В чем заключается отличие между принципом и методом измерения
Электронная библиотека
Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.
Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости; использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием.
Методы измерения можно классифицировать по разным признакам. Наиболее разработанной является классификация по совокупности приемов использования принципов и средств измерений. По этой классификации различают метод непосредственной оценки и методы сравнения (рис. 7.1).
Метод непосредственной оценки – это метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Это наиболее распространенный метод измерения. Его реализуют большинство средств измерений.
Другую группу образуют методы сравнения: дифференциальный, нулевой, дополнения, замещения. К ним относятся все те методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой.
Дифференциальный метод – это метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Измеряемая величина C сравнивается непосредственно или косвенно с величиной Cм, воспроизводимой мерой. О значении величины C судят по измеряемой прибором разности DC = C — Cм и по известной величине Cм, воспроизводимой мерой. Следовательно, C = Cм + DC.
Примером дифференциального метода могут служить измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе.
Нулевой метод является разновидностью дифференциального метода. Это такой метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
Например, индикатор закрепляют в стойке на плите и устанавливают на нуль по какому-то образцу, а затем измеряют деталь. В этом случае индикатор будет показывать отклонение размера контролируемой детали относительно размера установочного образца.
Метод измерений замещением – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы груза и гирь на одну и ту же чашу весов.
Метод измерений дополнением – это метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
РМГ 29-99 предусмотрены также контактный и бесконтактный методы измерений.
Контактный метод измерений – это метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения.
Например, измерение диаметра вала измерительной скобой или контроль проходным и непроходным калибрами, измерение температуры тела термометром.
Бесконтактный метод измерений – это метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения.
Например, измерение расстояния до объекта радиолокатором.
Методика выполнения измерений (МВИ) – это установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.
Задания к разделу 7: Ответить на вопросы по своему варианту (номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки).
Метод и методика измерений
Решение любой измерительной задачи связано с реализацией того или иного принципа измерений.
Принцип измерений— физическое явление или эффект, положенный в основу измерений тем или иным средством измерений.
Примерами принципов измерений являются:
• применение эффекта Джозефсона для измерений электрического напряжения;
• применение эффекта Доплера для измерения скорости;
• использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием;
• зависимость сопротивления платины от температуры, реализованная в платиновых термометрах сопротивления;
• зависимость термоЭДС от разности температур, реализованная в термоэлектрических термометрах.
Однако выбором принципа измерений не исчерпывается определение метода измерений. Это гораздо более общее понятие, описывающее способ решения поставленной задачи. Оно определяется следующим образом.
Метод измерений— прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.
Методы измерений весьма разнообразны. Их можно классифицировать по различным признакам.
Первый из них используемый физический принцип. По нему методы измерений разделяют на оптические, механические, акустические, электрические, магнитные и так далее.
В качестве второго признака классификации используют режим изменения во времени измерительного сигнала. В соответствии с ним все методы измерений разделяют на статические и динамические.
Третий признак — способ взаимодействия СИ и объекта измерений. По этому признаку методы измерений разделяют на контактные (измерительный элемент СИ находится в контакте с объектом измерений) и бесконтактные (чувствительный элемент СИ не находится в контакте с объектом измерений).
Приведенную классификацию можно развивать и далее. Однако более общей является метрологическая классификация методов измерений, под которой понимается классификация по способу сравнения измеряемой величины с единицей. По этому признаку все методы измерений разделяют на два метода:
• метод непосредственной оценки (измеренное значение наблюдают непосредственно по шкале устройства СИ, например, по часам, амперметру);
• метод сравнения с мерой ( значение измеренное сравнивают с величиной, производимой мерой, как пример, измерение на весах рычажных массы).
Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: дифференциальный метод, метод замещения, метод дополнения и метод совпадений.
Дифференциальный метод— метод измерений, при котором измеряется разность между измеряемой величиной и однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины. Примером дифференциального метода является поверка мер длины сличением с эталонными мерами на компараторе (приборе, предназначенном для сравнения мер). При этом методе производится неполное уравновешивание измеряемой величины Х величиной Хм, воспроизводимой мерой, и определение их разности ∆Х. Следовательно, результат измерений равен X= ХМ + ∆Х. Дифференциальный метод позволяет существенно повысить точность измерений. Например, если ∆Х = 0,01Х и относительная погрешность измерения ∆Х составляет 1 %, то относительная погрешность результата измерений X равна 0,01 % (если не учитывать погрешность меры).
