Подготовка к измерениям

При подготовке к выполнению измерений следует максимально возможно исключить источники и причины, которые могут вызвать появление погрешностей. Под устранением источника погрешностей следует понимать как непосредственное его удаление (например, удаление источника тепла, вибраций и т.п.), так и защиту СИ и объекта измерений от влияния этих источников. Инструментальные погрешности, присущие данному экземпляру СИ, могут быть устранены до начала проведения измерений путем регулировки или ремонта, необходимость в которых устанавливается при поверке или калибровке. Отсюда вытекает очень важное правило — проводить измерения можно только СИ, прошедшими поверку или калибровку.

Устранение влияния температуры осуществляется при помощи термостатирования, т.е. обеспечения определенной температуры окружающей среды с теми или иными допускаемыми колебаниями. Термостатируют большие помещения (цехи, лаборатории), небольшие помещения (комнаты, камеры), СИ в целом или их отдельные части (катушки сопротивления, нормальные элементы, свободные концы термопар, кварцевые стабилизаторы частоты и т.п.).

В зависимости от жесткости требований, предъявляемых к температурному режиму, применяют различные способы термостатирования.

В первую очередь следует назвать естественное термостатирование, т.е. сохранение существующей в помещении температуры неизменной путем его теплоизоляции. Примером такого термостатирования могут служить некоторые помещения
ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в С.-Петербурге, благодаря специальному устройству здания в его центральных помещениях сохраняется постоянная температура.

Для создания термостатированного помещения часто используют подвалы, к которым предъявляется ряд требований (отсутствие сырости и т.п.). Чем глубже подвал, тем лучше в нем сохраняется естественное постоянство температуры и в меньшей степени требуется поддерживать ее искусственным путем.

Последовательность и содержание операций при проведении измерений

Рис. 2

Погружения в землю используют и для термостатирования малых объемов, для чего свободные концы термопар и начала идущих от них медных проводов нередко заключают в небольшие коробки, помещенные в землю под полом здания.

Однако не всегда удается естественным путем сохранить необходимый уровень температуры, поэтому часто прибегают к поддержанию температуры путем подогрева или охлаждения.

Устройство подогревателей не вызывает больших трудностей, значительно сложнее осуществить регулируемое охлаждение. При малых объемах применяют не только воздушное термостатирование, но и жидкостное, окружая измерительное устройство или измеряемый объект водой, маслом или другой жидкостью, которые существенно смягчают колебания температуры и облегчают поддержание ее на постоянном уровне.

В настоящее время термостатирование во многих случаях заменяют кондиционированием воздуха. При кондиционировании обеспечивается поддержание на требуемом уровне не только температуры, но в других параметров окружающего воздуха и, в первую очередь, влажности.

Термостатирование, а также кондиционирование воздуха являются хорошей защитой и от направленного действия тепла. Однако неудачное расположение подогревателей в термостате или в термостатированной комнате, а также отсутствие устройств (мешалок и т.п.), обеспечивающих равномерное распределение тепла по всему объему, может само по себе стать источником погрешностей.

Устранение вредных вибраций и сотрясений осуществляется путем амортизации СИ и его деталей. Для амортизации используют различного рода поглотители колебаний в зависимости от частоты этих колебаний и чувствительности СИ к этим влияниям, например, губчатую резинку в сочетании с различного рода эластичными подвесами и т.п.

Влияние изменения атмосферного давления простыми средствами неустранимо. В случаях, когда соблюдение определенных требований является обязательным, приходится применять барокамеры с регулируемым давлением. Обычно в таких камерах можно одновременно регулировать влажность и температуру. Регулирование давления воздуха в помещениях при кондиционировании требует обязательной их термоизоляции, что существенно усложняет и удорожает измерения.

Проведение измерений

При выполнении измерений следует предусмотреть специальные приемы проведения процесса измерения с тем, чтобы устранить известные систематические погрешности. В различных областях измерений существуют широко применяемые для исключения известных погрешностей методы, которые могут иметь и собственные названия. Например, метод компенсации погрешности по знаку, когда процесс измерения строится таким образом, что при выполнении двух наблюдений погрешность входит в первый результат с одним знаком, а во второй — с другим, при этом среднее арифметическое полученных результатов характеризуется минимальной погрешностью. Этот метод используют для исключения вариации показаний (погрешности от гистерезиса), выполняя два измерения с противоположными направлениями подачи из меряемой величины.

При способе замещения процесс измерения строится так, что измеряемый объект заменяют известной мерой, находящейся в тех же условиях. При точных взвешиваниях на равноплечих весах на одну чашку весов устанавливают взвешиваемый предмет, а на другую чашку помещают какой-нибудь груз (дробь) до уравновешивания. Затем взвешиваемый предмет снимают и на его место кладут гири. Значение массы гирь, использованных для восстановления равновесия, соответствует значению массы взвешиваемого предмета. Этот способ точного взвешивания носит специфическое название способ Борда.

Широкое применение в практике измерений для исключения известных погрешностей получил способ рандомизации. Этот способ заключается в том, что выполняют ряд наблюдений, изменяя условия или процедуру измерений таким образом, что фактор, вызывающий данную известную погрешность, изменяется случайным образом. Например, одна и та же величина измеряется различными методами или приборами. Систематические погрешности каждого из них для всей совокупности носят случайный характер. При увеличении числа используемых методов или приборов известные систематические погрешности взаимно компенсируются.

Экспериментальные способы исключения погрешностей освобождают экспериментатора от необходимости определения многочисленных поправок. Создание и выбор метода измерений для исключения погрешности является сложной задачей и зависит опыта и подготовленности специалиста.

Полученные при измерениях результаты подлежат обработке по соответствующим статистическим правилам. Способ обработки экспериментальных данных зависит от вида измерений (прямые, косвенные, совокупные и совместные), числа наблюдений (однократные, многократные измерения), равноточности.

В процессе обработки результатов наблюдений следует решить следующие задачи:

установить отсутствие в результатах грубых погрешностей по статистическим критериям и исключить их, если они имеются;

исключить известные систематические погрешности введением поправки или поправочного множителя;

проверить наличие систематических погрешностей и найти способы оценки и возможности максимального исключения их;

определить оценку истинного значения измеряемой величины и показатели точности этой оценки.