Основные характеристики измерений
Классификация измерений по методу измерения.
Классификация измерений по характеру зависимости измеряемой величины от времени.
Классификация измерений по способу выражения результатов измерений.
Классификация измерений по способу получения результатов измерений.
Классификация измерений.
Обеспечение единства измерений.
Лекция №1.
Обеспечение единства измерений – это состояние измерений, при котором:
1) результаты измерений выражены в узаконенных единицах;
2) погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
Единство измерений позволяет обеспечить сопоставимость измерений, выполненных в разное время, разными людьми, разными средствами, разными методами.
Единство измерений обеспечивается: 1)единообразии средств измерений;2)правильность использования методик измерений.
Под единообразием средств измерения понимают такое их состояние, при котором все они проградуированы в одних и тех же узаконенных единицах, а их метрологические свойства соответствуют установленным нормам.
Единство измерений обеспечивается государственной системой обеспечения единства измерений. Это комплекс установленных стандартами взаимоувязанных правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений.
Технической ее основой являются:
1) эталонная база страны;
2) система передачи размера единиц;
3) рабочие средства измерений;
4) система государственных испытаний средств измерений;
5) система государственной и ведомственной метрологической аттестации и поверки средств измерений.
По способу получения результатов измерений различают: прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.
Прямыми называют измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных.
Косвенными называют измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между измеряемой величиной и величинами, определяемыми с помощью прямых измерений.
Совокупными называют измерения, при которых одновременно измеряются несколько одноименных величин и определяемое значение находят, решая систему уравнений, которую получают на основании прямых измерений одноименных величин.
Совместными называют измерения двух или более неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.
По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях определяемых величин.
Относительные измерения основаны на измерении отношения измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы.
По характеру зависимости измеряемой величины от времени различают статические и динамические измерения.
Статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина постоянна во времени.
Динамические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина меняется во времени.
По методу измерения различают метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.
Метод непосредственной оценки. В этом методе значение измеряемой величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
Метод сравнения с мерой. В этом методе тем или иным способом измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой.
Метод сравнения с мерой имеет следующие разновидности:
5. метод противопоставления – это метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, а прибор сравнения устанавливает соотношения между этими величинами;
6. дифференциальный метод – это метод, при котором на прибор сравнения воздействует разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой;
7. нулевой метод – это разновидность дифференциального метода, когда результирующее эффективное воздействие на прибор сравнения доводят до нуля, изменением величины воспроизводимой мерой;
8. метод замещения – это метод, при котором измеряемою величину замещают известной величиной воспроизводимой мерой при неизменном значении показателя отсчетного устройства;
9. метод совпадений (нониусный метод) – это метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Основными характеристиками измерений являются: принцип измерения, метод измерения, погрешность, точность, правильность и достоверность измерений.
Принцип измерения – это физическое явление, положенное в основу измерения.
Метод измерения – это совокупность приемов, использования физических явлений, на которых основано измерение.
Погрешность измерений – это отклонение результата измерения от его истинного значения. Является количественной характеристикой точности измерений.
Точность измерений – это оценка качества измерений, отображающая близость результатов измерений к истинному значению. Является качественной характеристикой и оценивается через погрешность измерений.
Правильность измерений – это качество измерений, отображающее близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений. Правильность измерений характеризует насколько верны средства измерений, используемые при эксперименте.
Достоверность измерений – это степень доверия к результатам измерений. Определяет число достоверно значащих цифр числового значения измеряемой величины. Измерения, для которых известны вероятностные характеристики отклонение результатов измерений от истинного значения, относят к категории достоверных.
Источник
Классификация измерений по способу выражения результатов
Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количествен-ного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой-либо физической величины [20].
Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.
По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на
- статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;
- динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.
Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления, динамическими — измерения пульсирующих давлений, вибраций.
По способу получения результатов измерений их разделяют на
Прямые — это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой , где — искомое значение измеряемой величины, а — значение, непосредственно получаемое из опытных данных.
При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).
Косвенные — это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле , где — искомое значение косвенно измеряемой величины; — функциональная зависимость, которая заранее известна, — значения величин, измеренных прямым способом.
Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.
Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.
Совокупные — это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при пря-мых измерениях различных сочетаний этих величин.
Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Пример. Необходимо произвести калибровку разновеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг (звездочкой отмечена гиря, имеющая то же самое номинальное значение, но другое истинное). Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Для этого про-ведем измерения, меняя каждый раз комбинацию гирь (цифры показывают массу отдельных гирь, — обозначает массу образцовой гири в 1 кг):
и т.д.
Буквы означают грузики, которые приходится прибавлять или отнимать от массы гири, указанной в правой части уравнения, для уравновешивания весов. Решив эту систему уравнений, можно определить значение массы каждой гири.
Совместные — это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.
В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 20 0 С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых из-мерений его сопротивления при различных температурах.
По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:
1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники.
К ним относятся в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения физических констант, прежде всего универсальных (например абсолютного значения ускорения свободного падения, гиромагнит-ного отношения протона и др.).
К этому же классу относятся и некоторые специальные изме-рения, требующие высокой точности.
2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого за-данного значения.
К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями, которые гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.
Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машиностроительных предприятиях, на щитах распределительных устройств электрических станций и др.
По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.
Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант.
Примером абсолютных измерений может служить определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.
Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
В качестве примера относительных измерений можно привести измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м 3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м 3 воздуха при данной температуре.
Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.
Принцип измерений — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.
Метод измерений — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.
Погрешность измерений — разность между полученным при измерении X’ и истинным Q значениями измеряемой величины:
Погрешность вызывается несовершенством методов и средств измерений, непостоянством условий наблюдения, а так-же недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств.
Точность измерений — это характеристика измерений, отражающая близость их результатов к истинно-му значению измеряемой величины.
Количественно точность можно выразить величиной, обратной модулю относительной погрешности:
Например, если погрешность измерений равна , то точность равна .
Правильность измерения определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоян-ными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины). Правильность измерений зависит, в част-ности, от того, насколько действительный размер единицы, в ко-торой выполнено измерение, отличается от ее истинного размера (по определению), т.е. от того, в какой степени были правильны (верны) средства измерений, использованные для данного вида измерений.
Важнейшей характеристикой качества измерений является их достоверность; она характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Результаты измерений, достоверность которых неизвестна, не представляют ценности и в ряде случаев могут служить источником дезинформации.
Наличие погрешности ограничивает достоверность измерений, т.е. вносит ограничение в число достоверных значащих цифр числового значения измеряемой величины и определяет точность измерений.
Источник
