Читайте также:
|
Комплексная цель модуля:
Изучить принципы, виды и методы измерений, что крайне необходимо для дальнейшего поиска источников погрешностей и оценок их характера. Изучить качественные характеристики измерений, что в дальнейшем обеспечит близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.
Измерение физической величины – с овокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Основное уравнение измерения физической величины можно записать в виде
Q = Nq,
где Q – измеряемая физическая величина;
q – единица физической величины;
N – числовое значение физической величины, которым определяется соотношение измеряемой физической величины и единицы, использованной при измерениях.
Из уравнения измерения следует, что в основе любого измерения лежит сравнение исследуемой физической величины с аналогичной величиной определенного размера, принятой за единицу. Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом. Конечной целью преобразования является получение числа, с помощью которого определя-ют соотношение измеряемой физической величины и единицы этой величины.
Измерительное преобразование всегда осуществляется с использова-нием некого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, являющийся основой измерения.
Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
Например, измерение температуры с помощью термопары (исполь-зование термоэлектрического эффекта); измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение силы тяжести, которая пропорциональна искомой массе, основано на принципе пропорционального упругого растяжения) и др.
Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобра-зованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на механических, оптических, электрических, пневматических, гидравли-ческих, магнитных и других, в том числе и комбинированных принципах преобразования измерительной информации, чем фактически определя-ются принципы измерений при использовании этих средств.
Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.
Выделяют ряд областей измерений: механические, магнитные, акустические и др.
Вид измерений - часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.
Примеры видов измерений: измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции, относящиеся к области электрических и магнитных измерений.
Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особен-ностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.).
Примеры подвидов: измерения больших длин, имеющих порядок десятков, сотен, тысяч километров или измерения сверхмалых длин — толщин пленок как подвиды измерений длины.
Более широкая трактовка видов измерений, рассматривает следующие альтернативные пары терминов:
- прямые и косвенные измерения,
- совокупные и совместные измерения,
- абсолютные и относительные измерения,
- однократные и многократные измерения,
- статические и динамические измерения ,
- равноточные и неравноточные измерения.
Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.
Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого СИ.
Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением
Q = х,
где Q – измеряемая величина,
х – результат измерения.
Косвенное измерение – определение искомого значения ФВ на основании результатов прямых измерений других ФВ, функционально связанных с искомой ФВ.
Формальная запись такого измерения
Q = F (X, Y, Z,…),
где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.
Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры, определение плотности материала твердого тела по результатам прямых измерений массы т, высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением
ρ = т/0,25π d2 h
Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.
В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. В более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами таких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродви-гателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортно-го средства (скорость, запас горючего, температура двигателя и др.).
Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том числе градуированные в единицах измеряемой физической величины, либо в некоторых относительных единицах, в том числе и в неименованных. В соответствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измере-ниях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В таком понимании это понятие находит все большее применение.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение измене-ния величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения.
Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.
Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.
Многократные измерения проводят или для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). Многократные измерения называют также «измерения с многократными наблюдениями». В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух измерений до нескольких десятков и даже сотен).
Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения
Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.
Статические и динамические измерения наиболее логично рассматривать в зависимости от режима получения средством измерения входного сигнала измерительной информации. При измерении в статическом режиме (или квазистатическом) скорость изменения входно-го сигнала несоизмеримо ниже скорости его преобразования в измери-тельной цепи и результаты фиксируются без динамических искажений.
При измерении в динамическом режиме появляются дополнитель-ные динамические погрешности, связанные со слишком быстрым измене-нием либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, измерение диаметров тел качения (постоянных физических величин) в подшипниковой промышленности осуществляется с использованием контрольно-сортировочных автоматов. При этом скорость изменения измерительной информации на входе может оказаться соизмеримой со скоростью измерительных преобразований в цепи прибора. Измерение температуры с помощью ртутного термометра несоизмеримо медленнее измерений электронными термометрами, следовательно, применяемые средства измерений могут в значительной степени определить режим измерений.
Трактовка статических и динамических измерений как измерений постоянной либо переменной физических величин примитивна и в философском плане всегда неоднозначна ("все течет, все меняется"). "Неизменных" физических величин, кроме физических констант в практике измерений почти нет, все величины различаются только в соответствии со скоростью изменения.
По реализованной точности и по степени рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и той же величины различают равноточные и неравноточные, а также на равнорассеянные и неравно-рассеянные измерения.
Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
Оценка равноточности и неравноточности, а также равнорассеянности и неравнорассеянности результатов измерений зависит от выбранных значений предельных мер расхождения точности или оценок рассеяния. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения.
Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых оценки погрешностей Di и Dj можно считать практически одинаковыми
D1» D2,
а к неравноточным относят измерения с различающимися погрешностями
D1 ¹ D2.
Измерения в двух сериях считают равнорассеянными, или неравно-рассеянными в зависимости от совпадения или различия оценок случайных составляющих ПИ сравниваемых серий 1 и 2.
В зависимости от планируемой точности измерения делят на технические и метрологические .
Т ехнически е - измерения, которые выполняют с заранее установ-ленной точностью.
Иными словами,при технических измерениях погрешность измерения D не должна превышать заранее заданного значения [ D ]:
D £ [D],
где [ D ] – допустимая погрешность измерения.
Именно такие измерения наиболее часто осуществляются в производстве, откуда и взято их наименование.
Метрологические измерения выполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной (при имеющихся ограничениях) погрешности измерения D, что можно записать как
D ® 0.
Такие измерения имеют место при эталонировании единиц, при выполнении уникальных исследований.
В тех случаях, когда точность результата измерений не имеет принципиального значения, а цель измерений состоит в приблизительной оценке неизвестной физической величины прибегают к ориенти-ровочным измерениям, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах, поскольку любая реализуемая в процессе измерений погрешность D, принимается за допустимую [ D ]
[D] = D.
Общность метрологического подхода ко всем этим видам измерений состоит в том, что при любых измерениях определяют значения D реализуемых погрешностей, без чего невозможна достоверная оценка результатов.
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 100 | Нарушение авторских прав