Измерения, средства измерений и их характеристики

Физический эксперимент сопровождается широким комплексом измерений разных величин. Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств.

Измерения могут быть прямыми, косвенными, совокупными и совместными. Прямые измерения позволяют определить искомую величину непосредственным отсчетом показаний измерительного прибора (например, длину – линейкой, температуру – термометром). Существенным признаком прямого измерения является то, что результат измерения выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина. Прямое измерение состоит в приведении измерительного прибора в действие и выполнении отсчета.

Косвенные измерения основаны на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами. В этом случае используется функциональная связь , где – величина, найденная при косвенных измерениях; – величины, определяемые прямыми измерениями. Простейший пример косвенного измерения – определение температуры с помощью термопары.

В совокупных измерениях искомые величины определяются решением системы уравнений, содержащей параметры, найденные прямыми измерениями. При совокупных измерениях одновременно измеряются несколько неоднородных величин, а затем находится зависимость между ними. Пример совокупных измерений – решение обратной задачи теплопроводности в целях определения тепловых потоков по измеренным значениям температур. В исследовательской практике одинаково часто встречаются все виды рассмотренных измерений.

Средства измерения – это технические средства, применяемые для проведения измерений и имеющие нормированные метрологические свойства. В зависимости от используемого принципа работы средства измерения подразделяются на пневматические, механические, электрические, оптические и т. д.

К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и измерительные преобразователи. Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Они могут быть однозначными (гири) и многозначными (масштабные линейки).

Измерительным прибором называют средство измерения, вырабатывающее сигналы измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем. В этих приборах измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал. По способу отсчета значения отсчета измеряемой величины они подразделяются на показывающие и регистрирующие.

У показывающих приборов отсчетные устройства состоят из шкалы и указателя. Показывающие цифровые приборы фиксируют измеряемую величину в виде цифр. Эти приборы в последние годы получают все большее распространение в эксперименте.

Регистрирующие приборы могут быть самопишущими и печатными. В первом случае измеряемая величина выдается в виде графика (например, шлейфовый осциллограф). Печатные приборы выдают информацию в виде цифр на специальной ленте. Они широко применяются при автоматизации эксперимента.

Измерительный преобразователь – средство измерения, генерирующее сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающийся непосредственному восприятию наблюдателем. Преобразователи осуществляют одно- и многоступенчатое преобразование сигнала до уровня, позволяющего зафиксировать его измерительным механизмом.

Совокупность функционально связанных мер, измерительных приборов, преобразователей и вспомогательных устройств, обеспечивающая выработку измерительной информации, удобной для наблюдения, называется измерительной установкой. Измерительные установки могут вырабатывать сигналы для автоматической обработки результатов измерений.

Выходной сигнал измерительных средств фиксируется отсчетными устройствами, которые могут быть цифровыми, регистрирующими и шкальными. Число, отсчитываемое по отсчетному устройству при измерениях или полученное счетом последовательных отметок сигнала, называется отсчетом. Переход от отсчета к показаниям прибора осуществляется с помощью постоянной прибора, цены деления, шкалы или градуировочной кривой.

Постоянная прибора – число единиц, на которое умножается отсчет; под показанием прибора подразумевается именованное число. В частном случае, когда постоянная прибора равна единице измеряемой величины, показания прибора и отсчет численно совпадают (термометр, линейка).

Шкала – часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок, соответствующих ряду последовательных значений величины. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными. Равномерные шкалы имеют постоянные интервалы и постоянную цену деления. Неравномерные шкалы, кроме неодинаковых интервалов, иногда имеют непостоянную цену деления.

Расстояние в миллиметрах между двумя смежными отметками на шкале называют длиной деления шкалы. Разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам,– это цена деления шкалы, которая выражается в единицах измеряемой величины или в условных единицах. В последнем случае показания прибора умножаются на переводной множитель шкалы. Разность между значениями измеряемой величины, соответствующие началу и концу шкалы, называют диапазоном показаний прибора. Часто выделяется рабочая часть шкалы, где показания прибора наиболее надежны.

Указатель – часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средств измерений (стрелка, нить, световой луч и т. д.). В отдельных случаях может перемещаться не указатель, а шкала прибора.

Измерительные приборы характеризуются также погрешностью, стабильностью измерений, чувствительностью и т. д. Погрешность измерений характеризует их качество и отражает близость получаемых результатов к истинному значению измеряемой величины.

2 Расчёт погрешности измерений

Дата добавления: 2014-01-20