Метод измерения - это что такое? Виды и средства измерений

Измерение – нахождение значения какой-либо физической величины. Осуществляется этот процесс опытным путем. При этом могут использоваться различные методы и средства измерений. Рассмотрим в статье, какие из них применяются на практике.

Измерение, методы измерений: определения

Результатом процесса является нахождение значения параметра Q. Оно устанавливается, исходя из числового показателя величины (q) и ее единицы (U). Общая формула выглядит так:

Q=qU.

Принципом измерения называют явление либо комплекс феноменов, которые используются в качестве основы процесса. К примеру, масса тела устанавливается с помощью взвешивания с применением силы тяжести, которая пропорциональная весу, а температура – с помощью термоэлектрического эффекта. Методы и средства измерений выбираются в зависимости от характеристик объекта, цели процедуры. Немаловажное значение имеют и возможности исследователя. Метод измерения – комплекс специальных приемов, через которые реализуются принципы процесса. Их группировка производится по различным признакам. Средства измерения имеют метрологические нормированные свойства.

Классификация

Виды и методы измерений различаются, исходя из специфики зависимости исследуемого параметра от времени, типа формулы, условий, влияющих на точность. Существует также классификация по способам выражения результатов процесса. По характеру зависимости искомого параметра от времени выделяют динамическое и статистическое измерения. Последнее предполагается неизменяемость показателя. К таким измерениям относят определение размеров предмета, температуры, постоянного давления и так далее. Динамическими называют процессы нахождения значений, при которых искомый параметр изменяется во времени. К ним относят, например, установление показателя давления при сжатии газа. В зависимости от способа получения результатов различают совместные, косвенные, совокупные, прямые исследования. Рассмотрим их кратко.

Прямые исследования

В ходе таких измерений искомое значение находят из опытных данных. Выразить это можно уравнением

Q=X, в котором:

• Q – искомый параметр;
• Х – показатель, полученный из опытных данных.

Такие измерения выполняются рулеткой либо линейкой, штангенциркулем, микрометром, угломером, термометром и так далее.

Косвенные исследования

В ходе них искомое значение устанавливается по известной зависимости между ним и параметрами, находимыми при прямых измерениях. Уравнение при этом выглядит так:

Q = F(x1, x2 ... xN), в котором:

• Q- искомый показатель;
• F – зависимость;
• x1, x2, … , xN – параметры, полученные прямым измерением.

Таким способом, например, устанавливается объем объекта при заданных геометрических размерах. Методы измерения сопротивления проводников также предполагают применение этого уравнения. Косвенные исследования используются чаще всего тогда, когда прямым способом найти параметр затруднительно или невозможно. На практике возникают ситуации, когда этот прием является единственным. Так, например, находятся размеры внутриатомного или астрономического порядка.

Совокупные исследования

В ходе них используются методы измерения величин, предполагающие повторное нахождение одного или нескольких одноименных параметров при разных их сочетаниях или их мерах. Искомый показатель устанавливается при решении системы уравнений. Они, в свою очередь, составляются по параметрам, полученным при нескольких прямых измерениях.

Рассмотрим пример. Необходимо определить массу отдельных гирь в наборе. То есть, нужно провести калибровку по известному весу одной из них, полученному при прямых измерениях, и сравнить показатели при разных сочетаниях объектов. В наборе присутствуют гири, масса которых 1, 2, 2*, 5, 10, 20 кг. Все они, за исключением третьей, представляют собой образцы разного веса. Гиря со звездочкой имеет параметры, отличающиеся от точного показателя 2 кг. Калибровка заключается в установлении массы каждого предмета по одному образцу, к примеру, по объекту, весом в 1 кг. Нахождение параметра осуществляется в процессе изменения комбинации гирь. Необходимо составить уравнения, в которых цифрами обозначаются массы отдельных объектов. К примеру, 1 образец соответствует весу в 1 кг. В таком случае 1=1об + а; 1+ 1 об = 2 + b; 2* = 2 + с и так далее. Дополнительные массы, которые нужно прибавлять к весу гири, стоящему в правой части или отнимать от нее для уравновешивания, обозначаются а, b, с. При решении системы уравнений можно установить значение массы для каждой гири.

Совместные исследования

Они предполагают измерение двух либо нескольких разноименных параметров одновременно. Это позволяет выявить функциональную зависимость между ними. В качестве примера таких исследований выступает установление длины стержня исходя из его температуры.

Классы

Они устанавливаются в зависимости от условий, определяющих точность показателя. Выделяют следующие классы:

1. Измерения максимально допустимой точности, которая может достигаться при существующем техническом уровне. В данный класс включаются все высокоточные оценки. В первую очередь, к ним относят эталонные измерения. Они связаны с максимально вероятной точностью воспроизведения заданных единиц физических значений. К этому классу относят также оценку констант, универсальных, в первую очередь. Примером может выступать нахождение абсолютного показателя ускорения при свободном падении.
2. Контрольно-проверочные измерения. Их погрешность с установленной вероятностью не должна быть выше заданного показателя. В данный класс включаются все измерения, которые производятся в лабораториях государственного надзора за выполнением требований техрегламентов, контроля измерительной техники. Такие оценки состояния объектов гарантируют погрешность с некоторой вероятностью, которая не превышает заданного заранее значения.
3. Технические измерения, погрешность в которых устанавливается по характеристикам используемых средств. В качестве примера может служить оценка состояния объектов, осуществляемая в производственных условиях на промышленном предприятии, в сфере обслуживания и пр.
   

Способ отражения результата

По этому признаку различают относительные и абсолютные измерения. Последними называют те, которые базируются на прямых исследованиях одного или нескольких показателей, либо на применении значений констант. К таким исследованиям относят нахождение длины в метрах, показателя силы тока в амперах, ускорения в м/сек. Относительными считаются измерения, в рамках которых искомый показатель сравнивается с одноименным параметром, выступающим в качестве единицы, или принятым за исходный. Так, например, находят диаметр обечайки по количеству оборотов ролика, показатель влажности, которая устанавливается по соотношению объема пара в 1 м³ воздуха к количеству паров, насыщающих его при заданной температуре.

Какие методы измерения чаще всего используют на практике?

Стоит отметить, что в исследованиях применяется два приема. Основные методы измерений – непосредственная оценка и сравнение с мерой. В первом случае искомый параметр находится непосредственно по отсчетной шкале прибора прямого действия – по линейке, манометру, термометру и пр. Второй метод измерения предполагает сравнение искомого показателя с параметром, воспроизводимым мерой. К примеру, чтобы установить диаметр калибра, оптиметр фиксируется на нулевой отметке по блоку концевых значений длины. Результат получают по показателям стрелки, отклоняющейся от 0. Искомый параметр сравнивается с концевыми значениями.

Подтипы

Метод измерения путем сравнения может реализовываться разными способами:

1. Противопоставлением. В этом случае искомый показатель и параметр, который воспроизводится мерой, действуют на прибор сравнения одновременно. В результате устанавливается соотношение между значениями.
2. Дифференциацией. В этом случае искомый показатель сравнивается с известным значением, воспроизводимым мерой. Такой метод измерения применяется при установлении отклонения контролируемого диаметра заготовки на оптиметре после настройки его на 0.
3. Совпадением. В этом случае между искомым показателем и значением, воспроизводимым мерой, устанавливается разность. Она определяется по совпадению отметок периодических сигналов или шкал.

Существуют и другие приемы. Например, нулевой метод измерения. Он предполагает доведения до 0 результирующего эффекта влияния параметров на прибор сравнения. Такой прием используется при измерении сопротивления по мостовой схеме с полным уравновешиванием. По способу получения информации исследования могут быть бесконтактными или контактными.

Дополнительно

В зависимости от используемых средств, различают органолептический, эвристический, экспертный, инструментальный методы измерения. Последний основывается на использовании технических устройств. Они могут быть механическими, автоматическими, автоматизированными. Например, часто используются инструментальные методы измерения уровня давления. Экспертное исследование основывается на мнении группы специалистов. Эвристический метод базируется на интуиции. Органолептические исследования предполагают использование органов чувств. Изучение состояния объекта проводится также комплексными и поэлементными методами. Последний предполагает изучение каждого параметра предмета в отдельности. К примеру, могут оцениваться овальность, огранка цилиндрического вала и пр. Комплексный метод предполагает измерение суммарного показателя, на который влияют отдельные свойства объекта. К примеру, может выполняться исследование радиального биения, находящегося в зависимости от эксцентриситета, овальности и так далее.

Международная система

Она была принята в 1960 г. на XI Генеральной конференции. Система предусматривает перечень семи ключевых единиц измерения. К ним относятся метр, секунда, ампер, моль, килограмм, кельвин, кандела. В системе также предусмотрены две дополнительные единицы - стерадиан, радиан, а также приводятся приставки для образования дольных и кратных параметров. В СИ определены и производные значения. Они образуются при помощи простейших уравнений физических параметров, числовые коэффициенты которых равны 1. Эти значения применяются, например, при определении равномерности в линейной скорости при прямолинейном движении. Допустим, длина пути, который был пройден, v = l/t (м), время, потраченное на это, - t (с). Скорость получится в метрах в секунду. На практике принято использовать сокращение – м/с. Эта единица, таким образом, выражает скорость равномерно и прямолинейно перемещающейся точки, при которой она за секунду продвигается на метр. Аналогично образуются и остальные показатели, в том числе те, коэффициент в которых - не единица.