.
Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от характера измеряемой величины, поэтому, когда пользуются термином «чувствительность», говорят «чувствительность прибора к току», «чувствительность прибора к напряжению» и т.д. Например, чувствительность вольтметра к напряжению равна 10 дел./В.
Величина, обратная чувствительности, называется ценой деления (постоянной) прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы:
Например, если S =10 дел./В, то С -0,1 В/дел.
При включении электроизмерительного прибора в цепь, находящуюся под напряжением, прибор потребляет от этой цепи некоторую мощность. В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами мощности может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора.
Мощность, потребляемая приборами в зависимости от принципа действия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и для большинства приборов лежит в пределах от 10 -12 до 15 Вт.
После включения электроизмерительного прибора в электрическую цепь до момента установления показаний прибора, когда можно произвести отсчет, проходит некоторый промежуток времени (время успокоения). Под временем установления показаний следовало бы понимать тот промежуток времени, который проходит с момента изменения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение, соответствующее новому значению измеряемой величины. Однако если учесть, что всем приборам присуща некоторая погрешность, то время, которое занимает перемещение указателя в пределах допустимой погрешности прибора, не представляет интереса.
Под временем установления показаний электроизмерительного прибора понимается промежуток времени, прошедший с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. Время установления показаний для большинства типов показывающих приборов не превышает 4 с.
Цифровые приборы характеризуются временем измерения , под которым понимают время с момента изменения измеряемой величины или начала цикла измерения до момента получения нового результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.
Под надежностью электроизмерительных приборов понимают способность их сохранить заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Если значение одной или нескольких характеристик прибора выходит из заданных предельных значений, то говорят, что имеет место отказ. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданных промежутке времени и условиях работы.
Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в течение определенного времени Т непрерывной работы не произойдет ни одного отказа. Время безотказной работы указано в описаниях приборов. Часто пользуются приближенным значением этого показателя, определяемым отношением числа приборов, продолжающих после определенного времени Т безотказно работать, к общему числу испытываемых приборов. Например, для амперметров и вольтметров типа Э8027 минимальное значение вероятности безотказной работы равно 0,96 за 2000 ч. Следовательно, вероятность того, что прибор данного типа сохранит заданные характеристики после 2000 ч работы, составляет не менее 0,96, иными словами, из 100 приборов данного типа после работы в течение 2000 ч, как правило, не более четырех приборов будут нуждаться в ремонте,
К показателям надежности относят также среднее время безотказной работы прибора , которое определяется как среднее арифметическое время исправной работы каждого прибора.
Обычно, когда приборы начинают выпускать серийно, некоторая небольшая часть их отбирается для испытаний на надежность. Показатели надежности, определенные по результатам этих испытаний, присваивают всей серии приборов.
Гарантийным сроком называют период времени, в течение которого завод-изготовитель гарантирует исправную работу изделия при соблюдении правил эксплуатации прибора. Например, для микроамперметров типа М266М предприятие-изготовитель гарантирует безвозмездную замену или ремонт прибора в течение 36 мес со дня отгрузки с предприятия, а для частотомеров типа Э373 этот срок составляет 11 лет.
Виды измерений
Измерения как экспериментальные процессы весьма разнообразны. Это объясняется множеством экспериментальных величин, различным характером измерения величин, различными требованиями точности измерения и другие.
Наиболее распространена классификация видов измерений в зависимости от способа обработки экспериментальных данных. В соответствии с этой классификацией измерения делятся на прямые, косвенные, совместные и совокупные.
Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.
Проблема данного определения в том, что под такую трактовку понятия «Косвенного измерения» попадают любые программные расчеты на ЭВМ. Это не гипотетическая ситуация - ВНИИМС выпустил соответствующие МИ 2955-2010, МИ3290-2010, МИ3286, МИ 2955-2010 это «Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений». Теперь, все программное обеспечение АИИС (автоматизированные информационно-измерительные системы), обрабатывающее результаты измерений считается выполняющим и требует фиксации, аттестации, проверки. Под «фиксацией» в данных методиках испытаний (МИ) понимают расчет контрольных сумм файлов, и при любых изменениях контрольных сумм необходимо переповерять и переаттестовывать систему. Под подобную трактовку попадают любые программы, связанные с расчетами за электроэнергию, газ, воду, тепло и т. д. Естественно, поверку и аттестацию предполагается выполнять не бесплатно.
Совместное измерение - одновременное измерение нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. При этом решается система уравнений.
Совокупное измерение - это проведение ряда измерений (чаще всего прямых, но, вообще-то, измерения из ряда могут быть любыми - вспомните, как получаются сложные функции в математике) нескольких величин одинаковой размерности в различных сочетаниях, после чего искомые значения величин находятся решением системы уравнений. Число уравнений при этом должно быть равно числу измерений.
Эталон с гирей 1 кг из набора; - эталон + гирю 1 кг из набора с гирей 2 кг из набора; - эталон + гирю 1 кг из набора с другой гирей 2 кг из набора; - гири 1 + 2 + 2 кг из набора с оставшейся гирей 5 кг из набора.
Проблема данного определения в том, что под такую трактовку понятия «Совокупного измерения» попадают любые программные расчеты на ЭВМ. Это не гипотетическая ситуация - ВНИИМС выпустил соответсвующие МИ 2955-2010, МИ3290-2010, МИ3286, МИ 2955-2010 это «Типовая методика аттестации программного обеспечения средств измерений». Теперь, все программное обеспечение АИИС (автоматизированные информационно-измерительные системы), обрабатывающее результаты измерений считается выполняющим «косвенные (или совокупные) измерения» и тебует фиксации, аттестации, поверки. Под «фиксацией» в данных методиках испытаний (МИ) понимают расчет контрольных сумм файлов, и при любых изменениях контрольных сумм необходимо переповерять и переаттестовывать систему. Под подобную трактовку попадают любые программы, связанные с расчетами за электроэнергию, газ, воду, тепло и т. д. Естественно, поверку и аттестацию предполагается выполнять не бесплатно.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Виды преобразователей расхода жидкости (газа) - Преобразователь расхода жидкости (газа), в котором создается сигнал измерительной информации, основанный на зависимости акустического эффекта в потоке жидкости (газа) от ее расхода Источник: ГОСТ 15528 86: Средства измерений рас …
Виды расходомеров жидкости (газа) - Расходомер жидкости (газа), принцип действия которого основан на зависимости акустического эффекта в потоке жидкости (газа) от ее расхода Источник: ГОСТ 15528 86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Тер … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Виды счетчиков для измерения объема или массы протекающей жидкости (газа) - Счетчик жидкости (газа), принцип действия которого основан на том, что при помощи различных подвижных преобразовательных элементов жидкость (газ) разделяют на доли объема, а затем производят их циклическое суммирование Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Виды испытаний - Термины рубрики: Виды испытаний Акт технического испытания Арбитражные измерения Аттестация методики испытаний База испытаний …
Мир измерений (журнал) - Мир измерений ежемесячный метрологический научно технический журнал. Содержание 1 Назначение 2 История 3 Аудитория 4 … Википедия
вид измерений - Часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Пример. В области электрических и магнитных измерений могут быть выделены как виды измерений: измерения электрического сопротивления,… … Справочник технического переводчика
Градуировка средств измерений - – метрология, операция, в результате которой определяется градуировочная характеристика средства измерений, т. е. зависимость показаний гредства измерений от измеряемой физ. величины. Г. производится обычно с помощью более точных, чем… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ГОСТ 15528-86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения - Терминология ГОСТ 15528 86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения оригинал документа: 26. Акустический преобразователь расхода D. Akustischer Durch flußgeber E. Acoustic flow transducer F … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Эталон единицы измерений - – эталон, воспроизводящий одно значение измеряемой величины (одну точку шкалы). Примечание. Воспроизводимое эталоном единицы измерений значение величины может отличаться от единицы измерений. В настоящее время воспроизводят значение единицы … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Вид средства измерений - – совокупность средств измерений, предназначенных для измерений данной физической величины. [РМГ 29 99] Рубрика термина: Приборы Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
1. По точности оценки погрешности
Технические
Лабораторные (исследовательские)
с точным оцениванием погрешности
с приближенным оцениванием погрешности
Метрологические
эталонные
Контрольно-поверочные
контактные
бесконтактные
прямые
косвенные
совокупные
совместные
статические
динамические
статистические
непосредственной оценки
сравнения с мерой:
противопоставления
дифференциальный
нулевой
замещения
дополнения
абсолютные
относительные
равноточные
неравноточные
однократные
многократные
механические
электрические и магнитные
теплофизические
оптические
физико-химические
акустические
радиационные
необходимые
избыточные
1. Технические измерения – измерения, проводимые с помощью рабочих средств измерений. Применяются с целью контроля и управления в процессе производства на предприятиях различных отраслей промышленности, в социальной сфере, в быту. Например, измерения температуры в ходе технологического процесса, измерение плотности раствора формальдегида при контроле качества формалина, времени пробега 100 метров спортсменом, массы трех окорочков на рынке. При технических измерениях нет необходимости определять и анализировать погрешности получаемых результатов. Поэтому принимается приписанная средству измерений или методике выполнения измерений погрешность, достаточная для решения данной практической задачи. Технические измерения наиболее массовый вид измерений
Метрологические измерения – измерения, проводимые при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин и передачи их размера рабочим средствам измерений. Эталонные измерения – это измерения максимально возможной точности, достижимые при существующем уровне развития техники и технологий, например, измерения фундаментальных физических констант – абсолютного значения ускорения свободного падения, массы изотопов химических элементов. В контрольно-поверочных измерениях погрешность должна быть определена или подтверждена и не должна превышать заданного значения. Сюда относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного метрологического надзора. Например, «ГОСТ 8.024-75 ГСИ. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для СИ плотности жидкости».
Лабораторные измерения являются промежуточными между техническими и метрологическими и могут быть выполнены с различной точностью в зависимости от цели исследования.
2. Контактный метод измерений, контактный метод – чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: 1. Измерение диаметра вала штангенциркулем, измерительной скобой или контроль проходным и непроходным калибрами. 2.Измерение температуры тела термометром.
Бесконтактный метод измерений, бесконтактный метод – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: 1. Измерение расстояния до объекта радиолокатором.. 2. Измерение температуры в доменной печи пирометром.
3. Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерений. Пределы допускаемых отклонений не существенны по отношению к номинальному значению измеряемой величины. Примеры:1. Измерение электрической проводимости растра электролита при постоянной температуре. 2. Измерение массы соли при фасовке её в пакеты.
Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины. Примечания: 1. Термин «динамическое» относится к измеряемой величине. 2. Строго говоря, все физические величины подвержены тем или иным изменениям во времени. Это и убеждает в необходимости применения все более и более чувствительных средств измерений, которые дают возможность обнаруживать изменение величин, ранее считавшихся постоянными, поэтому разделение измерений на динамические и статические является условным .
Примеры: измерения переменных по амплитуде сигналов электротехнике, радиотехнике, электронике. В аналитической химии – это сигнала в хроматографии, спектрометрии, вольтамперометрии. Результат измерения представляют изменяющейся во времени величиной с указанием моментов времени, которым соответствуют эти значения.
