2.5. Планування та організація вимірювань.

Вимірювання фізичних величин є основою як наукового експерименту, так і масових вимірювань в усіх галузях народного господарства. Досліджувані процеси та об’єкти є багатогранними. Досліджуючи об’єкт чи технологічний процес, доводиться вимірювати ряд фізичних величин та параметрів технологічних процесів. Як і будь-яке інше експериментальне дослідження, вимірювання має певні стадії організації та виконання. Це зокрема:

1. формування мети;

2. складання програми експерименту, методична та матеріальна підготовка експерименту;

3. проведення експерименту;

4. опрацювання результатів вимірювань та оцінка похибки вимірювань;

5. аналіз отриманих результатів та формулювання оцінки проведених вимірювань.

Загалом вимірювання фізичних величин є багатоступінчастим процесом, що поєднує як саму процедуру вимірювань з її типовими вимірювальними операціями, так і ряд підготовчих та заключних процедур, які необхідно виконати до і після самих вимірювань.

Отже процес вимірювання можна розділити на три етапи:

1. підготовка та планування вимірювань;

2. виконання вимірювань;

3. опрацювання та аналіз отриманих даних.

Означення основних термінів з планування вимірювального експерименту дає ГОСТ 24026-80 „Исследовательские испытания. Планирование эксперимента”. Згідно з цим стандартом план експерименту – це сукупність даних, що визначають кількість, умови та послідовність виконання дослідів. Мета планування – підвищення ефективності одержання інформації про об’єкт дослідження, що потрібно для побудови його моделі, яка виражає залежність його вихідних величин від вхідних факторів, або для оцінки параметрів моделі, якщо вона заздалегідь вибрана.

Розділ 3. Засоби вимірювальної техніки.

Вимірювання фізичних величин зазвичай здійснюється шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних засобів. Залежно від виду вимірюваних величин, необхідної точності їх, умов проведення експерименту та виду потрібної інформації використовуються різноманітні засоби вимірювальної техніки, що видають відповідні сигнали вимірювальної інформації. Будь-яка фізична вимірювана величина завдяки засобам вимірювання перетворюється на відповідний сигнал, який спостерігач сприймає безпосередньо на шкалі приладу, або ж після перетворення і опрацювання передається через канали зв'язку на інші засоби вимірювання у вигляді сигналу зовсім іншої фізичної величини. Наприклад, вимірювання температури, тиску, густини супроводжуються перетворенням вимірюваної величини на сигнал (електричний, пневматичний, механічний), який за допомогою засобів відтворення видає значення вимірюваної величини на шкалі приладу.

3.1. Загальні поняття про засоби вимірювальної техніки.

Засобом вимірювальної техніки називають технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.

Згідно з ДСТУ 2681-94 до засобів вимірювальної техніки належать засоби вимірювань та вимірювальні пристрої.

Засіб вимірювань – це засіб вимірювальної техніки, який реалізує проце­дуру вимірювань. Від засобів вимірювань залежить правильне визначення вимірюваної величини в процесі вимірювання. До засобів вимірювань відносяться вимірювальні прилади, реєструвальні прилади, вимірю­вальні канали, вимірювальні установки, вимірювальні системи, кодові засоби вимірювань.

Вимірювальний прилад - це засіб вимірювання, в якому створюється візуальний сигнал вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття. Як правило, вимірювальний прилад має пристрої для перетворення вимірюваної величини в сигнал вимірювальної інформації і його індикації у формі найбільш доступній для сприйняття.

За формою видачі інформації прилади поділяються на аналогові, покази яких є неперервною функцією вимірюваної величини , та цифрові, покази яких дискретні, а інформація подається у цифровій формі.

Прилади бувають показові, самописні, сигнальні, регулювальні з лічильниками, з нормувальними перетворювачами та іншими додатковими функціональними засобами.

Розрізняють наступні типи приладів:

1. прилади, які показують – показуючі;

2. прилади, які реєструють – реєструючі;

3. прилади, які інтегрують - інтегруючі;

4. прилади, які сумують – сумуючі;

5. прилади прямої дії;

6. прилади порівняння.

Наприклад, мікрометр і цифровий вольтметр відносяться до показуючих приладів; барограф - до реєструючих, амперметр і скляний ртутний термометр до приладів прямої дії; компаратор для лінійних мір - до приладів порівняння.

Реєструвальний прилад - засіб вимірювань, в якому реєструється сигнал вимірювальної інформації

Вимірювальний канал – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв'язку та інших технічних засобів, призначених для створення сигналу вимірювальної інформації про одну вимірювану фізичну величину.

Вимірювальна установка - сукупність функціонально об'єднаних засобів вимірювальної техніки та допоміжних технічних засобів (стабілізуючих, перемикаючих, регулівних), розміщених в одному місці і призначених для вимірювань однієї або декількох фізичних величин та для формування сигналів вимірювальної інформації у формі, доступній для без­посереднього сприймання спостерігачем.

Наприклад, установка для вимірювань опору електротехнічних матеріалів, установка для досліджень феромагнітних матеріалів, установка для перевірки амперметрів тощо

Вимірювальна установка із зразковими засобами вимірювань називається повірочною установкою. Вимірювальна установка, яка входить до складу еталона називається еталонною.

Вимірювальна система (ВС) – це сукупність функціонально об’єднаних засобів вимірювальної техніки, засобів контролю, діагностування та інших технічних засобів, розміщених в різних точках досліджуваного простору (середовища, об’єкта тощо) з метою вимірювання однієї або декількох фізичних величин, властивих цьому простору, та формування (створення) сигналів вимірювальної інформації про вимірювані фізични величини у формі, доступній для автоматичного опрацювання, зберігання, передачі й використання в автоматичних системах управління.

Наприклад, вимірювальна система теплоелектростанції дозволяє отримувати вимірювальну інформацію про ряд фізичних величин в різних енергоблоках.

Вимірювальний пристрій – це засіб вимірювальної техніки, в якому виконується лише одна зі складових частин процедури вимірювань. Він має відокремлену конструкцію і самостійне призначення.

Наприклад, реєструючий пристрій вимірювального приладу містить стрічку для запису, стрічкопротягувальний механізм і пишучий елемент, або вимірювальний перетворювач (термопара в термоелектричному термометрі).

До вимірювальних пристроїв відносяться міри (фізичних величин), компаратори, вимірювальні перетворювачі, обчислювальні компоненти.

Міра фізичної величини (або міра) – засіб вимірювання у вигляді тіла або устрою, призначений для відтворення та зберігання фізичної величини заданого розміру, значення якого відомо з необхідною для вимірювань точністю. Наприклад, ваги – міри маси: 1кг; 0,5 кг; 0,2 кг тощо.

Розрізняють:

1. однозначні міри (наприклад, плоскопаралельна кінцева міра довжини, вимірювальні колби);

2. багатозначні міри ( наприклад, конденсатор змінної ємності);

3. набори мір ( наприклад, набір гирь, калібрів);

4. магазини мір (наприклад, магазин електричних резисторів).

Калібр - спеціальна міра, з якою порівнюються розміри різних деталей.

Компаратор – вимірювальний пристрій, що здійснює порівняння однорідних фізичних величин.

Компаратор – широко поширений засіб порівняння (наприклад, потенціометр або ричажна вага).

Вимірювальний перетворювач – засіб вимірювання, який має нормовані метрологічні характеристики та призначений для перетворення вимірюваної величини в іншу величину або сигнал вимірювальної інформації, зручний для обробки, зберігання, подальших перетворень, індикації та передачі на відстань.

Вимірювальний перетворювач входить до складу вимірювального приладу, вимірювальної установки або вимірювальної системи як найважливий пристрій, від якого залежать характеристики точності. Самостійного значення вимірювальний перетворювач не має.

Засіб вимірювань, в якому створюється кодовий сигнал вимірювальної інформації називається кодовим засобом вимірювань або аналого – цифровим перетворювачем.

Обчислювальний компонент – це сукупність засобів обчислювальної техніки та програмного забезпечення, призначена для виконання обчислювальних операцій під час вимірювань.

Допоміжні засоби вимірювання (вимірювальне приладдя) – це засоби (пристрої) для забезпечення необхідних зовнішніх умов при виконанні вимірювань.

До них, наприклад, належать термостат, барокамера, вимірювальні підсилювачі, пристрої для екранування впливу магнітного поля, звичайна лупа. Покази допоміжних засобів вимірювання використовуються для обчислення поправок до результатів вимірювання приладами прямого призначення. Наприклад, використання термометра для вимірювання температури навколишнього середовища при вимірюванні тиску вагопоршневим манометром або ж використання допоміжних засобів вимірювання для стабілізації величин, що впливають на точність вимірювання основних величин.

Вимірювальне приладдя дає можливість підвищити чутливість вимірювальних пристроїв.