Вопрос 3. Методы измерений

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

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

При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показывающему устройству средства измерений (отсчет по часам, термометру и т. п.). Суть метода непосредственной оценки,как любого метода измерения, состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случаемера «заложена» в измерительный прибор опосредовано

Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме

Q = х (3)

где Q – измеряемая величина, х– показания средства измерения.

Метод сравнения с меройхарактеризуется тем, что измеряемая величина сравнивается с известной величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).

Принципиальные различия между двумя основными методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуется с помощью приборов и не требует дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры.

Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением

Q = х + Х_м,, (4)

где Х_м– величина, воспроизводимая мерой.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях:

– 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 измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. При этом на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0в выражении Q = х + Х_м. Например, измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе.

Нулевой метод измерений– метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. (х ≈ 0). Например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием, взвешивание на равноплечих весах).

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). Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса.

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, т. е эти величины воздействуют на прибор последовательно (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы груза и гирь на одну и ту же чашу весов, измерение электрического сопротивления резистора путем замены его магазином сопротивлений и подбором значения его сопротивления до получения прежних показаний омметра).

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.