Частным случаем дифференциального метода является нулевой метод измерений — метод измерений, где в результате эффект действия измеряемой величины и меры на компаратор доводят до нуля. Здесь значение измеряемой величины равняется значению, которое воспроизводит мера.
Примерами нулевого метода являются: взвешивание массы на весах с помощью набора гирь; измерение электрического напряжения уравновешенным мостом. Дифференциальный метод обеспечивает снижение погрешности измерений.
В некоторых измерительных задачах удобно применение других разновидностей метода сравнения с мерой: метода дополнения и метода совпадений.
Метод дополнения — метод сравнения с мерой, при котором измеряемая величина дополняется мерой так, чтобы на СИ сравнения действовала их сумма, которая будет равна заранее известному значению.
Например, иногда может быть более точным измерение массы, при котором уравновешивают гирю, значение которой известно с высокой точностью, измеряемой массой и набором более легких гирь, помещенными на другую чашку весов.
Примером этого метода является измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом. Метод совпадений часто применяется при измерениях параметров периодических процессов.
Очевидно, что выбор метода измерений зависит от его теоретической обоснованности, наличия необходимых СИ, их вида (мера, измерительный прибор и др.) и конструктивных особенностей.
Например, чтобы решить такую простейшую измерительную задачу, как измерение высоты заводской трубы, можно выбрать один из следующих методов:
• поднявшись с рулеткой на трубу, произвести измерение (метод сравнения с мерой);
• поднять вертолет с высотомером до уровня трубы и измерить высоту подъема (метод непосредственной оценки);
• вычислить высоту трубы как катет прямоугольного треугольника на основании результатов измерений расстояния до трубы и угла этого треугольника (косвенные измерения).
Методикой выполнения измерений (МВИ) называют регламентированную сумму действий и правил, исполнение которых при измерении обеспечивает получение необходимых результатов измерений в соответствии с избранным методом. МВИ включает требования к выбору СИ, регламентацию процедуры подготовки СИ к выполнению работы, требования к условиям измерений, регламентацию процедуры. Проведения измерений и исследования результатов измерений, в том числе оценку их точности. МВИ аналитических измерений включает также требования к отбору пробы, ее хранению и транспортировке в измерительную лабораторию, подготовке пробы к измерениям. Унификация МВИ имеет огромный вес в реализации единства измерений. Поэтому МВИ повторяющихся измерений обычно регламентируется каким-либо нормативным документом.
Что такое принципы и методы измерения? Какие методы измерений используются?
Чем отличается тип средства измерения от вида?
Тип средства измерения − это совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действня, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и тон же технологической документации. СИ одного типа могут иметь разную
модификацию (например, отличаться по диапазону измерений). Вид средств измерений может включать несколько их типов и является совокупностью средств измерений, предназначенных для измерений данной физической величины. Например, амперметры (вообще) являются видом средств измерений силы электрического тока.
Принципы измерений − это физические эффекты (явления), положенные в основу измерений. Например, в основу измерений может быть положен пьезоэлектрический, термоэлектрический или фотоэлектрический эффекты.
Метод измерений − прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерения обычно обусловлен устройством средств измерений.
Все методы измерений подразделяют на методы непосредственной оценки и методы сравнения.
Метод непосредственной оценки дает значение измеряемой величины по отсчетному устройству показывающего средства измерения (амперметр, вольтметр и др.). Мера, отображающая единицу измерения, в измерении не участвует.
Метод сравнения с мерой предусматривает процедуру сравнения измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения реализуется разными путями. Рассмотрим некоторые из них.
Дифференциальный (разностный) метод − метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение (воспроизводимое мерой), незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Например, измерения путем сравнения с рабочим эталоном на компараторе, выполняемые при поверке мер длины.
Нулевой метод (частный случай дифференциального), в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерения электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.
Дифференциальные и нулевые методы нашли широкое применение, т.к. используемые для сличения меры (гири, нормальные элементы, катушки и магазины сопротивлений) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени распространения приборы.
Метод совпадений (нониусный метод) заключается в том, что разность между измеряемой величиной (мерой) суммируют, используя совпадения отметок шкал периодических сигналов. Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпадения отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса.
Метод замещения заключается а том, что измеряемая величина замешается мерой с известным значением величины. Например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов.
Контактный и бесконтактный методы измерения основаны на том, что чувствительный элемент прибора соответственно приводится или не приводится в контакт с объектом измерения.
Метрология, стандартизация и сертификация
Лекция 2. Виды и методы измерений
1. Основные понятия и определения. Виды измерений.
2. Методы измерений.
3. Понятие о точности измерений.
4. Основы обеспечения единства измерений
1. Основные понятия и определения. Виды измерений
Измерение — совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.
Измерения могут быть классифицированы по метрологическому назначению на три категории:
Ненормированные – измерения при ненормированных метрологических характеристиках.
Технические – измерения при помощи рабочих средств измерений.
Метрологические – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений.
Ненормированные измерения наиболее простые. В них не нормируются точность и достоверность результата. Поэтому область их применения ограничена. Они не могут быть применены в области, на которую распространяется требование единства измерений. Каждый из нас выполнял ненормированные измерения длины, массы, времени, температуры не задумываясь о точности и достоверности результата. Как правило, результаты ненормированных измерений применяются индивидуально, т.е. используются субъектом в собственных целях.
Технические измерения удовлетворяют требованиям единства измерений, т.е. результат бывает получен с известной погрешностью и вероятностью, записывается в установленных единицах физических величин, с определённым количеством значащих цифр. Выполняются при помощи средств измерений с назначенным классом точности, прошедших поверку или калибровку в метрологической службе. В зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения, необходимо выполнение калибровки или поверки средств измерений. Средство измерений, прошедшее калибровку или поверку, называют рабочим средством измерений. Примером технических измерений является большинство производственных измерений, измерение квартирными счётчиками потреблённой электроэнергии, измерения при взвешивании в торговых центрах, финансовые измерения в банковских терминалах. Средство измерений, применяемое для калибровки других средств измерений, называют образцовым средством измерений. Образцовое средство измерений имеет повышенный класс точности и хранится отдельно, для технических измерений не применяется.
Метрологические измерения не просто удовлетворяют требованиям единства измерений, а являются одним из средств обеспечения единства измерений. Выполняются с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Метрологические измерения выполняет метрологическая служба в стандартных условиях, сертифицированным персоналом.
В дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» рассматриваются технические измерения.
Можно выделить следующие виды измерений.
1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерений подразделяются на:
2) По способу получения результатов измерений (виду уравнений измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение диаметра штангенциркулем).
При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.
Совместными называют измерения двух или нескольких не одноимённых величин, производимые одновременно с целью нахождения функциональной зависимости между величинами (например, зависимости длины тела от температуры).
Совокупные – это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях мер или этих величин) путем решения системы уравнений.
3) По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся на три класса.
Измерении максимально возможной точности (например, эталонные измерения), достижимой при существующем уровне техники.
Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.
Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения.
4) По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.
Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использования значений физических констант.
При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (например, измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика).
5) В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.
Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).
Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).
Понятие «метода измерений», «принципа измерений».
Негосударственное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
«Нефтяной техникум»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Метрология »
ТЕМА: «Метрология, стандартизация, сертификация»
№ Варианта 13
| Выполнил(а) студент(ка) заочного отделения 2 курса группы ИР13 Специальность: Дата выполнения: | Норлусенян Даниил Александрович « Бурение нефтяных и газовых месторождений» «___ »___________ 2016 г. |
| Проверил преподаватель: Русских Л.Г. В результате рецензирования получил оценку: __________, имеются замечания:___________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ | |
| Контрольную работу принял(а) _______________________________ Дата принятия: «___»_______2016 г. Рег. №_________________________ |
Ижевск
Содержание
1) Понятие «метода измерений», «принципа измерений»……………..3
2) Категории стандартов: ГОСТ, ОСТ, ТУ, СТП, СТО, ИСО, какие стандарты действуют на вашем предприятии……………………12
3) Виды сертификации. Какому виду сертификации подлежит продукция (работы) вашего предприятия……………………………16
Понятие «метода измерений», «принципа измерений».
В наиболее широком смысле к «измерениям» относят последовательность действий, включающую констатацию наличия у объекта некоторого свойства, качественную оценку этого свойства как определенной величины (идентификацию свойства), сопоставление величины, воспроизводимой на объекте, с единицей этой величины, определение их количественного соотношения. Под измерением некоторого свойства можно понимать получение оценки этого свойства при сопоставлении измеряемой величины с единицей, воспроизводимой мерой (непосредственное воспроизведение) или прибором (опосредованное воспроизведение). Измерением свойства также часто называют помещение измеряемого свойства в определенную точку оценочной шкалы с использованием экспертных или аппаратурных методов. С этих позиций имеют право на существование как прямые, так и косвенные измерения. Косвенными измерениями называют расчет интересующей исследователя величины по известным зависимостям, в которые входят величины, полученные прямыми измерениями, например, измерения площадей таких плоских фигур, как треугольник или параллелограмм.
Основное уравнение измерения физической величины можно записать в виде
где Q – измеряемая физическая величина;
q – единица физической величины;
N – числовое значение физической величины, которым определяется соотношение измеряемой физической величины и единицы, использованной при измерениях.
Из уравнения измерения следует, что в основе любого измерения лежит сравнение исследуемой физической величины с аналогичной величиной определенного размера, принятой за единицу, что обеспечивает нахождение соотношения только в явном виде. Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом. Можно представить однократное преобразование или цепочку преобразований измеряемой физической величины в иную величину, но конечной целью преобразования является получение числа (рисунок 4.1).
Более строго измерение можно представить как получение первичной информации о физической величине и такое ее преобразование, с помощью которого определяют соотношение измеряемой физической величины и единицы этой величины. Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием некоторого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, положенный в основу измерения (измерительного преобразования).
Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений (РМГ 29 – 99).(Из ГОСТ 16263 –70: Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения). Как примеры можно рассмотреть измерение температуры с помощью термопары (использование термоэлектрического эффекта), измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение искомой массы по пропорциональной ей силы тяжести, основанное на принципе пропорционального упругого растяжения). Из примеров видно, что фактически принципы измерений определяются принципами, заложенными в использованные средства измерений. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на определенных принципах преобразования измерительной информации с помощью механических, оптических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных и других устройств (преобразователей). В сложных средствах измерений используют комбинированные принципы, включающих два и более конкретных принципа преобразования, например оптико-механические приборы, фотоэлектрические приборы, электромагнитные приборы и ряд других. Для систематизации подхода к измерению, для выявления и оценки погрешностей, прежде всего, необходимо классифицировать сами измерения.
Видом измерений названа часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Как примеры видов измерений приведены измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции, относящиеся к области электрических и магнитных измерений. Дополнительно выделены подвиды измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.) и приведены примеры подвидов (измерения больших длин, имеющих порядок десятков, сотен, тысяч километров или измерения сверхмалых длин — толщин пленок как подвиды измерений длины). Такое истолкование видов и особенно подвидов измерений малоэффективно и не очень корректно – подвиды измерений фактически не определены, и неудачные примеры это подтверждают. Так толщины пленок могут быть от десятых долей микрометра до десятых миллиметра, что соответствует различиям на три порядка, требующим существенно различающихся подходов к измерениям – объединение их в один подвид нерационально. Более широкая трактовка видов измерений (с использованием различных оснований классификации) позволяет отнести к ним также приведенные в том же документе, но не сформированные в классификационные группы измерения, характеризуемые следующими альтернативными парами терминов:
· прямые и косвенные измерения,
· совокупные и совместные измерения,
· абсолютные и относительные измерения,
· однократные и многократные измерения,
· статические и динамические измерения,
· равноточные и неравноточные измерения.
Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений. Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. В примечании к определению отмечено, что при строгом подходе существуют только прямые измерения и предлагается применять термин прямой метод измерений. Это предложение нельзя назвать удачным (см. далее классификацию методов измерений). Как примеры прямых измерений приведены: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением
где Q – измеряемая величина,
х – результат измерения.
Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Далее в документе сказано, что вместо термина косвенное измерение часто применяют термин косвенный метод измерений. Этот вариант предпочтительно не использовать как явно неудачный.
При косвенных измерениях искомое значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения
где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.
Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п. Один из наиболее часто встречающихся случаев применения косвенных измерений – определение плотности материала твердого тела.
При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные динамические погрешности, связанные со слишком быстрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, измерение диаметров тел качения (постоянных физических величин) в подшипниковой промышленности осуществляется с использованием контрольно-сортировочных автоматов. При этом скорость изменения измерительной информации на входе может оказаться соизмеримой со скоростью измерительных преобразований в цепи прибора. Измерение температуры с помощью ртутного термометра несоизмеримо медленнее измерений электронными термометрами, следовательно, применяемые средства измерений могут в значительной степени определить режим измерений.
По реализованной точности и по степени рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и той же величины различают равноточные и неравноточные, а также на равно-рассеянные и неравно-рассеянные измерения.
Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью. Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
В частности НД содержит определения следующих терминов:
— метод непосредственной оценки;
— метод сравнения с мерой;
— нулевой метод измерений;
— дифференциальный метод измерений;
— метод измерений замещением;
— метод измерений дополнением;
— контактный метод измерений;
— бесконтактный метод измерений.
Анализ приведенных терминов показывает, что классификация методов измерений осуществлялась по разным основаниям, например, в зависимости от наличия или отсутствия в явном виде мер физической величины (гирь, концевых мер длины или др.) или от «степени уравновешивания» объекта мерами. Методы измерений замещением и дополнением фиксируют особенности МВИ, рассматриваемые с позиций взаимодействия мер и прибора сравнения. Разделение методов измерений на контактные и бесконтактные связано с особенностями конструкции чувствительных элементов прибора. Поскольку набор терминов из РМГ 29 –99 отличается от терминов в отмененном с ГОСТ 16263 –70, а в литературе широко использовались именно включенные в старый стандарт термины, мы по необходимости будем дополнять приведенный перечень.
Анализ метода измерений следует начинать с выяснения основных признаков: является он методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Фактически это единственное принципиальное деление, поскольку значительная часть терминов просто уточняет разновидности метода сравнения с мерой. Различия между двумя методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры. Меры в явном виде воспроизводят с выбранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера.
Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Метод сравнения с мерой (метод сравнения) – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера «заложена» в измерительный прибор опосредованно. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.
Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме: Q = х,
где Q – измеряемая величина,
х – показания средства измерения.
Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что прибор фактически используют для определения разности измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Для реализации этого метода можно использовать приборы с относительно небольшими диапазонами показаний, вплоть до вырожденной шкалы с одной нулевой отметкой. Примерами этого метода являются измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием объекта гирями (мерами массы), измерения напряжения постоянного тока прибором-компенсатором путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента.
Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением:
где Q – измеряемая величина,
х – показания средства измерения.
Хм – величина, воспроизводимая мерой.
Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины или угла, эталонные резисторы и т.д. Если использовать высокоточные меры, то инструментальные составляющие погрешности можно уменьшить не только за счет точности меры, но и за счет существенного уменьшения применяемого при измерении диапазона преобразований. При измерении методом непосредственной оценки измерительное преобразование полностью соответствует измеряемой величине, что при наличии у используемого прибора мультипликативной погрешности обычно приводит к существенному снижению точности. Метод сравнения с мерой позволяет свести работу прибора сравнения к измерительному преобразованию разности измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, которая существенно меньше всей измеряемой величины.
Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях, среди которых различают:
— дифференциальный и нулевой методы измерений,
— метод измерений замещением и метод противопоставления,
— метод измерений дополнением.
В данном перечислении курсивом выделены термины, включенные в РМГ 29 –99.
Дифференциальный и нулевой методы отличаются друг от друга в зависимости от степени приближения размера, воспроизводимого мерой, к измеряемой величине.
Дифференциальный метод измерений (дифференциальный метод) – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.
Пример – измерения длины, выполняемые на станковом приборе с измерительной головкой при настройке по блоку концевых мер.
Фактически дифференциальный метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0 в выражении
Нулевой метод измерений (нулевой метод) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
Формально это можно представить как х ≈ 0 в том же выражении Q = х + Хм из чего следует:
Пример – измерения массы взвешиванием на равноплечих рычажных весах с полным уравновешиванием чашек.
Метод совпадений (по ГОСТ 16263 –70) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины).
Для оценки совпадения можно использовать прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при достижении определенной температуры и другие физические эффекты).
В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.
Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).
Следует отметить, что РМГ 29 –99 представляет слишком узкую трактовку метода замещения. В другой интерпретации, особенно характерной для линейно-угловых измерений, рассматривают альтернативную пару: методы замещения и противопоставления. В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно. Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливают соотношение между этими величинами.