Измерением называют нахождение значения физической величины

Измерением называют нахождение значения физической величины

Колчков В.И. МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ. М.:Учебное пособие

3. Метрология и технические измерения

3.2. Виды и методы измерений

Измерение — процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения.

Результатом процесса является значение физической величины Q = qU , где q — числовое значение физической величины в принятых единицах; U — единица физической величины. Значение физической величины Q, найденное при измерении, называют действительным.

Принцип измерений — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений — совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Средствами измерений (СИ) являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Существует различные виды измерений. Классификацию видов измерения проводят, исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

  • По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения выделяют статические и динамические измерения.

Статические — это измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др.

Динамические — это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени, например, измерение давления и температуры при сжатии газа в цилиндре двигателя.

  • По способу получения результатов, определяемому видом уравнения измерений, выделяют прямые, косвенные,совокупные и совместные измерения.

Прямые — это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q — искомое значение измеряемой величины, а X — значение, непосредственно получаемое из опытных данных. Примерами таких измерений являются: измерение длины линейкой или рулеткой, измерение диаметра штангенциркулем или микрометром, измерение угла угломером, измерение температуры термометром и т.п.

Косвенные — это измерения, при которых значение величины определяют на основании известной зависимости между искомой величиной и величинами, значения которых находят прямыми измерениями. Таким образом, значение измеряемой величины вычисляют по формуле Q = F(x 1 , x 2 . x N ), где Q — искомое значение измеряемой величины; F — известная функциональная зависимость, x 1 , x 2 , … , x N — значения величин, полученные прямыми измерениями. Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения, измерение среднего диаметра резьбы методом трёх проволочек и т.д. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением. Встречаются случаи, когда величину можно измерить только косвенным путём, например размеры астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные это такие измерения, при которых значения измеряемых величин определяют по результатам повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Значение искомой величины определяют решением системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора, т.е. проведение калибровки по известной массе одной из них и по результатам прямых измерений и сравнения масс различных сочетаний гирь. Рассмотрим пример совокупных измерений, который заключается в проведении калибровки разновеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг. Ряд гирь (кроме 2*) представляет собой образцовые массы разного размера. Звездочкой отмечена гиря, имеющая значение, отличное от точного значения 2 кг. Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Меняя комбинацию гирь, проведем измерения. Составим уравнения, где цифрами обозначим массу отдельных гирь, например 1 обр обозначает массу образцовой гири в 1 кг, тогда: 1 = 1 обр + a; 1 + 1 обр = 2 + b; 2* = 2 + c; 1 + 2 + 2* = 5 + d и т.д. Дополнительные грузы, которые необходимо прибавлять к массе гири указанной в правой части уравнения или отнимать от неё для уравновешивания весов, обозначены a, b, c, d . Решив эту систему уравнений, можно определить значение массы каждой гири.

Совместные — это измерения, производимые одновременно двух или нескольких разноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Примерами совместных измерений являются определение длины стержня в зависимости от его температуры или зависимости электрического сопротивления проводника от давления и температуры.

  • По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса.

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

  • В зависимости от способа выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными называют измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называют измерения, при которых искомую величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 куб.м воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 куб.м воздуха при данной температуре.

  • В зависимости от способа определения значений искомых величин различают два основных метода измерений метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки — метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Примерами таких измерений являются: измерение длины с помощью линейки, размеров деталей микрометром, угломером, давления манометром и т. д.

Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра оптиметр устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результат измерения получают по показанию стрелки оптиметра, являющегося отклонением от нуля. Таким образом, измеряемая величина сравнивается с размером блока концевых мер.Существуют несколько разновидностей метода сравнения:

а) метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами, например измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора;

б) дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины;

в) нулевой метод — также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этим методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием;

г) при методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал.

  • В зависимости от способа получения измерительной информации, измерения могут бытьконтактными и бесконтактными.
  • В зависимости от типа, применяемых измерительных средств, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений.

Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

Экспертный метод оценки основан на использовании суждений группы специалистов.

Эвристические методы оценки основаны на интуиции.

Органолептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека. Оценка состояния объекта может проводиться поэлементными и комплексными измерениями. Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности. Например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала. Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющие. Например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля по предельным контурам и т. п.

Источник

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

Лекция № 3 Физические величины как объект измерения.

Измерение— нахождение значения физической величины опыт­ным путем с помощью специальных технических средств.

От термина «Измерение» происходит термин «измерять». Не сле­дует применять другие термины — «мерить», «обмерять», «замерять», «промерять». Они не вписываются в систему метрологических тер­минов.

Для проведения измерения необходимо наличие: физической величины; метода измерений; средства измерений; оператора; условий, необходимых для измерения.

Цель измерения — получение значения физической величины в форме, наиболее удобной для пользования.

Что понимают под физической величиной, значение которой находят опытным путем?

Физическая величина,как уже отмечалось выше, — это характери­стика физического объекта (физической системы, явления или процесca), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каж­дого из них.

Индивидуальность понимается в том смысле, что свойство может для одного объекта в определенное число раз быть больше или мень­ше, чем для другого объекта. Примерами физических величин могут служить плотность, температура плавления, показатель прелом­ления света и многие другие.

Физическая величина характеризуется размером, значением, числовым значением, истинным и действительным значениями.

Размер физической величины — количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение физической величины — выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины — отвлеченное число, входящее в значение величины.

«Величина» — многовидовое понятие. Но термином «величина» часто выражают размер конкретной физической величины. Не­правильно говорить «величина скорости», «величина напряжения», так как и скорость, и напряжение являются величинами.

Между размером и значением величины есть разница. Размер величины существует реально. Выразить размер величины можно любой из единиц данной величины при помощи числового значения. Числовое значение изменяется в зависимости от выбранных единиц, тогда как физический размер величины остается неизменным.

Единица физической величины— физическая величина фиксиро­ванного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1.

Физическую величину характеризует ее истинное значение, которое идеальным образом отражает в качественном и количест­венном отношении соответствующее свойство объекта.

Действительным называют значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближенное к истинному значению, что для данной цели может быть использо­вано вместо него.

Виды измерений. По способу получениячислового значения измеряемой величины все измерения делятся на четыре основных вида: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных дан­ных (например, измерение массы на весах, длины детали микро­метром).

Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше применять термин «прямой метод измерения».

Косвенные измерения — определение искомого значения физиче­ской величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величи­ной.

Косвенные измерения проводятся в тех случаях, когда:

* значение измеряемой величины легче находить путем косвен­ных измерений, чем путем прямых измерений;

* прямые измерения той или иной величины отсутствуют;

* косвенные измерения дают меньшую погрешность, чем прямые измерения.

Уравнение косвенных измерений: у = f (х(, х2. хп), где у — искомая величина, являющаяся функцией аргументов х,, х2. хп, полученных прямыми измерениями.

Примером косвенных измерений является определение твердости (НВ) металлов путем вдавливания стального шарика определенного диаметра (D) с определенной нагрузкой (Р) и получения при этом определенной глубины отпечатка (h): НВ = P/(tcD • h).

Совокупными называются проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых значения искомых величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях.

Например, измерения, при которых массы отдельных гирь набо­ра находят по известной массе одной из них и по результатам пря­мых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместные измерения — это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахож­дения функциональной зависимости между ними. Например, опре­деления зависимости длины тела от температуры, температур кипе­ния и плавления от давления и т.д.

Измерения могут быть классифицированы:

а) по характеристике точности — равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерения и в одних и тех же условиях) и неравноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими
различными по точности средствами измерения и (или) в нескольких разных условиях);

б) по числу измерений в ряду измерений — однократные и много кратные;

в) по отношению к изменению измеряемой величины — статические (измерение неизмененной во времени физической величины, например, измерение длины детали при нормальной температуре или измерение размеров земельного участка) и динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например,
измерение переменного напряжения электрического тока, измерение
расстояния до уровня земли со снижающегося самолета);

г) по выражению результата измерения — абсолютные (измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант, например, измерение силы F основано на измерении основной величины массы m и использовании физической постоянной — ускорения свободного падения g) и относительные (измерение отношения величины к одноименной вели­чине, выполняющей роль единицы).

Измерить состав или свойство веществ или измерить физическую величину можно, используя тот или иной метод измерения.

Метод измерения— это прием или совокупность приемов срав­нения измеряемого состава или свойства вещества или измеряемой физической величины с известным составом или свойством вещества или с единицей физической величины в соответствии с реализован­ным принципом измерений.

Принцип измерений— это явление или эффект, положенные в основу измерений.

Рассмотрим некоторые принципы, которые положены в основу измерений.

Если нагревать места спая двух электродов из разнообразных материалов, то возникает ЭДС. Указанное явление положено в осно­ву измерения температуры с высокой точностью (термопары).

При нагревании электрических проводников и полупроводников изменяется их сопротивление. Это явление позволяет получать высо­кую точность измерения температуры, особенно с применением платины. Применение полупроводников дает возможность измерять малые интервалы температур и температуру тел, имеющих очень малые объемы.

При растяжении или сжатии некоторых материалов изменяется их электрическое сопротивление, что положено в основу измерения малых деформаций тел, а также высокого и сверхвысокого давлений. На границе металла и полупроводника при освещении возникает ЭДС, так называемый фотоэлектрический эффект. На использо­вании фотоэффекта основаны фотоэлементы, которые применяются во многих средствах измерений.

Яркость свечения тела зависит от температуры, которая, в свою очередь, зависит от силы тока, накаливающего тело. На этом явле­нии основан бесконтактный метод измерения температуры (опти­ческий пирометр).

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector