Складно переоцінити значимість вимірювань в житті сучасної людини. По мірі розвитку технологій питання необхідності в них і зовсім не варто, але зате на перший план виходять принципи і методи, які дозволяють підвищувати точність вимірів. Розширюється і сам спектр областей, в яких використовуються системи і способи вимірювання. При цьому розвиваються не тільки технічні і технологічні підходи до виконання даних операцій, але і концепції їх застосування. На сьогоднішній день метод вимірювання являє собою сукупність технік або прийомів, які дозволяють реалізувати той чи інший принцип визначення шуканої величини.
Принципи методів вимірювань
В основі будь-якого методу вимірювання лежить певний фізичний закон, який, в свою чергу, базується на тому чи іншому природному явищі. У метрології фізичні явища нерідко визначаються як ефекти, що обумовлюють закономірність. Для вимірювання різних величин застосовуються конкретні закони. Наприклад, вимірювання струму виробляється по ефекту Джозефсона. Це явище, у відповідності з яким надпровідний струм проходить через прошарок діелектриків, які поділяють надпровідники. Для визначення характеристик поглиненої енергії застосовується вже інший ефект Пельтьє, а для обчислення швидкості – закон зміни частоти випромінювання, відкритий Доплером. У більш простому прикладі визначення маси об'єкта використовується сила тяжіння, яка проявляє себе в процесі зважування.
Класифікації методів вимірювання
Зазвичай застосовують два ознаки поділу методів вимірювання – за характером зміни величин в залежності від часу і за способом отримання даних. У першому випадку виділяються статистичні і динамічні методики. Статистичні способи вимірювання характеризуються тим, що отриманий результат не змінюється залежно від того, в який момент вони застосовуються. Це можуть бути, наприклад, основні методи вимірювань маси та розмірів об'єкта. Динамічні прийоми, навпаки, спочатку допускають можливість коливань в показниках. До таких методів можна віднести ті способи, які дозволяють відслідковувати характеристики тиску, газу або температури. Зміни зазвичай відбуваються під дією оточуючих середовищ. Існують і інші класифікації методів, обумовлені різницею в точності вимірювань і умовами проведення операції. Але вони, як правило, носять другорядний характер. Тепер же варто розглянути найбільш популярні методики вимірювання.
Метод порівняння з мірою
В даному випадку вимірювання відбувається за рахунок порівняння шуканої величини зі значеннями, відтворюваними заходом. Як приклад цього способу можна привести розрахунок маси з застосуванням ваг важільного типу. Користувач спочатку працює з інструментом, в якому закладені певні величини з заходами. Зокрема, використовуючи систему врівноваження гирями, він може з певною часткою точності зафіксувати і вага об'єкта. Класичний прилад для вимірювання тиску також у деяких модифікаціях передбачає визначення значення шляхом порівняння з показаннями в середовищі, в якій вже діють спочатку відомі величини. Інший приклад стосується вимірювання напруги струму. У цьому випадку, наприклад, характеристики роботи компенсатора будуть порівнюватися з відомою електрорушійної силою нормального елемента.
Метод вимірювань доповненням
Теж досить поширена методика, яка знаходить застосування в самих різних областях. Спосіб виміру величини доповненням також передбачає наявність шуканого значення і певної міри, яка відома заздалегідь. Тільки,на відміну від попереднього способу, безпосередньо вимірювання проводиться при порівнянні не з розраховуються значенням, а в умовах його ж доповнення аналогічною величиною. Як правило, методи і засоби вимірювань за таким принципом частіше використовують у роботі з фізичними показниками характеристик об'єкта. В деякому сенсі з даною методикою схожий прийом визначення величин через заміщення. Тільки в цьому випадку фактор корекції забезпечується не значенням, яке аналогічно шуканої величиною, а показаннями еталонного об'єкта.
Органолептичний метод вимірювання
Це досить незвичайне напрямок метрології, яке грунтується на застосуванні людських органів почуттів. При цьому існують дві категорії органолептичних вимірювань. Наприклад, поелементний спосіб дозволяє оцінювати конкретного параметра об'єкта, не даючи повної картини його характеристик і можливих експлуатаційних якостей. Друга категорія являє комплексний підхід, при якому метод вимірювання з допомогою органів почуттів дає більш повне уявлення про різних параметрах об'єкта. Важливо розуміти, що комплексний аналіз часто буває корисним не стільки як спосіб обліку цілої групи характеристик, скільки як інструмент оцінки загальної придатності об'єкта в плані можливого використання за певним призначенням. Що стосується практичного застосування органолептичних способів, то з їх допомогою можна оцінити, наприклад, овальність або якість огранювання циліндричних деталей. У комплексному вимірі цим методом можна отримати уявлення про радіальному биття валу, який якраз з'явиться після аналізу тієї ж овальності і характеристик зовнішньої поверхні елемента.
Контактні і безконтактні методи вимірювання
Принципи контактного і безконтактного вимірювання мають істотне розходження. У випадку з контактними приладами проводиться фіксація величини в безпосередній близькості до об'єкту. Але, оскільки це не завжди можливо з причини наявності агресивних середовищ і утрудненого доступу до місця виміру, отримав поширення і безконтактний принцип розрахунку значень. Контактний метод вимірювання використовується для визначення таких величин, як маса, сила струму, габаритні параметри і т. д. Однак при вимірі екстремально високої температури він не завжди можливий. Безконтактне вимірювання може виконуватися спеціальними моделями пірометрів і тепловізорів. В процесі роботи вони не знаходяться безпосередньо в цільовий середовищі виміру, а взаємодіють з її випромінюванням. В силу цілого ряду причин методи безконтактного вимірювання температури за принципом не відрізняються високою точністю. Тому їх використовують лише там, де потрібно мати уявлення про характеристики певних зон або ділянок.
Прилади вимірювання
Спектр засобів вимірювання досить великий, навіть якщо говорити про конкретну області окремо. Наприклад, для виміру однієї лише температури використовують термометри, пірометри, ті ж тепловізори і багатофункціональні станції з функціями гігрометра і барометра. Для обліку показань вологості і температури в комплексі останнім часом використовуються gps логери, оснащені чутливими зондами. При оцінці атмосферних умов часто використовується і манометр – це прилад для вимірювання тиску, який може доповнюватися та датчиками контролю газових середовищ. Широка група апаратів представлена і в сегменті засобів вимірювання характеристик електричних ланцюгів. Тут можна виділити такі прилади, як вольтметр і амперметр. Знову ж, як і у випадку з метеостанциями, кошти для обліку параметрів електричного поля можуть бути універсальними, тобто враховують декілька параметрів одночасно.
Контрольно-вимірювальні прилади і автоматика
У традиційному розумінні вимірювальний прилад – це інструмент, який дає інформацію про ту чи іншою величиною, характерною для певного об'єкта в даний момент. В ході виконання операції користувач реєструє показання і надалі на їх основі приймає відповідні рішення. Але все частіше ці прилади інтегруються в комплекс обладнання з автоматикою, яка на основі тих же зафіксованих свідчень самостійно приймає рішення, наприклад, щодо корекції робочих параметрів. Зокрема, контрольно-вимірювальні прилади і автоматика обладнання успішно поєднуються в комплексах газопровідних магістралей, в опалювальних і вентиляційних системах і т. д. Наприклад, облік тиску в трубопроводі дасть сигнал автоматичній системі про підвищення або підвищенні обсягів подачі робочого середовища – води або того ж газу.
Вимірювання та похибки
Практично будь-який вимірювальний процес певною мірою передбачає допущення відхилення наданих результати щодо дійсних значень. Похибка може становити і 0001%, і 10%, і більше. При цьому виділяють випадкові і систематичні відхилення. Випадкова похибка результату вимірювання характеризується тим, що вона не підкоряється певній закономірності. І навпаки, систематичні відхилення від дійсних величин відрізняються тим, що вони зберігають свої значення навіть при численних повторних вимірах.
Висновок
Виробники вимірювальних приладів і вузькоспеціалізованого метрологічного обладнання прагнуть розробляти все більш функціональні і в той же час доступні в використанні моделі. І це стосується не тільки професійної апаратури, але і побутових засобів. Наприклад, вимірювання струму можна здійснювати в домашніх умовах за допомогою мультиметра, що фіксує декілька параметрів одночасно. Це ж можна сказати про прилади, що працюють з показами тиску, вологості і температури, які наділяються широким функціоналом і сучасної ергономікою. Правда, якщо стоїть завдання реєстрації конкретної величини, то експерти рекомендують звертатися до спеціальних пристроїв, які працюють тільки з цільовим параметром. У них, як правило, вище точність вимірювання, яка часто має вирішальне значення при оцінці робочих якостей апаратури.
