3. Классификация измерений
В зависимости от общих приемов получения результата измерения делятся на прямые, косвенные и совместные.
К прямым относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах.
Косвенным называют такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (измерение мощности с помощью амперметра и вольтметра).
В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина.
Методы сравнения. К ним относятся все те методы электрических измерений, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Методы сравнения делятся на: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.
Нулевой метод — сравнение измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля (измерение сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).
При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Т.о. в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины.
Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина.
Метод совпадений — метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Наиболее распространен при измерении неэлектрических величин.
4. Погрешности измерений
Любое измерение не может быть абсолютно точным из-за несовершенства измерительных приборов, методов измерения и субъективных факторов. Поэтому в процессе измерений необходимо определить не только значение измеряемой величины, но и степень точности измерения, или его погрешность, т.е. отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Под истинным подразумевают значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство данного физического объекта. Погрешности измерений подразделяются на: абсолютную, относительную, приведенную.
Абсолютной погрешностью называется разность между показанием прибора и истинным значениями измеряемой величины:
X = X – Xис
Разность между истинным и измеренным значениями измеряемой величины, или абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой:
П = Xис – X = – X
Таблица поправок к приборам указывается заводом-изготовителем в техническом паспорте прибора.
Точность измерения обычно оценивается относительной погрешностью — отношением абсолютной погрешности измерений к истинному значению измеряемой величины, обычно выраженному в процентах:
% = X / Xис · 100% = (X – Xис) / Xис · 100%
Т.к. X и X сравнимы по величине, то
% X / X · 100%
Относительная погрешность обычно существенно увеличивается с уменьшением значений измеряемой величины.
Точность измерительных приборов оценивается их приведенной погрешностью: отношением абсолютной погрешности измерения к номинальному значению измерительного прибора (соответствует полному значению его шкалы), выраженному в процентах:
пр% = X / Xном · 100%
Погрешность измерительного прибора состоит из основной и дополнительной погрешностей. Основной является погрешность измерений, которой обладает прибор в номинальных условиях работы (нормальное положение, температура 20 С, отсутствие внешних магнитного и электрического полей и т.д.). Дополнительная погрешность вызывается отклонением условий работы прибора от номинальных условий.
При измерении возможна систематическая и случайная погрешности. Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
Точность измерительного прибора (допустимая ГОСТом), т.е. качество измерений, отражающее малость его погрешностей, оценивается допустимой погрешностью, т.е. наибольшей основной приведенной погрешностью, выраженной в процентах:
доп% = ± Xнаиб / Xном · 100%
которая одинакова для любой измеряемой величины и численно равна его классу точности. Наибольшая возможная абсолютная погрешность измерения из предыдущего:
Xнаиб = ± доп% · Xном / 100%
Т.о. относительная погрешность измерений увеличивается с увеличением предела измерения прибора и уменьшением измеряемой величины. Отсюда важный вывод: нежелательно пользоваться начальной частью шкалы прибора и измерять небольшие значения электрических величин прибором с большим пределом измерений.
Согласно ГОСТ 8.401–81 приборам присваивается определенный класс точности — это обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей.
Обозначение класса точности на приборе:
