Методы измерений

Классификация измерений по видам

Классификация измерений по областям и группам

Все существующие измерения классифицируются по областям и группам. Существует 6 областей измерений:

- измерение механических величин;

- измерение тепловых величин;

- измерение электрических и магнитных величин;

- измерение оптических величин;

- измерение акустических величин;

- измерение в атомной и ядерной физике.

Группы измерений	Примеры измеряемых величин
1. Измерения механических величин
1. Пространственно-временные величины	длина, угол, площадь, объем, время
2. Кинематические величины	линейная и угловая скорость, линейное и угловое ускорение, частота механических колебаний, частота вращения
3. Динамические величины	масса, сила, массовые расходы вещества, моменты сил и инерции, количество движения, давление, работа, мощность, энергия, механические деформации
4. Механические свойства веществ и материалов	плотность, удельный вес, динамическая и кинематическая вязкость, модуль растяжения, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, коэффициент объемного сжатия, коэффициент поверхностного натяжения, предел текучести
5. Механика и форма поверхности.	толщина пленок и покрытий, параметры и топография поверхности, параметры отклонений формы и расположения поверхностей
2. Измерения тепловых величин
1. Группа измерений термометрии	температура, температурный градиент
2. Перенос тепловой энергии	количество теплоты, тепловой поток, коэффициент теплопередачи, термодинамический потенциал
3. Теплофизические свойства материалов	теплоемкость, теплопроводность, коэффициент теплового расширения, коэффициент теплопроводности
3. Измерения электрических и магнитных величин
1. Электрические и магнитные поля	количество электричества, направленность электрического поля, напряженность магнитного поля, магнитодвижущая сила, магнитная индукция
2. Электрические цепи	электрическое напряжение, сила тока, электродвижущая сила, емкость, сопротивление, индуктивность, электрическая энергия, мощность, частота электрических колебаний
3. Распространение электромагнитных волн	мощность электромагнитного поля, волновое сопротивление, частота электромагнитных колебаний, коэффициент отражения и передачи, коэффициенты стоячей и бегущей волны
4. Электрические и магнитные свойства веществ и материалов	интенсивность намагничивания, удельное электрическое сопротивление, термоЭДС, относительная диэлектрическая и магнитная проницаемость, параметры магнитной петли гистерезиса
4. Измерения оптических величин
1. Физическая оптика	сила света, световой поток, световая энергия, освещенность, яркость, интенсивность и мощность излучения, длительность импульса излучения, длина волны оптического импульса
2. Когерентная и нелинейная оптика	мощность и спектральная плотность лазерного излучения, частота и длина волны лазерного излучения
3. Оптические свойства веществ, материалов и сред	показатель преломления, коэффициент отражения и поглощения, светочувствительность, оптическая сила линз, оптическая плотность, разрешающая способность материалов
5. Измерения акустических величин
1. Физическая акустика	интенсивность звука, плотность звуковой энергии, уровень звукового давления и громкости, частота, амплитуда и спектральная плотность звуковых колебаний
2. Акустические свойства веществ, материалов и сред	скорость распространения звука, коэффициент поглощения звука, акустическое сопротивление, звуковое давление, коэффициент отражения звуковой волны, коэффициент затухания звуковой волны, коэффициент электроакустического преобразования
6. Измерения в атомной и ядерной физике
1. Ионизирующие излучения, радиоактивность	плотность потока ионизирующих частиц, интенсивность излучения, поглощенная доза излучения, активность нуклида в радиоактивном источнике, мощность поглощенной дозы излучения
2. Фундаментальные физические константы	скорость света, постоянная Планка, постоянная Больцмана, магнитный момент электрона, протона, заряд электрона, гравитационная постоянная, газовая постоянная

Лекция 2

I. По способу получения числового значения измеряемой величины измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это измерения, при которых искомое значение величины находится непосредственно из опытных данных.

Вид уравнения прямого измерения:

y = cx,

где y – значение измеряемой величины в принятых для нее единицах измерения; с - цена деления шкалы или единичного показателя цифрового показывающего устройства в единицах измеряемой величины; x – отсчет по индикаторному устройству по делениям шкалы.

Пример: измерение штангенциркулем.

Косвенные измерения – это измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Вид уравнения косвенного измерения:

y = f (x₁, x₂, …, x_n)

где y – искомая величина, являющаяся функцией величин x_i, измеряемая прямым методом, при этом предполагается, что вид функции f(x_i) известен заранее.

