Измерения и средства измерений

Измерение – совокупность операций по применению технического средства,го единицу физической величины с целью нахождения соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины. Например, с помощью измерительного прибора со шкалой сравнивается размер измеряемой физической величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и производится отсчёт.

Если Q – значение физической величины, U- единица физической величины, n - размер физической величины, то Q=nU. Это уравнение является основным уровнением измерения.

Рассмотрим классификацию измерений по различным признакам.

Прямое измерение (прямой метод измерения) – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно, например, измерение давления манометром, измерение длины штангенциркулем.

Косвенное измерение (косвенный метод измерения) – состоит в определении значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. (Например, психрометрический метод измерения относительной влажности воздуха по температуре сухого и мокрого термометров).

Совокупные измерения – измерения, проводимые для нескольких одноименных измеряемых величин, при которых искомые значения величин определяются путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. (Например, определение значений массы набора гирь по известным значениям нескольких из них).

Совместные измерения – это производимые одновременно измерения нескольких неодноименных величин для определения функционально зависимости между ними. Они применяются, например, для анализа сложных, многокомпонентных смесей. Этот вид измерений применяют в современных приборах с применением средств вычислительной техники. Например, измеряют оптическую плотность и температуру вещества.

Статическое измерение представляет собой измерение физической величины, которая не изменяется на протяжении времени измерения в соответствии с конкретной измерительной задачей.

Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Метод непосредственной оценки – определение значения измеряемой величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – сравнение измеряемой величины с величиной воспроизводимой мерой. Разновидности этого метода: дифференциальный метод – на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой и нулевой (компенсационный) метод – результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводится до нуля.

Измерительную информацию получают с помощью средств измерений. По конструктивному исполнению средства измерений разделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Меры физической величины – средства измерения, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины. Например, гиря, калибр, мерные линейки, стандартный образец.

Измерительные преобразователи – средства измерения, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения и дальнейших преобразований. Измерительные преобразователи входят в состав измерительных приборов или применяются вместе со средствами измерений. По характеру преобразования различаются аналоговые, цифро-аналоговые и аналого-цифровые измерительные преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные и промежуточные преобразователи. Первичный измерительный преобразователь – это измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Датчик представляет собой конструктивно обособленный измерительный преобразователь, от которого поступает измерительный сигнал. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, воспринимающего его информационные сигналы. Датчики подвергаются стандартизации по ряду параметров: по источникам питания, по форме и размерам монтажных плат, каркасов, панелей, конструкций корпусов, присоединительных узлов, по видам исполнений – пыле- и влагозащищенное, герметичное, виброустойчивое и т.д.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Измерительные приборы различаются типом выходной информации: приборы с аналоговой (непрерывной) выходной информацией, в которых часто применяются стрелочные индикаторы и приборы с цифровой выходной информацией, в которых используются, например, светодиодные индикаторы.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов для различных назначений.

По метрологическому назначению все средства измерения (СИ) подразделяются на рабочие и эталоны. Рабочие СИ предназначены для проведения технических измерений. Эталоны – это высокоточные средства измерений, используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Передача размера осуществляется в процессе поверки средств измерений. Целью поверки является установление их пригодности к применению.

Метрологические характеристики средств измерений – это характеристики средств измерений, которые влияют на результаты измерений и на их погрешности. Метрологические характеристики позволяют оценить применимость СИ для той или иной задачи и сравнить их между собой.

Одной из основных метрологических характеристик средств измерений является градуировочная характеристика, представляющая собой зависимость между значениями величин на входе и выходе, полученная экспериментально (в виде графика, формулы или таблицы).

Диапазон показаний средств измерений – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Диапазон измерений СИ – область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые пределы погрешности СИ.

Следует отметить, что диапазон показаний относится к шкале СИ, а диапазон измерений – к измеряемой физической величине. Диапазон измерений обычно меньше диапазона показаний.

Чувствительность СИ – свойство, определяемое отношением изменения выходного сигнала это средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Для измерительного преобразователя с линейной функцией преобразования h(х) = a + bx чувствительность определяется коэффициентом b.

Чувствительность не следует путать с порогом чувствительности - наименьшим значением измеряемой величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.

Цена деления шкалы средства измерений – разность значений величины между соответствующими двумя соседними отметками шкалы СИ.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность СИ. Погрешность СИ (инструментальная погрешность) является частью общей погрешности измерений.