Элементы процесса измерения.

Основными элементами процесса измерения являются: субъект, объект измерения, принципы, методы и средства измерения, средства обработки измерительной информации, условия измерений, задача измерения, модели объекта измерения, средства измерения, а также априорная информация об объекте измерения.

Измерение это сложный процесс, включающий в себя взаимодействие ряда структурных элементов.

Начальным элементом каждого измерения является формулирование измерительной задачи.

Задача любого измерения это определение значения измеряемой величины с требуемой точностью в заданных условиях.

Объект измерения – это реально существующий физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Модель объекта измерения – это совокупность математических символов и отношений между ними, адекватно описывающих объект измерения. Основным требованием к модели является погрешность, обусловленная несоответствия модели объекту, а также погрешность, обусловленная измерением объекта (в процессе, измерения должны быть на порядок меньше требуемой погрешности измерения).

Априорная информация – это информация об объекте до начала измерения. На основе анализа субъектом априорной информации принимается решение о выборе модели. Модель не обязательно должна быть математической её характер определяется свойствами объекта измерения и целью измерения. Моделью измерения может служить любое приближенное описание объекта, которое позволяет выделить параметр модели, являющийся измеряемой величиной. Модель должна отражать две группы свойств объекта измерения, а именно определяемые при измерении и влияющие на результат измерения.

Построение адекватной модели является в общем случае сложной не формализуемой задачей. При этом необходимо решать две противоречивые проблемы: первая, желание учесть как можно больше свойств объекта и вторая обеспечить простоту модели.

Не учет факторов (упрощение модели) является причиной погрешностей.

Измерительная информация содержится в измерительной шкале, она поступает на вход средства измерения и преобразуется этим средством в выходной измерительный сигнал, имеющий форму удобную для восприятия субъектом или передачи.

Принцип измерения – это совокупность физических принципов, на которых основано измерение, например, при измерении напряженности магнитного поля принцип измерения может быть основан на эффекте Холла, либо на эффекте электромагнитной индукции.

Метод измерения – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с принципом измерения.

Метод измерения должен иметь минимальную погрешность и способствовать исключению систематических погрешностей либо переводу их в случайные погрешности.

Методы классифицируются по разным признакам, например, по физическому принципу различают методы: электрические, магнитные, акустические, механические и т.д.

В зависимости от режима взаимодействия средства и объекта измерения методы делятся на статические и динамические. Но наиболее распространенной является классификация по совокупности приемов использования принципов и средств измерения, по этой классификации различают метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредственной оценки состоит в том, что о значении измеряемой величины судят по показаниям одного средства измерения (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) проградуированных в единицах измеряемой величины.

Другую группу образуют методы сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.

При дифференциальном методе измеряемая величина x сравнивается непосредственно или косвенно с величиной, воспроизводимой мерой x_м,

x-x_м=∆x и о значении измеряемой величины судят по разности ∆x и по x_м,

x=x_м+∆x . Этот метод сочетает в себе признаки метода непосредственной оценки и применим этот метод в случае если измеряемая величина x и значение меры x_м мало отличаются друг от друга.

Разновидностью дифференциального метода является нулевой метод в этом случае разность между измеряемой величиной и мерой стремятся сделать равной нулю, и о значении измеряемой величины судят по значению меры. Для установления факта равенства меры и измеряемой величины применяют средства измерения называемые нуль-индикаторы.

Метод измерений реализуется в средстве измерений, т.е. техническом средстве, используемом при измерениях и имеющем нормированные метрологические характеристики. Средства измерений обладают одним из двух признаков, вырабатывают сигналы (показания), несущие информацию о значении измеряемой величины и воспроизводят величину заданного размера. Основным качеством модели средства измерения является его метрологические характеристики.

Метрологические характеристики – это характеристики, которые оказывают влияние на результат измерения и его погрешности и предназначены для оценки технического уровня и качества средства измерения, а также определения результатов измерений и расчетной оценки инструментальной составляющей погрешности.

В процессе измерения важную роль играют условия измерений – это совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерения. Изменение условий измерения приводит к изменению состояния объекта измерения, что в свою очередь влияет на погрешность измерения. Составляющая погрешности, обусловленная изменением условий, называется дополнительной погрешностью. Различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений.

Нормальные условия – это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные области значения. Нормальная область значений влияющей величины – это область, в пределах которой изменением результата под воздействием влияющей величины можно пренебречь. Погрешность средства измерения в нормальных условиях называется основной.

Некоторые нормальные значения влияющих величин:

- температура 20^оС (293К),

- давление при измерениях ионизирующих излучений, температурных, магнитных, электрических измерениях это 750 мм.рт.ст. или 100кПа,

- давление для линейных измерений, измерений массы, силы света

760 мм.рт.ст. или 101,3кПа,

- относительная влажность для линейных, измерений массы и т.д. 58%, при измерениях электрического сопротивления 55%, при измерениях температуры, переменного электрического тока, ионизирующих излучений 65% и для всех других 60%,

- плотность воздуха 1,2 кг/м³,

- ускорение свободного падения 9,8 м/с²,

- магнитная индукция, напряженность электростатического поля для измерений параметров движения, магнитных и электрических величин должны быть равны нулю, магнитная индукция и напряженность поля для других соответствует геомагнитному полю Земли для данного географического района,

- номинальная частота сети 50Гц 1% и напряжение питания 220В 10%.

Рабочими называются условия, при которых влияющие величины находятся в пределах рабочих областей, в которых нормируется дополнительная погрешность.

Предельные условия измерений - условия, которые могут выдержать средства измерений без разрушения.

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей.

Точность измерений – это качественная характеристика, отражающая близость к нулю погрешности измерения.

Достоверность измерений – это степень доверия к результату измерения, она характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах (доверительная вероятность).

Правильность характеризует близость к нулю систематических погрешностей.

Сходимость результатов измерений это характеристика качества, отражающая близость друг другу результатов измерения одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами в одних и тех же условиях. Сходимость отражает случайную погрешность измерения.

Воспроизводимость результатов измерений отражает близость друг к другу результатов измерения одной и той же величины в разных условиях, разными методами и разными средствами измерений.