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
27.2. Виды 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 названных 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. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений — в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.
По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные.
Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна Е=тс 2 масса (m) — основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (c) — физическая константа.
Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерений.
С измерениями связаны такие понятия, как «шкала измерений», «принцип измерений», «метод измерений».
Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Поясним это понятие на примере температурных шкал.
В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатырного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной точки взята нормальная температура тела здорового человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна + 32°F, а температура кипения воды + 212°F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере мы видим роль принятой шкалы как в количественном значении измеряемой величины, так и в аспекте обеспечения единства измерений. В данном случае требуется находить отношение размеров единиц, чтобы можно было сравнить результаты измерений, т.е. t o F/t°C.
В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений и др.
Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа
цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей
Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала землетрясений, силы ветра, твердости физических тел и т.п.).
Шкала интервалов (разностей) имеет условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.
Шкала отношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Например, шкала массы (обычно мы говорим «веса»), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания. Сравните бытовые и аналитические весы.
Источник
Классификация измерений. 1. По способу получения информации существует 4 вида — прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения
1. По способу получения информации существует 4 вида — прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения. Прямые — искомое значение определяется непосредственным сравнением с мерой (линейка, вольтметр). Косвенные — искомое значение определяется по результатам прямых измерений других величин, связанных с искомой известной зависимостью (мощность как результат измерения силы тока и напряжения). Совокупные — искомое значение определяется решением системы уравнений по результатам прямых (или косвенных) измерений нескольких однородных величин (взаимоиндуктивнoсть между двумя катушками со сложением и вычитанием магнитных полей). Совместные — нахождение зависимости между несколькими неоднородными физическими величинами (температурная зависимость сопротивления терморезистора с определением коэффициентов уравнения для различных температур).
2. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений существует 3 вида — статические, динамические и статистические.
3. По количеству измерительной информации — однократные и многократные.
4. По отношению к основным единицам — абсолютные (как правило, прямые измерения основных физических величин), относительные (отношения однородных величин).
5. По точности определения результата измерения — эталонные, рабочие.
Классификация средств измерений, реализующих по совокупности виды измерений, описанные выше.
1. Основным видом средств измерений является мера, предназначенная для воспроизведения физической величины заданного размера (гиря, лампа, генератор). Меры бывают однозначные, многозначные (линейка) и в виде набора (плоскопараллельных концевых мер длины). Особый класс мер — стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов, особенно величины для физико-химических измерений в металлургии, медицине, экологии, производстве продуктов и т. п.
2. Измерительные приборы, которые предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По способу измерения информации приборы делятся на прямого действия (амперметр, термометр) и сравнения (весы, потенциометр), а по способу образования показаний — на показывающие и регистрирующие. Приборы существуют как в аналоговом, так и в цифровом исполнениях.
3. Измерительные преобразователи предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения. Как правило, эта информация не поддается непосредственному восприятию наблюдателем. преобразователь, стоящий первым в измерительной цепи, обычно называется первичным (термопара, сужающее устройство). Если первичный преобразователь имеет конструктивную самостоятельность и нормированную функцию преoбразования, то его называют датчиком. Как правило, датчики преобразуют неэлектрические величины в электрические. Существует огромный класс промежуточных (вторичных) преобразователей, которые, как правило, не меняют род физической величины. Широко известны аналоговые, аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи.
4. измерительные установки и системы — большой постоянно расширяющийся вид, представляет собой совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств (АИС — автоматизированная измерительная система, ИИС — информационно-измерительная система, ИВК — измерительно-вычислительный комплекс).
5. Вспомогательные устройства, служащие для обеспечения операций измерений, передачи и обработки информации и т. п. (источники питания, коммутаторы, усилители, термостаты и пр.), составляют вид измерительных принадлежностей.
В последнее время в законодательной метрологии под влиянием двух процессов — сертификации продукции, с одной стороны, и испытаний с целью утверждения типа, — с другой, возникают два новых наименования видов — «модуль» и «семейство». Считается, что «модуль» может быть прибором с самостоятельными характеристиками, и «семейство модулей» может составить новое средство измерений, структура которого легко модифицируется. Таким образом, несколько расширяется вид «установки и системы». Что касается «семейства», то этот вид имеет перспективу распространения на средства измерений одного типа, имеющие единую конструктивную основу, но различающуюся по диапазону измеряемой физической величины, и составляющие некоторую гамму средств измерений, перекрывающую какой-то диапазон значений.
