1.3 Види та методи вимірювань

Метод вимірювання - це загальна логічна послідовність операцій із засобами вимірювальної техніки, що виконують під час здійснення вимірювань згідно з певним принципом. Один і той самий метод вимірювання може бути застосований для вимірювання різних величин. Конкретна назва методу може залежати від принципу вимірювання.

Приклад 1.1 Вимірювання електричного опору ґрунтується на використанні закону Ома. Так, напругу оператор вимірює вольтметром, силу струму - амперметром, отже, можна говорити про застосування методу «амперметра – вольтметра» вимірювання електричного опору.

З погляду принципів вимірювань існує велика кількість різноманітних методів вимірювань величин, тому що існує велика кількість фізичних явищ, які є основою вимірювальних експериментів. Загалом кожне вимірювання передбачає порівняння величини з одиницею, яка відтворюється мірою. Отже, у кожному вимірюванні явно чи не явно присутня міра і тому залежно від наявності при вимірюванні міри як окремого засобу вимірювальної техніки можна виділити три групи методів: методи безпосереднього оцінювання, методи порівняння з мірою, комбіновані методи.

З погляду отримання значення вимірюваної величини за результатами первинних вимірювань розрізняють два основних види вимірювань: прямі та непрямі вимірювання.

Пряме вимірювання – це вимірювання однієї величини, в якому її значення одержують безпосередньо за показом відповідного приладу Х_n, без необхідних для знаходження значення вимірюваної величини додаткових обчислень

(1.1 )

Приклади прямих вимірювань: вимірювання сили струму амперметром, вимірювання температури термометром, вимірювання інтервалу часу годинником, вимірювання електричного опору омметром – рис.1.1, а.

Значення вимірюваної величини вважається знайденим прямо, коли шкала приладу проградуйована у відповідних значеннях вимірюваної величини. Вимірювання вважається також прямим і тоді, коли результат знаходять, опрацьовуючи результати спостережень без перетворення роду величини. Наприклад, якщо для розширення границь вимірювання амперметра застосовують вимірювальний трансформатор струму, вольтметра – вимірювальний трансформатор напруги чи подільник напруги. Результат вимірювання у такому разі є добутком масштабного коефіцієнта k_m відповідного масштабного перетворювача на показ приладу

(1.2)

Непряме вимірювання – це вимірювання, в якому значення однієї чи декількох вимірюваних величин знаходять за результатами обчислень за відомими залежностями від декількох величин аргументів, що вимірюються прямо. Непрямі вимірювання можуть бути опосередкованими, сукупними та сумісними.

Опосередковані вимірювання - це такі вимірювання, під час яких значення величини Y знаходять за результатами безпосередніх вимірювань величин Х₁, Х₂, Х₃, Х₄ …Х_n, які пов’язані з нею функційною залежністю

(1.3)

Прикладом опосередкованого вимірювання є вимірювання опору R_x споживача за результатом прямих вимірювань струму І_РА амперметром РА та напруги U_PV вольтметром РV при живленні схеми від джерела напруги - рис. 1.2,б.

(1.4)

Рис.1.2 – Пряме (а) та опосередковане (б) вимірювання електричного опору

Сумісні вимірювання переважно використовують для знаходження функціональних залежностей між декількома фізичними величинами. Основи сумісних вимірювань для встановлення залежності між величинами показані на рис. 1.3 на прикладі визначення коефіцієнтів функції перетворення терморезистивного перетворювача. Як видно з рис. 1.3, сумісно вимірюють декілька значень вхідної величини - температури, і відповідні значення вихідної величини - опору перетворювача, на основі яких, після відповідних обчислень, знаходять невідомі параметри (R_o, A, B) залежності опору від температури. Для знаходження результатів сумісних вимірювань формується та розв’язується система рівнянь різнорідних фізичних величин.

Основною ознакою сукупних вимірювань є те, що їх використовують для знаходження значення не однієї величини, а певної кількості однорідних величин, причому первинними результатами є комбінації сукупної дії невідомих величин.

Рис. 1.3 – Основи сумісних вимірювань

Прикладом сукупного вимірювання є вимірювання для визначення індивідуальних значень опорів резистивних сіток за результатами їх сукупного впливу – рис. 1.4. Якщо до внутрішніх вузлів такої сітки немає прямого доступу, то принципово неможливо безпосередньо виміряти значення опорів елементів такої сітки. Можливі прямі (за допомогою омметра) чи опосередковані (за допомогою метода «амперметра – вольтметра») вимірювання еквівалентних опорів між зовнішніми вузлами (електродами) сітки.

Але кожен результат вимірювання є функцією (результатом) паралельно послідовного увімкнення всіх елементів (резисторів) сітки.

(1.5)

Сумісні вимірювання використовують також для визначення залежності між величинами.

Рис. 1.4 – Схема резистивних сіток для реалізації сукупних вимірювань