Основные виды измерений и их классификация

Все производимые измерения можно классифицировать:

– по способу получения числового значения измеряемой величины могут быть прямые, косвенные, совокупные и совместные.;

– по характеру изменения измеряемой величины в ходе измерения бывают статические и динамические;

– по количеству измерительной информации бывают однократные и многократные;

– по отношению к основным единицам подразделяются на абсолютные и относительные.

При прямых измерениях измеряемую величину сравнивают с ее мерой. Например, измерения длины линейкой с делениями, электрического тока амперметром и т.д.

Различают несколько методов прямых измерений.

Метод непосредственной оценки заключается в том, что значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. К таким приборам относятся: вольтметры, амперметры, расходомеры, часы, манометры и т.п.

Метод сравнения с мерой состоит в том, что измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. При этом методе измеряемую величину определяют путем непосредственного сравнения с мерой данной величины, например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями.

Метод противопоставления заключается в том, что измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, например, измерение массы на равноплечих двухчашечных весах с помощью уравновешивающих гирь. Дифференциальный метод заключается в том, что на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, например, измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе.

Компаратор — прибор, с помощью которого сравниваются поверяемое и эталонное средства измерений.

Нулевой метод заключается в том, что результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор для сравнения доводят до нуля, например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

Метод совпадений состоит в том, что разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов,например, измерение длины штангенциркулем: наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса. Об этом подробнее будет рассмотрено в п 2.10.

При косвенных измерениях измеряется не сама измеряемая величина, а другие величины, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Например, среднюю скорость поезда на перегоне можно определить, зная длину перегона и время движения поезда по этому перегону.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, которые составляют по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Например, в сложной электрической цепи, представляющей собой несколько ветвей с известными электрическими сопротивлениями и источниками нескольких ЭДС (рис. 2.2), необходимо вычислить величину токов в каждой ветви, предварительно измерив величину ЭДС. Применяя законы Кирхгофа или методы контурных токов, составляют систему уравнений и вычисляют величину токов в каждой ветви.

Совместные измерения — это измерения двух и более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. В качестве примера совместных измерений можно привести нахождение функциональной зависимости между длиной металлического стержня и температурой окружающей среды; частоты вращения вала электродвигателя постоянного тока в зависимости от приложенного момента к этому валу.

Статические измерения — это измерения постоянных величин, например, измерение площади земельного участка.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые изменяются в процессе измерения, например, измерение количества электроэнергии электросчетчиком.

При однократных измерениях число измерений равно числу измеряемых величин. Однако это сопряжено с невысокой точностью измерений. Поэтому чаще всего производят трехкратное измерение одной и той же величины и находят конечный результат как среднее арифметическое значение.

При многократных измерениях число измерений равно числу измеряемых величин. В научных исследованиях одну и ту же величину измеряют около 30 раз.

При абсолютных измерениях производят прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и используют физическую константу. Например, в формуле определения высоты: H = gt 2 /2 измеряют время (t), а ускорение свободного падения (g) — физическая константа.

При относительных измерениях определяют отношение измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Например, относительная влажность определяется как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре и выражается в процентах. Построение характеристик в относительных единицах широко применяют в электроприводе, электрических машинах и т.д.