Подготовка к измерениям и проведение измерений.

Как уже отмечалось измерительный процесс независимо от цели его проведения и конечного результата состоит из следующих этапов:

- подготовки к измерениям;

- выполнения измерений.

- обработки результатов измерений.

2.1. Подготовка измерений проводится с целью обеспечения высокой или требуемой точности.

Процедуру подготовки измерений условно можно представить в виде следующих этапов:

- анализ поставленной задачи на проведение измерений;

- создание условий для измерений;

- выбор средств и метода измерений;

- выбор числа наблюдений;

- подготовка специалиста (оператора);

- опробование средств измерений.

При анализе поставленной задачи, необходимо выяснить какие физиче­ские величины или параметры подлежат измерению, какой точности должен быть результат измерений, и в какой форме его следует представить. В итоге перед измерением необходимо хорошо представлять модель исследуемого объ­екта. При этом выбранная модель должна удовлетворять двум требованиям:

- соответствие ее реальному объекту;

- стабильность измеряемых параметров в течение всего времени изме­рения.

Полученный результат измерений обычно используется для сравнения с другими результатами измерений или для дальнейших расчетов, поэтому ука­зывают не только полученный результат, но и оценку погрешностей (случай­ных и неисключенных систематических).

Достоверность результатов измерений существенно будет зависеть от условий измерений. Для конкретных областей измерений устанавливают еди­ные условия, называемые нормативными, а значение влияющей физической ве­личины, соответствующее нормальным, называют номинальным значением влияющей величины. Реально создать нормальные условия для проведения из­мерений маловероятно и поэтому в эксплуатационной документации на средст­ва измерений указывают пределы нормальной области значений влияющих ве­личин, выходить за рамки которые при выполнении измерений не рекоменду­ется из-за возникновения дополнительной погрешности средства измерений. Номинальное значение основных влияющих величин приведены в таблице.

Качество измерений определяется выбором средства измерений. Выбор средства измерений осуществляется из противоречивых условий. Действитель­но измерения с применением средств измерений недостаточной точности мало­ценны (даже бессмысленны), так как могут быть причиной неисправных выво­дов, а применение излишне точных средств измерений невыгодно экономиче­ски. Основными характеристиками средств измерений являются погрешности, поэтому при выборе средств измерений их рассматривают в первую очередь.

Как отмечалось, результаты измерений значительно зависят от выбора методов измерений. Под методом измерений понимают прием или совокуп­ность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей (или шкалой) в соответствии с реализованным принципом измерений. При выборе метода из­мерений добиваются того, чтобы погрешность метода измерений, т.е. состав­ляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершен­ством принятых модели и метода измерений (иначе говоря, теоретическая по­грешность), не сказывалась заметно на результирующей погрешности измере­ния (не превышала 30 % от нее). На практике находят применение метод непо­средственной оценки, метод сравнения с мерой, нулевой метод и другие.

Выбор числа наблюдений при измерении произво­дится, как правило, при разработке методики выполнения измерений. Различа­ют измерения с однократными и многократными наблюдениями. Наиболее распространены (в производстве) измерения с однократными наблюдениями, что обусловлено следующими основными обстоятельствами:

- экспериментальной или производственной необходимостью (невозможность повторить наблюдения, экономическая целесообразность);

- возможностью пренебречь случайными погрешностями.

Иногда для повышения надежности таких измерений (исключения про­махов) делают все-таки два или три наблюдения, и за результат измерения при­нимают среднее арифметическое значение результатов этих наблюдений. Из­мерения с числом наблюдений п ≥ 4 относят (условно) к измерениям с много­кратными наблюдениями и выполняют статистическую обработку ряда резуль­татов наблюдений для получения информации о результате измерения и о слу­чайной составляющей погрешности этого результата.

На точность измерений влияет и подготовка лица, проводящего изме­рение. Оператор должен иметь специальную подготовку, соответствующие знания, умения и практические навыки. Важное значение имеет режим труда и отдыха, настроение экспериментатора, его собранность и внимательность.

При подготовке к измерениям оператор должен проделать следующее:

- ознакомиться с методикой выполнения измерений и последовательно­-
стью выполнения операций;

- проверить наличие необходимого комплекта средств измерений, вспо­-
могательных устройств и материалов;

- убедиться, что основные и вспомогательные средства измерений име­-
ют действующие свидетельства о поверке или поверительные клейма;

- выполнить операции по созданию необходимых условий измерений,
включая требования безопасности (включить кондиционеры, обеспечить тре­-
буемую температуру, установить в рабочее положение объект измерений и
средства измерений, включить питание и т. д.);

- опробовать средства измерений, т. е. проверить действие органов
управления, регулировки, настройки и коррекции. Если средства измерений
снабжены средствами самокалибровки (тестирования), выполнить соответст-­
вующие операции;

- провести 2-3 пробных наблюдения и сравнить результаты с ожидае­-
мыми. При непредвиденно большом расхождении результатов проанализиро­-
вать причины и устранить их.

От квалификации оператора зависит возможность устране­ния источников погрешностей до начала измерений. Например, систематиче­скую погрешность из-за неверной установки средств измерений устраняют пу­тем тщательной их установки. Погрешность вследствие смещения начала от­счета ликвидируют установкой указателя на нуль. Погрешности измерений из-за влияния магнитного поля Земли устраняются устройством экранов из магнитомягких материалов. Погрешности, вызванные вредным влиянием вибрации и сотрясений, устраняют путем амортизации средств измерений.

2.2. Выполнение измерений и обработка результатов измерений.

Организация процесса проведения измерений имеет большое значение для получения достоверного результата.

Во время производства работ оператору необходимо:

- следить за условиями измерений и поддерживать их в заданном режиме;

- соблюдать правила по технике безопасности при работе со средствами измерений;

- тщательно фиксировать отсчеты в той форме, в которой они получены;

- вести запись показаний с числом цифр на две больше, чем требуется в окончательном результате;

- определять возможный источник систематических погрешностей и др.

Важно отметить, что в процессе измерения можно устранять системати­ческие погрешности. Здесь речь идет о систематических погрешностях, которые не удалось устранить на этапе подготовки эксперимента, т. е. о неисключенных остатках систематических погрешностей (НСП). Для обнаружения НСП реко­мендуются следующие приемы:

- провести измерение другим, максимально отличным от используемого методом и сравнить результаты;

- резко изменить условия наблюдений (использовать другие экземпляры средств измерений, сменить оператора и др.);

- провести контрольное измерение в лаборатории другого предприятия или в метрологическом учреждении;

- выключить теоретическую (расчетную) оценку НСП. Для уменьшения (или полного исключения) НСП в ходе выполнения измерений, применя­-
ются следующие методы (приемы):

- метод замещения;

- метод противоставления;

- метод компенсации погрешности по знаку;

- метод реализации (перевода систематической погрешности в случайную):

- метод систематических наблюдений и др.

Обработка результатов наблюдений при измерениях проводится с целью установления значения измеряемой величины и оценки погрешности получен­ного результата измерения. Методы обработки результатов наблюдений могут быть разными в зависимости от предварительной информации, которой распо­лагает оператор (экспериментатор) об источниках и характере проявления по­грешностей, условиях эксперимента, свойствах используемых средств измере­ний, от вида измерений, числа выполненных наблюдений и других причин.

В практике чаще всего выполняются однократные измерения, при кото­рых результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешно­сти измерения. Оценка измеряемой величины при однократных прямых изме­рениях производится с учетом метрологических свойств измерительного при­бора, который должен обладать малой случайной составляющей погрешности.

За результат измерения с многократными наблюдениями принимает среднее арифметическое результатов наблюдений.

Вычисление доверительных границ погрешности результата измерения, а также доверительных границ случайной и неисключенной систематической погрешности результата измерения проводится в соответствии с известными методами математической статистики.

При обработке результатов измерений необходимо правильно представ­лять количество знаков в его численном значении и погрешности путем их ок­ругления. Основные правила округления регламентированы.