Лекция 2. Основы измерений

Измерение – получение информации о размере физической или нефизической величины.

Модель измерения и основные постулаты метрологии

В простейшем случае модель измерения (рис. 2.1) может быть описана функциональной зависимостью изменения выходного сигнала у от изменения входного сигнала х, как

у = f (x).

Рис. 2.1. Модель измерения

ТС – техническая система. СИ – средство измерения.

Однако в процессе измерений возникают различные внешние и внутренние помехи т.. z_r.., которые вносят погрешность в результат измерения. Причем каждая из составляющих имеет свою плотность вероятности f (x), fly), f (z). Это определяет тот факт, что при многократном измерении одной и той же величины x одним и тем же средством измерения в одинаковых условиях результаты измерения, как правило, различаются между собой и не совпадают с истинным х_ц значением физической величины

Под истинным значением физической величины понимается значение, которое идеальным образом отражало бы в качествен ном и количественном отношениях соответствующие свойства ТС через ее выходной параметр.

Поскольку истинное значение есть идеальное значение, то в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение х_д, найденное экспериментальным методом, например с помощью более точных СИ.

Изложенное позволяет сформулировать основные постулаты метрологии.

• Истинное значение определяемой величины существует, и оно постоянно.

• Истинное значение измеряемой величины отыскать невоз можно. Отсюда следует, что результат измерения у, как правило, математически связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.

Классификация измерений

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на статические и динамические.

Статически е измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной.

Динамически е – когда измеряемая величина изменяется.

По способам получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами, градуированными в требуемых единицах (сила тока – А – метром).

При косвенны х измерениях искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат.

 При совокупны х измерениях одновременно измеряют несколько однотипных величин и искомые значения величин находят путем решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместны е измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант (измерение напряжения в Вольтах).

Относительным называется измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

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

 Метод непосредственной оценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного преобразователя прямого действия.

 Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

Метод дополнения – значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, на прибор воздействовала их сумма

Метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения с помощью которого устанавливаются соотношения между этими величинами.

 

  Метод дифференциальный – на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

  Метод нулевой – результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

  Метод замещения – измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

  Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.