Пример: измерение удельного сопротивления проводника, посредством измерения его сопротивления, длины и площади поперечного сечения.

Совокупные измерения – это проводимые одновременно, измерения нескольких одноименных величин, при которых значение искомой величины находится решением системы уравнений, получаемой после проведения прямых измерений.

Пример: измерения, при которых масса отдельных гирь набора находится по известной массе одной из них и по результату прямого сравнения масс различных сочетаний гирь.

Совместные измерения – это проводимые одновременно измерения 2-х или более неодноименных величин для нахождения функциональной связи между ними.

Пример: нахождение зависимости удлинения тела от температуры.

II. По количеству одновременно измеряемых размеров (параметров) все измерения подразделяются на дифференцированные и комплексные.

Дифференцированные (поэлементные) измерения – это измерения, при которых параметры каждого элемента изделия измеряют независимо от других элементов.

Пример: при измерении параметров резьбы отдельно измеряются внутренний диаметр резьбы, наружный диаметр резьбы, шаг резьбы и т.д.

Комплексные измерения – это измерения, при которых определяют влияние комплекса параметров (элементов), характеризующих изделие сложной формы, на точность изделия.

Пример: резьбу болта контролируют с помощью резьбового «калибра - кольца», который должен свинчиваться с болтом.

III. По характеру взаимодействия измерительной поверхности средства измерения с поверхностью изделия измерения подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные измерения – это измерения, при которых измерительное средство имеет механический контакт с поверхностью измеряемого объекта.

Пример: измерения штангенциркулем, микрометром.

Бесконтактные измерения – это измерения, при которых измерительное средство не имеет механического контакта с поверхностью измеряемого объекта.

Пример: измерения на инструментальном микроскопе.

Бесконтактные измерения – предпочтительнее, т.к. отсутствует деформация измеряемой поверхности изделия и измерительных наконечников прибора.

IV. По условиям определения точности результата измерения подразделяются на эталонные, контрольно-поверочные и технические.

Эталонные и специальные измерения – это измерения с максимально возможной точностью.

Контрольно-поверочные измерения – это измерения, проводимые государственными и заводскими измерительными лабораториями.

Технические измерения – это измерения, выполняемые в процессе производства и эксплуатации.

Метод измерения – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Принцип измерения – это физическое явления или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений.

В существующих стандартных средствам измерений используются: механический, оптический, пневматический, электрический и другие принципы действия, а также их различные сочетания.

Существуют 2 основных метода измерений:

- метод непосредственной оценки;

- метод сравнения мерой.

Метод непосредственной оценки (метод непосредственного сравнения с мерой) – это метод измерений, при котором значение измеряемой величины получают непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Пример: измерения микрометром, микрометрическим нутромером.

Метод сравнения мерой (метод опосредованного сравнения с мерой) – это метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Пример: измерение диаметра вала оптиметром, предварительно настроенным на размер по концевым мерам длины.

Метод сравнения с мерой имеет следующие разновидности:

- дифференциальный метод;

- метод совпадений;

- нулевой метод;

- метод замещения;

- метод противопоставления.

Дифференциальный (разностный метод) – это метод измерений, при котором на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой.

Пример: измерение оптиметрами, измерительными головками.

Дифференциальный метод позволяет получать результаты с высокой точностью даже при использовании не очень точных средств измерений. Однако осуществить его можно только при воспроизведении с большой точностью известной величины, значение которой близко к значению измеряемой величины. Это во многих случаях легче, чем изготовить средство измерений высокой точности.

Метод совпадений – это метод измерений, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Пример: измерение длины штангенциркулем, измерение времени по ритмичным сигналам, передаваемым по радио.

В производстве данный метод часто называют нониусным.

Нулевой метод – это метод измерений, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

Пример: измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

Метод замещения – это метод измерений, при котором измеряемая величина, заменяется известной, воспроизводимой мерой.

Пример: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; измерение электрического сопротивления резистора, путем замены его набором известных сопротивлений.

Метод противопоставления – это метод измерений, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, который показывает на соотношение между ними.

Пример: взвешивание груза на равноплечих весах, когда измеряемая масса определяется как сумма масс гирь ее уравновешивающих и показаний по шкале весов.

Данный метод позволяет уменьшить погрешность, вызванную внешними факторами, так как они действуют одновременно, как на измеряемую величину, так и на известную.

Лекция 3