По способу получения результата измерения
По способу представления результатов измерений
По характеру изменения во времени измеряемой ФВ
По характеристике точности
По числу измерений
- однократные (измерения выполняют один раз);
- многократные (ряд многократных измерений ФВ одного и того же размера)
- равноточные (ряд измерений какой либо величины, выполненные одинаковыми по точности СИ в одних и тех же условиях и с одинаковой тщательностью);
- неравноточные (ряд измерений какой либо величины, выполненные различающимися по точности СИ и в разных условиях).
- статические;
- динамические .
- абсолютные (измерения величины в её единицах);
- относительные (измерения изменений величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную). Относительные измерения при прочих равных условиях могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, так как в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины.
- прямые (искомое значение ФВ получают непосредственно из опытных данных).
- косвенные – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. При этом числовое значение искомой величины находится расчетным путем. Косвенные измерения в свою очередь делят на совокупные и совместные.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые измерения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Числовые значения искомых величин, как и в случае совокупных измерений, находят из системы уравнений, связывающих значения искомых величин со значением величин, измеренных прямым (или косвенным) способом. Число уравнений должно быть не меньше числа искомых величин.
Измерение – сложный процесс и важными для него являются следующие характеристики: принцип и метод измерений, результат, погрешность, точность, сходимость, воспроизводимость, правильность и достоверность.
Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
Метод измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
Результат измерения – значение величины, полученное путем ее измерения.
Погрешность результата измерений – отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.
Точность результата измерений – одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерений. Высокая точность измерения соответствует малым погрешностям. Количественно точность оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности, например, если относительная погрешность составляет 0,01, то точность равна 100.
Сходимость результатов измерений – близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.
Воспроизводимость – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям (температура, давление, влажность и др.).
Правильность – характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.
Достоверность – характеристика качества измерений, отражающая доверие к их результатам, которая определяется вероятностью (доверительной) того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных границах (доверительных). Измерения делят на достоверные и недостоверные в зависимости от того, на сколько известны вероятностные характеристики их отклонения от действительного значения измеряемых величин.
Вопрос №5
Значение метрологии для научно-технического прогресса и в развитии экономики страны. Основные задачи и проблемы метрологии.
Как уже было отмечено, в практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются и известны с незапамятных времен измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.
Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.
Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.
Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.
Ускорение научно-технического прогресса находится в прямой связи с интенсивным развитием метрологии и техники точных измерений, необходимых как для развития естественных и точных наук, так и для создания новой технологии и усовершенствования средств технического контроля и управления. Все это ставит перед метрологией ряд важнейших задач.
В области единиц измерений одной из основных задач является унификация их на базе широкого внедрения единой Международной системы единиц (СИ). Эта система обеспечивает единообразие применяемых единиц для всех областей науки и техники. Значительно повышаются требования к высшему звену в средствах измерений - к эталонам. Точность измерений в промышленности во многих случаях приближается к предельно возможной при данном состоянии техники и, следовательно, к точности самих эталонов. На очереди дня стоит все более широкое использование фундаментальных физических констант и атомных постоянных, характеризирующихся высокой стабильностью, в качестве основы новых, более совершенных эталонов.
Для поддержания единства измерений, проводимых в разных местах и в разное время, необходимо обеспечить передачу размера единиц от эталонов рабочим средствам измерений с наименьшей потерей точности. Устройство современных эталонов и способы передачи размера единиц должны обеспечивать выполнение этого требования.
Неотложной задачей является распространение точных измерений на области очень малых и больших значений измеряемых величин (малых и больших масс, глубокого вакуума и сверхвысоких давлений, сверхнизких и сверхвысоких температур, сверхвысоких частот и др.). Необходимость передачи размера единиц измерений приборам, измеряющим исчезающе малые или сверхбольшие значения величин, часто не позволяет ограничиваться одним эталоном и требует создания нескольких независимых специальных эталонов для одной и той же величины.
Большое значение также приобретают вопросы проведения предельно точных измерений в особых нестационарных условиях, при динамических режимах, при больших ускорениях, высоких или очень низких температурах, давлениях, частотах.
Развитие измерительных и измерительно-управляющих систем привело к качественным изменениям самого процесса измерения.. Кроме величин, сравнивают процессы, имеющие многочисленные параметры и характеристики. Метрологическое обеспечение должно быть распространено и на измерительно-управляющие системы.
Важные задачи стоят и в области теории измерений. Развитие математической статистики и теории случайных функций оказывает влияние на вопросы метрологической обработки результатов измерений.
Широкое применение автоматических методов контроля и регулирования требует дополнений к сложившимся метрологическим понятиям и представлениям. Методы и средства измерений, используемые в медицине, строительстве, химической промышленности и других отраслях науки и техники, должны быть усовершенствованы.
Служа научной основой измерительной техники, метрология должна обеспечивать необходимую надежность и правильность получаемой измерительной информации, а также законодательно определять единство измерений в стране, единство методов средств контроля технологических процессов и испытания продукции. Метрология и обобщает практический опыт в этой области, и соответственно направляет развитие измерительной техники.
Метрология органически связана со стандартизацией, и эта связь выражается прежде всего в стандартизации единиц измерений, системы государственных эталонов, средств измерений и методов поверки, в создании стандартных образцов свойств и состава вещества. В свою очередь, стандартизация опирается на метрологию, обеспечивающую правильность и сопоставимость результатов испытаний материалов и изделий, а также заимствует из метрологии методы определения и контроля показателей качества
В тесном взаимодействии метрология и стандартизация являются важными рычагами технического прогресса во всех областях науки и экономики страны.
Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.
Существует 4 основных вида измерений:
1)Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных или с помощью технического средства измерения непосредственно отсчитывающего значение измеряемой величины по шкале. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=qU .
2)Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подлежащими прямым измерениям. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=f(x1,x2,…,xn) , где x1 - xn – физические величины, полученные путём прямых измерений.
3)Совокупные измерения – производятся одновременно измерение нескольких одноименных величин, при котором искомое значение находят путём решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
4)Совместные измерения – производимые одновременно двух или нескольких неодноимённых физических величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Как правило, эти измерения проводятся путём клонирования эксперимента и составления таблицы матрицы рангов.
Кроме того измерения классифицируется по: условиям проведения, характеристике точности, числу выполняемых измерений, характеру измерений во времени, выражению результата измерений.
9. Метод измерений. Классификация методов измерения.
Метод измерений – совокупность приёмов использования принципов и средств измерения. Все существующие методы измерений условно делятся на 2 основных вида:Метод непосредственной оценки – значения определяемой величины определяется непосредственно по отчетному устройству прибора или измерительного устройства прямого действия.Метод сравнения с мерой – измеряется величина, сравнивающаяся с величиной заданной мерой. При этом сравнение может быть переходное, равновремённое, разновремённое и другие. Метод сравнения с мерой делится на следующие два метода:- Нулевой метод - предусматривает одновременное сравнение измеряемой величины и меры, а результирующий эффект воздействия доводится с помощью прибора сравнения до нуля.- Дифференциальный - на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, пример – схема неуравновешенного моста.
Оба эти метода делятся на следующие:
1) Метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения с помощью которого устанавливаются соотношения между этими величинами. (во сколько раз?)
2) Метод замещения – измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Широко применяется при измерении неэлектрических величин, при этом методе одновременно или периодически сравнивается измеряемая величина с мерной величиной, а далее измеряют разницу между ними, используя совпадение отметок шкалы или совпадение периодических сигналов по времени.
3) Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.
Из всех методов измерения метод сравнения с мерой является более точным по сравнению с методом непосредственной оценки, причём дифференциальный метод измерения является более точным, чем нулевой метод измерения.
Недостатком нулевого метода измерения является необходимость иметь большой число мер, различных сочетаний для воспроизведения мерных величин кратных измеряемым. Разновидностью нулевого метода является компенсационный метод измерения, при котором происходит измерения физической величины без нарушения процесса в котором она участвует.
В настоящее время существует множество видов измерений, различаемых физическим характером измеряемой величины и факторами, определяющими разнообразные условия и режимы измерений. Основными видами измерений физических величин, в том числе и линейно-угловых (ГОСТ 16263–70), являются прямые , косвенные , совокупные , совместные , абсолютные и относительные.
Наиболее широко используются прямые измерения , состоящие в том, что искомое значение измеряемой величины находят из опытных данных с помощью средств измерения. Линейный размер можно установить непосредственно по шкалам линейки, рулетки, штангенциркуля, микрометра, действующую силу – динамометром, температуру – термометром и т. д.
Уравнение прямых измерений имеет вид:
где Q – искомое значение измеряемой величины; X – значение измеряемой величины, полученное непосредственно по показаниям измерительных средств.
Косвенные – такие измерения, при которых искомую величину определяют по известной зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными прямыми измерениями.
Уравнение косвенных измерений имеет вид:
Q = f (х 1 , х 2 , х 3 , ...),
где Q – искомое значение косвенно измеряемой величины; х 1 , х 2 , х 3 , ... – значения величин, измеряемых прямым видом измерений.
Косвенные измерения применяют в тех случаях, когда искомую величину невозможно или очень сложно измерить непосредственно, т.е. прямым видом измерения, или когда прямой вид измерения дает менее точный результат.
Примерами косвенного вида измерения являются установление объема параллелепипеда перемножением трех линейных величин (длины, высоты и ширины), определенных с использованием прямого вида измерений, расчёт мощности двигателя, определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. д.
Примером косвенного измерения является также измерение среднего диаметра наружной крепёжной резьбы методом «трех проволочек». Этот метод основан на наиболее точном определении среднего диаметра резьбы d 2 как диаметра условного цилиндра, образующая которого делит профиль резьбы на равные части Р/2 (рис. 2.1):
где D изм – расстояние, включая диаметры проволочек, полученное прямыми измерениями;
d 2 – диаметр проволочки, обеспечивающий контакт с профилем резьбы в точках, лежащих на образующей d 2 ;
α – угол профиля резьбы;
Р – шаг резьбы.
Совокупные измерения осуществляют одновременным измерением нескольких одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Примером совокупных измерений является калибровка гирь набора по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.
Например, необходимо произвести калибровку гарь массой 1; 2; 5; 10 и 20 кг. Образцовой принимается гиря 1 кг, обозначенная 1 об.
Проведем измерения, меняя каждый раз комбинацию гирь:
1 = 1 06 + а ; 1 + l об = 2 + b ; 2 = 2 + с ; 1+2 + 2 = 5 + d и т. д.
Буквы а , b , с , d – неизвестные значения грузиков, которые приходится прибавлять или отнимать от массы гири. Решив систему уравнений, можно определить значение каждой гири.
Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними, например измерения объема тела, производимые с измерениями различных температур, обусловливающих изменение объема этого тела.
К числу основных видов измерений, по признаку характера результатов измерения для разнообразных физических величин, относятся абсолютные и относительные измерения.
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких физических величин. Примером абсолютного измерения может служить измерение диаметра или длины валика штангенциркулем или микрометром, а также измерение температуры термометром.
Абсолютные измерения сопровождаются оценкой всей измеряемой величины.
Относительные измерения основаны на измерении отношения измеряемой величины, играющей роль единицы, или измерении величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. В качестве образцов часто используют образцовые меры в виде плоскопараллельных концевых мер длины.
Примером относительных измерений могут служить измерения калибров пробок и скоб на горизонтальном и вертикальном оптиметрах с настройкой измерительных приборов по образцовым мерам. При использовании образцовых мер или образцовых деталей относительные измерения позволяют повысить точность результатов измерений по сравнению с абсолютными измерениями.
Помимо рассмотренных видов измерения по основному признаку – способу получения результата измерения виды измерений классифицируют также по точности результатов измерения – на равноточные и неравноточные , по числу измерений – на многократные и однократные , по отношению к изменению измеряемой величины во времени – на статические и динамические , по наличию контакта измерительной поверхности средства измерения с поверхностью изделия – на контактные и бесконтактные и др.
В зависимости от метрологического назначения измерения делят на технические – производственные измерения, контрольно-поверочные и метрологические – измерения с предельно возможной точностью с использованием эталонов с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерения.
Методы измерений
В соответствии с РМГ 29–99, к числу основных методов измерений относят метод непосредственной оценки и методы сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.
Непосредственный метод – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерения вала микрометром и силы – механическим динамометром.
Методы сравнения с мерой – методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой:
дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Примером дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое представляет собой искомую величину;
нулевой метод – при котором разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины, например взвешивание на весах, когда на одном плече находится взвешиваемый груз, а на другом – набор эталонных грузов;
метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод замещения применяется при взвешивании с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов;
метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером использования данного метода может служить измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом.
В зависимости от типа, применяемых измерительных средств, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.
Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.
Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.
Эвристические методы оценки основаны на интуиции.
Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.
Погрешности измерений
Общие положения . Процесс измерения неизбежно сопровождается ошибками, которые вызываются несовершенством измерительных средств, нестабильностью условий проведения измерений, несовершенством самого метода и методики измерений, недостаточным опытом и несовершенством органов чувств человека, выполняющего измерения, а также другими факторами.
Погрешностью измерения называется отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины:
ΔХ изи = Х i – Х и,
где X j – i-е значение результата измерения;
Х и – истинное значение измеряемой величины.
Поскольку истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, за него при многократных измерениях принимается среднее арифметическое значение :
, (2.1)
где n – количество проведенных измерений.
Погрешность измерения (ΔХ изи), выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной. Она не всегда является информативной. Например, абсолютная погрешность 0,01 мм может быть достаточно большой при измерениях величин в десятые доли миллиметра и малой при измерениях величин, размеры которых превышают несколько метров.
Более информативной величиной является относительная погрешность, под которой понимают отношение абсолютной погрешности измерения к её истинному значению (или математическому ожиданию), %:
.
Именно относительная погрешность используется для характеристики точности измерения.
По своему характеру (закономерностям проявления ) погрешности измерения подразделяются на систематические, случайные и грубые промахи.
Систематические погрешности . К систематическим погрешностям относят погрешности, которые при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются по какому-либо закону. Систематические погрешности при измерении одним и тем же методом и одними и теми же измерительными средствами всегда имеют постоянные значения. К причинам, вызывающим их появление, относят:
– погрешности метода или теоретические погрешности;
– инструментальные погрешности;
– погрешности, вызванные воздействием окружающей среды и условий измерения.
Погрешности метода происходят вследствие ошибок или недостаточной разработанности метода измерений. Сюда же можно отнести неправомерную экстраполяцию свойства, полученного в результате единичного измерения, на весь измеряемый объект. Например, принимая решение о годности вала по единичному измерению, можно допустить ошибку, поскольку не учитываются такие погрешности формы, как отклонения от цилиндричности, круглости, профиля продольного сечения и др. Поэтому для исключения такого рода систематических погрешностей в методике измерений рекомендуется проведение измерений в нескольких местах деталей и взаимно-перпендикулярных направлениях.
К погрешностям метода относят также влияние инструмента на свойства объекта (например, значительное измерительное усилие, изменяющее форму тонкостенной детали) или погрешности, связанные с чрезмерно грубым округлением результата измерения.
Инструментальные погрешности связаны с погрешностями средств измерения, вызванными погрешностями изготовления или износом составных частей измерительного средства.
К погрешностям, вызванным воздействием окружающей среды и условий измерений , относят температуру (например, измерения ещё не остывшей детали), вибрации, нежёсткость поверхности, на которую установлено измерительное средство, и т. п.
Одним из методов обнаружения систематической погрешности может быть замена средства измерений на аналогичное в случае, если оно предположительно является источником систематической погрешности. Подобным образом можно обнаружить систематическую погрешность, вызванную внешними условиями: например, замена поверхности, на которую установлено измерительное средство, на более жёсткую.
Появление систематической погрешности можно обнаружить статистически, нанося с заданной периодичностью результаты измерений на бумагу с заданными границами (например, предельными размерами). Устойчивое движение результата измерений в сторону одной из границ будет означать появление систематической погрешности и необходимости вмешательства в технологический процесс.
