Основные этапы измерений

Измерение - последовательность сложных и разнородных дейст­вий, состоящая из ряда этапов.

1. определиться с методикой выполнения измерений;

2. выбрать метод измерения,

3. выбор средства измере­ния и вспомогательные устройства;

4. подготовиться к измерению и опробованию средства измерения;

5. осуществить контроль условий выполнения измерений;

6. установить число наблюдений при измерении;

7. учесть систематические погреш­ности и уменьшить их;

8. обработать результаты наблюдений и оценить погреш­ность измерений; интерпретировать и представить результаты измерения;

9. округ­лить результаты наблюдений и измерений.

1. Методика выполнения измерений (МВИ) - установленная совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов измерений. В МВИ должны устанавливаться:

- ее назначение,

- нормы точности и область применения;

- метод (методы) измерений;

- требования к средствам измерений (СИ) и вспомогатель­ным устройствам;

- требования к безо­пасности, включая экологическую безопасность;

- требования к квалификации операторов;

- условия выполнения измерений;

- операции подготовки к выполне­нию измерений;

- экспериментальные операции, выполняемые для получения ре­зультатов наблюдений при измерении;

- способы обработки результатов наблюде­ний и оценки показателей точности измерений;

- требования к оформлению результатов измерений.

2. Выбор метода измерений определяется принятой моделью объекта измерений (ОИ) и доступными СИ.

Под методом измерений понимают прием или совокупность приемов срав­нения измеряемой величины с ее единицей (или шкалой) в соответствии с реа­лизованным принципом измерений.

При выборе метода измерений добиваются того, чтобы погрешность метода изме­рений, то есть обуслов­ленная несовершенством принятых модели и метода измерений не сказывалась заметно на результирующей погрешности измерения.

3. Выбор средств измерений и вспомогательных устройств определяется:

- измеряе­мой величиной,

- принятым методом измерений,

- требуемой точностью результа­та измерений.

Применение излишне точных СИ экономически невыгодно, а применение СИ с недостаточной точностью могут стать причиной неправильных выводов.

Учитывают также:

- диапазон изменений измеряемой величины,

- условия измерений,

- эксплуатационные качества СИ, их стоимость.

Основное внимание уделяют погрешностям СИ. При этом добиваются выполне­ния условия

где Δ_Д - предельно допускаемая погрешность результатов измерений;

Δ_мод - модели измерений, Δ _м - метода измере­ний; Δ_СИ - средства измерений,

Δ_усл - дополнительные погрешности, обу­словленные воздействием влияющих факторов условий измерений, Δ_о - оператора.

4. Подготовка к измерениям и опробование средств измерений.

При подготовке к из­мерениям оператор должен;

- Подготовить объект измерения (очистить) и создать необходимые ус­ловия измерений - Установить в рабочее положение, включить питание, охлаждение, прогреть и т. п.

- Опробовать СИ. Проверить действие органов управления, регулировки, на­стройки и коррекции. Если СИ снабжены средствами самокалибровки (тес­тирования), выполнить соответствующие операции.

- Провести 2-3 пробных наблюдения и сравнить результаты с ожидаемыми. При большом расхождении результатов проанализировать причины и устранить их.

5. Контроль условий выполнения измерений.

Сохранение метрологических характе­ристик СИ гарантируется для нормальных условий измерений (табл. 2.5).

Таблица 2.5.Номинальные значения влияющих физических величин

Влияющая величина	Номинальное значение величины
Температура для всех видов измерений	293 К (20 °С)
Давление окружающего воздуха для измерения ионизирующих излучений, теплофизических, температурных, магнитных, электрических, давлений, параметров движения	100 кПа (750 мм рт. ст.)
То же для остальных видов измерений	101,3 кПа (760 мм рт. ст.)
Относительная влажность воздуха для измерений: линейных, угловых, массы и спектроскопии	58%
То же для измерений электрического сопротивления	55%
То же для измерений температуры, силы, твердости, переменного электрического тока, ионизирующих излучений, пара­метров движения	65%
То же для остальных видов измерений	60%
Плотность воздуха	1,2 кг/м3
Ускорение свободного падения	9,8 м/с2
Магнитная индукция (например, магнитного поля) и напряженностьэлектростатического ноля для измерений парамет­ров движения, магнитных и электрических величин

Реальное проведение измерений в этих нормальных условиях маловероятно. Поэтому в эксплуатационной документации (ЭД) на СИ указывают пределы нормальной области значений влияющих величин, выходить за которые при выполнении измерений не допускается из-за возникновения дополнительной погрешности СИ.

6. Установление числа наблюдений при измерениях.

Наблюдением при измерении - экспериментальная опера­ция, выполняемая в процессе измерений, в результате которого получают одно значение результата измерения.

Различают измерения с однократными и многократными наблюдениями.

7. Учет систематических погрешностей и способы их уменьшения.

Систематиче­ские погрешности, как правило, не проявляются при выполнении наблюдений и вычислении результатов измерений, но способны существенно исказить эти ре­зультаты.

При разработке СИ и МВИ, то есть еще до начала измерений систематические погрешности исключаются (например, введением поправок). Поэтому при выполнении наблюдений и оценке результатов измерений имеют дело с неисключенными остатками сис­тематических погрешностей - НСП.

Для обнаружения НСП рекомендуется:

- провести измерение другим, максималь­но отличным от использованного, методом и сравнить результаты;

- резко изменить условия наблюдений (использовать другие экземпляры СИ,

сменить опера­тора, изменить время наблюдений);

- провести контрольное измерение в лаборатории другой организации или в метрологическом учреждении, в которых имеются более точные СИ и МВИ;

- выполнить теоретическую оцен­ку НСП.

8. Обработка результатов наблюдений и оценивание погрешностей измерений

Оценку погрешности результата измерения выполняют при разработке МВИ. Источниками погрешностей являются модель ОИ, метод измерения, СИ, опера­тор, влияющие факторы условий измерений, алгоритм обработки результатов наблюдений. Как правило, погрешность результата измерения оценивается при доверительной вероятности Р = 0,95.

- измерения с однократными наблюдениями. За результат наблюдения в этом случае принимают результат однократного наблюдения х.

- измерения с многократными наблюдениями. Обработку результатов начинают с проверки на отсутствие промахов.

Промах – это результат х _n отдельного наблюдения, входящего в ряд из n наблюдений, который для данных условий измерений резко отличается от остальных результатов этого ряда.

Вычисляют среднее арифметическое результатов наблюдений х _i по формуле

- косвенные измерения. Значение измеряемой величины находят по результатам измерений аргументов a₁, …а_i…,a_m, связанных с искомой величиной уравнением.

9. Округ­лить результаты наблюдений и измерений.