4. Прямые измерения – измерения при которых искомое значение величины получают непосредственно. Например, длину измеряют непосредственно линейкой, температуру – термометром, силу – динамометром, силу тока – амперметром, напряжения - вольтметром, электрическое сопротивления - омметром, массы на весах. Уравнение прямого измерения: Х = q , где kX – цена деления средства измерения. Косвенные измерения . Определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, объем параллелепипеда находят умножением трех линейных величин (длины, ширины и высоты); электрическое сопротивление – делением падения измеренного вольтметром напряжения на силу измеренного амперметром электрического тока, концентрацию свинца в рыбных консервах методом атомно-абсорбционной спектрометрии, инверсионной вольтамперометрии – по градуировочноу графику в координатах измеряемое значение свойства - концентрация. Уравнение косвенного измерения: Х = f(у 1 , у 2 ,…,у n ) , где у i –значения i -х величин, найденных прямыми измерениями.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных (однородных) величин, при которых искомое значение находят путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Например, при определении концентрации двух компонентов по спектру поглощения составляют систему уравнений: 1 ( 1 )С 1 + 2 ( 1 )С 2 = А 1
1 ( 2 )С 1 + 2 ( 2 )С 2 = А 2
где А – измеряемая величина оптической плотности раствора при длинах волн 1 и 2
1 и 2 - молярные коэффициенты светопоглощения, табличные значения.
Совместные измерения - проводимые одновременно (прямые и косвенные) измерения двух или нескольких разноименных (разнородных) величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Например, сопротивление R t проводника при фиксированной температуре t определяется по формуле R t = R 0 (1 + t) , где R 0 и - соответственно сопротивление при известной температуре t 0 (обычно 20 o C ) и температурный коэффициент (эти величины постоянные и измерены косвенным методом); t = t – t 0 - разность температур; t - заданное значение температуры, измеряемое прямым методом.
5. Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.
Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Пример: давление манометром, время секундомером, масса на циферблатных весах, температуру ртутным термометром и т.д.
Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Пример: – измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами), измерение содержания элемента в образце сравнением со стандартным образцом состава,
Нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в которой результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Пример: измерение электрического сопротивления, индуктивностей и ёмкостей с помощью моста с полным его уравновешиванием, взвешивание на равноплечих весах
Метод измерений замещением – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
Метод измерений дополнением – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
Дифференциальный метод измерений - метод сравнения с мерой, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение. Незначительно отличающееся от значения измеряемой величины. и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.
6. Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании физических констант, то есть в абсолютных единицах.. Примечание – Понятие «абсолютное измерение» применяется как противоположное понятию «относительное измерение» и рассматривается как измерение величины в ее единицах.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную, то есть в относительных единицах. Примеры: измерение величины пропускания в инфракрасной спектрометрии, относительная влажность воздуха – есть отношение количества водяных паров в 1 м 3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м 3 воздуха при данной температуре. Относительные измерения при прочих равных условиях могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, так как в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины.
7. Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой точностью. Примечание: прежде чем обрабатывать ряд измерений, необходимо убедиться в том, что все измерения этого ряда являются равноточными . Методика обработки равноточных и неравноточных измерений различна, она более простая в первом случае.
Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях. Примечание – Ряд неравноточных измерений обрабатывают с учетом веса отдельных измерений, входящих в ряд.
8. Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание – Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями. Для исключения грубой ошибки – промаха следует проводить два - три однократных измерения и находить конечный результат как среднее арифметическое значение из двух или трёх измерений.
Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений, чаще всего более четырех. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.
Колчков В.И. МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ. М.:Учебное пособие
3. Метрология и технические измерения
3.2. Виды и методы измерений
Измерение - процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения.
Результатом процесса является значение физической величины Q = qU , где q - числовое значение физической величины в принятых единицах; U - единица физической величины. Значение физической величины Q , найденное при измерении, называют действительным .
Принцип измерений - физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.
Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.
Средствами измерений (СИ) являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства .
Существует различные виды измерений. Классификацию видов измерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.
Статические - это измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др.
Динамические - это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени, например, измерение давления и температуры при сжатии газа в цилиндре двигателя.
Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X , где Q - искомое значение измеряемой величины, а X - значение, непосредственно получаемое из опытных данных. Примерами таких измерений являются: измерение длины линейкой или рулеткой, измерение диаметра штангенциркулем или микрометром, измерение угла угломером, измерение температуры термометром и т.п.
Косвенные - это измерения, при которых значение величины определяют на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями. Таким образом, значение измеряемой величины вычисляют по формуле Q = F (x1 , x2 ... xN ), где Q - искомое значение измеряемой величины; F - известная функциональная зависимость, x1 , x2 , … , xN - значения величин, полученные прямыми измерениями. Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, измерение среднего диаметра резьбы методом трёх проволочек и т.д. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением. Встречаются случаи, когда величину можно измерить только косвенным путём, например размеры астрономического или внутриатомного порядка.
Совокупные - это такие измерения, при которых значения измеряемых величин определяют по результатам повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Значение искомой величины определяют решением системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора, т.е. проведение калибровки по известной массе одной из них и по результатам прямых измерений и сравнения масс различных сочетаний гирь. Рассмотрим пример совокупных измерений, который заключается в проведении калибровки разновеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг. Ряд гирь (кроме 2*) представляет собой образцовые массы разного размера. Звездочкой отмечена гиря, имеющая значение, отличное от точного значения 2 кг. Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Меняя комбинацию гирь, проведем измерения. Составим уравнения, где цифрами обозначим массу отдельных гирь, например 1обр обозначает массу образцовой гири в 1 кг, тогда: 1 = 1обр + a ; 1 + 1обр = 2 + b ; 2* = 2 + c ; 1 + 2 + 2* = 5 + d и т.д. Дополнительные грузы, которые необходимо прибавлять к массе гири указанной в правой части уравнения или отнимать от неё для уравновешивания весов, обозначены a, b, c, d . Решив эту систему уравнений, можно определить значение массы каждой гири.
Совместные - это измерения, производимые одновременно двух или нескольких разноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Примерами совместных измерений являются определение длины стержня в зависимости от его температуры или зависимости электрического сопротивления проводника от давления и температуры.
1. Измерения максимально возможной точности , достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.
2. Контрольно-поверочные измерения , погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
3. Технические измерения , в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.
Абсолютными называют измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.
Относительными называют измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре.
Метод непосредственной оценки - метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Примерами таких измерений являются: измерение длины с помощью линейки, размеров деталей микрометром, угломером, давления манометром и т. д.
Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра оптиметр устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра, являющегося отклонением от нуля. Таким образом, измеряемая величина сравнивается с размером блока концевых мер.Существуют несколько разновидностей метода сравнения:
а) метод противопоставления , при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами, например измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора;
б) дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины;
в) нулевой метод - также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этим методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием;
г) при методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал.
Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.
Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.
Эвристические методы оценки основаны на интуиции.
Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.
Теория Практикум
Задания Информация
В настоящее время существует множество видов измерений, различаемых физическим характером измеряемой величины и факторами, определяющими разнообразные условия и режимы измерений. Основными видами измерений физических величин, в том числе и линейно-угловых (ГОСТ 16263–70), являются прямые , косвенные , совокупные , совместные , абсолютные и относительные.
Наиболее широко используются прямые измерения , состоящие в том, что искомое значение измеряемой величины находят из опытных данных с помощью средств измерения. Линейный размер можно установить непосредственно по шкалам линейки, рулетки, штангенциркуля, микрометра, действующую силу – динамометром, температуру – термометром и т. д.
Уравнение прямых измерений имеет вид:
где Q – искомое значение измеряемой величины; X – значение измеряемой величины, полученное непосредственно по показаниям измерительных средств.
Косвенные – такие измерения, при которых искомую величину определяют по известной зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными прямыми измерениями.
Уравнение косвенных измерений имеет вид:
Q = f (х 1 , х 2 , х 3 , ...),
где Q – искомое значение косвенно измеряемой величины; х 1 , х 2 , х 3 , ... – значения величин, измеряемых прямым видом измерений.
Косвенные измерения применяют в тех случаях, когда искомую величину невозможно или очень сложно измерить непосредственно, т.е. прямым видом измерения, или когда прямой вид измерения дает менее точный результат.
Примерами косвенного вида измерения являются установление объема параллелепипеда перемножением трех линейных величин (длины, высоты и ширины), определенных с использованием прямого вида измерений, расчёт мощности двигателя, определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. д.
Примером косвенного измерения является также измерение среднего диаметра наружной крепёжной резьбы методом «трех проволочек». Этот метод основан на наиболее точном определении среднего диаметра резьбы d 2 как диаметра условного цилиндра, образующая которого делит профиль резьбы на равные части Р/2 (рис. 2.1):
где D изм – расстояние, включая диаметры проволочек, полученное прямыми измерениями;
d 2 – диаметр проволочки, обеспечивающий контакт с профилем резьбы в точках, лежащих на образующей d 2 ;
α – угол профиля резьбы;
Р – шаг резьбы.
Совокупные измерения осуществляют одновременным измерением нескольких одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Примером совокупных измерений является калибровка гирь набора по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.
Например, необходимо произвести калибровку гарь массой 1; 2; 5; 10 и 20 кг. Образцовой принимается гиря 1 кг, обозначенная 1 об.
Проведем измерения, меняя каждый раз комбинацию гирь:
1 = 1 06 + а ; 1 + l об = 2 + b ; 2 = 2 + с ; 1+2 + 2 = 5 + d и т. д.
Буквы а , b , с , d – неизвестные значения грузиков, которые приходится прибавлять или отнимать от массы гири. Решив систему уравнений, можно определить значение каждой гири.
Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними, например измерения объема тела, производимые с измерениями различных температур, обусловливающих изменение объема этого тела.
К числу основных видов измерений, по признаку характера результатов измерения для разнообразных физических величин, относятся абсолютные и относительные измерения.
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких физических величин. Примером абсолютного измерения может служить измерение диаметра или длины валика штангенциркулем или микрометром, а также измерение температуры термометром.
Абсолютные измерения сопровождаются оценкой всей измеряемой величины.
Относительные измерения основаны на измерении отношения измеряемой величины, играющей роль единицы, или измерении величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. В качестве образцов часто используют образцовые меры в виде плоскопараллельных концевых мер длины.
Примером относительных измерений могут служить измерения калибров пробок и скоб на горизонтальном и вертикальном оптиметрах с настройкой измерительных приборов по образцовым мерам. При использовании образцовых мер или образцовых деталей относительные измерения позволяют повысить точность результатов измерений по сравнению с абсолютными измерениями.
Помимо рассмотренных видов измерения по основному признаку – способу получения результата измерения виды измерений классифицируют также по точности результатов измерения – на равноточные и неравноточные , по числу измерений – на многократные и однократные , по отношению к изменению измеряемой величины во времени – на статические и динамические , по наличию контакта измерительной поверхности средства измерения с поверхностью изделия – на контактные и бесконтактные и др.
В зависимости от метрологического назначения измерения делят на технические – производственные измерения, контрольно-поверочные и метрологические – измерения с предельно возможной точностью с использованием эталонов с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерения.
Методы измерений
В соответствии с РМГ 29–99, к числу основных методов измерений относят метод непосредственной оценки и методы сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.
Непосредственный метод – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерения вала микрометром и силы – механическим динамометром.
Методы сравнения с мерой – методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой:
дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Примером дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое представляет собой искомую величину;
нулевой метод – при котором разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины, например взвешивание на весах, когда на одном плече находится взвешиваемый груз, а на другом – набор эталонных грузов;
метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод замещения применяется при взвешивании с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов;
метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером использования данного метода может служить измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом.
В зависимости от типа, применяемых измерительных средств, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.
Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.
Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.
Эвристические методы оценки основаны на интуиции.
Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.
