Измерением называется совокупность операций по нахождению значения физической величины

Метрология

Измеряемые величины, виды и области измерений

Основные метрологические понятия

Измерение — это совокупность операций по сопоставлению измеряемой величины с другой однородной величиной, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве измерений либо эталоне .
Иными словами измерение — это совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений (либо сравнения с эталоном — мерой) с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.
Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой, весами, секундомером) и косвенные измерения , основанные на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Измерение геометрических параметров деталей машин (размеров и углов) основано на практическом приложении положений метрологии — учении о единицах, мерах и методах измерений.

Основными проблемами, которыми занимается метрология, являются:

  • Установление единиц измерений и воспроизведение их в виде эталонов.
  • Разработка методов измерений.
  • Анализ точности методов измерений, исследование и устранение причин, вызывающих погрешности измерений.

На производстве чаще приходится встречаться не с измерениями, а с контролем.
Контролем называется определение соответствия деталей техническим условиям и заданному размеру, допуску и отклонениям формы, как правило, без определения точных числовых значений размера (например, контроль калибрами) .
Термин контроль применим к контрольно-сортировочным автоматам и контрольным приспособлениям, разделяющим детали на годные и брак без определения размера каждой детали, а также к приборам активного контроля, останавливающим обработку детали, когда ее размер находится в поле допуска.

Понятие о размере

Различают следующие основные понятия размера:

Номинальное значение размера — основной размер, определенный исходя из функционального назначения детали или соединения деталей и служащий началом отсчета отклонений.
Номинальный размер указывается на чертеже.
Номинальные размеры желательно выбирать по ГОСТ 6636-69.

Истинным значением размера называется значение размера, свободное от погрешностей измерений. Истинное значение размера неизвестно и его нельзя определить, так как все средства измерений имеют погрешности, некоторые из которых нельзя учесть и компенсировать.

Действительное значение размера — это значение, полученное в результате измерения с допускаемой погрешностью. Точное значение размера — это значение, полученное с наивысшей практически достижимой точностью — метрологической точностью.

Погрешностью (ошибкой) измерения называется разность между полученным при измерении значением размера и его истинным значением. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то оно заменяется ее точным или действительным значением.
Погрешность прибора может быть также выражена в долях или процентах значения измеряемой величины. В этом случае она называется относительной погрешностью.

Поправка — это величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию прибора, чтобы получить действительное значение измеряемого размера. Численно поправка равна погрешности, взятой с обратным знаком.

Меры и измерительные приборы всегда имеют погрешности, которые изменяются с течением времени в результате износа или старения измерительных средств. Поэтому меры и приборы должны периодически калиброваться.

Калибровкой (сличением) называется процесс определения действительного отклонений показаний прибора или инструмента от заданного значения и соответствия мер и измерительных приборов техническим требованиям.
Калибровка производится посредством образцовых измерительных приборов или мер. Результаты калибровки могут быть использованы для компенсации систематических погрешностей приборов и инструментов.
Калибровку производят изготовители приборов и инструментов, лаборатории, производственные предприятия. Компенсация систематических погрешностей широко применяется при калибровке электронных (индуктивных, инкрементных) измерительных приборов.

Аналогичные калибровке операции, производимые государственными метрологическими органами или сертифицированными метрологическими центрами, называются поверкой .
При калибровке индуктивных микропроцессорных приборов с цифровым отсчетом определяют точное значение заданного числа точек цифровой шкалы. Этот процесс называется градуировкой (линеаризацией) .
Градуировке подвергаются преимущественно электронные приборы, имеющие регулируемое передаточное отношение и нелинейные характеристики преобразователей.

Современные сложные оптико-механические приборы — интерферометры, микроскопы и координатно-измерительные машины — периодически требуют квалифицированного обслуживания специалистами с целью устранения появляющихся дефектов.
Процесс выявления дефектов, их устранения, регулировка и калибровка (аттестация) исправленного прибора называется юстировкой .

Измеряемые величины

Измерения являются инструментом познания объектов и явлений окружающего мира. В связи с этим метрология относится к науке, занимающейся теорией познания — гноссиологии.
Объектами измерений являются физические и нефизические величины (в экономике, медицине, информатике, управлении качеством и пр.) .

