Характеристики измерений

Практическое занятие № 2

 

Цель и задачи практического занятия

Целью практической работы № 2 изучение и закрепление знаний по теории измерений

В результате проведенного занятия курсант должен знать:

- основные характеристики измерений;

- классификацию измерений;

- основные постулаты метрологии

- шкалы и методики выполнения измерений

Основные теоретические положения

 

Виды измерений

Цель измерения – получение значения этой величины в форме, наиболее удобной для пользования. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, информация о котором преобразуется в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора.

Существует несколько классификаций измерений:

по характеристике точности - равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях), неравноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях);

по числу измерений в ряду измерений – однократные, многократные;

по отношению к изменению измеряемой величины – статические (измерение неизменной во времени физической величины, например измерение длины детали при нормальной температуре или измерение размеров земельного участка), динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например измерение переменного напряжения электрического тока, измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета);

по выражению результата измерений – абсолютные (измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант, например, измерение силы F основано на измерении основной величины массы m и использовании физической постоянной – ускорения свободного падения g) и относительные (измерение отношения величины к одноименной величине, выполняю- щей роль единицы. Например, это может быть относительная влажность, относительное давление, удлинение и т. д.)

По общим приемам получения результатов измерений выделяют:

Прямые измерения – процесс, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Простейшие случаи прямых измерений – измерения длины линейкой, температуры – термометром, напряжения – вольтметром и т. п.

Косвенные измерения – вид измерения, результат которых определяют из прямых измерений, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Например, площадь можно измерить как произведение результатов двух линейных измерений координат, объем – как результат трех линейных измерений. Так же сопротивление электрической цепи или мощность электрической цепи можно измерить по значениям разности потенциалов и силы тока.

Совокупные измерения – это измерения, в которых результат находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Например, совокупными являются измерения, при которых массу отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместными измерениями называют производимые прямые или косвенные измерения двух или нескольких не одноименных величин. Целью таких измерений является установление функциональной зависимости между величинами. Например, совместными будут измерения температуры, давления и объема, занимаемого газом, измерения длины тела в зависимости от температуры и т. д.

Характеристики измерений

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерения, метод измерения, погрешность, точность, достоверность и правильность измерений.

Принцип измерений – физическое явление или их совокупность, положенные в основу измерений. Например, масса может быть измерена опираясь на гравитацию, а может быть измерена на основе инерционных свойств. Температура может быть измерена по тепловому излучению тела или по ее воздействию на объем какой-либо жидкости в термометре и т. д.

Метод измерений – совокупность принципов и средств измерений. В у помянутом выше примере с измерением температуры измерения по тепловому излучению относят к неконтактному методу термометрии, измерения термометром есть контактный метод термометрии.

Погрешность измерений – разность между полученным при измерении значением величины и ее истинным значением. Погрешность измерений связана с несовершенством методов и средств измерений, с недостаточным опытом наблюдателя, с посторонними влияниями на результат измерения. Подробно причины погрешностей и способы их устранения или минимизации рассмотрены в специальной главе, поскольку оценка и учет погрешностей измерений являются одним из самых важных разделов метрологии.

Точность измерений – характеристика измерения, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность выражается величиной, обратной модулю относительной погрешности, т.е.

(2.1)

где Q – истинное значение измеряемой величины, Δ – погрешность измерения, равная

Δ=X−Q(2.2)

где X – результат измерения. Если, например, относительная погрешность измерения равна 10−2%, то точность будет равна 104.

Правильность измерений – качество измерений, отражающее близость к нулю погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются в процессе измерения. Правильность измерений зависит от того, насколько верно (правильно) были выбраны методы и средства измерений.

Достоверность измерений – характеристика качества измерений, разделяющая все результаты на достоверные и недостоверные в зависимости оттого, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Результаты измерений, достоверность которых неизвестна, могут служить источником дезинформации

Методы измерений

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Методы измерений классифицируют по нескольким признакам.

По общим приемам получения результатов измерений различают:

1. прямой метод измерений;

2. косвенный метод измерений.

Первый реализуется при прямом измерении,

второй – при косвенном измерении, которые описаны выше.

По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром)

Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки определяют значение величины непосредственно по отсчетному устройству показывающего СИ (термометр, вольтметр и пр.). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет в СИ шкала, проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных СИ.

При методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями). Существует ряд разновидностей этого метода: нулевой метод, метод измерений с замещением, метод совпадений.

Нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на измерительный прибор доводится до нуля (этот метод часто также называют компенсационным);

Дифференциальный метод, при котором образуют и измеряют разность измеряемой и известной величин;

Метод замещения, при котором измеряемую величину замещают в процессе измерений известной величиной;

Метод совпадений, при котором образуют разность измеряемой и известной величин и оценивают ее по совпадениям или биениям.

Шкалы измерений

Понятия физическая величина и измерение тесным образом связаны с понятием шкалы физической величины - упорядоченной совокупностью значений физической величины, служащей исходной основой для измерений данной величины. Шкалой измерений называют порядок определения и обозначения возможных значений конкретной величины или проявлений какого-либо свойства.