Для исключения систематической погрешности в производственных условиях проводят поверку средств измерений, устраняют те причины, которые вызваны воздействиями окружающей среды, а сами измерения проводят в строгом соответствии с рекомендуемой методикой, принимая в необходимых случаях меры по ее совершенствованию.
Постоянные систематические погрешности не влияют на значения случайных отклонений измерений от средних арифметических, поэтому их сложно обнаружить статистическими методами. Анализ таких погрешностей возможен только на основании априорных знаний о погрешностях, получаемых, в частности, при поверке средств измерений. Например, при поверке средств измерений линейных величин измеряемая величина обычно воспроизводится образцовой мерой (концевой мерой длины), действительное значение которой известно. Систематические погрешности приводят к искажению результатов измерений и потому должны выявляться и учитываться при оценке результатов измерений. Полностью систематическую погрешность исключить практически невозможно; всегда в процессе измерения остается некая малая величина, называемая неисключенной систематической погрешностью. Эта величина учитывается путем внесения поправок.
Разность между средним арифметическим значением результатов измерения и значением меры с точностью, определяемой погрешностью при ее аттестации, называется поправкой . Она вносится в паспорт аттестуемого средства измерения и принимается за искомую систематическую погрешность.
Случайные погрешности . Случайные погрешности – это погрешности, принимающие при повторных измерениях различные, независимые по знаку и величине значения, не подчиняющиеся какой-либо закономерности. Причин, вызывающих случайные погрешности, может быть много; например колебание припуска на обработку, механические свойства материалов, посторонние включения, точность установки деталей на станок, точность средства измерения заготовки, изменение измерительного усилия крепления детали на станке, силы резания и др.
Как правило, индивидуальное влияние каждой из этих причин на результаты измерения невелико и не поддается оценке, тем более, что, как всякое случайное событие, оно в каждом конкретном случае может произойти или нет.
Для случайных погрешностей характерен ряд условий:
– малые по величине случайные погрешности встречаются чаще, чем большие;
– отрицательные и положительные относительно средней величины измерений, равные по величине погрешности, встречаются одинаково часто;
– для каждого метода измерений есть свой предел, за которым погрешности практически не встречаются (в противном случае эта погрешность будет грубой).
Выявление случайных погрешностей особенно необходимо при точных, например, лабораторных измерениях. Для этого используют многократные измерения одной и той же величины, а их результаты обрабатываются методами теории вероятностей и математической статистики. Это позволяет уточнить результаты выполненных измерений.
Влияние случайных погрешностей выражается в разбросе полученных результатов относительно математического ожидания, поэтому количественно наличие случайных погрешностей хорошо оценивается среднеквадратическим отклонением (СКО).
Для оценки рассеяния результатов измерений физической величины X i относительно среднего , определяемого по (2.1), СКО определяется по формуле
при n ≥ 20 (2.2)
при n ≤ 20, (2.3)
где n – число измерений.
Поскольку среднее значение серии измерений является случайным приближением к истинному значению измеряемой величины, то для оценки возможных отклонений среднего значения используется опытное СКО – S :
. (2.4)
Величина S применяется при оценке погрешностей окончательного результата.
Случайные погрешности измерения, не изменяя точности результата измерений, тем не менее, оказывают влияние на его достоверность.
При этом дисперсия среднего арифметического ряда измерений всегда имеет меньшую погрешность, чем погрешность каждого определенного измерения. Из формул (2.2) и (2.3) следует, что если необходимо повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то количество измерений надо увеличить в 4 раза.
Грубые погрешности (промахи) . Грубые погрешности – это погрешности, не характерные для технологического процесса или результата, приводящие к явным искажениям результатов измерения. Наиболее часто они допускаются неквалифицированным персоналом при неправильном обращении со средством измерения, неверным отсчетом показаний, ошибками при записи или вследствие внезапно возникшей посторонней причины при реализации технологических процессов обработки деталей. Они сразу видны среди полученных результатов, так как полученные значения отличаются от остальных значений совокупности измерений.
Если в процессе измерений удается найти причины, вызывающие существенные отличия, и после устранения этих причин повторные измерения не подтверждают подобных отличий, то такие измерения могут быть исключены из рассмотрения. Но необдуманное отбрасывание резко отличающихся от других результатов измерений может привести к существенному искажению характеристик измерений. Иногда при обработке результатов измерений учёт всех обстоятельств, при которых они были получены, не представляется возможным. В таком случае при оценке грубых погрешностей приходится прибегать к обычным методам проверки статистических гипотез.
Проверяемая гипотеза состоит в утверждении, что результат измерений X i не содержит грубой погрешности, а является одним из значений случайной величины. Обычно проверяют наибольшее Х m ах и наименьшее X min значения результатов измерений. Для проверки гипотез используются следующие критерии.
1) Если число измерений n ≤ 10, то может быть использован критерий Шовине . В этом случае грубой ошибкой (промахом) считается результат Х i если разность превышает значения S, определяемые в зависимости от числа измерений:
где σ х – СКО, полученное по формуле (2.3).
2) Критерий Романовского , используемый при числе измерений 10 < n < 20. При этом вычисляют отношение
и полученное значение β сравнивают с теоретическим β т при выбираемом уровне значимости q (см. табл. 2.4). Напомним, что уровень значимости – это вероятность отвергнуть верную гипотезу при статистической проверке гипотезы. Обычно при обработке результатов измерений её значение принимают в пределах 0,05...0,1. Если β превышает β т то результат Х i считается грубой ошибкой.
