1. Общие сведения об измерениях.
Измерение – процесс, заключающийся в определении значения физической величины с помощью специальных технических средств.
Результат измерения – некоторое число принятых для данной величины единиц, дающих количественную информацию о свойствах измеряемой физической величины.
Истинное значение – значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношении свойства измеряемого объекта. Истинное значение недостижимо.
Действительное значение – значение определенное экспериментально и настолько приближено к истинному значению, что используется вместо него.
Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено значение единицы. Для измерений необходимо воспроизвести единицу величины, сравнить с измеряемой величиной, зафиксировать результат, оценить погрешность.
2.Сущность и основные характеристики измерений.
Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств – средств измерений.
При измерении физическая величина сравнивается с некоторым ее значением, принятым за единицу. Результат измерения (значение физической величины) представляет собой, как правило, именованное число: числовое значение измеряемой величины и наименование единицы. Например, U=1,5 В, Р=0,27 кВт, F=528 Гц.
Результат измерения обязательно должен сопровождаться данными о погрешности измерения ΔQ. Поскольку погрешность измерения имеет всегда вероятностный смысл, должна быть оценена и вероятность ее появления Р. Поэтому результат измерения должен содержать:
числовое значение измеряемой величины,
наименование единицы,
значение погрешности
ее вероятность P.
Например, U=1,15 В, ΔU=±0,05 В, Р=0,95. Погрешностью характеризуется точность измерений: чем меньше погрешность, тем выше точность.
Наука об измерениях называется метрологией. К проблемам метрологии относятся: общая теория измерений, методы и средства измерений, методы определения точности, единицы измерения, эталоны, обеспечение единства измерений.
Объект измерения – это физическая величина, которая подлежит измерению, например частота передатчика, напряжение выпрямителя.
Средства измерений – это технические средства, используемые для целей измерений и имеющие нормированную точность. Средства измерений образуют основу измерительной техники.
Принцип измерений составляет совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.
Метод измерений представляет собой совокупность приемов, принципов и средств измерений, обеспечивающую сравнение измеряемой величины с единицей.
Условия измерений характеризуются наличием влияющих величин. Влияющими величинами могут быть высокие и низкие температуры, вибрации и ускорение, повышенное и пониженное давление, электрические и магнитные поля и т.д. Влияние этих величин на средства измерений должно быть изучено, учтено или исключено.
Человек-оператор – лицо, проводящее измерения (субъект измерения).
3. Методы и виды измерений.
Под методом измерений понимают совокупность приемов использования принципов и средств измерений, выбранную для решения конкретной измерительной задачи. В понятие метода измерений входят как теоретическое обоснование принципов измерения, так и разработка приемов применения средств измерения.
Как известно, искомое значение физической величины находится посредством сопоставления ее с мерой, материализующей единицу этой величины. В зависимости от способа применения меры различают методы непосредственной оценки и методы сравнения. При измерении методом непосредственной оценки искомое значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству средства измерения, которое проградуировано в соответствующих единицах. Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, сравнение массы на рычажных весах). Отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие меры в процедуре измерения, в то время как в методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, а ее размеры перенесены на отсчетное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке. Обязательным в методе сравнения является наличие сравнивающего устройства.
Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей: нулевой метод, дифференциальный метод, метод замещения и метод совпадений.
Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и встречного воздействия меры на сравнивающее устройство сводят к нулю.
Рисунок 9 - Методы сравнения
При дифференциальном методе полное уравновешивание не производят, а разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, отсчитывается по шкале прибора.
Метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.