Методы и средства измерений

Основное уравнение измерений

В метрологии объектами измерений являются физические величины. Различные объекты обладают различными свойствами (масса, прочность, твердость), которые могут служить их качественными характеристиками.

Одинаковые свойства для различных объектов могут отличаться количественно. Для того чтобы установить отличие количественного содержания какого-то свойства в каждом объекте используется понятие «физическая величина».

Под физической величиной понимается свойство общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуально для каждого объекта.

Количестве6нной характеристикой любых свойств является размер, поэтому для определения количественного содержания какого-то свойства в изучаемом объекте в метрологии введено понятие «размер физической величины». Размер массы стола =5кг.

На практике размер физической величины зависит от принятой единицы величины (дюймы и метры).

Размер величины может выражаться в виде обличенного числа, без указания единицы – числовое значение физической величины.

Количественная оценка физической величины представленная числом с указанием единицы этой величины называется значением физической величины.

Значение физической величины X математически представляется:

X=q[х] – основное уравнение измерений.

q – числовое значение величины Х.

q[х] – единица величины Х.

В соответствии с данным уравнением измерение может характеризоваться как совокупность операций, выполняемых с помощью технических средств хранящих единицу величины, позволяющих сопоставлять измеряемую величину с единицей и тем самым получать значение измеряемой величины.

В любом случае в процессе измерения получаемый результат с какой-то вероятностью является оценкой истинного значения величины. Это объясняется при помощи следующих постулатов:

1)Результата измерения всегда случайная величина.

2)Процесс измерения осуществляется путем сравнения известной и неизвестной однородных величин.

3)Для повышения точности измерений необходимо проводить тщательный анализ исходной информации.

Исходя из основного постулата метрологии абсолютно точно определить истинное значение измеряемой величины невозможно, поэтому считается, что с помощью измерений с установленной погрешностью можно определить действительное (условно – истинное) значение величины.

Полученное значение может рассматриваться как величина, значение которой наиболее точно отображает в данной задаче истинное значение величины.

В зависимости от отношений между величинами в их совокупности, они делятся на следующие виды:

1)Величины на множестве размеров которых определены только их отношения в виде сопоставления (отношения порядка или эквивалентности (слабее – сильнее, мягче – тверже, сила ветра)).

2)Величины для которых отношение порядка или эквивалентности определяются не только между размерами величин, но и между разностями величин в парах их размеров. (показания ртутного термометра)

+5°…+10°С

+20°…+30°С

Для обоих результатов измерений возможно установление отношений порядка как к отдельным значениям величины, так и к их парам.

3)Величины на множестве размеров которых кроме отношений порядка и эквивалентности возможны операции сложения или вычитания (свойство аддитивности). или умножения – деления (свойство мультипликативности (длина, масса)).

Шкалы измерений.

Основное уравнение измерений:

х₁-х₀ = (g₁-g₀)·[х]

х₁-х₀ – разность размеров Х.

(g₁-g₀) – числовое значение разности размеров.

Упорядоченная совокупность значений физической величины Х может являться основной для измерения данной величины и называется шкалой физической величины.

В соответствии с приведенным уравнением значение величины х₀ может быть принято за начало отсчета.

Значение величины х₁ может быть принято за границу отсчета с учетом того, что при дальнейшем изучении величины Х утрачивается ее линейность.

Значение х₁ и х₀ используемое для образования шкал называют опорными или реперными значениями величин рассматриваемыми в интервале.

Разность размеров х₁-х₀ величины Х называется основным интервалом шкалы, а некоторая доля основного интервала принимается за единицу шкалы. Шкалы величин третьего и второго вида обычно имеют х₀ =0.

В температурной шкале Цельсия за начало отсчета принята тройная точка воды, а за второй репер – температура кипения.

Все виды шкал измерений разделяются на следующие виды:

1)Шкала наименований характеризуется отношениями эквивалентности различных качественных проявлений свойств. Эти шкалы не имеют 0 и единицы измерения. В них отсутствуют отношения порядка (атлас цветов, визуальное определение шероховатости по образцам).

2)Шкала порядка. Описывает свойства величин не только отношениями эквивалентности, но и порядка по возрастанию (убыванию), по изменению количественного проявления свойств величины. В этих шкалах может применяться нулевая отметка, но отсутствует единица измерения (шкала силы ветра Бофорта, шкала силы землятресения Рихтера.

3)Шкала интервалов (разностей). Описывает свойства величин не только с помощью отношений эквивалентности и порядка, но и с применением суммирования и учитывается пропорциональность интервалов между колличествен6ными проявлениями свойств. Данные шкалы могут иметь нулевые реперы и единицы измерения, которые устанавливаются по согласованию. Имеют применение на практике (по шкале интервалов времени величину можно суммировать, вычитать и сравнивать размеры интервалов. К шкале интервалов относятся все шкалы длин.

4)Шкала отношений. На множестве количественных проявлений величин позволяет применять логические отношения эквивалентности, порядка, пропорциональности и суммирования. В данных шкалах используется естественный ноль, а единица измерения устанавливается по согласованию (шкала массы, шкала термодинамической температуры).

5)Абсолютная шкала. В ней кроме признаков шкалы отношений присутствует отдельный признак – отсутствие единицы измерений. Абсолютные шкалы создаются для измерения относительных величин (шкалы КПД, коэффициенты усиления, коэффициенты нелинейных искажений). Преимущественно используется в электро-, радиотехнике. Шкалы в которых не устанавливается единица измерения называются условными. (наименований, порядка). Шкалы интервалов и отношений называются метрические.