Таблица 2.4
Таблица значений β т = f (n)
| Уровень значимости q | Число измерений n | ||||||
| 0,01 | 1,73 | 2,16 | 2,43 | 2,62 | 2,75 | 2,90 | 3,08 |
| 0,02 | 1,72 | 2,13 | 2,37 | 2,54 | 2,66 | 2,80 | 2,96 |
| 0,05 | 1,71 | 2,10 | 2,27 | 2,41 | 2,52 | 2,64 | 2,78 |
| 0,10 | 1,69 | 2,00 | 2,17 | 2,29 | 2,39 | 2,49 | 2,62 |
3) Критерий 3S – наиболее распространённый. Он используется, когда количество измерений n ≥ 20…50. В этом случае считается, что результат, полученный с вероятностью Р = 0,003, маловероятен и его можно квалифицировать как промах, т. е. сомнительный результат Х i должен быть исключён из измерений, если
Пример 1 . При измерении отверстия Ø20Н13(+0,33) получены следующие результаты:
Ø20,32; Ø20,18; Ø20,26; Ø20,21; Ø20,28; Ø20,42 мм.
Необходимо проверить является ли размер Ø20,42 мм промахом.
Поскольку n = 6, применяется критерий Шовине:
из уравнения (2.1) найдём
по уравнению (2.3) найдём S
Это означает, что хотя результат и выходит за заданный предельно допустимый размер, его нельзя считать промахом. Поэтому деталь следует забраковать.
Пример 2 . При измерении вала Ø40h12(-0,25) получены следующие результаты: 39,72; 39,75; 39,76; 39,80; 39,81; 39,82; 39,82; 39,83; 39,85; 39,87; 39,88; 39,88; 39,90; 39,91; 39,92; 39,92; 39,93; 39,94; 39,96; 39,98; 39,99 мм.
Поскольку результат 39,72 мм выходит за пределы наименьшего предельного размера и деталь может быть забракована, следует определить, не является ли этот размер промахом.
Так как число измерений превышает 20, можно воспользоваться критерием S. После обработки результатов измерений получаем:
39,91 мм, S =0,12 мм,
тогда 3S = 3·0,12 = 0,36 мм
Следовательно, результат измерения 39,72 мм не может быть признан промахом и деталь должна быть забракована.
Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.
1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени:
а) статические - имеют место, когда измеряемая величина практически постоянна (измерения размеров тела, постоянного давления);
б) динамические, связанные с величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения (измерения пульсирующих давлений, вибраций).
2) По способу получения результатов:
а) Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных путем ее непосредственного сравнения с мерой. (измерение давления, температуры и др.).
б) Косвенные измерения — измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят через преобразование или через установленную формулу (определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения).
в) Совокупные измерения — это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, характеризующих Данный предмет или изделие, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (определение массы отдельных гирь набора (или прогнозирование погоды на основе замеров силы ветра, влажности воздуха, фронтов и т.п).
г) Совместные измерения — это производимые одновременно измерения двух или нескольких неоднородных физических величин для нахождения зависимостей между ними (измерение электрического сопротивления при определенных температурных параметрах и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах).
3) По условиям, определяющим точность результата:
а) Измерения максимально возможнойточности, достижимой при существующем уровне техники.
К ним относятся в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения физических констант , прежде всего универсальных (например, абсолютного значения ускорения свободного падения и др.). К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требующие высокой точности.
б) Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения.
К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями, которые гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого заранее заданного значения.
в) Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.
Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машиностроительных предприятиях, на щитах распределительных устройств электрических станций и др.
4 ) По способу выражения результатов измерений:
а) Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант (определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате).
б) Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную (измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м" 3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 m j воздуха при данной температуре).
5) По характеру изменения измеряемой величины измерения:
а) Статические — применяют для измерения случайных процессов, а затем для определения среднестатистической величины;
б) Постоянные — используют для контроля непрерывных процессов.
6) По количеству измерительной информации измерения:
а) Однократные измерения — это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями.
б) Многократные измерения — характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Преимущество многократных измерений — значительное снижение влияний случайных факторов на погрешность измерения.
Основными характеристиками измерений являются:
Принцип измерений;
Метод измерений;
Погрешность;
Точность;
Правильность;
Достоверность.
Принцип измерении — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений (измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта).
Метод измерений — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.
Различают методы непосредственной оценки и методы сравнения.
При измерении методом непосредственной оценки искомое значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству средства измерения, которое проградуировано в соответствующих единицах.
Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, сравнение массы на рычажных весах). Отличительной чертой методов сравнения является непо-средственное участие меры в процедуре измерения, в то время как в методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, а ее размеры перенесены на отсчетное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения является наличие сравнивающего устройства.
Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей: нулевой метод, дифференциальный метод, метод замещения и метод совпадений.
Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и встречного воздействия меры на сравнивающее устройство сводят к нулю.
Например . Измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие на весы массы m х полностью уравновешивается массой гирь m 0 (рисунок 2).
Рисунок 2 - Метод полного уравновешивания
При дифференциальном методе полное уравновешивание не производят, а разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, отсчитывается по шкале прибора.
