Процедура выполнения измерений состоит из следующих этапов:

1) Постановка измерительной задачи, включающая сбор данных об условиях измерений и исследуемой физической величине; выбор конкретных величин, посредством которых будет определяться значение измеряемой величины и формулировка уравнения измерения.

2) Планирование измерения, включающее выбор метода измерения и возможных типов средств измерений; оценку погрешности измерения; определение требований к метрологической характеристике средств измерения и условий измерения; подготовку средств измерений; обеспечение требуемых условий измерений и создание возможности их контроля.

3) Проведение измерения и регистрация его результатов.

4) Обработка результатов измерения, включающая в себя анализ результатов измерений, внесение поправок на систематические погрешности, проведение вычислений с целью определения измеряемой величины, запись результатов измерений и показателей погрешности в соответствии с установленной формой представления.

1.5 Классификация  измерений производится по следующим признакам:

1.5.1 По характеру зависимости измеряемой величины от времени измеренияделятся на статические и динамические.

Статическими называют измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени.

Динамическими называют измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления; динамическими — измерения пульсирующих давлений, вибраций.

1.5.2 По способу получения результатов измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных, например, измерение угла угломером или измерение диаметра штангенциркулем.

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например определение среднего диаметра резьбы с помощью трех проволочек или угла с помощью синусной линейки.

Совместными называют измерения двух или нескольких не одноименных величин, производимые одновременно (прямые или косвенные). Целью совместных измерений является нахождение функциональной зависимости между величинами, например зависимости длины тела от температуры, зависимости электрического сопротивления проводника от температуры или давления и т. п.

Совокупными называют такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Результаты совокупных измерений находят путем решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

1.5.3 По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:

- Измерения максимально возможной точности, 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.

- Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заранее заданного значения.

- 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.

1.5.4 По способу выражения результатов различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины, например, измерение размеров деталей штангенциркулем или микрометром.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную, например измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.

1.5.5 В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементные и комплексные измерения.

Поэлементное измерение характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).

Комплексное измерение характеризуется измерением суммарного показателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).

1.5.6 В зависимости от объекта измерения различают:

· Измерения геометрических величин: длин; диаметров; углов; отклонений формы и расположения поверхностей; шероховатости поверхностей; зазоров.

· Измерения механических и кинематических величин: массы; силы; напряжений и деформаций; твердости; крутящих моментов; скорости движения и вращения; кинематических параметров зубчатых колёс и передач.

· Измерения параметров жидкости и газа: расхода, уровня, объема; статического и динамического давления потока; параметров пограничного слоя.

· Физико-химические измерения, к которым относят измерения вязкости; плотности; содержания (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах; влажности; электрохимические измерения.

· Теплофизические и термодинамические измерения, к которым относят измерения температуры; давления, тепловых величин; параметров цикла; к. п. д.

· Измерения времени и частоты: измерение времени и интервалов времени; измерение частоты периодических процессов.

· Измерения электрических и магнитных величин: напряжения, силы тока, сопротивления, емкости, индуктивности; параметров магнитных полей; магнитных характеристик материалов.

· Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов; параметров формы и спектра сигналов; свойств веществ и материалов радиотехническими методами.

· Измерения акустических величин: акустические - в воздушной, газовой и водной средах; акустические - в твердых средах; аудиометрия и измерения уровня шума.

· Оптические и оптико-физические измерения: измерения оптических свойств материалов; энергетических параметров некогерентного оптического излучения; спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения; параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов; характеристик фотоматериалов.

· Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических характеристик ионизирующих излучений; спектральных характеристик ионизирующих излучений; активности радионуклидов; радиометрических характеристик ионизирующих излучений.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Метод измерений - это совокупность приемов использования принципов и средств измерений

2.2 Методы измерений классифицируют по нескольким признакам: по общим приемам получения результатов измерений, по условиям измерения и по способу сравнения измеряемой величины с ее единицей.

2.3 По способу получения значений измеряемых величин различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод, в которомискомое значение физической величины определяют непосредственно по отсчётному устройству средства измерения, которое проградуировано в соответствующих единицах  (например, измерение длины с помощью линейки или размеров деталей микрометром, угломером и т. д.).

Метод сравнения с мерой - это метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, сравнение массы на рычажных весах). Отличительной чертой методов сравнения с мерой является непосредственное 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 отсчётное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения с мерой является наличие сравнивающего устройства.

2.4 По условиям измерения различают контактный и бесконтактный метод.

  Контактный метод – это метод измерения, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения, например измерение длины линейкой или измерение температуры термометром.

При бесконтактном методе чувствительный элемент прибора не контактирует с измеряемым объектом, например измерение скорости или расстояния локатором.

