1.3 Виды и методы измерений

В зависимости от способа получения результата измерения делятся на следующие виды: прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Прямые — измерения, при которых физическая величина определя­ется непосредственно по индикатору прибора: напряжение — вольтме­тра, частота — частотомера, сила тока — амперметра.

Прямые измерения характеризуют формулой

А = х

Где: х — значение величины, найденное путем ее измерения и называемое результатом измерения.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях интересующая нас величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связан­ных с искомой величиной определенной функциональной зависимо­стью.

Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой:

где : х₁ х₂, ... , х_т — результаты прямых измерении величин, связанных функциональной зависимостью с искомым значением измеряемой величины А.

Например, измерив силу тока и напряжение, на основании из­вестной формулы можно определить мощность:

К косвенным измерениям относится определение значения сопротивления по известным значениям силы тока в цепи и падении напряжения на данном резисторе.

Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых или косвенных измерениях различных сочетаний этих величин.

Например, измеряя сопротивления R_аb, R_ас и R_bс между вершинами треугольника электрической цепи, в котором соединены сопротивления резисторов R₁, R₂ R₃ (рис. 1.3.1) и, решая систему уравнений можно определить искомые значения сопротивлений:

Рис. 1.1.3 Пример совокупных измерений

Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для установления зависимости между ними.

Как видно из определений, совокупные и совместные измерения весьма близки друг к другу. В обоих случаях искомые значения находят в результате решения системы уравнений, коэффициенты в которых получены путем прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно определяют несколько одноименных величин, а при совместных — разноименных.

Наиболее известный пример совместных измерений — определение зависимости сопротивления резистора от температуры.

Косвенные, совместные и совокупные измерения объединены общим свойством: их результаты рассчитывают по известным функциональным зависимостям между измеряемыми величинами и величинами, определяемыми прямыми измерениями.

Различие между этими видами измерений заключается лишь в виде функциональной зависимости, используемой при расчетах. При косвенных измерениях она выражается одним уравнением в явном виде, при совместных и совокупных — системой неявных уравнений.

Основные методы измерений

Современные методы измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1.2.1).

При методе непосредственной оценки применяется прямой вид измерения, описанный выше.

Рис. 1.2.1 Классификация методов измерения

Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым на практике, хотя точность измерения обычно ограничена. Приборы, реализующие измерение по методу непосредственной оценки, называют измерительными приборами непосредственной оценки.

Метод сравнения — метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Это может быть, например, измерение напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС эталонного элемента. В отличие от приборов непосредственной оценки, удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерений.

Различают следующие разновидности метода сравнения:

• нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой;

• дифференциальный метод, когда измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (например, измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста); этот метод сравнения используют тогда, когда практическое значение имеет отклонение измеряемой величины от некоторого номинального значения (уход частоты, отклонение напряжения и т.д.);

• метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается образцовой.

Нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физической величины. Его разновидностями являются:

• компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется (уравновешивается) образцовой;

• мостовой метод, когда достигают нулевого значения тока в измерительной диагонали моста, в которую включается чувствительный индикаторный прибор (обычно нуль-индикатор).