Прямые и косвенные, совокупные и совместные,

— абсолютные и относительные,

Рис. 2.1. Виды и методы измерений

тод, косвенный метод, бесконтактный метод, интерференционный метод и ряд других).

Стандарт определяет значительное число методов измере­ний, но всех разновидностей измерений эти методы не покрывают. Для того чтобы избавиться от путаницы, предлагается укрупненное деление измерений на виды (с различными основаниями класси­фикации), а также классификация методов измерений в зависимо­сти от приемов использования мер в явном или опосредованном виде.

К видам измерений (если не разделять их по видам измеряе­мых физических величин на линейные, оптические, электрические и др.) можно отнести измерения:

где X, Y, Z,.., — результаты прямых измерений.

Принципиальной особенностью косвенных измерений явля­ется необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера) в противоположность прямым измерениям, при которых прибор вы­дает готовый результат. Классическими примерами косвенных из­мерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольни­ка или другой геометрической фигуры и т.п.

Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измере­ние любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых

величин.

При совокупных измерениях осуществляется измерение нескольких одноименных величин, например длин Li, Ьч, Ьз и т.д. Подобные измерения выполняют на специальных устройствах для одновременного измерения ряда геометрических параметров валов.

Совместные измерения подразумевают измерение не­скольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами та­ких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя или одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения.

Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные шкалы, в том числе градуирован­ные в единицах измеряемой физической величины либо в некото­рых относительных единицах, включая неименованные. В соответ­ствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.

Метрологические измерения выполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной (при имеющихся ограничениях) погрешности измерения.

В тех случаях, когда точность результата измерений не имеет принципиального значения, а цель измерений состоит в приблизи­тельной оценке неизвестной физической величины, прибегают к ориентировочным измерениям,, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах, поскольку любая реа­лизуемая в процессе измерений погрешность принимается за до­пустимую.

Общность метрологического подхода ко всем этим видам из­мерений состоит в том, что при любых измерениях определяют зна­чения реализуемых погрешностей, без чего невозможна достовер­ная оценка результатов.

Оценка равноточности и неравноточности, а также равнорассеянности и неравнорассеянности результатов из­мерений зависит от выбранных значений предельных мер расхож­дения точности или оценок рассеяния. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения.

Равноточными называют серии измерений для которых оценки погрешностей можно считать практически одинаковыми, а к неравноточным относят измерения с различающимися по­грешностями. Измерения считают равнорассеянными или не-

равнорассеянными в зависимости от совпадения или различия оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравни­ваемых серий.

Статические и динамические измерения наиболее ло­гично рассматривать в зависимости от режима получения средст­вом измерения входного сигнала измерительной информации. При измерении в статическом (квазистатическом) режиме скорость из­менения входного сигнала несоизмеримо ниже скорости его преоб­разования в измерительной цепи и результаты фиксируются без динамических искажений.

При измерении в динамическом режиме появляются допол­нительные динамические погрешности, связанные со слишком бы­стрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, в подшипниковой промышленности при измерении диаметров тел качения (постоян­ных физических величин) с использованием контрольно-сортировочных автоматов скорость изменения измерительной ин­формации на входе может оказаться соизмеримой со скоростью из­мерительных преобразований в цепи прибора.

Различают два основных метода измерений: метод непо­средственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что изме­ряемая величина сравнивается с известной аналогичной величи­ной, которая воспроизводится мерой.

Принципиальные различия между двумя основными мето­дами измерений заключаются в том, что метод непосредствен­ной оценки реализуется с помощью приборов без применения мер в явном виде, а метод сравнения с мерой связан с обязательным использованием овеществленной меры. Меры воспроизводят с вы­бранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера. Примерами мер являются гири, концевые меры длины или угла, резисторы и т.д.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разно­видностях, среди которых различают:

— дифференциальный и нулевой методы,

— метод совпадений,

— методы замещения и противопоставления.
Дифференциальный и нулевой методы отличаются друг

от друга в зависимости от степени приближения размера, воспро­изводимого мерой, к измеряемой величине.

