IMG�67 (2)

1.4.2. Plan pomiaru

Na plan pomiaru składa się wiele decyzji, co do wielkości i ich miar, których wartości mają być wyrażone za pomocą tzw. końcowych wyników pomiaru oraz ewentualnie decyzje co do wielkości, które będą w tym celu mierzone bezpośrednio (fizycznie), aby z takich wyników można było otrzymać te dane, które mają być celem pomiaru. Ten drugi przypadek postępowania, jak wiemy, nazywany jest w miernictwie pomiarem pośrednim

Na podstawie postulowanej dokładności oczekiwanych danych pomiarowych planuje się dokładność mierzenia, a z tego wynika decyzja co do koniecznej metody pomiaru oraz co do fizycznej zasady, za pomocą której możliwe jest zrealizowanie wybranej metody. Typowa realizacja tych decyzji oznacza współcześnie wybór odpowiednich przyrządów, bo rzadko współcześnie realizuje się daną zasadę fizyczną konstruując od podstaw oprzyrządowanie danej metody pomiarowej. Potrzebne są też decyzje co do procedury postępowania w jakich okolicznościach fizycznych wykonywać pomiary, jak i jakie ewentualnie warunki fizyczne wymusić i jak je kontrolować, ile razy powtarzać pomiary i w jakiej sekwencji. Procedura może przewidywać wykonanie pomiarów wstępnych i na ich podstawie można zaplanować procedurę pomiarów właściwych, a nawet zmienić wcześniej już podjęte decyle Wymieniane tu są kolejne czynności, ale faktycznie one wzajemnie od siebie zależą, tworzą splot, w którym każdy pojedynczy krok musi być podporządkowany celowi

1.4.3. Wybór metody i zasady pomiaru

O metodzie pomiarowej mówi się w miernictwie przede wszystkim wówczas, gdy istotny jest sposób porównania wielkości mierzonej ze wzorcem, a dokładniej porównanie miar tych wielkości Metoda więc dotyczy istoty pomiaru jaki pomost tworzony jest między wzorcem miary a miarą wielkości mierzonej danego obiektu w procesie pomiaru. Z tego względu wyróżniamy metodę jednoczesnego porównania ze wzorcem, gdy wzorzec mierzonej wielkości uczestniczy w procesie pomiaru, i metodę niejednoczesnego porównania ze wzorcem, gdy wzorzec był użyty do wzorcowania przyrządu ale w procesie nie uczestniczy. To rozróżnienie jest istotne ze względu na potencjalnie możliwą graniczną dokładność pomiaru: porównanie np. ze wzorcem najwyższej dokładności daje możliwość osiągnięcia dokładności bliskiej dokładności tego wzorca. Przy niejednoczesnym porównaniu ze wzorcem dokładność maleje z zasady z tego powodu, że w przenoszeniu miary pośredniczy łańcuch na ogół wielu innych zjawisk, z których każde wprowadza jakąś niejednoznaczność.

Przykład. Woltomierz cyfrowy z zasady realizuje metodę jednoczesnego porównania ze wzorcem, ponieważ w układzie takich woltomierzy występują wzorce napięcia (współcześnie realizowane elektronicznie), a w dokładnych woltomierzach cyfrowych nawet realizowana jest automatycznie funkcja samowzorco-wania. Natomiast woltomierze wskazówkowe realizują z zasady¹ metodę niejednoczesnego porównania ze wzorcem: wzorzec byl użyty w innym czasie do skalowania, a późniejsze użycie takiego przyrządu do mierzenia napięcia opiera się na założeniu, że w zadanym czasie (względnie długim - tygodnie, miesiące) jego „zachowanie się" nie ulegnie zmianie, tzn. przy danym napięciu na zaciskach woltomierz będzie pokazywać tyle samo co w czasie skalowania (wzorcowania). Podobnie termometr cieczowy (szklany) jest wzorcowany w kąpieli o wzorcowej temperaturze. Termometr wzorcuje się np. w dwu punktach podzialki termometru, a „podzialka stopniowa" nanoszona jest jcdnostąjnie między otrzymanymi punktami otrzymanymi na podstawie wzorcowania, bo zakłada się proporcjonalność między zmianą „wysokości słupa cieczy" a jej temperaturą oraz zakłada się, że przez czas przewidziany między kolejnymi sprawdzeniami wysokość słupa cieczy zależeć będzie w taki sam sposób tylko od temperatury.

Metodę jednoczesnego porównania ze wzorcem tradycyjnie nazywa się w mierma wie metodą komparacyjną albo krótko komparacją Komparacja może być tak przejrzysta i bezpośrednia jak np. porównywanie długości dwu prętów „przyłożonych do siebie’’, z których jeden jest przymiarem wzorcowym, albo może też być oparta na porównywaniu za pośrednictwem innych wielkości niż wielkości mierzone: np. komparacja mas na wadze równoramiennej, bo tu są porównywane siły grawitacyjne, albo komparacja rezystancji za pomocą mostka Wheatstone'a, gdzie porównuje się różnice potencjałów między punktami sieci elektrycznej zbudowanej z rezystorów. Używane też są inne nazwy na komparację. które akcentują szczególną cechę komparacji lub podkreślają szczególne okoliczności kom-paracji. Mówi się więc o metodzie kompensacyjnej pomiaru napięcia (lub natężenia prądu) akcentując w nazwie fakt przeciwsobnego połączenia napięć (lub przy kompensacji prądów - wymuszania w gałęzi prądów o przeciwnych kierunkach), kiedy ich działania wypadkowe znoszą się, a więc kompensują się. O metodzie komparacyjnej mówi się tez jako o metodzie zerowej, bo uznaje się za ważne, że w wyniku zrównania różnica wielkości porównywanych osiąga zero, np. w mostku Wheatstone'a różnica porównywanych potencjałów „w stanie równowagi" osiąga zero. Gdy jednak nie osiąga się stanu pełnego zrównania wielkości komparowanych, a tę niewielką różnicę mierzy się bezpośrednio w jakiś sposób, to takie postępowanie nazywa się metodą różnicową pomiaru. Wyróżnienie metody różnicowej osobną nazwą ma sens rzeczowy, ponieważ pozwala ona (tam gdzie jest realizowalna) bardzo dokładnie „skomparować” wielkości „prawie" równe mierząc różnicę przy użyciu przyrządów o przeciętnej dokładności (bo wzorcowej miary me można było dokładnie nastawić!). Jest też korzystne mierzenie bezpośrednio różnicy jako różnicy, bo gdyby wyznaczać tę różnicę rachunkowo, a więc pośrednio, z pomiarów zrealizowanych dla każdej z wielkości osobno, musielibyśmy mierzyć te wielkości znacznie dokładniej, co przy wymaganiu wysokiej dokładności wyniku mogłoby być nieosiągalne.

Podsumujmy: metoda jednoczesnego porównania ze wzorcem, metoda komparacyj-na, metoda zerowa a nawet w dużym stopniu metoda różnicowa są przede wszystkim różnymi nazwami tej samej metody, tyle że w każdej nazwie eksponowany jest inny „detal" tej samej metody. Po części w tych wyróżnieniach jest tylko pomnażana liczba pozornych bytów.

Są jednak dwa sposoby komparowania, które warto wyróżnić osobnymi nazwami metoda podstawienia i metoda przestawienia. Metoda (komparacji) przez podstawienie polega na tym, że mierzymy (w krótkim odstępie czasu) w taki sam sposób, jednym i tym samym przyrządem, kolejno wielkość mierzoną i następnie wielkość wzorcową zapewniającą to samo wskazanie. Przyjmujemy wówczas, że obie wielkości są równe.

Przykład. Na lej samej szalce wagi (obojętne której), wagi zrównoważonej dla masy mierzonej (obojętne w jaki sposób), kładziemy następnie odważniki o masie wzorcowej takiej, która zapewnia poprzednie zrównoważenie. Wniosek: masy mierzona i wzorcowa (nastawiona) są równe. Dokładność wagi jest bez znaczenia, byle byłaby czuła. Podobnie podstawienie można zrealizować np. w mostku Whcaistonc'a podstawiając rezystancję wzorcową na miejsce mierzonej i zapewniając poprzednie zrównoważenie w ten sposób, żc na wzorcu nastawiamy odpowiednią wielkość rezystancji.

Metoda przestawienia (czyli metoda komparacji przez przestawienie) służy do wykrycia ewentualnego błędu w układzie komparacji i eliminacji takiego błędu, a polega na obserwowaniu fizycznych skutków zamiany miejscami wzorca i obiektu pomiaru w układzie komparacji oraz na odpowiednim, rachunkowym opracowaniu wyników.

Przykład. Po zrównoważeniu wagi równoramiennej zamieniamy miejscami obiekt mierzony i odważniki wzorcowe i obserwujemy nowy stan. równowagi lub częściej nierównowagi, bo ramiona wagi

19

1

Poznamy później wskazówkowy woltomierz (rejestrujący), w którym realizuje się metodę porównania ze wzorcem (metodę kompensacyjną) W takiej konstrukcji rozwiązuje się jednak problem rejestrowania, a nie problem dokładnego pomiaru.