Измерение как физический процесс

Классификация измерений

Целесообразность классификации измерений обусловлена удобством разработки методов измерений и обработки результатов измерений. Измерения различаются:

По способу нахождения числовых значений физических величин:

- прямые;

- косвенные;

- совместные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путем измерения физических величин различной физической природы. Пример: при измерении силы используют формулуи измеряют массу тела m и его ускорение a.

- совокупные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путём нескольких измерений других однородных физических величин. Пример: для измерения объема параллелепипеда используют формулу V = abc и проводят измерения его сторон.

По характеру точности результатов единичных измерений при проведении многократных измерений:

- равноточные – измерения физических величин, выполненные одинаковыми по точности средствами измерений в одинаковых условиях;

- неравноточные.

По виду физических величин, измеряемых при прямых измерениях для получения результата косвенных измерений:

- абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях основных (в системе СИ) величин и на использовании значений физических констант;

- относительные – измерение отношения физической величины к одноименной.

При относительных измерениях широко используется внесистемная безразмерная единица измерения – децибел.

Пример. При сравнении амплитуд U ₁ и U ₂ напряжений их отношение будет выражено в децибеллах, если его записать в виде . Если отношение амплитуд равно 1дБ, то это означает, что отношение амплитуд .

Отношение мощностей W ₁ и W ₂ выражается в децибеллах, если его записать в виде . Если отношение мощностей (квадратов амплитуд) равно 1дБ, то .

В акустике децибелл – это одна из основных единиц, выражающих уровень звукового давления Р: 1дБ – уровень звукового давления, для которого , где Р ₀ – пороговое значение (слышимости), принимаемое равным 2×10^-5 Па (Паскаль).

По характеру зависимости измеряемой физической величины от времени:

- статические – измерения физических величин постоянных во времени;

- динамические – измерения физических величин изменяющихся со временем;

- квазистатические – измерения физических величин изменяющихся со временем, но которые можно считать постоянными за время измерения. Отметим, что существуют более точные критерии квазистатических измерений, которые связаны с реакцией СИ на изменение измеряемой физической величины. Они будут рассмотрены ниже.

По условиям определения точности результатов:

- метрологические – измерения, проводимые с помощью эталонов, образцовых средств, с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размеров рабочим средствам измерения;

- технические – измерения, проводимые с помощью рабочих средств.

Измерение любой физической величины – это эксперимент, который включает в себя

следующие процедуры:

- выделение измеряемой физической величины из многих других, в том числе и одноимённых (например, шум или помеха), присущих объекту измерения и окружающим телам;

- преобразование измеряемой физической величины в другую, связанную с первой однозначно;

- сравнение измеряемой физической величины с мерой.

Для каждой из этих процедур используются соответствующие методы и средства. Объект измерения, средство измерения, окружающая среда и наблюдатель образуют единую физическую систему, между элементами которой имеют место взаимодействия и обмен энергией (см. рисунок).

Если измеряемая физическая величина пассивная (объект измерения – параметрического типа, например, резистор и его сопротивление), то для её измерения в объект требуется ввести энергию (создать электрическое поле, пропустить ток и т.д.) и свести измерения измеряемого параметра к изменению другого.

Если измеряемая физическая величина активная (объект измерения – генераторного типа, например, источник э.д.с. и его разность потенциалов), то в процессе измерения может быть использована часть энергии самого объекта.

Работа самого СИ и индикаторных устройств также сопровождается потреблением и выделением энергии. СИ представляет собой совокупность пассивных и активных материальных объектов и источников энергии, взаимодействующих между собой.

Вся описанная совокупность взаимодействий приводит к тому, что сигналы, несущие информацию об измеряемой физической величине, ”обрастают” дополнительными составляющими или искажаются. Эти дополнения и искажения, наряду с методическими погрешностями, приводят к инструментальным систематическим и случайным погрешностям измерений.