Дадим определения основным характеристикам измерений.

Принцип измерений – физическое явление (физический закон или эффект), положенное в основу измерений. Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости движения звезд, вращения небесных тел.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Например, определение структуры соединений методом ядерного магнитного резонанса или методом инфракрасной спектроскопии.

Погрешность измерений – отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину.

Сходимость – это близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одним и тем жесредством, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температура, давление, влажность и др.).

Точность – характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю значения погрешности результатов измерений. Высокая точность измерений соответствует малым величинам погрешностей измерения.

Правильность характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному (действительному) или принятому опорному значению. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности.

Прецизионность – степень близостидруг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях. Мера прецизионности обычно вычисляется как стандартное отклонение результатов измерений. Крайние показатели прецизионности – повторяемость (сходимость) и воспроизводимость широко используются в отечественных нормативных документах, в том числе в большинстве государственных стандартов на методы контроля.

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Измерения выполняются с помощью специальных технических средств, имеющих нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени. Такие технические средства являются средствами измерений. Данное определение раскрывает метрологическую сущность средства измерения, заключающуюся, во-первых, в «умении » хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и, во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. К средствам измерений относятся меры, измерительные преобразователи и приборы, измерительные установки и системы. Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям представлена на (рис. 3).

Рисунок 3. Классификация средств измерений.

Меры предназначены для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. К мерам относятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС) и др. Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера, называются однозначными. Меры, воспроизводящие физическую величину разных размеров, называются многозначными. Примером многозначной меры является миллиметровая линейка, воспроизводящая наряду с миллиметровыми также и сантиметровые размеры длины.

Применяются также меры в виде наборов и магазиновмер. Набор мер представляет собой комплект однородных мер разного размера, предназначенных для применения в различных сочетаниях (например, набор концевыхмер длины). Магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое, устройство, в котором предусмотрено ручное или автоматизированное соединение мер в необходимых комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Часто к однозначным мерам относят стандартные образцы истандартные вещества. Указанное на мере значение величины является номинальным значением меры. В специальном свидетельстве, придаваемом мере, указывается действительное значение, определенное при высокоточных измерениях, с помощью соответствующего эталона. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, обратная погрешности меры по знаку, представляет собой поправку к номинальному значению меры.

Измерительные преобразователи предназначены дляпреобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал с целью представления измеряемой величины в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Измерительные преобразователи входят в состав измерительных приборов (установок, систем) или применяются вместе с каким-либо средством измерений. Самым распространенным по количеству видом средств измерений являются первичные измерительные преобразователи, которые служат для непосредственного (первого) восприятия измеряемой величины, как правило, не электрической, и преобразования ее в другую величину – электрическую. Часть первичного преобразователя, воспринимающая измерительный сигнал на его входе, называется чувствительным элементом или сенсором (например, термопара).

Первичный измерительный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы, конструктивно оформленный как обособленное средство измерений (без отсчетного устройства), называется датчиком. В подавляющем большинстве случаев датчик предназначен для преобразования неэлектрической физической величины в электрический ток, электрическое напряжение.

Промежуточными измерительными преобразователями называются преобразователи, расположенные в измерительной цепи после первичного преобразователя и обычно по измеряемой (преобразуемой) физической величине однородные с ним. По характеру преобразования измерительные преобразователи разделяются на аналоговые, аналого-цифровые (АЦП), цифро-аналоговые (ЦАП). Указанные преобразователи почти всегда являются промежуточными. Измерительные приборы предназначены для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительные приборы представляют собой конструктивно объединенную совокупность первичных и промежуточных преобразователей.

Измерительные приборы прямого действия преобразуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины (амперметры, вольтметры и др.). Более, точными являются приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны (например, измерение массы с помощью эталонных гирь на равноплечных весах) или с помощью мостовых цепей.

По способу отчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие (в том числе на аналоговые и цифровые) и регистрирующие. Регистрирующие приборы по способу записи делятся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах запись показаний представляется в графическом виде, в печатающих – в числовой форме.

Измерительные установки и системы представляют собой совокупность функционально объединенных средств измерений, мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, с целью измерений одной или нескольких физических величин объекта измерений.

В настоящее время большинство измерительных систем являются автоматизированными. Несмотря на различные наименования (АИС – автоматизированная измерительная система, ИИС – информационно-измерительная система, ИВК – измерительно-вычислительный комплекс), все они, по существу, обеспечивают автоматизацию процессов измерений, обработки и отображения результатов измерений. Измерительные системы и комплексы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Выбор средств измерений (СИ) определяет качество измерений. Измерения, выполняемые средствами измерений более низкого класса, чем требуемые, приводят к росту забракованной продукции, неверным выводам по качеству продукции.

При выборе средств измерений приходится учитывать ряд факторов:

– измеряемую физическую величину;

– метод измерения, реализуемый в средстве измерений;

– диапазон и погрешность СИ;

– условия проведения измерений;

– допускаемую погрешность измерений;

– стоимость средств измерений;

– простоту их эксплуатации;

– ресурс средств измерений;

– потери из-за погрешностей измерений.