Например. Измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие массы m х на весы частично уравновешивается массой гирь m 0 , а разность масс отсчитывается по шкале весов, градуированной в единицах массы (рисунок 3).
Рисунок 3 - Дифференциальный метод
В этом случае значение измеряемой величины m х = m 0 + m, где m — показания весов
Метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Например.Взвешивание на пружинных весах. Измерение производят в два приема. Вначале на чашу весов помещают взвешиваемую массу и отмечают положение указателя весов; затем массу m х замещают массой гирь m 0 , подбирая ее так, чтобы указатель весов установился точно в том же положении, что и в первом случае. При этом ясно, что m х = m 0 , (рисунок 4).
Рисунок 4 - Метод замещения
В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.
Например. Измерение числа оборотов вала с помощью стробоскопа - вал периодически освещается вспышками света, и частоту вспышек подбирают так, чтобы метка, нанесенная на вал, казалась наблюдателю неподвижной. Метод совпадений, использующий совпадения основной и нониусной отметок шкал, реализуется в штангенприборах, применяемых для измерения линейных размеров.
Погрешность измерений — отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины. Погрешность вызывается воздействием множества факторов, таких как: характер измеряемой величины, качество применяемых средств измерений, метод измерений, условия измерения (температура, влажность, давление и т.п.), индивидуальные особенности лица, выполняющего измерения, и др. Под влиянием этих факторов результат измерений будет отличаться от истинного значения измеряемой величины.
Точность измерений — качественная характеристика измерений, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
Количественно точность можно выразить величиной «класс точности». Это характеристика, зависящая от способа выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений. Введение класса точности преследовало цель классификации средств измерений по точности. В настоящее время, когда схемы и конструкции средств измерений усложнились, а области применения средств измерений весьма расширились, на погрешность измерений стали существенно влиять и другие факторы: изменения внешних условий и характер изменения измеряемых величин во времени.
Погрешность измерительных приборов перестала быть основной составляющей погрешности измерений, и класс точности не позволяет в полной мере решать практические задачи, перечисленные выше. Область практического применения характеристики «класс точности» ограничена только такими средствами измерений, которые предназначены для измерения статических величин. В международной практике «класс точности» устанавливается только для небольшой части приборов.
Правильность измерений — качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины). Правильность измерений зависит, в частности, от того, насколько действительный размер единицы, в которой выполнено измерение, отличается от ее истинного размера (по определению), т.е. от того, в какой степени были правильны (верны) средства измерений, использованные для данного вида измерений.
Достоверность характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Поэтому такие вероятности следует рассматривать в качестве критериев достоверности контроля, чтобы в границах допуска правильно охарактеризовать параметры качества и безопасности.
Наличие погрешности ограничивает достоверность измерений, т.е. вносит ограничение в число достоверных значащих цифр числового значения измеряемой величины и определяет точность измерений. Характеристики погрешности измерений должны выбираться при контроле образцов продукции в соответствии с требованиями достоверности контроля.
Измерения как основной объект метрологии связаны в основном с физическими величинами:
Физическая величина — одно из свойств физического объекта, явления, процесса, который является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.
Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называется единицей физической величины.
Различают основные и производные единицы.
Основные единицы физической величины выбираются произвольно, независимо от других единиц (единица длины — метр, единица массы — килограмм, единица температуры — градус и т.д.)
Единицы, образованные с помощью формул, выражающих зависимость между физическими величинами, называют производными единицами. В этом случае единицы величин будут выражаться через единицы других величин. Например, единица скорости — метр в секунду (м/с), единица плотности — килограмм на метр в квадрате (кг/м 2).
Разные единицы одной и той же величины отличаются друг от друга своим размером. Такие единицы называют кратными (например, километр — 10 3 м, киловатт — 10 3 Вт) или дельными (например, миллиметр — 10 -3 м, миллисекунда — 10-3 с). Такие единицы получают умножением или делением независимой или производной единицы на целое число, обычно на 10.
Единицы физических величин объединяются по определенному принципу в системы единиц. Эти принципы заключаются в следующем: произвольно устанавливают единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и по формулам через основные получают все производные единицы для данной области измерений. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величии.
Многообразие систем единиц для различных областей измерений создавало трудности в научной и экономической деятельности как в отдельных странах, так и в международном масштабе. Поэтому возникла необходимость в создании единой системы единиц, которая включала бы в себя единицы величин для всех разделов физики.
Международная система единиц состоит из семи основных единиц, двух дополнительных единиц и необходимого числа производных единиц.
К основным относятся:
Единица длины — метр — длина пути, которую проходитсвет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;
Единица массы — килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма;
Единица времени — секунда — продолжительность9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
Единица силы электрического тока — ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого ввакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 . 10~ 7 Н на каждый метр длины;
Единица термодинамической температуры — кельвин — часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;
Единица количества вещества — моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг;
Единица силы света — кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540- 10 12 Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср".
Три первые единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к указанным четвертой единицы — кельвина можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин.
Единицы (метр, килограмм, секунда, ампер) служат основой для образования производных единиц в области электрических, магнитных измерений и измерений ионизирующих излучений. Единица моль используется для образования единиц в области физико-химических измерений.
Дополнительными единицами являются:
Единица плоского угла — радиан и единица телесного угла — стерадиан используются для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами (например, угловая скорость, световой поток и др.).
ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Шкала наименований - это качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений (напр., шкала цветов).
Такие шкалы используется для классификации объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности (совпадения или несовпадения). Эти свойства нельзя считать физическими величинами, поэтому шкалы такого вида не являются шкалами ФВ. В шкалах наименований оценивание осуществляется с использованием органов чувств человека, наиболее адекватен результат, выбранный большинством экспертов. Поскольку данные шкалы характеризуются только отношениями эквивалентности, то в них отсутствуют понятия нуля, «больше или меньше» и единицы измерения.
Шкала порядка - характеризует значение измеряемой величины в баллах (напр., шкала землетрясений; силы ветра и др.).
Она является монотонно изменяющейся и позволяет установить отношения «больше - меньше» между величинами, характеризующими это свойство. Нуль существует или не существует, но принципиально невозможно ввести единицы измерения, так как для них не установлено отношение пропорциональности и соответственно нельзя судить, во сколько раз больше или меньше конкретные проявления свойства.
Шкала интервалов - имеет условное нулевое значение, а интервалы устанавливают по согласованию (напр., шкала времени, шкала длины).
Данные шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка. Шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало - нулевую точку. К таким шкалам относится летоисчисление, температурные шкалы.
Шкала отношений - имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию, в зависимости от требования точности измерения (напр., шкала веса).
С формальной точки зрения эта шкала является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по шкале отношений, применимы все арифметические действия, что имеет большое значение при измерении ФВ.
Слово имеет два разных смысла. В первом случае имеется в виду создание обозначения для какой-то единицы. Во втором же мера необходима для того, чтобы воспроизвести единичное значение параметра.
Общие сведения
Показателем физической величины называют необходимое для проведения измерений средство. Оно используется для того, чтобы воспроизводить и хранить заданные физические единицы. Сюда можно отнести, например, гирю или измерительное сопротивление. Во всем мире существует единое определение для понятия "метрология". Это раздел науки, изучающий измерения, методику их объединения, а также правила получения необходимого уровня точности. Термин "метрология" образован от слов греческого языка, которые вместе обозначают "изучение мер".
Единство измерений
Существуют определенные правила записи, при которых показатели регистрируются в единицах, принятых законом. При этом для погрешностей результатов существуют пределы. В этих рамках показатели считаются допустимыми. Поэтому создаются различные измерений, которые отличаются по степени отклонения. Главной задачей правил записи является преобразование всех результатов, полученных в разных точках, в разные моменты, с использованием различных приборов и методов, в единую систему. В наше время необходимо получение более точных и достоверных данных в сферах науки и экономики. Поэтому так усиленно изучаются виды измерений. Метрология имеет огромное значение.
Измерение. Виды измерения
Существуют различные взаимодействующие операции, задачей которых является установка типов отношений между величиной, которую оценивают, и той, что считают единицей. Последняя зафиксирована в устройстве для измерения. Числовое значение - это полученные данные. У них есть и другое название - показатель физической величины. Существуют различные виды средств измерений. К ним относятся и сами единицы, и приборы, и специальные преобразователи, а также системы и установки. Обширно и значение понятия "измерение". Виды измерения также очень разнообразны. Однако при этом есть некоторые общие моменты. Виды и объединены одной структурой. Процедуры оценки состоят из двух этапов. В первую очередь нужно сравнить измеряемую величину с эталонной единицей, после чего конвертировать в нужный формат, обратившись к определенному способу.
Вариативность
Разнообразием отличаются не только виды измерений. Классификация приборов для проведения данной процедуры также предполагает наличие разных разделов. Принята систематизация по назначению, например. Одну группу приборов называют образцовыми, а другую - рабочими. Первые необходимы для того, чтобы использовать их как эталон для проверки точности других измерений. К рабочим относятся те, которые предназначаются для оценки размеров конкретных величин, используемых человеком. Можно сказать, что смысл такой классификации заключается не в точности приборов, а в различиях по предназначению. Существуют различные средства, при помощи которых осуществляется измерение. Виды измерения включают в себя и специальные меры, при помощи которых воспроизводят какую-либо величину конкретного размера.
Однозначные и многозначные меры. Различия
Также существуют однозначные и многозначные меры. К первым относятся те, что способны показывать лишь величины с одним и тем же размером. С многозначными доступно воспроизведение последовательности различных размеров. Такой мерой можно назвать, скажем, миллиметровую линейку. Существуют также своеобразные наборы, которые формируются из различных совокупностей мер. Они воссоздают промежуточные и суммарные значения величин. Кроме того, меры, взаимодействуя, могут выполнять общую работу, а могут действовать и отдельно каждая. Для того чтобы с мерой, необходимо воспользоваться специальным устройством - компаратором. В роли этого средства часто выступают равноплечие весы и измерительный мост.
Если подробнее изучить однозначные меры, то можно будет сказать, что к ним также причисляют образцы и вещества, выступающие в этой роли. Они имеют определенный состав и свойства. Малейшие отклонения недопустимы. Такие эталонные вещества могут помочь оценить шероховатость, твердость, выявить любые другие свойства материалов. Образцы помогают создавать точки, формирующие шкалы. Цинк и золото, например, применяют, когда требуется воссоздать определенную температуру.
Разряды
Погрешность при оценке классифицирует все меры на несколько последовательных разрядов. В случае с отклонением от эталона самих мер образуется классовое деление. Единицами определенного разряда проверяются погрешности приборов измерения, благодаря чему их причисляют к образцам.
