Методы и методики измерений

Выбор метода зависит от вида измеряемой величины, ее раз­мера, точности результата измерений, быстроты его получения, условий, при которых проводятся измерения, и ряда других признаков (длину можно измерить линейкой, микрометром и т. д.).

Под терминомметод измерений подразумевается способ ре­шения измерительной задачи, характеризуемый его теоретиче­ским обоснованием и разработкой основных приемов применения средств измерений. Существует более простое определение поня­тия метода измерений. Метод измерений - совокуп­ность приемов использования принципов и средств измерений.

Принцип измерений — это совокупность физических явлении, на которых основаны измерения.Например, температуру можно измерять платиновым термометром (принцип измерения — за­висимость сопротивления платины от температуры) и термо­электрическим термометром (принцип измерения — зависи­мость ТЭДС от разности температур).

Каждую физическую величину можно измерить несколькими методами, которые имеют особенности как технического, так и методического характера. С методической стороны ме­тоды измерений поддаются систематизации и обобщению по ха­рактерным признакам.

Основными методами являются:

Метод непосредственной оценки, в котором значение измеряе­мой величины определяют непосредственно по отсчетным уст­ройствам измерительного прибора прямого действия (отсчет по часам, барометру-анероиду, термометру).

Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями; изме­рение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнени­ем с ЭДС параллельного элемента).

Метод замещения — разновидность метода сравнения с ме­рой, в котором измеряемую величину замещают известной вели­чиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным по­мещением измеряемой массы груза и гирь на одну и ту же чашу весов).

Контактный и бесконтактный методы — методы, при которых чувствительный элемент прибора приводится или не приводится в контакт с объектом измерений (измерения диаметра вала из­мерительной скобой осуществляется контактным методом; тем­пературы в доменной печи — бесконтактным методом).

Дифференциальный методхарактеризуется измерением раз­ности между измеряемой величиной и известной величиной, вос­производимой мерой. Метод позволяет получить результат высо­кой точности при использовании относительно грубых средств измерения.

Нулевой методаналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. Другими словами нулевой метод — это метод сравнивания с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сводят к нулю (взвешивание на равноплечих весах — безмене, шкальных весах).

При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины. Рассмотрим, например, неравноплечие весы (рис. 2.2, а),где Р₁1₁ = Р₂l₂. В электротехнике — это мосты для измерения индуктивности, емкости, сопротивления (рис. 2.2, б). Здесь r₁r₂ = r_xr₃ откуда r_х = r₁r₂/r_3. В общем случае совпаде­ние сравниваемых величин регистрируется нуль-индикатором (И).

Рисунок 2.2 – Нулевой метод измерения: а – схема механических весов; б – схема электрического моста

Кроме того, можно выделитьнестандартизованные методы:

• метод противопоставления, при котором измеряемая вели­чина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воз­действуют на прибор сравнения. Например, измерения массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уравнове­шивающих ее гирь на двух чашках весов;

• метод совпадений, где разность между сравниваемыми вели­чинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или пе­риодических сигналов. Например, при измерении длины штангенциркулем наблюда­ют совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; при измерении частоты вращения стробоскопом – метки на вра­щающемся объекте с момента вспышек известной частоты.

Выбор метода зависит от его теоретической проработки, конкретных средств измерений. Например, для реше­ния такой измерительной задачи, как определение высоты теле­башни, можно использовать один из следующих методов:

· изме­рить высоту телебашни рулеткой (метод сравнения с мерой);

· на вертолете подняться до уровня телебашни и определить рас­стояние по высотомеру (метод непосредственной оценки);

· вы­числить высоту телебашни, используя тригонометрические функ­ции прямоугольного треугольника, т. е. измеряя горизонтальное расстояние до телебашни и вертикальный угол, образованный ос­нованием и вершиной телецентра (метод косвенных измерений).

Методы измерений предусматривают разработку основных приемов применения средств измерений, а методика их проведе­ния представляет собой требования к выбору средств измерений, последовательность выполнения операций, соблюдение установ­ленных условий измерений, числа измерений, способов обработ­ки их результатов.

Строгое определение понятияметодика измерений стандарта­ми не определено, однако, с учетом имеющегося опыта разра­боток методик измерений в стране его можно сформулировать так:методика измерений — это установленная совокупность операций и правил, выполнение которых при измерении обеспе­чивает получение результатов измерений в соответствии с данным методом.