Вся современная физика может быть построена на семи основных величинах, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая темᴨература, количество вещества и сила света. С помощью этих и двух дополнительных величин — плоского и телесного углов — введенных исключительно для удобства, образуется все многообразие производных физических величин и обесᴨечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Измерения физических величин подразделяются на следующие области и виды:

1. Измерения геометрических величин:

  • длин;
  • отклонений формы поверхностей;
  • параметров сложных поверхностей;
  • углов.

2. Измерения механических величин:

  • массы;
  • силы;
  • крутящих моментов, напряжений и деформаций;
  • параметров движения;
  • твердости.

3. Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ:

  • массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах;
  • расхода газов;
  • вместимости;
  • параметров открытых потоков;
  • уровня жидкости.

4. Измерения давлений, вакуумные измерения:

  • избыточного давления;
  • абсолютного давления;
  • переменного давления;
  • вакуума.

5. Физико-химические измерения:

  • вязкости;
  • плотности;
  • содержаний (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах;
  • влажности газов, твердых веществ;
  • электрохимические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения:

  • температуры;
  • теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты:

  • методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты;
  • измерения интервалов времени;
  • измерения частоты периодических процессов;
  • методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе:

  • силы тока, количества электричества, электродвижущей силы, напряжения, мощности и энергии, угла сдвига фаз;
  • электрического сопротивления, проводимости, емкости, индуктивности и добротности электрических цепей;
  • параметров магнитных полей;
  • магнитных характеристик материалов.

9. Радиоэлектронные измерения:

  • интенсивности сигналов;
  • параметров формы и спектра сигналов;
  • параметров трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными;
  • свойств веществ и материалов радиотехническими методами;
  • антенные.

10. Измерения акустических величин:

  • акустические — в воздушной среде и в газах;
  • акустические — в водной среде;
  • акустические — в твердых телах;
  • аудиометрия и измерения уровня шума.

11. Оптические и оптико-физические измерения:

  • световые, измерения оптических свойств материалов в видимой области спектра;
  • энергетических параметров некогерентного оптического излучения;
  • энергетических параметров пространственного распределения энергии и мощности непрерывного и импульсного лазерного и квазимонохроматического излучения;
  • спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения;
  • параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов;
  • характеристик фотоматериалов и оптической плотности.

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант:

  • дозиметрических характеристик ионизирующих излучений;
  • спектральных характеристик ионизирующих излучений;
  • активности радионуклидов;
  • радиометрических характеристик ионизирующих излучений.

Источник

Измерение как способ определения значения физической величины
методическая разработка по физике (10, 11 класс) на тему

В публикации представлена логика понятия получения значений величин методами прямого и косвенного измерения как последовательная совокупность операций выполняемых человеком.

Скачать:

Вложение Размер
izmerenie_kak_sposob_opredeleniya_znacheniya.docx 23.4 КБ

Предварительный просмотр:

Измерение как способ определения значения физической величины

Для нахождения определенного значения величины осуществляют проведение измерений.

Внешне видимые, простые проводимые измерения осуществляли в первой науке «Арифметика». В ней не «оценивали» (не характеризовали) сам элемент, с помощью которого проводили измерение. При таких измерениях получали одну числовую характеристику.

В науке «Математика» при таких внешне видимых, простых проводимых измерениях «оценивали» (характеризовали) и сам элемент, сделав его эталоном. При таких измерениях, получая две характеристики и объединив их в одну, определяют значение математической величины.

Наука, которая стала осуществлять более сложные, не всегда, а то и совсем внешне невидимые измерения и использовать их в своей теории, получила название «Физика». Физика – наука, следующая за математикой по изучению окружающих объектов (природы) на более глубоком уровне. Рассмотрение измерений, их оценку осуществляет в своей теории наука метрология.

Физика как наука изучает широкий круг физических явлений. Для оценки физических явлений очень важно знать значения физических величин, которые и характеризуют эти явления. Для определения значений физических величин осуществляют измерения, производимые над рассматриваемым объектом.

Возьмем за основу определение из Международного словаря по терминам в метрологии, 1994 г. « Измерение — совокупность операций, имеющих целью определить значение величины ». Данное суждение ближе можно отнести к указанию цели по определения значения величины через совокупность операций. Каких операций?

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Определение: 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).

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.

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией [19].

Примечание: Красным цветом выделено спорное суждение (особенно подчеркнутое), синим – суждение, требующее раскрытия.

Отметим следующее, что измерения не производят для определения значения множества. Множество как характеристика появилась при оценке объединений, состоящих из одинаковых элементов. Значение множества определяют обычным счетом числа элементов объединения, т.е. состоит из арифметической характеристики (числа элементов).

Измерение — это нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств. Измерение — определение опытным путем значения определенной величины, являющейся характеристикой объекта. Т.е. характеристики, состоящей из арифметической характеристики (числа элементов) и характеристики самого элемента. Поэтому необходимо иметь сам элемент для измерения, проводимого над объектом. Такой элемент для единой равнозначной оценки со всеми странами согласовывается и принимает определенную одинаковую характеристику. Поэтому создают эталон с определенной характеристикой, т.е. один материальный объект, по которому затем создают копии. Копии размножают, и на их основе создают измерительные устройства, которые можно назвать техническим средством измерения. При помощи его и осуществляют производимые измерения. Сам эталон хранят в палате мер и весов.

Измерения можно разделить на виды:

1) Прямое измерение — совокупность операций, направленных на нахождение значения величины с применением технических средств. Техническое средство как объект сопоставляется, сравнивается с измеряемым объектом см. рисунок 2.1. Отсюда следует, что данный способ измерения является технологическим процессом .

2) Косвенное измерение — совокупность математических действий, направленных на нахождение значения величины с применением математических формул и арифметических вычислений. В данном случае техническое средство не применяется. Техническое средство, например, компьютер, может применяться только для облегчения арифметических вычислений. Отсюда следует, что данный способ измерения является методическим процессом т.к. требует осуществления в определенной последовательности математических действий.

1 Прямое измерение

Рассмотрим прямое измерение, направленное на нахождение значения величины. В чем смысл данного измерения? — В действии, процедуре, направленной на описание объекта, объединения. Описать объект, объединение — значит дать ему характеристику.

Характеристика бывает алгебраическая (неполная) — «множество», значение которой состоит из арифметической характеристики (числа элементов). Данная характеристика присуща объединению. И характеристика бывает более полная — математическая. Более полной характеристике присвоили другое научное название «величина». Величина как характеристика присуща объекту. Значение величины включает в себя арифметическую характеристику (числа элементов) и характеристику самого элемента, из которого состоит рассматриваемый объект. Характеристику самого элемента называют единицей измерения значения величины. Величина бывает физической, химической, географической, исторической и т.д., в зависимости от того, какой наукой изучается и характеризуется элемент рассматриваемого объекта. Поэтому «величина» объединяет в себе два понятия — арифметическое понятие как науки и понятие наук, изучающих элемент рассматриваемого объединения. Такие величины называют скалярными величинами. Есть величины векторные, которые объединяют три характеристики — это две вышеперечисленные и третья — ориентация в пространстве. С данным описанием этих характеристик познакомимся в § 15. «Разновидности величин. Единицы измерения значений величин».

Для проведения процедур измерения, как было сказано выше, применяют всевозможные устройства, приборы – технические средства. Технические средства можно разделить на два типа.

Первый тип технических средств такой, который имеет в себе хранение элемента, где приписана характеристика в виде единичного, элементарного объекта. Значение элементарного объекта оценивается (принято) за единичное (например, 1м, 1кг, 1с, 1м 3 и т.д.). Из определенного количества этих же элементов состоит оцениваемое (измеряемое) объединение (объект, который не является элементарным). Данный единичный элемент или их может быть несколько находится в техническом средстве. Он сравнивается с измеряемым объединением (объектом). Такое сравнение при измерении техническим средством можно назвать непосредственным, прямым. К таким техническим средствам относятся: линейка или метр (см. рисунок 4.1), штангенциркуль и т.п.; гири или разновесы совместно с рычажными весами; мензурка; и т.д. Такие измерительные технические средства нашли применение при построении теоретической науки математики, которая рассматривает и оценивает внешние характеристики рассматриваемых объектов.

