Методы и методики измерений

Решение любой измерительной задачи связано с реализацией того или иного принципа измерений.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений.

Пр: 1) Интерференция и дифракция света в тонких пленках при измерении плоскостности с использованием лекальных стекол;

2) Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Эффект назван в честь австрийского физика К. Доплера.

3) применение эффекта Джозефсона для измерений электрического напряжения;

4) использование силы тяжести при измерении массы взвешиванием;

5) зависимость сопротивления платины от температуры, реализованная в платиновых термометрах сопротивления;

6) 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. Или по-другому

Метод измерения – это способ экспериментального определения значения физической величины, т. е. совокупность используемых при измерениях физических явлений и средств измерений.

Методы измерений весьма разнообразны. Их можно классифицировать по различным признакам.

Однако наиболее 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 иметод сравнения с мерой .

I) Метод непосредственной оценки заключается в определении значения величины непосредственно по отсчетному устройству средства измерения прямого действия.

Примеры: измерение интервала времени по часам, силы тока- амперметром, линейных размеров - цифровым штангенциркулем, микрометром или линейкой измерительной, взвешивание на цифровых весах.

«+» - самый простой и распространенный метод

«-» -иногда недостаточно точный, так как сложно изготовить СИ с большим диапазоном и высокой точностью на всем диапазоне.

II) Метод сравнения с мерой.

В любом варианте этого метода искомая величина определяется сравнением с величиной, воспроизводимой мерой.

Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: дифференциальный (или разностный) метод, нулевой метод, метод замещения, метод дополнения и метод совпадений.

1. Дифференциальный метод (разностный)— метод измерений, при котором определяется разность между измеряемой величиной и однородной величиной воспроизводимой мерой, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины.

Примеры:

Измерение скобой рычажной, нутромером индикаторным, оптиметром и т.п.

Другим 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).

Достоинством является большой диапазон измерений при сравнительно малой шкале средства измерений, так как диапазон зависит от величины набора мер.

Это первый точный метод, который стали применять люди еще в древности.

Примеры: скобы рычажные, скобы индикаторные, нутромеры индикаторные.

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.

б) Нулевой метод – метод, при котором результирующее воздействие меры и измеряемой величины доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикатором. Шкалы может и не быть, только положение нуля.

Пример: измерение сопротивления резистора с помощью четырехплечевого моста, в котором падение напряжения на резисторе с неизвестным сопротивлением уравновешивается падением напряжения на резисторе известного сопротивления.

Весы могут быть и неравноплечими и при известном соотношении плеч на таких весах можно измерять большие объекты небольшими мерами.

Если весы считаются равноплечими, а в действительности это не так, тогда возникает систематическая погрешность измерений.

Для борьбы с такими систематическими погрешностями нулевого метода можно воспользоваться методом замещения.

в) метод замещения

Метод замещения - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают величиной, воспроизводимой мерой. Поскольку эти измерения делают одним прибором в одинаковых условиях, систематическая погрешность измерений может быть в значительной степени скомпенсирована. Например, существенная составляющая погрешности измерений массы на весах рычажных - погрешность от неравноплечести весов — может быть исключена из результата измерений, если измерения проводить по методу Борда, взвешиванием, с помещением, по-очереди, измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Измерение проводится в 2 этапа:

Сначала объект измерений уравновешивают неким замещающим грузом, а на втором этапе вместо объекта измерений ставят набор мер, которым уже уравновешивают замещающий груз.