Что такое измерение. Классификация измерений. Виды погрешностей при измерении

Измерение (ДСТУ 2681-94) - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Чтобы иметь представление о физической величине с количественной точки зрения, необходимо выразить её числом, т.е. измерить.

Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении множеству объектов и индивидуальное в количественном отношении у каждого из них.

Единство измерений -это такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах. Это необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Определить истинное значение величин, то есть такое значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношении соответствующее свойство объекта, не представляется возможным. На практике определяется действительное значение величины - значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Результат измерения - оценка измеряемой величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц полученная путем измерения.

Классификация измерений

По способу получения числового значения искомой величины (иначе, по характеру уравнения измерения) измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные. Такая классификация важна с точки зрения обработки экспериментальных данных и расчета погрешностей.

При прямом измерении искомое значение измеряемой величины находят непосредственно их опытных данных, то есть прямо по шкале прибора (иногда показания прибора умножают на некоторый коэффициент, вводят соответствующие поправки и так далее).

Например, измерение температуры стеклянным термометром, длины - метром, точки - амперметром и так далее.

При этом простота и сложность процесса измерений во внимание не принимаются. Существенным признаком прямых измерений является то, что результат выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина.

При косвенных измерениях искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, которые находят в результате прямых, а иногда и косвенных, совместных или совокупных измерений.

Например, нахождение плотности твердого тела как отношения массы тела к его объему, причем, масса и объем измеряются непосредственно нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения: измерение расхода жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве.

Таким образом, косвенное измерение всегда связано с расчетом (однако измерение поправки не превращает прямое измерение в косвенное).

Прибегать к косвенным измерениям приходится тогда, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения.

При проведении измерений неизбежно возникают погрешности, состоящие из погрешности инструментальной и погрешности метода измерений, которые могут иметь систематические и случайные составляющие. Кроме того, в процессе измерения могут быть допущены промахи или грубые погрешности.

Виды погрешности измерений

0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5

№ измерения

а – систематическая;

б – случайная

Систематическими называют погрешности, которые в процессе последовательных измерений остаются постоянными или изменяются по определенному закону (а). Систематические погрешности могут быть изучены, а результат уточнен путем введения поправок к показаниям измерительного устройства или применения других способов измерения, исключающих влияние систематических погрешностей. (Например – определение марки цемента – пластинки из нержавеющей стали с рабочей поверхностью 40 х 62,5 мм отшлифованы и закалены до твердости HRC 55-60 с последующим хромированием.)

Случайными называют такие погрешности, которые при повторных измерениях одной и той же величины принимают различные значения. Эти значения взаимно независимы и могут быть положительными или отрицательными по знаку (б).

В отличие от систематических случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений. Равным образом невозможно установить размер случайной погрешности, если произведено только одно измерение. Случайные погрешности изучают по результатам некоторого числа повторных измерений с использованием математической статистики и теории вероятности. Это дает возможность найти значение измеряемой величины, более близкое к истинному, чем результат одного измерения.

Промахи (грубые погрешности) – это такие погрешности, которые значительно превышают объективно допустимые систематические или случайные погрешности. Промахи обычно возникают в результате ошибок наблюдателя, а также вследствие неисправности приборов или резкого изменения условий измерения. (например – если перепутать диапазон нагрузок пресса).