Вопрос 1. Физическая величина. Измерения. Единство измерений.

Вопрос 1. Физическая величина. Измерения. Единство измерений.

Величина – это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств процессов и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно.

Физическая величина в общем случае может быть представлена как величина, свойственным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных и технических науках.

Физические величины – это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Единица ФВ [Q] – это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, применяется для количественного выражения однородных ФВ.

Значение физической величины Q – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Основное уравнение измерения: Q=q[Q]

Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не входят за установленные границы с заданной вероятностью. Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодательная метрология, которая представляет собой свод государственных актов и нормативно-технических документов различного уровня, регламентирующих метрологические правила, требования и нормы.

Вопрос 2. Погрешность измерений.

Погрешность измерений – это отклонение значений величины, найденной путем ее измерения, от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Погрешность измерений ∆X_изм – это отклонение результата измерений x от истинного (действительного) x_и (x_д) значения измеряемой величины:

∆x_изм=x-x_и

Погрешность прибора – это разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

Разница между погрешностью измерения и погрешностью прибора заключается в том, что погрешность прибора связана с определенными условиями его проверки.

Все погрешности средств измерений в зависимости от внешних делятся на основные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность средства измерения при нормальных условиях эксплуатации.

В рабочих условиях, которые могут отличаться более широким диапазоном влияющих величин, при необходимости нормируется дополнительная погрешность.

Погрешность может быть абсолютной, относительной и приведенной.

Абсолютной называют погрешность измерения, выраженную в тех же единицах, что и измеряемая величина. Абсолютная погрешность определена как разность ∆= x – x_и или ∆= x – x_д, а относительная - как отношение δ= ±(∆/x)*100% или δ= ±(∆/x_д)*100%

Приведенная погрешность ϒ = ±(∆/x_N)*100%, где x_N – нормированное значение величины.

Вопрос 3. Основное уравнение измерений.

Уравнение Q=q[Q] называется основным уравнением измерения. Суть простейшего измерения состоит в сравнении ФВ Qс размерами выходной величины регулируемой многозначной меры q[Q]. В результате сравнения устанавливаются, что q[Q])<Q<(q+1)[Q].

Вопрос 4. Размер ФВ.

Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «ФВ». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас ФВ.

Значение ФВ получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения Q=q[Q], связывающим между собой значение ФВ Q, числовое значение q и выбранную для измерения единицу [Q]. В зависимости от размера единицы будет меняться числовое значение ФВ, тогда как размер ее будет оставаться неизменным.

Размер единицы ФВ устанавливается законодательно путем закрепления определения метрологическими органами государства.

Важной характеристикой ФВ является ее размерность dim Q – выражение в форме степенного многочлена, отражающее связь данной величины с основными ФВ.Коэффициент пропорциональности принят равным единице.

dim Q =L^αM^βT^ϒI^µ…., где L,M,T,I – условное обозначение основных величин данной системы, а µ,ϒ,β,α – целые или дробные, положительные или отрицательные вещественные числа.

Показатель степени, в которую возведена размерность основной величины, называют показателем размерности. Если все показатели размерности равны нулю, то такую величину называют безразмерной.

Размерность ФВ является более общей характеристикой, чем представляющее ее уравнение связи, поскольку одна и та же размерность может быть присуща величинам, имеющим разную качественную природу и различающимся по форме определяющего уравнения.

Вопрос 5. Виды ФВ. Вид уравнений, связывающих между собой различные ФВ.

Величины можно разделить на два вида: идеальные и реальные.

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, на физические и нефизические. ФВ в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам, изучаемым в естественных и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным наукам – философии, социологии и т.д.

По видам явлений ФВ делятся на следующие группы:

Вещественные, т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них.

Энергетические, т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии.

Характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

Уравнения связи между величинами – уравнения, отражающие законы природы, в которых под буквенными символами понимаются ФВ. Они могут быть записаны в виде, не зависящем от набора единиц измерений входящих в них ФВ:

Q=K X^aY^bZ^g…..

Коэффициент К не зависит от выбора единиц измерений, он определяет связь между величинами.

Уравнение связи между числовыми значениями ФВ – уравнения, в которых под буквенными символами понимают числовые значения величин, соответствующие выбранным единицам. Вид этих уравнений зависит от выбранных единиц измерения. Они могут быть записаны в виде:

Q=K_eKX^aY^bZ^g…..

К_е – числовой коэффициент, зависящий от выбранной системы единиц.

Вопрос 6. Шкалы измерений.

Шкала ФВ – это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

Пять основных типов шкал измерений:

Шкала наименований (шкала классификации) используется для классификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности. Эти свойства нельзя считать ФВ, поэтому шкалы такого вида не являются шкалами ФВ (атласы цветов).

Шкала порядка (шкала рангов). Если свойство данного эмпирического объекта проявляет себя в отношении эквивалентности и порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства, то для него может быть построена шкала порядка (шкала Мооса для определения твердости материалов).

Условная шкала - это шкала ФВ, исходные значения которой выражены в условных единицах (например, шкала вязкости Энглера).

Шкала интервалов (шкала разностей). Эти шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объектов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (шкала Цельсия, Фаренгейта).

Шкала отношений. Эти шкалы описывают свойства эмпирических объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода – аддитивные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода – пропорциональные). (пример, шкала массы (второго рода), термодинамической температуры (первого рода).

Абсолютные шкалы. Под абсолютными понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений. Но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения.

Шкалы наименований и порядка называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений – метрическими (материальными).

Вопрос 7. Истиннное значение величины и действительное.

Под истинным значением ФВ понимается значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства технических систем через ее выходной параметр.

Поскольку истинное значение есть идеальное значение, то в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение, найденное экспериментальным методом, например с помощью более точных СИ.

Дата добавления: 2015-08-29