Классификация измерений

Классификация измерений

Целесообразность классификации измерений обусловлена удобством разработки методов измерений и обработки результатов измерений. Измерения различаются:

По способу нахождения числовых значений физических величин:

  • прямые;
  • косвенные;
  • совместные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путем измерения физических величин различной физической природы. Пример: при измерении силы используют формулу и измеряют массу тела m и его ускорение a.
  • совокупные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путём нескольких измерений других однородных физических величин. Пример: для измерения объема параллелепипеда используют формулу V=abc и проводят измерения его сторон.

 

По характеру точности результатов единичных измерений при проведении многократных измерений:

  • равноточные – измерения физических величин, выполненные одинаковыми по точности средствами измерений в одинаковых условиях;
  • неравноточные.

По виду физических величин, измеряемых при прямых измерениях для получения результата косвенных измерений:

  • абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях основных (в системе СИ) величин и на использовании значений физических констант;
  • относительные – измерение отношения физической величины к одноименной.

При относительных измерениях широко используется внесистемная безразмерная единица измерения – децибел.

Пример. При сравнении амплитуд U1 и U2 напряжений их отношение будет выражено в децибеллах, если его записать в виде . Если отношение амплитуд равно 1дБ, то это означает, что отношение амплитуд .

Отношение мощностей W1 и W2 выражается в децибеллах, если его записать в виде . Если отношение мощностей (квадратов амплитуд) равно 1дБ, то .

В акустике децибелл – это одна из основных единиц, выражающих уровень звукового давления Р: 1дБ – уровень звукового давления, для которого , где Р0 – пороговое значение (слышимости), принимаемое равным 2⋅10-5 Па (Паскаль).

По характеру зависимости измеряемой физической величины от времени:

  • статические – измерения физических величин постоянных во времени;
  • динамические – измерения физических величин изменяющихся со временем;
  • квазистатические – измерения физических величин изменяющихся со временем, но которые можно считать постоянными за время измерения. Отметим, что существуют более точные критерии квазистатических измерений, которые связаны с реакцией СИ на изменение измеряемой физической величины. Они будут рассмотрены ниже.

По условиям определения точности результатов:

  • метрологические – измерения, проводимые с помощью эталонов, образцовых средств, с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размеров рабочим средствам измерения;
  • технические – измерения, проводимые с помощью рабочих средств.

Измерение как физический процесс

Измерение любой физической величины – это эксперимент, который включает в себя следующие процедуры:

  • выделение измеряемой физической величины из многих других, в том числе и одноимённых (например, шум или помеха), присущих объекту измерения и окружающим телам;
  • преобразование измеряемой физической величины в другую, связанную с первой однозначно;
  • сравнение измеряемой физической величины с мерой.

Для каждой из этих процедур используются соответствующие методы и средства. Объект измерения, средство измерения, окружающая среда и наблюдатель образуют единую физическую систему, между элементами которой имеют место взаимодействия и обмен энергией (см. рисунок).

Если измеряемая физическая величина пассивная (объект измерения – параметрического типа, например, резистор и его сопротивление), то для её измерения в объект требуется ввести энергию (создать электрическое поле, пропустить ток и т.д.) и свести измерения измеряемого параметра к изменению другого.

Если измеряемая физическая величина активная (объект измерения – генераторного типа, например, источник э.д.с. и его разность потенциалов), то в процессе измерения может быть использована часть энергии самого объекта.

Работа самого СИ и индикаторных устройств также сопровождается потреблением и выделением энергии. СИ представляет собой совокупность пассивных и активных материальных объектов и источников энергии, взаимодействующих между собой.

Вся описанная совокупность взаимодействий приводит к тому, что сигналы, несущие информацию об измеряемой физической величине, ”обрастают” дополнительными составляющими или искажаются. Эти дополнения и искажения, наряду с методическими погрешностями, приводят к инструментальным систематическим и случайным погрешностям измерений.