Вимірювання - складний процес, що включає в себе взаємодію цілого ряду його структурних елементів. До них відносяться: вимірювальна завдання, об'єкт вимірювання, принцип, метод і засіб вимірювання і його модель, умови вимірювання, суб'єкт виміру, результат і похибку вимірювання.
Першим початковим елементом кожного вимірювання є його завдання (мета). Завдання будь-якого вимірювання полягає у визначенні значення обраної (вимірюваної) ФВ з необхідною точністю в заданих умовах. При постановці завдання конкретизується об'єкт вимірювання, в ньому виділяється вимірюється ФВ і визначається (задається) необхідна похибка вимірювання.
Об'єкт вимірювання - це реальний фізичний об'єкт, властивості якого характеризуються однією або декількома вимірюваними ФВ. Він володіє багатьма властивостями і знаходиться в багатосторонніх і складних зв'язках з іншими об'єктами.
Суб'єкт вимірювання - людина принципово не в змозі уявити собі об'єкт цілком, у всьому різноманітті його властивостей і зв'язків. Внаслідок цього взаємодія суб'єкта з об'єктом можливо тільки на основі математичної моделі об'єкта.
Математична модель об'єкта вимірювання - це сукупність математичних символів (образів) і відносин між ними, яка адекватно описує цікаві для суб'єкта властивості об'єкта вимірювання.
Апріорна інформація, тобто Інформація про об'єкт вимірювання, відома до проведення вимірювання, є найважливішим чинником, що обумовлює його ефективність. При повній відсутності цієї інформації вимір в принципі неможливо, оскільки невідомо, що ж необхідно виміряти, а отже, не можна вибрати потрібні кошти вимірів.
Вимірюється величина - це ФВ, що підлягає визначенню відповідно до вимірювальної завданням.
Метод вимірювання - це прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної ФВ з її одиницею відповідно до реалізованим принципом вимірювання. Метод вимірювання повинен по можливості мати мінімальну похибка і сприяти виключенню систематичних похибок або переводу їх в розряд випадкових.
Методи вимірювання можна класифікувати за різними ознаками.
Розрізняють метод безпосередньої оцінки і методи порівняння
Суть методу безпосередньої оцінки полягає в тому, що про значення вимірюваної величини судять за показаннями одного (прямі вимірювання) або декількох (непрямі вимірювання) засобів вимірювальної техніки, які заздалегідь проградуйовані в одиницях вимірюваної величини або одиницях інших величин, від яких вона залежить. Це найбільш поширений метод вимірювання. Його реалізують більшість засобів вимірювальної техніки.
Іншу групу утворюють методи порівняння: диференційний, нульовий, збігів, заміщення. До них відносяться всі ті методи, при яких вимірювана величина порівнюється з величиною, що відтворюється мірою. Отже, відмінною рисою цих методів порівняння є безпосередня участь заходів в процесі вимірювання.
При диференціальному методі вимірюється величина порівнюється безпосередньо або побічно з величиною. відтворюється мірою. Про значення величини судять по вимірюваної приладом різниці і за відомою величиною, що відтворюється мірою.
Прикладом диференціального методу може служити вимірювання вольтметром різниці двох напруг, у тому числі одне з яких виміряно з великою точністю, а інше являє собою шукану величину.
Нульовий метод є різновидом диференціального методу. Його відмінність полягає в тому, що результуючий ефект порівняння двох величин доводиться до нуля. Це контролюється спеціальним вимірювальним приладом високої точності - нуль
індикатором. Приклад нульового метола - зважування на вагах, коли на одному плечі знаходиться вантаж, що зважується, а на іншому - набір еталонних вантажів.
Метод заміщення полягає в почерговому вимірі приладом шуканої величини і вихідного сигналу заходи, однорідного з вимірюваноївеличиною. За результатами цих вимірів обчислюється шукана величина.
При методі збігів різниця між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, визначають, використовуючи збіг оцінок шкал або періодичних сигналів. Цей метод широко використовується в практиці неелектричних вимірювань.
Основні етапи вимірювань
Вимірювання - послідовність складних і різнорідних дій, що складається з ряду етапів. Першим етапом будь-якого вимірювання є постановка вимірювальної завдання
• Другим етапом процесу вимірювання є планування вимірювання
Третій, головний етап вимірювання - вимірювальний експеримент. У вузькому сенсі він є окремим виміром. У загальному випадку послідовність дій під час цього етапу наступна;
• взаємодія засобів і об'єкта вимірювань;
• перетворення сигналу вимірювальної інформації;
• відтворення сигналу заданого розміру;
• порівняння сигналів і реєстрація результату.
Останній етап вимірювання - обробка експериментальних
даних. У загальному випадку вона здійснюється в послідовності, яка відображає логіку рішення вимірювальної завдання
Завдання обробки даних підпорядкована меті вимірювання і після вибору СІ однозначно випливає з вимірювальної завдання і, отже, є вторинною.
Перераховані вище етапи істотно різняться по виконуваних операцій і їх трудомісткості. У конкретних випадках співвідношення і значимість кожного з етапів помітно варіює.
Виділення етапів вимірювання має безпосереднє практичне значення - сприяє своєчасному усвідомленого виконання всіх дій і оптимальної реалізації вимірювань. Це в заспіваю чергу дозволяє уникнути серйозних методичних помилок, пов'язаних з перенесенням проблем одного етапу на інший.
Еталони, їх класифікація
Еталон - це високоточна міра, призначена для відтворення і зберігання одиниці величини з метою передачі її розміру іншим засобам вимірювань. Від еталона одиниця величини передається розрядним еталонам, а від них - робочим засобам вимірювань.
Еталони класифікують на первинні, вторинні і робочі.
Первинний еталон - це еталон, що відтворює одиницю фізичної величини з найвищою точністю, можливої в даній галузі вимірювань на сучасному рівні науково-технічних досягнень. Первинний еталон може бути національним, (державним) та міжнародним.
Національний стандарт затверджується в якості вихідного засоби вимірювання для країни національним органом по метрології. У Росії національні (державні) еталони стверджує Держстандарт РФ.
Первинного еталона підпорядковані вторинні і робочі (розрядні) еталони. Розмір відтворюється одиниці вторинним еталоном звіряє з державним еталоном.
Вторинні еталони (їх іноді називають "еталони-копії") можуть затверджуватися або Держстандартом РФ, або державними науковими метрологічними центрами, що пов'язано з особливостями їх використання.
Еталони робочі сприймають розмір одиниці від вторинних еталонів і в свою чергу служать для передачі розміру менш точному робочому еталону (або еталону нижчого розряду) і робочим засобам вимірювань