Методика выполнения измерений
Решение любой измерительной задачи связывают с реализацией того или иного принципа измерений. Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенные в основу измерений.
Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом.
Каждую физическую величину можно измерить несколькими методами. Методы измерений можно систематизировать по некоторым характерным признакам. По способу получения результатов измерений они подразделяются на следующие виды:
а) метод непосредственной оценки;
б) метод сравнения с мерой.
Метод непосредственной оценки – это метод измерения, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (манометры, амперметры).
Метод сравнения с мерой – это такой метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирь).
Сравнение с мерой проводится различными способами. Поэтому существует несколько разновидностей метода сравнения с мерой:
Метод противопоставления – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этот метод используется при измерении массы на равноплечных весах; при измерении сопротивлений; индуктивностей с помощью мостов. Значение измеряемой величины (массы) равно значению, которое воспроизводится мерой – массой гирь.
Компенсационный метод – метод измерения, который является разновидностью нулевого метода. Применяется в тех случаях, когда необходимо измерить физические явления, не нарушая условий, в которых они происходят.
Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на прибор сравнения воздействует разность значений измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Примером являются измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе.
Метод совпадений– метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов (измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, когда наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса).
Метод замещений – метод, основанный на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия измерения неизменными (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов). Метод замещений используется для снижения систематических погрешностей измерения.
Методика выполнения измерений (МВИ) представляет собой установленную совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом. Методики выполнения измерений должны быть стандартизированы и аттестованы. Общие требования к разработке, оформлению, аттестации, стандартизации МВИ и метрологическому надзору за ней регламентирует ГОСТ Р.8.563–96 «ГСИ. Методика выполнения измерений».
Методика выполнения измерений – это, как правило, документированная измерительная процедура. Методику выполнения измерений 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, паспорте).
Документ, регламентирующий МВИ, оговаривает:
– назначение МВИ;
– условия измерений;
– требования к погрешности измерений;
– метод измерений;
– требования к средствам измерений, к вспомогательным устройствам, материалам;
– операции при подготовке и выполнении измерений;
– операции обработки и вычисления результатов измерений;
– нормативы и процедуру контроля погрешности результатов выполняемых измерений;
– требования к квалификации операторов;
– требования к безопасности и экологичности выполняемых работ.
Одним из основных требований при разработке МВИ является требование к точности измерений. Наиболее распространенным способом выражения требований к точности измерений являются границы допускаемого интервала, в котором с заданной вероятностью должна находиться погрешность измерения.
Случайные погрешности проявляются в том, что повторные измерения одной и той же величины в одних и тех же условиях приводят к результатам, отличающимся один от другого. Отдельный результат, т. е. отдельное значение случайной погрешности, предсказать невозможно. Но большая совокупность случайных погрешностей измерений какой-то величины подчиняется определенным закономерностям. Их устанавливают методами математической статистики и теории вероятностей. Теория вероятностей рассматривает закономерности в случайных явлениях, которые при неоднократном воспроизведении одного и того же опыта протекают каждый раз несколько по-другому. Случайное событие – событие, которое в данном опыте может произойти или не произойти. Каждое событие обладает какой-то степенью возможности: одно – большей, другое – меньшей. Для количественного сравнения между собой событий по степени их возможности ввели количественную характеристику каждого случайного события, которая выражается числом тем большим, чем более возможно это событие. Эту характеристику называют вероятностью события (Р). Таким образом, вероятность события – это численная мера объективной возможности этого события. За нуль принята вероятность невозможного события, за единицу – вероятность достоверного события. Вероятность случайного события А находится в интервале:0≤Р(А)≥1.
Классическое определение вероятности события Р(А) выражается отношением числа m случаев, благоприятствующих событию А, к общему числу n случаев:
.
На практике при наблюдении за появлением случайного события А часто вместо вероятности определяют частоту появления случайного события. Частота появления случайного события Р (А) равна отношению числа М опытов, в которых появилось желаемое событие, к общему числу N опытов:
р 
.
Чем больше проведено опытов, тем ближе частота к вероятности. Поэтому частоту появления случайного события называют статистической вероятностью и обозначают тем же символом.
Разработка МВИ предусматривает ее аттестацию, которая представляет собой процедуру установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям.