Что такое измерение физической величины виды измерений

Измерение (физика)

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

  • Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
  • Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность Примеры измерений

  1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
  2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая и не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Источник

Тема 2. Физические величины, средства и методы их измерения

Физические величины. Единицы величин

Физическая величина — это свойство, общее в качественном отно­шении для многих физических объектов, но в количественном отноше­нии индивидуальное для каждого из них.

Значение физической величины — это количественная оценка размера физической величи­ны, представленная в виде некоторого числа принятых для нее еди­ниц (например, значение сопротивления проводника 5 Ом).

Различают истинное значение физической величины, идеально от­ражающее свойство объекта, и действительное, найденное эксперимен­тально, достаточно близкое к истинному значению, которое можно ис­пользовать вместо него, и измеренное значение, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Совокупность величин, связанных между собой зависимостями, об­разуют систему физических величин, в которой имеются основные и производные величины.

Основная физическая величина — это вели­чина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная физическая величина — это величина, входящая в систему и определяемая через основные ве­личины этой системы.

Важной характеристикой физической величины является ее размер­ность (dim). Размерность — это выражение в форме степенного одно­члена, составленного из произведений символов основных физических величин и отражающее связь данной физической величины с физиче­скими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Единица физической вели­чины — это конкретная физическая величина, определенная и принятая по соглашению, с которой сравниваются другие величины того же рода.

В установленном порядке допускаются к применению единицы величин Международной системы единиц (СИ), принятой Генеральной конференцией по мерам и весам, рекомендованные Международной ор­ганизацией законодательной метрологии.

Различают основные, производные, кратные, дольные, когерент­ные, системные и внесистемные единицы.

Основная единица системы единиц — единица основной физической величины, выбранная при построении системы единиц.

Метр — длина пути, проходимая светом в вакууме за интервал вре­мени 1/299792458 доли секунды.

Килограмм — единица массы, равная массе международного про­тотипа килограмма.

Секунда — время, равное 9192631770 периодам излучения, соот­ветствующим переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположен­ным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 ∙ 10 -7 Н.

Кельвин — единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 мас­сой 0,012 кг.

Кандела — сила света в заданном направлении источника, испус­кающего монохроматическое излучение частотой 540 ∙ 10 12 Гц, энергети­ческая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Предусмотрены также две дополнительные единицы.

Радиан — угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан — телесный угол с вершиной в центре сферы, выреза­ющий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производная единица системы единиц — единица производной фи­зической величины системы единиц, образованная в соответствии с урав­нением, связывающим ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными. Например, единица мощности, выраженная через единицы СИ, 1Вт = м 2 ∙ кг ∙ с -3 .

Наряду с единицами СИ Закон «Об обеспечении единства из­мерений» допускает применение внесистемных единиц, т.е. единиц, не входящих ни в одну из существующих систем. Принято выделять не­сколько видов внесистемных единиц:

— единицы, допускаемые наравне с единицами СИ (минута, час, сутки, литр и др.);

— единицы, применяемые в специальных областях науки и техники
(световой год, парсек, диоптрия, электрон-вольт и др.);

— единицы, изъятые из употребления (миллиметр ртутного столба,
лошадиная сила и др.)

К числу внесистемных относят также кратные и дольные едини­цы измерения, имеющие иногда собственные наименования, например единица массы — тонна (т). В общем случае десятичные, кратные и дольные единицы образуются с помощью множителей и приставок.

Средства измерений

Под средством измерений (СИ) понимается устройство, предназна­ченное для измерений и имеющее нормированные метрологические ха­рактеристики.

По функциональному назначению СИ подразделяются на: меры, из­мерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведе­ния и хранения физической величины одного или нескольких раз­меров с необходимой точностью. Мера может быть представлена в виде тела или устройства.

Измерительный прибор (ИП) — средство измерения, предназначенное для извлечения измерительной информации и преобразования
ее в форму, доступную для непосредственного восприятия оператором. Измерительные приборы, как правило, имеют в своем составе
меру. По принципу действия различают ИП аналоговые и цифровые. По способу представления измерительной информации измеритель­ные приборы относятся либо к показывающим, либо к регистрирующим.

В зависимости от способа преобразования сигнала измерительной информации различают приборы прямого преобразования (прямого дей­ствия) и приборы уравновешивающего преобразования (сравнения). В приборах прямого преобразования сигнал измерительной информации преобразуется необходимое количество раз в одном направлении без применения обратной связи. В приборах уравновешивающего преобразо­вания, наряду с цепью прямого преобразования, имеется цепь обратного преобразования и измеряемая величина сравнивается с извест­ной величиной, однородной с измеряемой.

В зависимости от степени усреднения измеряемой величины выде­ляют приборы, дающие показания мгновенных значений измеряемой ве­личины, и приборы интегрирующие, показания которых определяются интегралом по времени от измеряемой величины.

Измерительный преобразователь — средство измерений, предназна­ченное для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, даль­нейших преобразований, индикации или передачи.

В зависимости от места в измерительной цепи различают преобразо­ватели первичные и промежуточные. Первичные преобразователи — это те, к которым подводится измеряемая величина. Если первичные пре­образователи размещаются непосредственно на объекте исследования, удаленном от места обработки, то они называются иногда датчиками.

В зависимости от вида входного сигнала преобразователи подразде­ляют на аналоговые, аналого-цифровые и цифроаналоговые. Широко распространены масштабные измерительные преобразова­тели, предназначенные для изменения размера величины в заданное число раз.

Измерительная установка — это совокупность функционально объ­единенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измери­тельных преобразователей) и вспомогательных устройств (сопряжения, питания и др.), предназначенных для одной или несколь­ких физических величин и расположенных в одном месте.

Измерительная система — совокупность функционально объеди­ненных мер, измерительных преобразователей, ЭВМ и других техни­ческих средств, размещенных в разных точках контролируемого объ­екта, с целью измерения одной или нескольких физических величин.

Виды и методы измерений

В метрологии измерение определяется как совокупность операций, выполняемых с помощью технического+- средства, хранящего единицу фи­зической величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение этой величины.

Классификация видов измерений по основным классификационным признакам представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Виды измерений

Признак Вид измерений
По виду измеряемой величины По способу нахождения измеряемой величины По способу выражения результата По характеру зависимости измеряемой величины от времени По точности измерения Измерения электрического сопротивления, напряжения, мощности и т.д. Прямые, косвенные, совместные, совокупные Абсолютные, относительные Статические, динамические Максимально возможной точности, технические

Прямое измерение — измерение, при котором исходное значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате вы­полнения измерения. Например, измерение амперметром силы тока.

Косвенное измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой ве­личиной и величинами, которые подвергаются прямым измерениям. На­пример, измерение сопротивления резистора с помощью амперметра и вольтметра с использованием зависимости, связывающей сопротивле­ние с напряжением и током.

Совместные измерения — это измерения двух или более неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Классическим примером совместных измерений является нахождение зависимости сопротивления резистора от температуры;

Совокупные измерения — это измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения ве­личин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях и различных сочетаниях этих величин.

Например, нахождение со­противлений двух резисторов по результатам измерений сопротивлений последовательного и параллельного соединений этих резисторов.

Абсолютные измерения — измерения, основанные на прямых изме­рениях одной или нескольких величин и использовании значений физи­ческих констант, например, измерения силы тока в амперах.

Относительные измерения — измерения отношения значения физи­ческой величины к одноименной величине или изменения значения ве­личины по отношению к одноименной величине, принятой за исходную.

К статическим измерениям относят измерение, при котором СИ работает в статическом режиме, т.е. когда его выходной сигнал (на­пример, отклонение указателя) остается неизменным в течение време­ни измерения.

К динамическим измерениям относят измерения, выполненные СИ в динамическом режиме, т.е. когда его показания зависят от динами­ческих свойств. Динамические свойства СИ проявляются в том, что уровень переменного воздействия на него в какой-либо момент времени обуславливает выходной сигнал СИ в последующий момент времени.

Измерения максимально возможной точности, достигаемой при су­ществующем уровне развития науки и техники. Такие измерения прово­дят при создании эталонов и измерениях физических констант. Харак­терными для таких измерений являются оценка погрешностей и анализ источников их возникновения.

Технические измерения — это измерения, проводимые в заданных условиях по определенной методике и проводимые во всех отраслях народного хозяйства, за исключением научных исследова­ний.

Совокупность приемов использования принципа и средств измерений называется ме­тодом измерения (рис.2.1).

Все без исключения методы измерений основаны на сравнении из­меряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной).

Метод непосредственной оценки характеризуется тем, что значе­ния измеряемой величины отсчитывают непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Шкала прибора заранее градуируется с помощью многозначной меры в единицах измеря­емой величины.

Методы сравнения с мерой предполагают сравнение измеряемой ве­личины и величины, воспроизводимой мерой. Наиболее распространены следующие мето­ды сравнения: дифференциальный, нулевой, замещения, совпадения.

Рисунок 2.1 – Классификация методов измерений

При нулевом методе измерения разность измеряемой величины и из­вестной величины сводится в процессе измерения к нулю, что фиксиру­ется высокочувствительным нуль-индикатором.

При дифференциальном методе по шкале измерительного прибора отсчитывают разность измеряемой величины и величины, воспроизводи­мой мерой. Неизвестную величину определяют по известной величине и измеренной разности.

Метод замещения предусматривает поочередное подключение на вход индикатора измеряемой и известной величин, т.е. измерения про­водят в два приема. Наименьшая погрешность измерения получается в том случае, когда в результате подбора известной величины индика­тор дает такой же отсчет, что и при неизвестной величине.

Метод совпадения основан на измерении разности между измеря­емой величиной и величиной, воспроизводимой мерой. При измере­нии используют совпадения отметок шкал или периодических сигна­лов. Метод применяется, например, при измерении частоты и времени по эталонным сигналам.

Измерения вы­полняют с однократным либо с многократными наблюдениями. Под наблюдением здесь понимается экспериментальная операция, выполня­емая в процессе измерения, в результате которой получают одно зна­чение величины, имеющее всегда случайный характер. При измерениях с многократными наблюдениями для получения результата измерения требуется статистическая обработка результатов наблюдений.

Источник

Измерение физических величин. Классификация видов измерений.

Измерение физических величин. Классификация видов измерений.

Физическая величинаодно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Истинное значение физической величинызначение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Действительное значение физической величинызначение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.Качество измерений оценивается по:

2) Точности (близость результатов измерения к истинному значению величины)

3) Правильности (близость к нулю систематических погрешностей)

4) Сходимости (в разных условиях один и тот же результат)

5) Воспроизводимости ( в 1 и той же лаборатории один и тот же результат)

Классификация измерений:

По признаку точности — равноточные и неравноточные измерения.

По числу измерений — однократные и многократные измерения.

По характеру изменения измеряемой величины — статические и динамические

По цели измерения — технические и метрологические измерения.

По используемым размерам единиц — абсолютные и относительные измерения.

По способу получения результата измерений — совокупные, совместные, косвенные и прямые измерения.

7. Методы измерений по областям измерений:Измерения геометрические, механические, давления и т.д.

Международная система единиц

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовали унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе. Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений.

Система СИ была принята в 1960г XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

Система СИ определяет семь основных и производные единицы измерения, а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц измерения и правила записи производных единиц.

В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование системы СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).

Основные единицы системы СИ: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. К примеру, метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды и т.д. В рамках системы СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в Системе СИ присвоены собственные названия.

Приставки можно использовать перед названиями единиц измерения; они означают, что единицу измерения нужно умножить или разделить на определенное целое число, степень числа 10. Например приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

В настоящее время система СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

Погрешности измерений.

Погрешность — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

По форме представления:

· Абсолютная погрешность измерения— погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Это разность между показанием измерительного прибора и действительным значением измеряемой величины:

· Относительная погрешность измерения — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины:

Она более информативна! Выражается в процентах или долях.

· Приведенная погрешность измерения –это погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона:

где Xn — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

(если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то Xn определяется равным верхнему пределу измерений; если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.)

Выражается в процентах или долях.

По причине возникновения:

По характеру проявления:

· Грубая погрешность (промах)

А так же погрешности бывают:

Класс точности средств измерений — обобщенная характеристика средств измерений, определяемые пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке с учетом результатов государственных приемочных испытаний.

5. Методы и средства измерения температуры..

Термометрическое свойство Наименование средства измерения Диапазон измерений в *С
Основаны на изменении объема газа, жидкости и твердых тел в зависимости от температуры Термометры расширения: Жидкостные Дилатометрические Биметаллические Манометрические (основаны на изм. давления газа/пара или жидкости в замкнутой системе при изм.темп) -250..750 -150…700 -150…700 -120…600
Термоэлектрический эффект (основаны на изм. термоЭДС при нагревании спая разнородных проводников) Термоэлектрические термометры («в замкнутой цепи, состоящей из 2х и более разнородных проводников возникает эл.ток, если места соединения нагреты до различной температуры»Остается только измерить этот ток) -100…1800
Использование зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры Термометры сопротивления -100…650
Тепловое излучение Пирометры частичного излучения (основаны на изм.яркости свечения тел при изм.темп.) Пирометры радиационные (основаны на изм. суммарной энергии излучаемой нагретым телом при изм.темп.) Цветовые пирометры (основаны на изм. цвета нагретого тела при изм.температуры) 700-6000 20-2000 1400-2800

Приборы для измерения температуры условно классифицируются по диапазону измерений: термометры

Классифицируются на контактные и бесконтактные приборы

Измерение физических величин. Классификация видов измерений.

Физическая величинаодно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Истинное значение физической величинызначение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Действительное значение физической величинызначение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.Качество измерений оценивается по:

2) Точности (близость результатов измерения к истинному значению величины)

3) Правильности (близость к нулю систематических погрешностей)

4) Сходимости (в разных условиях один и тот же результат)

5) Воспроизводимости ( в 1 и той же лаборатории один и тот же результат)

Классификация измерений:

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector