2.2. Види вимірювань.
Вимірювання класифікуються за наступними ознаками:
1. за способом одержання числового значення вимірюваної величини на:
а) прямі;
б) непрямі (посередні)
в) сукупні;
г) сумісні;
2. за точністю вимірювання числових значень вимірюваної величини на:
а) метрологічні вимірювання або вимірювання з максимально можливою точністю;
б) контрольно-повірочні вимірювання;
в) технічні вимірювання;
3. за умовами вимірювань на:
а) рівноточні;
б) нерівноточні;
4. за кількістю вимірювань на;
а) однократні;
б) багатократні;
5. за характером зміни вимірюваної величини в часі на:
а) статичні;
б) динамічні;
6. за відбиттям результатів вимірювань (залежно від одиниць вимірювання) на:
а) абсолютні;
б) відносні.
7. за формою одержаного значення вимірюваної величини на:
а) аналогові;
б) цифрові;
в) графічні.
8. за ступенем достатності на:
а) необхідні;
б) надлишкові;
I. Прямими називаються такі вимірювання, за яких значення вимірюваної величини визначається безпосередньо за експериментальними даними.
Наприклад, вимірювання температури термометром, сили струму - амперметром, проміжку часу – секундоміром, довжини – метром, тиску - манометром та ін.). Прямі вимірювання найпростіші і найпоширеніші у промисловості.
Непрямими (посередніми) називаються такі вимірювання, за яких значення вимірюваної величини визначають на основі результатів прямих вимірювань інших фізичних величин, функціонально пов’язаних з вимірюваною.
Наприклад, об’єм прямокутного паралелепіпеда можна визначити по результатам вимірювань довжини, ширини і висоти: V=abc електричний опір - по результатам вимірювань спаду напруги і сили струму: R=U/I.
У загальному вигляді вимірювана величина визначається за формулою
(2.3)
де
—
значення величин, виміряних прямим
способом;
-
функціональна залежність.
Знаходити значення деяких величин легше і простіше шляхом непрямих вимірювань, ніж шляхом прямих вимірювань. Іноді прямі вимірювання практично неможливо здійснити. Наприклад, не можна виміряти густину твердого тіла, яка визначається по результатам вимірювань об’єму і маси: ρ = m/V.
Непрямі вимірювання виконують тоді, коли значення величин неможливо або складно виміряти прямо, або коли непрямі вимірювання дозволяють одержати набагато більш точні результати, ніж прямі вимірювання.
Сукупними називаються непрямі вимірювання, в яких значення декількох одночасно вимірюваних однорідних величин отримують шляхом розв’язання системи рівнянь, що пов’язують різні сполучення цих величин, значення яких, в свою чергу, отримуються прямими або непрямими вимірюваннями.
Прикладом
сукупних вимірювань може бути визначення
опорів
резисторів, що сполучені трикутником.
При цьому вимірюють опори між кожною
парою вершин трикутника і одержують
систему рівнянь:
Розв’язок цієї системи рівнянь дає можливість визначити опори .
Сукупними також є вимірювання, при яких маси окремих гирь набору знаходять по відомій масі однієї з них і по результатам прямих порівнянь мас різних сполучень гирь.
Сумісними називаються непрямі вимірювання, в яких значення декількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують розв'язанням рівнянь, які пов'язують їх з іншими величинами, що вимірюються прямо або опосередковано.
Наприклад,
відомо що
опір терморезистора
,
де
-
опір резистора при температурі 0°С,
-температурний
коефіцієнт опору. Якщо значення
та
не
можна знайти прямими чи
опосередкованими
вимірюваннями,
то вимірюють опір
при
температурі
та
при температурі
і
складають систему рівнянь:
розв’язуючи
яку знаходять
Сумісні
вимірювання використовуються також
для визначення залежності між величинами.
Наприклад, на основі ряду одночасних вимірювань приросту довжини Δl зразка в залежності від зміни його температури Δt визначають коефіцієнт розширення зразка k = Δl/Δt.
II. Метрологічні вимірювання або вимірювання з максимально можливою точністю відповідно до наявного технічного рівня - це вимірювання за допомогою еталонів і зразкових засобів вимірювання з метою відтворення встановлених одиниць фізичних величин або передачі їх розміра робочим засобам вимірювань. Крім того, такі вимірювання необхідні при наукових дослідженнях високого рівня та розробках сучасних технологій в електроніці, атомній енергетиці тощо.
Наприклад, при повірці зразкових мір магнітної індукції (3-го розряду) на повірочній установці здійснюється вимірювання зразковим тесламетром.
Ці вимірювання проводяться з метрологічною метою, тобто є метрологічними.
Контрольно-повірочні вимірювання – це вимірювання, похибки яких не перевищують деяких наперед заданих значень. До них відносять лабораторні вимірювання фізичних величин за
допомогою зразкових і технічних засобів високих класів точності. Такі вимірювання проводяться у метрологічних лабораторіях Держстандарту України та науково-дослідних інститутах.
Технічні вимірювання — вимірювання, які проводяться у промисловості і визначаються невисоким класом точності засобів вимірювання.
Технічні вимірювання – це вимірювання за допомогою робочих засобів вимірювань.
Технічні вимірювання виконуються з метою контролю і управління науковими експериментами, контролю параметрів виробів, керування рухом різних видів транспорту, діагностики захворювань тощо.
Наприклад, вимірювання тиску пара в котлі за допомогою манометра, вимірювання ряду фізичних величин, що характеризують технологічний процес.
III. Рівноточні вимірювання - ряд вимірювань деякої величини, виконаних однаковими по точності засобами вимірювань в одних і тих же умовах.
Нерівноточні вимірювання - ряд вимірювань будь-якої величини, виконаних різними по точності засобами вимірювань і (або) в різних умовах.
IV. Однократне вимірювання - вимірювання, виконане один раз. Наприклад, вимірювання конкретного моменту часу по годиннику. Коли потрібна більша впевненість в отриманому результаті, одного вимірювання буває недостатньо. Тоді виконуються два, три і більше вимірювань однієї і тієї ж конкретної величини. В таких випадках користуються виразами “двократне вимірювання”, “трьохкратне вимірювання” і т.д.
Багатократне вимірювання - вимірювання однієї і тієї ж фізичної величини, результат якого отримують з декількох наступних один за другим вимірювань, тобто це вимірювання, яке складається з ряду однократних вимірювань.
Постає питання: з якого числа вимірювань можна вважати вимірювання багатократним? Оскільки відомо, що при кількості окремих вимірювань n ≥ 4, ряд вимірювань може бути оброблений у відповідності з вимогами математичної статистики, то при чотирьох і більше вимірюваннях, вимірювання можна вважати багатократним. За результат багатократного вимірювання звичайно приймають середнє арифметичне значення із результатів однократних вимірювань.
V. Статичне вимірювання - вимірювання фізичної величини, яка приймається у відповідності з конкретною вимірювальною задачею за незмінну на протязі часу вимірювання.
Наприклад, вимірювання довжини деталі при нормальній температурі, вимірювання розмірів земельної ділянки.
Динамічне вимірювання - вимірювання фізичної величини, розмір якої змінюється з часом. Швидка зміна розміру вимірюваної величини потребує її вимірювання з точною фіксацією момента часу.
Наприклад, вимірювання відстані до рівня землі з літака, що йде на посадку.
VI. Абсолютні вимірювання - вимірювання, значення яких подані в абсолютних одиницях фізичних величин.
Наприклад, при вимірюванні сили електричного струму амперметром або довжини деталі мікрометром результат вимірювання виражається в одиницях вимірюваних величин (в амперметрах і мікрометрах).
Відносні вимірювання - вимірювання, значення яких подані як відношення вимірюваної величини до одноіменної величини, умовно прийнятої за одиницю, або у відсотках.
VII. Поділ вимірювань на аналогові і цифрові обумовлений формою вимірювальної інформації, яка міститься у вихідних сигналах аналогових та цифрових вимірювальних приладів. В аналогових приладах вихідним сигналом є переміщення стрілки вздовж шкали, в цифрових – зображення числового значення вимірюваної величини цифровими знаками.
Графічні вимірювання – вимірювання, в яких вихідний сигнал відображається у вигляді графіка ( самопишущі прилади, відображення графічної інформації на дисплеї комп’ютера).