Дифференциальный метод измерений —метод сравне­ния с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизво­димой мерой.

Нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

Метод совпадений — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной от­меткой на шкале физической величины). Для оценки совпадения используют прибор сравнения или органолептику, фиксируя появ­ление определенного физического эффекта (стробоскопический эф­фект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при достижении определенной темпера­туры и другие физические эффекты).

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величи­ны, воспроизводимой мерой, различают методы замещения и противопоставления.

Метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроиз­водимой мерой, то есть эти величины воздействуют на прибор по­следовательно.

Метод противопоставления — 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.

Примеры:

— измерение диаметра цилиндрической поверхности детали
штангенциркулем в одном сечении — прямое абсолютное одно­
кратное (при повторении многократное) статическое измерение,
выполняемое методом непосредственной оценки;

— нахождение значения угла прямоугольного треугольника
по результатам измерений его сторон — косвенное измерение плос­
кого угла, при котором осуществляются прямые абсолютные стати­
ческие измерения линейных величин. Методы прямых измерений
зависят от конкретной выбранной реализации;

— определение плотности материала по результатам измере­
ний размеров (длин) образца и его массы — косвенное измерение
искомой величины, требующее совместных измерений разноимен-

ных величин (длины и массы) и совокупных измерений нескольких одноименных физических величин (длин). Вычисляемый объем в этом случае также можно рассматривать как результат косвенного измерения.

Для оценки метода измерений предлагается ответить на сле­дующие вопросы:

а) применяется ли мера для воспроизведения физической ве­
личины в явном виде?

б) измеряются или сводятся к нулю значения отклонений фи­
зической величины от известного значения меры?

Отрицательный ответ на первый вопрос означает, что мы имеем дело с методом непосредственной оценки. Положительный ответ на этот вопрос позволяет утверждать, что применяется метод сравнения с мерой. Если при этом значение разности измеряемой величины и меры доводится до нуля, реализуется нулевой метод измерений (иногда его называют методом полного уравновешива­ния), а если разность этих значений алгебраически суммируется со значением меры — дифференциальный метод.

Если в ходе измерения мера и измеряемый объект последова­тельно воздействуют на вход средства измерений (СИ), «замещая» друг друга, реализуется метод замещения. Например, измеритель­ная головка на стойке настраивается по плоскопараллельной кон­цевой мере длины, после чего мера убирается и замещается кон­тролируемой деталью.

Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обес­печивают возможность одновременного воздействия на них меры и измеряемой физической величины. С помощью таких приборов реализуется метод противопоставления.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Погрешность измерения — отклонение результата изме­рения от истинного значения измеряемой величины. Формально погрешность можно представить выражением

b=X-Q,

где А — абсолютная погрешность измерения; X — измеренное зна­чение физической величины; Q — физическая величина (истинное значение физической величины).

Классификация погрешностей измерений (рис. 2.2) может осуществляться по разным классификационным признакам (осно­ваниям), например по формам их выражения (абсолютные и отно­сительные погрешности), по формам используемых оценок (довери­тельные границы, предельные, средние арифметические, средние квадрэтические значения, значения размаха и др.), а также по ис­точникам возникновения (инструментальные, погрешности метода и т.д.), по значимости (значимые, пренебрежимо малые). По харак-

теру проявления наиболее часто погрешности делят на случайные, систематические и грубые. Специфический характер носит деление погрешностей на статические и динамические.

Общеприняты и практически непротиворечивы классифика­ции погрешностей измерений по формам их выражения. Абсолют­ные погрешности выражают в единицах измеряемой величины, а

Условия измерений Д_у

Объединение составляющих погрешностей Д = Дс_В * Дм * Д_у * Дон

Значимость погрешностей

J_

Пренебрежимо малые Д = О