Преобразователи. Общие сведения
Прибор для измерения, который формирует из полученной после измерения информации такие данные, которые возможно конвертировать, хранить и обрабатывать, однако не открывает к ним визуального доступа, называется измерительным преобразователем. Что собой представляет его действие? Рассмотрим это подробнее.
Суть преобразования
Когда величина только подготавливается к обработке, ее называют входным значением. А полученная информация приобретает название "выходная". Преобразователь-усилитель - это такой прибор, который не меняет физическое состояние обрабатываемых данных, а преобразование имеет вид линейной функции. Термин "усилитель" используется вместе со словом, объясняющим его действие. Например, "усилитель напряжения". Если же во время преобразования величина конвертируется в другую, то название прибор получает от нового значения - "электромеханический".
Типы преобразователей
В зависимости от того, в какой части устройства он находится, преобразователь может быть первичным. Это значит, что измеряемая величина проходит сразу через него. Он может быть и передающим. При этом значения возникают после обработки. Преобразователь может быть и промежуточным. Он располагается следом за первичным.
Приборы. Общие сведения
Измерительные приборы считаются такими средствами получения данных о величине, которые представляют их в формате, доступном для визуального изучения. В зависимости от типа оценки они объединяются в определенные группы. Так, самыми распространенными считаются приборы, проводящие прямые измерения. Их особенностью является то, что они конвертируют исходные данные, не оставляя информации об их начальном состоянии. Существуют и приспособления, при помощи которых осуществляются и косвенные измерения.
Приборы сравнения
Однако приспособления с прямым действием не являются самыми точными. Гораздо выше эта характеристика у прибора сравнения. Его работа основывается на сопоставлении данных, полученных при измерении изучаемой величины с уже известной информацией о других значениях. Этот способ и имеет название "косвенные измерения". Их получение возможно при наличии исходных данных. Другими словами, параметры формируются из показателей, которые выдает непосредственное измерение. Виды измерения имеют еще несколько категорий. Для того чтобы сравнить значения, необходимо воспользоваться компенсационными или мостовыми цепями. Первыми сравнивают те величины, которые обладают некоторой энергией или силой. Этот способ основывается на том, что сравниваемые величины подключают к контуру цепи и изучают их проявление. В том же случае, если величина считается пассивной, то есть обладает сопротивлением, применяют мостовые цепи.
Распределение по способу отсчета
У приборов существуют различные методы отсчета данных для изучаемых величин. Поэтому была создана специальная классификация. На ее основе можно сделать вывод о том, что существуют воспроизводящие приборы, к которым относятся не только аналоговые, но и цифровые. Другой вид устройств - те, что регистрируют информацию. Самыми популярными считаются аналоговые устройства. Их составляющая, отвечающая за ведение отсчета, формируется из двух деталей. Первой является шкала, которая подключена к движущейся части. Другой элемент прибора - это указатель, соединенный с корпусом устройства. Действие измерителей, работа которых основывается на цифровом принципе, является результатом действия механических и электронных элементов.
Вариативность по способу записи
Существует и другая классификация регистрирующих приборов. Например, по методу, при помощи которого записывают данные устройства регистрации. Встречаются приборы-самописцы, а также печатающие. Первые предоставляют полученную и обработанную информацию и совокупные измерения в виде графиков, схем и диаграмм. Регистраторы, работающие по второму принципу, выдают результаты работы на ленте бумаги, преобразуя их в числовые ряды. Очень часто встречаются приборы, работающие по модели сравнения, которые представляют собой комбинацию из всех указанных выше видов, то есть они представляют собой совокупность работы отсчета по шкале и цифровой методике. Регистрация данных, их обработка и печать могут производиться как в виде графиков с диаграммами, так и рядами цифровых значений и чисел.
Вспомогательные элементы оценки
Существуют также вспомогательные приборы и средства для проведения измерений. Особенностью таких устройств является то, что они не только проводят исследование величин самостоятельно. Они могут регулировать работу главного элемента, изменяя его действие в момент считывания информации, а также при ее обработке или выдаче. Данные, которые выдаются дополнительными средствами, помогают контролировать и редактировать показания устройств. Например, для более четкой работы термометров необходимо также установить манометры, измеряющие давление окружающей среды. Кроме того, вспомогательные приборы могут изменять настройки работы измерителя. Так, в случае с использованием прибора для регистрации уровня влажности нужно установить значения диапазона.
Установки
Бывают ситуации, когда, для того чтобы получить более точные данные измерения, одного устройства оказывается недостаточно. В этом случае собираются комплексные установки, состоящие из приспособлений разного назначения. Они располагаются в определенной последовательности на ограниченной территории. Некоторые из используемых устройств преобразуют совокупные измерения в единую систему. Она предоставляется ответственному за сбор, систематизацию и обработку информации наблюдателю.
Системы
На ином уровне находятся измерительные системы. Отличие таких комплексов от описанных выше установок в том, что они могут быть разбросаны по огромным территориям, а связываться посредством специальных информационных каналов. Данные в таких системах предоставляются в двух видах. Один из них доступнее для реального человека, изучающего результаты работы. Обработкой другого занимается компьютер.
Индикаторы
Существуют приборы, задачей которых является считывание проявлений физических свойств. Их называют индикаторами. Еще из школьного курса химии всем известны относящиеся к средствам индикации. Стрелка компаса тоже считается таким устройством. Более того, счетчик, отображающий уровень количества топлива в автомобильном бензобаке, также является индикатором.