Единичному элементу приписана его характеристика. В результате измерения определение значения величины осуществляется по формуле В=n·[В]. Где В – величина, значение которой определяют при измерении; n – множество — числовая характеристика объекта (число элементов из которых состоит объект), определяемая при измерении; [В] — характеристика элемента (единица измерения) для величины В, условно написанная на техническом средстве.

Второй тип технических средств, это такие, которые реагирует определенным действием при производимом измерении объекта, сравнивая это воздействие с воздействием единичного элемента. Реагированию определенным действием на единичный элемент приписывают характеристику единицы измерения. Такое сравнение при измерении техническим средством можно назвать не прямым, а косвенным сравнением. Таким техническим устройством обладает большинство технических средств. Например: динамометр, амперметр – приборы с однократной ступенью реагирования на единичный элемент объекта; счётчик Гейгера, электронные весы, весы пружинные и т.п. На основе электронных весов созданы оценочные весы, весы с выдачей оценочного чека и т.п. Так создают приборы с несколькими ступенями реагирования на единичный элемент объекта с последующим применением реагирования на более крупные или мелкие измеряемые объединения (объекты). Данное понятие ступенчатого косвенного оценивания характеристик, определения значения той или иной величины, характеризующей объект, даёт широту творческой мысли на создание различных более сложных технических средств, т.е. измерительных приборов и не только их. Такие технические средства косвенного измерения нашли применение при построении теоретических наук, которые изучают характеристики объектов, определяемые не по внешним способам измерения, а характеристики, которые оценивают более сложные внутренние свойства объектов. К таким наукам относится в первую очередь физика, химия и т.д.

Определение значения величины при измерении осуществляется будто бы по формуле А=n·[A]. Где А – величина с определяемым значением методом измерения производимым над объектом, n – множество — числовая характеристика объекта, определяемая по степени ступенчатого реагирования технического средства при измерении, [А] – условно написанная характеристика элементу на техническом средстве.

— А – стоимость товара «Бананы»;

— n — множество — числовая арифметическая характеристика объекта, определяемая по степени реагирования технического средства при измерении массы товара. Например, n=2,5;

— [А] — условно написанная и установленная характеристика элементу (для 1-го килограмма бананов) на техническом средстве. Например [А]=45,5 руб;

— А=n·[A] т.е. имеем А=2,5·45,5 руб=113,75 руб.

Результат получения значения величины А определен проградуированной шкалой или может рассчитываться техническим средством по данной формуле. Таким образом, на основе выше предложенного определения по материалу из Википедии — свободной энциклопедии, заменив понятия отношения для величин на соотношения между элементом объекта и самим объектом, можно получить определение: « Прямое измерение — операция применения технического средства, хранящего характеристику элемента, к объекту, обеспечивающая нахождение их числового соотношения (в явном или неявном виде) для получения значения величины, характеризующей этот объект». Или определение такого же смысла : «Прямое измерение — направленное действие определения числового соотношения рассматриваемого объекта с единичным элементом, хранящегося в техническом средстве для получения значения величины характеризующей этот объект». Или «Прямое измерение — сравнение данного объекта с элементом, принятым за единицу измерения, однородным с элементами, из числа которых состоит это объект ».

Но если результат получения значения величины после прямого измерения определяется человеком совокупностью операций по математическим формулам и арифметическим вычислениям, то такое измерение является косвенным. Однако при развитии современных технических средств расчеты могут осуществляться электронным способом с помощью технических средств. Такой вид измерения можно назвать 3-м видом – смешанным видом.

1 Для какой цели осуществляют измерение?

2 Что собой представляет наука метрология?

3 Какие виды измерений вы знаете?

4 Что собой представляет прямое измерение?

5 Какое измерение называют косвенным?

6 Какие типы технических средств, применяемых для измерений, вы знаете?

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector