Способ получения информации метрология

Классификация видов измерений

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т. е. линейкой.

Косвенные измерения – отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимосвязи всех трех величин можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совокупные измерения – сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

Совместные измерения – это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д. Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

По используемому методу измерения – совокупности приемов использования принципов и средств измерений различают:

• метод непосредственной оценки;
• метод сравнения с мерой;
• метод противопоставления;
• метод дифференциальный;
• метод нулевой;
• метод замещения;
• метод совпадений.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса: измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровнетехники; контрольно-поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заданное значение; технические (рабочие) измерения, в которых погрешность результата измерения определяется характеристиками средств измерений.

Источник

Реализация процессов измерения в метрологии: виды измерений

Для определения значения физической величины (ФВ) в метрологии используются средства измерения (СИ). Получаемое по результатам измерений значение ФВ называется действительным и равно перемножению числового значения в принятых единицах и единицы физической величины.

Различают принципы, методы, а также средства измерений.

Средства измерений – это технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Принцип измерений представляет собой физическое явление либо их совокупность, являющиеся основой измерений. К примеру, измерение температуры посредством термоэлектрического эффекта, измерение массы тела путем его взвешивания с использованием силы тяжести.

Методом измерений называется совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Виды измерений

Измерения классифицируют по различным критериям, среди которых:

• характер зависимости измеряемой ФВ от времени измерения;
• способ получения результатов в зависимости от вида уравнения измерений;
• условия, которые определяют точность результата;
• способ выражения результатов измерений;
• способ определения значений искомых ФВ;
• способ получения измерительной информации;
• тип и применяемые СИ.

Характер зависимости измеряемой ФВ от времени измерения

По данному критерию измерения бывают:

При статических измерениях измеряемая физическая величина постоянна во времени. К статическим относятся, например, измерения: постоянного давления, размеров изделия и т.д.

Способ получения результатов в зависимости от вида уравнения измерений

При прямых измерениях значение ФВ находят непосредственно из опытных данных. Формулу прямых измерений можно выразить как Q = X, в которой Q является искомым значением измеряемой ФВ, а X – значением, которое непосредственно получается из опытных данных. К прямым относятся, например, измерения: диаметра с помощью штангенциркуля или микрометра; длины посредством линейки или рулетки; температуры с помощью термометра и т.д.

При косвенных измерениях определение значения ФВ производится на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями.

Формула для вычисления значения искомой величины: Q = F(x1, x2 … xN), где Q – вычисляемое значение ФВ; как F обозначена известная функциональная зависимость, а значения x1, x2, …, xN получены прямыми измерениями.

К косвенным, например, относятся: измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек, определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров и др.

Широкое распространение косвенные измерения получила в случаях, когда нет возможности (или слишком сложно) измерить искомую величину прямым методом. А иногда величину и вовсе можно измерить только косвенным методом (к примеру, размеры внутриатомного порядка).

При совокупных измерениях значения величин определяются по результатам повторных измерений одной либо нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер либо этих величин.

Для вычисления значения ФВ решается система уравнений, которые составляются по результатам нескольких прямых измерений.

В качестве примера совокупных измерений можно привести нахождение масс отдельных гирь из набора. Другими словами, проводится калибровка по известной массе одной из этих гирь и по результатам прямых измерений и сравнения масс различных сочетаний гирь.

При совместных измерениях одновременно измеряются две или несколько разноименных величин с целью найти функциональную зависимость между ними. Например, в зависимости от температуры стержня определяется его длина.

Условия, которые определяют точность результата

Выделяют три класса измерений:

• максимально возможной точности;
• контрольно-поверочные;
• технические.

В класс измерений максимально возможной точности входят все высокоточные, в первую очередь эталонные измерения. Точность при этом максимально возможная при существующем уровне техники. Пример: измерения физических констант (абсолютное значение ускорения свободного падения и др.).

При контрольно-поверочных измерениях их погрешность с определенной вероятностью не должна быть выше некоторого заданного значения. В класс данных измерений входят измерения, которые выполняют лаборатории госконтроля за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники, а также заводские измерительные лаборатории.

При технических измерениях погрешность результата определяют характеристики средств измерений. Пример: измерения при производстве на промышленных предприятиях.

Способ выражения результатов измерений

В основе абсолютных – прямые измерения одной либо нескольких основных величин или использование значений физических констант. Приведем примеры абсолютных измерений: определение силы электрического тока в амперах (А), длины в метрах (м) и др.

При относительных измерениях искомая величина сравнивается с одноименной, которая играет роль единицы либо принята как исходная. Например: диаметр обечайки измеряется по числу оборотов мерного ролика.

Способ определения значений искомых ФВ

Выделяют 2 основных метода:

• непосредственной оценки;
• сравнения с мерой.

В первом случае значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Для примера: измерение давления манометром, длины посредством линейки и т.п.

