1 Основные сведения
Методом измерений называется прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с используемым принципом измерений. Положенные в основу измерений физическое явление или эффект называют принципом измерений (например, использование силы тяжести при измерении массы тела его взвешиванием) [1].
1.1 Классификация методов измерений
Методы измерений различают по различным признакам [1]:
по сравнению величины с единицей ─ прямые и косвенные;
по характеру изменения измеряемой величины во времени ─ статические и динамические;
по форме представления измеряемой величины ─ аналоговые и цифровые;
по отбору отчетов во времени ─ непрерывные и дискретные,
по взаимодействию с объектами измерений ─ контактные и бесконтактные.
Классификация методов, основанная на признаках сравнения измеряемой величины с единицей, воспроизводимой соответствующей мерой, представлена на рисунке 1. В ней отражены, главным образом, прямые методы [1, 2].
Прямые и косвенные методы измерения
При использовании прямого метода измерений искомое значение физической величины получают непосредственным сравнением ее с единицей.
При косвенном методе измерений искомое значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных и искомой величиной. Примером может служить измерение объема V цилиндрической детали по результатам измерений ее длины l и диаметра. К косвенным измерениям можно отнести и определение среднего значения искомой величины, например, средних значений тех же длины и диаметра, измеренных прямым методом.
Для косвенных измерений характерно использование закона распределения погрешностей с целью определения достоверности результатов измерений. Этот закон применяют в тех случаях, когда входная величина xi представляет собой среднее значение для объема выборки и достоверность результатов измерений определяют на основе измеренных данных, а также тогда, когда xi есть результат одиночного измерения, достоверность которого определяют по доверительному интервалу погрешности используемого средства измерений. При этом все слагаемые подкоренного выражения должны иметь одинаковую статистическую достоверность.
Рисунок 1 ─ Классификация методов измерений, основанная на признаках
сравнения измеряемой величины с единицей,
воспроизводимой соответствующей мерой
При анализе погрешностей косвенных измерений необходимо учитывать, насколько точна используемая математическая модель, отражающая функциональную зависимость искомой величины от других связанных с ней величин. Так, в приведенном выше примере определения объема цилиндрической детали из-за неточности ее обработки диаметр в различных сечениях может изменяться случайным образом. Поэтому сечение детали может лишь аппроксимироваться кругом.
Метод отклонения
Метод отклонения (непосредственного отсчета) основан на том, что измеряемая (входная) величина вызывает отклонение выходной величины либо непосредственно, либо после преобразования в промежуточную величину (промежуточное отображение).
Отсутствие источников вспомогательной энергии указывает на то, что необходимая для процесса измерения энергия отбирается от объекта измерений (таблица 1). При этом неизбежно возникновение взаимных воздействий между объектом и средством измерений [1].