2.5 В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, 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 данных нескольких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине.

Эвристические методы оценки основаны на интуиции. Широко используется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения.

Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса).

Часто используются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров искусств, соревнования спортсменов).

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

 

3.1 Средства измерений (СИ) – это технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, с помощью которых выполняются измерения.

Все средства измерения можно классифицировать по двум основным признакам (см. рис. 16):

по конструктивному исполнению и по метрологическому назначению.

Рисунок 16 – Классификация средств измерений

1) По конструктивному исполнению выделяют следующие типы СИ: меры (в том числе эталоны), и змерительные преобразователи, приборы и установки, и нформационно-измерительные системы.

2) В зависимости от степени точности СИ разделяют на образцовые и рабочие.

Образцовые средства измерений - меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений.

Рабочие средства измерений - такие средства, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

3.2 Меры - средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры наивысшего порядка точности называют эталонами.

Эталоны (меры наивысшего порядка) - средства измерений или их комплексы, обеспечивающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц физических величин, а также передачу их размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения.

Эталоны делятся на четыре категории:

1) Первичный Государственный эталон воспроизводит единицу с наивысшей в стране точностью на основе физических принципов на специальных установках.

Например:

· В 1983 году на XVII Генеральной конференции мер и весов в качестве эталона единицы длины утвержден метр - длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

· За эталон времени принята секунда, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

· Эталон единицы массы (1 кг) представляет собойцилиндр из сплава платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм).

· За единицу количества вещества принят моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12,000 г углерода-12.

· Эталон термодинамической температуры - Кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды и т. д.

В России хранилище первичных государственных эталонов было образовано в 1842 г., как Депо образцовых мер, а в 1893 г. была учреждена Главная палата мер и весов под руководством Д.И. Менделеева ныне – Институт метрологии им. Д.И. Менделеева.

2) Вторичные специальные эталоны, которые создаются, если прямая передача размера единицы от существующих эталонов с требуемой точностью технически неосуществима в виду особых условий.Такими условиями могут быть: повышенное или пониженное давление; высокая влажность; измерения на предельных границах диапазона значений измеряемой величины. Эти эталоны создаются и утверждаются для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. К ним относят:

· эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друг с другом;

· эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты.

3) Эталоны-копии представляют собой вторичные эталоны, предназначенные для передачи размера рабочим эталонам. Эти эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. Они не всегда могут быть точной физической копией государственного эталона.

4) Р абочие эталоны - это вторичные эталоны, применяемые для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам или наиболее точным   рабочим средствам измерений.

3.3 Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эталона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплекса средств измерений и в виде эталонного набора.

Пример одиночного эталона - эталон массы в виде платиноиридиевой гири.

Пример группового эталона - эталон-копия вольта, состоящая из 20 нормальных элементов.

Пример комплекса средств измерений - эталон единицы молярной доли концентрации компонентов в газовых смесях. В этом виде измерений различные компоненты, различные диапазоны концентраций, различные газы-разбавители создают большое количество измерительных задач с общей постановкой. Поэтому, в этом случае один эталон состоит из нескольких десятков измерительных установок.

Пример эталонного набора - набор средств измерения плотности жидкостей для различных участков диапазона.

3.4 Меры и образцовые измерительные приборы

3.4.1 Меры и образцовые измерительные приборы представляют собой образцовые средства измерений. Они предназначены для поверки и градуировки других средств измерений. Эти средства измерений имеют погрешность показаний в 2-3 раза меньше, чем у поверяемого прибора; на них выдаются свидетельства на право проведения поверки.

3.4.2 Мера может быть реализована в виде какого-либо тела, вещества или устройства, предназначенного для воспроизведения единицы физической величины, хранения единицы и передачи ее размера от одного измерительного прибора к другому. Мера воспроизводит величину, значение которой связано с принятой единицей определенным известным соотношением.

3.4.3 Меры и образцовые измерительные приборы, служащие для воспроизведения и хранения единиц с наивысшей достижимой на настоящем уровне техники точностью относят к эталонам.В отличие от эталона, мера воспроизводит не только единицу, но и её дольные и кратные значения.

Например, мерой длины может быть метровый стержень, а также набор мер различного размера - плоскопараллельные концевые меры длины.

Меры массы - это не только эталонные килограммовые гири и их копии, но и разновесы - тела, имеющие массы других размеров.

Меры являются необходимым средством измерений, т.к. с их помощью осуществляется процесс передачи размера единицы физической величины от одного прибора к другому.

Меры как средства измерений могут изготавливаться различных классов точности, которые регламентируются соответствующими ГОСТами и поверочными схемами.