3. Допуски, посадки, основные отклонения, квалитеты и их обозначения. Система вала и система отверстия.
4. Система единиц физических величин СИ.
Важное условие практического использования результата измерения, т. е. экспериментального определения какой-либо физической величины, — количественное представление этой физической величины в выбранной системе единиц. Долгое время в различных странах употреблялись различные системы единиц, спонтанно возникшие чаще всего из конкретных потребностей практики.
Особые единицы имели не только различные государства, часто и в пределах одной страны использовались разные единицы; так, например, во Франции каждый феодал имел право устанавливать свои меры. В справочнике инженера Н. И. Лепина, изданном для строителей и широко распространенном в дореволюционной России, можно обнаружить определения 100 различных футов, 46 различных миль, 120 различных фунтов и т.п.
Идею построения единой системы единиц на десятичной основе впервые высказал французский астроном Мутон, живший в XVII в. Немецкий математик Гаусс предложил систему единиц: миллиметр—миллиграмм—секунда. Система эта в свое время получила достаточно большое распространение и известна ныне как «абсолютная система единиц».
Потребности в унификации систем единиц привели к тому, что в 1954 г. Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча) практической системы единиц для международного обращения. В то же время на конференции была сформирована комиссия по разработке Международной системы единиц. Соответствующий проект был принят Международным комитетом по мерам и весам в том же году и в I960 г. утвержден XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Принятие Международной системы единиц, (СИ) явилось важным этапом развития мировой метрологической науки. В 1961 г. Государственный комитет стандартов, мер и измерительных приборов Совета Министров СССР утвердил ГОСТ 9867—01, названный «Международная система единиц».
Международная система единиц позволила согласовать коэффициенты пропорциональности в уравнениях, выражающих основные законы физики. Были унифицированы основные и производные единицы для всех областей пауки и техники, к которым данное конкретное исследование (теоретическое или экспериментальное) относится. Вообще она очень удобна для всех видов человеческой деятельности.
Международная система единиц (СИ) построена на шести основных единицах и двух дополнительных. Три первые основные единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовать производные единицы для всех величин, имеющих чисто механическую природу, а три остальные основные единицы (ампер, градус Кельвина, свеча) дают возможность образовать производные единицы для величин, не сводимых к механическим явлениям: ампер — для электрических и магнитных величин, градус Кельвина — для тепловых величин, свеча — для величин в области фотометрии.
Угловые единицы (радиан и стерадиан) не могут быть введены в число основные, так как это вызвало бы затруднения в трактовке размерностей величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга, работы пары сил и т.д.). По существу эти единицы являются производными, хотя и с той особенностью, что имеют одинаковый размер в различных системах единиц.
В табл. 2 и 3 даны перечни основных, дополнительных и производных единиц.
Определения основных и дополнительных единиц.
Метр—длина, равная 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона 86.
В 1791 г., при установлении метрической системы мер, метр был определен как одна десятимиллионная часть четверти парижского меридиана. Такое определение метра было продиктовано стремлением обеспечить неизменность и воспроизводимость единицы длины. По данным измерений части меридиана был изготовлен эталон метра в виде платиновой концевой меры, получившей в дальнейшем название «метр Архива». Однако в 1872 г. комиссия по прототипам метрической системы приняла рекомендацию определить метр длиной этого эталона, т. е. заменить «естественный» эталон метра искусственным, условным, из-за возможных расхождений при повторных измерениях части меридиана вследствие неизбежных погрешностей и отсутствия точных данных о фигуре Земли. Позднее были изготовлены платино-иридисвые штриховые эталоны метра для раздачи странам, подписавшим метрическую конвенцию, и один из них, а именно метр № 6, длина которого оказалась равной длине метра Архива, был утвержден в качестве международного прототипа метра.
Однако ширина штрихов, устанавливающих длину метра, составляла около 10 мкм, поэтому с помощью прототипа нельзя было определить метр с погрешностью, меньшей 0,1 мкм.
5. Классификация измерений. Понятие о точности измерений.
Источник
