Понятие об измерении

Основы теории измерений

Калибровка — это совокупность операций, устанавливающих со­отношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определен­ным с помощью эталона.

По результатам калибровки определяют действительное зна­чение измеряемой величины, показываемое данными СИ, или поправки к его показаниям. Можно оценить погрешность СИ и ряд других метрологических характеристик.

Под измерением понимают совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей с целью получения значения этой величины (или информации о нем) в форме, наиболее удобной для использования.

Примеры:

1. Прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).

2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора.

3. В измерительном канале измерительной системы также выполняется сравнение с хранимой единицей.

Приведенное определение понятия измерение удовлетворяет общему уравнению измерений (что имеет существенное значение в деле упорядочения системы понятий в метрологии). В данном определении отображены:

- техническая сторона (совокупность операций);

- метрологическая суть измерения (сравнение с единицей);

- гносеологический аспект (получение значения величины или информации о нем).

3.2. Классификация измерений.

Измерения могут быть классифицированы по следующим признакам:

- по характеристике точности - равноточные, неравноточные;

- по числу измерений в ряду измерений — однократные, многократные;

- по отношению к изменению измеряемой величины - статические, динамические;

- по метрологическому назначению - технические, метрологические;

- по выражению результата измерений — абсолютные, относительные;

- по способу получения результатов измерений — прямые, косвенные, совместные, совокупные.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совместные и совокупные. При этом основным признаком является вид уравнения измерения, связывающего измеряемую и непосредственно наблюдаемые величины.

· Прямые измерения — это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой, то есть искомое значение физической величины получают непосредственно. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т.е. линейкой.

Уравнение прямого измерения:

у = Сх,

где С — цена деления СИ.

Примеры:

1. Измерение длины детали микрометром.

2. Измерение силы тока амперметром.

3. Измерение массы на весах.

· Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Другими словами, искомое значение ФВ устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.

Уравнение косвенного измерения:

у = f(х₁, х₂,...,х_п),

где х_i — i – ый результат прямого измерения.

Примеры:

1. Измерение силы тока амперметром, а напряжения вольтметром по известной функциональной взаимосвязи трех величин позволяет рассчитать мощность электрической цепи.

2. Электрическое сопротивление находят путем деления падения напряжения на величину силы электрического тока.

3. Объем параллелепипеда находят путем умножения трех линейных величин (длины, ширины и высоты).

В современных микропроцессорных измерительных приборах очень часто вычисления искомой измеряемой величины производятся "внутри" прибора. В этом случае результат измерения определяется способом, характерным для прямых измерений, и нет необходимости и возможности отдельного учета методической погрешности расчета. Она входит в погрешность измерительного прибора. Измерения, проводимые средствами измерений такого рода, относятся к прямым. К косвенным относятся только такие измерения, при которых расчет осуществляется вручную или автоматически, но после получения результатов прямых измерений. При этом может быть учтена отдельно погрешность расчета. Характерный пример такого случая — измерительные системы, для которых нормированы метрологические характеристики их компонентов по отдельности. Суммарная погрешность измерений рассчитывается по нормированнымметрологическим характеристикам всех компонентов системы.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

При совокупных измерениях значения набора одноименных величин Q₁…… Q_k., как правило, определяют путем измерений сумм или разностей этих величин в различных сочетаниях:

где коэффициенты c_ij принимают значения ±1 или 0.

Таким образом, речь идет о проводимых одновременно измерениях нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Примеры:

1. Значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

2. При определении взаимоиндуктивности катушки М используют два метода: сложения и вычитания полей. Если индуктивность одной из них L₁, а другой — L ₂, то находят:

L₀₁ = L₁+ L ₂ + 2М

L₀₂ = L₁+ L ₂ - 2М

Откуда М = (L₀₁ - L₀₂)/4.

· Совместные измерения — это одновременные (прямые или косвенные) измерения двух или нескольких неоднородных (не одноименных) физических величин для определения функциональной зависимости между ними.

Примечание. По сути, совокупные измерения ничем не отличаются от совместных измерений, за исключением того, что в первом случае измерения относятся к одноименным величинам, а во втором – к неодноименным.

Примеры:

1.На основании ряда одновременных измерений приращений длины образца в зависимости от изменений его температуры (полученных путем измерений) определяют коэффициент линейного расширения образца.

2. Измерение сопротивления R _: проводника при фиксированной температуре t по формуле:

R_t = R₀ (1+aDt),

R₀ и a - сопротивление при известной температуре t₀ (обычно 20^о С) и температурный коэффициент – величины постоянные, измеренные косвенным методом; Dt = t – t_o — разность температур; t — заданное значение температуры, измеряемое прямым методом.

Дата добавления: 2015-04-30