Во втором случае измеряемая величина сравнивается с воспроизводимой мерой. Пример: с целью измерить диаметр калибра устанавливают оптиметр на ноль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра (отклонение от нуля). То есть производится сравнение измеряемой величины с размером блока концевых мер.

Способ получения измерительной информации

Тип и применяемые СИ

Выделяют следующие методы измерений:

• инструментальный (его основа – используются специальные технические средства, включая автоматизированные и автоматические);
• экспертный (его основа – суждения группы специалистов);
• эвристический (такие методы основываются на ситуации);
• органолептический (основа – используются органы чувства человека).

Различают также погрешности измерений, о которых речь пойдет в следующей статье.

Источник

Лекция 2. Виды и методы измерений

Сайт:	MOODLE — Виртуальная среда обучения КНИТУ (КХТИ)
Курс:	Метрология, стандартизация и сертификация
Книга:	Лекция 2. Виды и методы измерений

Напечатано::	Гость
Дата:	Четверг, 18 Ноябрь 2021, 11:08

Описание

1. Основные понятия и определения. Виды измерений.

2. Методы измерений.

3. Понятие о точности измерений.

4. Основы обеспечения единства измерений

Оглавление

1. Основные понятия и определения. Виды измерений

Измерение — совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

Измерения могут быть классифицированы по метрологическому назначению на три категории:

Ненормированные – измерения при ненормированных метрологических характеристиках.

Технические – измерения при помощи рабочих средств измерений.

Метрологические – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений.

Ненормированные измерения наиболее простые. В них не нормируются точность и достоверность результата. Поэтому область их применения ограничена. Они не могут быть применены в области, на которую распространяется требование единства измерений. Каждый из нас выполнял ненормированные измерения длины, массы, времени, температуры не задумываясь о точности и достоверности результата. Как правило, результаты ненормированных измерений применяются индивидуально, т.е. используются субъектом в собственных целях.

Технические измерения удовлетворяют требованиям единства измерений, т.е. результат бывает получен с известной погрешностью и вероятностью, записывается в установленных единицах физических величин, с определённым количеством значащих цифр. Выполняются при помощи средств измерений с назначенным классом точности, прошедших поверку или калибровку в метрологической службе. В зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения, необходимо выполнение калибровки или поверки средств измерений. Средство измерений, прошедшее калибровку или поверку, называют рабочим средством измерений. Примером технических измерений является большинство производственных измерений, измерение квартирными счётчиками потреблённой электроэнергии, измерения при взвешивании в торговых центрах, финансовые измерения в банковских терминалах. Средство измерений, применяемое для калибровки других средств измерений, называют образцовым средством измерений. Образцовое средство измерений имеет повышенный класс точности и хранится отдельно, для технических измерений не применяется.

Метрологические измерения не просто удовлетворяют требованиям единства измерений, а являются одним из средств обеспечения единства измерений. Выполняются с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Метрологические измерения выполняет метрологическая служба в стандартных условиях, сертифицированным персоналом.

В дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» рассматриваются технические измерения.

Можно выделить следующие виды измерений.

1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерений подразделяются на:

• статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;
• динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

2) По способу получения результатов измерений (виду уравнений измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непо­средственно из опытных данных (например, измерение диаметра штан­генциркулем).

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Совместными называют измерения двух или нескольких не одноимённых величин, производимые одновременно с целью нахождения функциональной зависимости между величинами (например, зависимости длины тела от температуры).

Совокупные – это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях мер или этих величин) путем решения системы уравнений.

3) По условиям, определяющим точность результата измерения, мето­ды делятся на три класса.

Измерении максимально возможной точности (например, эталонные измерения), достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения.

4) По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использования значений физических констант.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (например, измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика).

5) В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).

Комплексный метод характеризуется измерением суммарного пока­зателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).

2. Методы измерений

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализо­ванным принципом измерений. Можно выделить следующие методы из­мерений.

По способу получения значения измеряемых величин различают два основных метода измерений.

Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Разновидности метода сравнения:

• метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;
• дифференциальный метод, при котором измеряемую величину срав­нивают с известной величиной, воспроизводимой мерой;
• нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления по схеме моста с полным его уравнове­шиванием);
• метод совпадений, при котором разность между измеряемой величи­ной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпа­дения отметок шкал или периодических сигналов (например, считывание размера по основной и нониусной шкалам штангенциркуля).

При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов различают контактный и бесконтактный методы измерений.

В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают:

• инструментальный метод;
• экспертный метод, который основан на использовании данных не­скольких специалистов (например, в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине);
• эвристические методы, которые основаны на интуиции. Широко ис­пользуется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения;
• органолептические методы оценки, которые основаны на использо­вании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха, вкуса). Например, оценка шероховатости поверхности по образцу зрительно или на ощупь.

3. Понятие о точности измерений

Точность результата измерения – характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности его результата.

Эти погрешности являются следствием многих причин: несовершенства средств измерений, метода измерений, опыта оператора; недостаточной тщательности проведения измерения; воздействия внешних условий и т.д. Для оценки степени приближения результатов измерения к истинному значению измеряемой величины используются методы теории вероятности и математической статистики, что позволяет с определенной достоверностью оценить границы погрешностей, за пределы которых они не выходят. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбрать средства и методы измерения, обеспечивающие измерение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с требуемой степенью доверия к результатам измерений (достоверностью).

Класс точности – обобщённая метрологическая характеристика средства измерения.

Класс точности определяется и обозначается по-разному. Наибольшее распространение получили три варианта, каждый представляет собой выраженное в процентах значение относительной погрешности:

– относительно измеренного значения (относительная погрешность),

– относительно максимального значения шкалы (приведённая погрешность),

– относительно участка шкалы (приведённая к участку шкалы погрешность).

Рассмотрим эти три варианта.

Вариант 1. Относительная погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, результат измерения умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (10,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,010 В. Запись результата: (10,000 ± 0,010) В, с вероятностью 95 % (эта вероятность по умолчанию назначается для технических измерений, исходя из этой вероятности определяется и класс точности). При нормировании по относительной погрешности, значение класса точности заключают в кружок. Как правило, обозначение класса точности размещают в правом нижнем углу на шкале средства измерений.

Вариант 2. Приведённая погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, максимальное значение шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В. Максимальное значение шкалы составляет 20,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (20,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,020 В. Запись результата: (10,000 ± 0,020) В, с вероятностью 95 %. При нормировании по приведённой погрешности, значение класса точности не сопровождают никакими знаками.

Вариант 3. Приведённая к участку шкалы погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, размер участка шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Рассмотрим два примера, для случая, когда вся шкала поделена на два участка.

Пример 1. Участок шкалы от 0,000 В до 12,000 В, отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (12,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,012 В. Запись результата: (10,000 ± 0,012) В, с вероятностью 95 %.

Пример 2. Участок шкалы от 12,000 В до 20,000 В, также отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 15,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (8,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,008 В. Запись результата: (15,000 ± 0,008) В, с вероятностью 95 %. При нормировании по приведённой к участку шкалы погрешности, значение класса точности помещают над галочкой. Участки шкалы, относительно которых нормируется погрешность, обозначают галочками.

Варианты классов точности обусловлены отличием конструктивных, системных и схемотехнических решений средств измерений.

Корректная запись результатов

Запись результатов измерений производится по следующим правилам.

1) Погрешность указывается двумя значащими цифрами, если первая равна 1 или 2. Погрешность указывается одной значащей цифрой, если первая равна 3 или более. Все остальные цифры должны быть не значащими.

Значащей цифрой называется любая цифра числа, записанного в виде десятичной дроби, начиная слева с первой отличной от нуля цифры, независимо от того, где она находится – до запятой или после запятой.

2) Результат измерения округляется в соответствии с его погрешностью, т.е. записывается с той же точностью, что и погрешность.

Рассмотрим пример. Результат измерения: 10,645701, погрешность 0,012908.

1) Рассматриваем погрешность. Первая значащая цифра 1, поэтому оставляем две значащие цифры, округляя, записываем: 0,013.

2) Рассматриваем результат измерения. Погрешность записана с точностью до третьего знака после запятой, поэтому в результате также оставим три знака. Округляя, записываем: 10,646.

Корректная запись: 10,646 ± 0,013.

Корректная запись обеспечивает адекватность и сопоставимость результатов различных измерений и является одним из элементов единства измерений. Как правило, отбрасывание избыточных цифр не приводит к дополнительной погрешности, поскольку избыточные цифры обусловлены точностью вычислений, а не точностью измерений.

4. Основы обеспечения единства измерений

Специализация и кооперирование производства в масштабах страны, основанные на принципах взаимозаменяемости, требуют обеспечения и сохранения единства измерений.

Обеспечение единства измерений – деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с правилами, требованиями и нормами, установленными государственными стандартами и другими нормативно-техническими документами в области метрологии.

В 1993 г. был принят Закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», который устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в нашей стране. Он состоит из семи разделов: общие положения; единицы величин, средства и методики выполнения измерений; метрологические службы; государственный метрологический контроль и надзор; калибровка и сертификация средств измерений; ответственность за нарушение закона и финансирование работ по обеспечению единства измерений. В Законе дано следующее определение понятия «единство измерения»:

«Единство измерения – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью».

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Метрологическая служба – совокупность субъектов, деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает: государственные научные метрологические центры; органы Государственной метрологической службы регионов страны, а также городов Москва и Санкт-Петербург.

Источник