Надежность измерения. Обеспеченность значения физической величины

Факторы, влияющие на результат измерений должны по возможности исключаться при подготовке к измерениям, в процессе измерения компенсироваться, а после измерения учитываться.При подготовке и проведении высокоточных измерений в метрологической практике учитывают влияние объекта измерения, субъекта (эксперта или экспериментатора), метода измерения, СИ, условий измерения.
Объект измерения должен быть всесторонне изучен. Например, при измерении плотности вещества должно быть гарантировано отсутствие инородных включений. В зависимости от характера и цели измеренияучитывают или наоборот отвергают необходимость корректировки измерений. Например, при измерении площади полей пренебрегают кри-
визной Земли, что нельзя делать при измерении поверхности океана.
Субъект, т. е. оператор, привносит в результат измерения элемент субъективизма, который по возможности должен быть сведен к нулю.
Он зависит от квалификации оператора, санитарно-гигиенических условий труда, его психофизического состояния и т. д.
Метод измерения. Очень часто измерение одной и той же величины постоянного размера разными методами дает различные результаты, причем каждый из них имеет свои недостатки и достоинства. Искусство оператора состоит в том, чтобы соответствующими способами исключить, компенсировать или учесть факторы, искажающие результаты.
Если измерение не удается выполнить так, чтобы исключить или компенсировать какой-либо фактор, влияющий на результат, то в последний в ряде случаев вносят поправку. Поправки могут быть:
аддитивными (от лат. additivus — прибавляемый); например, для расчета сопротивления измеряют значение электрического тока,протекающего через резистор, и падение напряжения на нем. При этом возможны два варианта включения вольтамперметра и амперметра и соответственно различные аддитивные поправки. В одном
случае из показания амперметра необходимо вычесть ток, протекающий через вольтамперметр, в другом — из показания вольтметра необходимо вычесть падение напряжения на амперметре;
мультипликативными (от лат. multiplico — умножаю); например, при измерении ЭДС вольтметром учитывают сопротивления вольтметра на поправочный множитель, определяемый расчетным путем.
Влияние средства измерений на измерительную величину во многом проявляется как возмущающий фактор. Например, ртутный термометр, опущенный в пробирку с охлажденной жидкостью, подогревает ее и показывает не первоначальную температуру жидкости, а температуру, при которой устанавливается термодинамическое равновесие.
Другой фактор — инерциональность средства измерений. Например, некоторые СИ дают постоянно завышенные или заниженные показания, что может быть дефектом изготовления.
Условия измерения как влияющий на результат фактор включают температуру окружающей среды, влажность, атмосферное давление и др. Учет указанных факторов предполагает исключение ошибок и внесение поправок к измеренным величинам.

Методика выполнения измерений— совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью.
Как видно из определения, под МВИ понимают технологический процесс измерений. МВИ — это, как правило, документированная измерительная процедура. МВИ в зависимости от сложности и области применения излагают в следующих формах: отдельном документе (стандарте, рекомендации и т. п.); разделе стандарта: части технического документа (разделе ТУ, паспорта).
В документах (разделах, частях документов), регламентирующих МВИ, в общем случае указывают: назначение МВИ; условия измерений; требования к погрешности измерений; метод (методы) измерений; требования к СИ (в том числе к стандартным образцам), вспомогательным устройствам, материалам, растворам и пр.; операции при подготовке
к выполнению измерений; операции при выполнении измерений; операции обработки и вычисления результатов измерений; нормативы,процедуру и периодичность контроля погрешности результатов выполняемых измерений; требования к квалификации операторов; требования к безопасности и экологичности выполняемых работ.
При разработке МВИ одни из основных исходных требований — требования к точности измерений, которые должны устанавливать, в виде пределов допускаемых значений характеристик, абсолютную и относительную погрешности измерений.
Наиболее распространенным способом выражения требований к точности измерений являются границы допускаемого интервала, в котором с заданной вероятностью Р должна находиться погрешность измерений.
Если граница симметрична, то перед их числовым значением ставятся знаки «±». Если заданное значение вероятности равно единице (Р = 1), то в качестве требований к точности измерений используются пределы допускаемых значений погрешности измерений. При этом вероятность Р = 1 не указывается.
Ответственным этапом является оценивание погрешности измерений путем анализа возможных источников и составляющих погрешности измерений: методических составляющих (например, погрешности, возникающие при отборе и приготовлении проб); инструментальных составляющих (погрешности, вызываемые ограниченной разрешающей способностью СИ); погрешностей, вносимых оператором (субъектив-
ных погрешностей).

 

Меры. Классификация

Мерапред назначена для воспроизведения и хранения величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Понятие меры применимо к шкалам измерений, описывающим как количественные ("мера величины"), так и качественные свойства (например, образец цвета). Мера может быть телом, веществом, устройством и т.д. По конструктивному исполнению все меры можно разделить на два вида:

- меры, оформленные как самостоятельные средства измерений;

- встроенные меры, являющиеся частью измерительных приборов.

Конструктивно самостоятельные меры бывают однозначными, воспроизводящими величину одного размера (гиря, концевая мера длины, конденсатор постоянной емкости), многозначными, воспроизводящими дискретный или непрерывный ряд значений величины (участок шкалы измерений) в заданном диапазоне: линейка с делениями, вариометр, конденсатор переменной емкости. Из однородных однозначных мер комплектуют наборы мер, применение которых позволяют получать заданные значения величин (наборы гирь, концевых мер). Если такой набор конструктивно объединен в единое устройство, позволяющее объединять меры в различных комбинациях, его называют магазином мер (магазин электрического сопротивления). Некоторые однозначные меры применяются исключительно в виде отдельных мер, поскольку реализация операции сложения воспроизводимых ими величин связана с большими трудностями или вообще неосуществима (меры рефракции, коэффициента преломления).

К мерам относятся также стандартные образцы(СО): образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, состава или свойств веществ и материалов. Стандартные образцы являются одним из эффективных средств обеспечения единства измерений во многих областях, в том числе в количественном химическом анализе.

Стандартный образец состава или свойств вещества (материала) предназначен для воспроизведения и хранения размеров величин, характеризующих состав (свойства) этого вещества, значения которых установлены в результате метрологической аттестации. Обычно они реализуются в виде порции однородного вещества (материала), причем эта часть является полноценным носителем воспроизводимой величины, что отражено в требованиях к их однородности.

Стандартный образец состава обычно аттестуется по нескольким значениям одноименных величин, характеризующих массовую долю, массовую или молярную концентрацию веществ и т.д. Такие СО можно считать комбинированными мерами. Стандартный образец свойств аттестуется по одному значению хранимой величины; этот СО – однозначная мера. Уральский НИИ метрологии, являющийся Головным органом Государственной службы стандартных образцов, периодически переиздает каталог утвержденных СО.

В качестве особой категории мер выступают чистые природные вещества и химические элементы. Они используются в качестве реперных точек шкал измерений (например, для международной температурной шкалы МТШ-90).

По определению, любое средство измерений должно содержать в себе меру. В метрологической иерархии меры занимают все без исключения уровни, от международных эталонов (килограмм Архива) до рабочих СИ. Меры позволяют воспроизводить и хранить все многообразие единиц и шкал измерений, характеризующих как количественные, так и качественные свойства.