Экзамен. Физические свойства и величины. Классификация величин. Свойство
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Физические свойства и величины. Классификация величин. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления или процесса), которое обуславливает его различия или общность с другими объектами, явлениями или процессами и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – качественная категория. Для описания количественного разных свойств объектов, процессов и физических тел, введено понятие величина. Величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для многих объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальным для каждого из них. Прежде всего, величины делятся на реальные и идеальные: Идеальной величиной является любое числовое значение. По существу это математическая абстракция, не связанная с каким-либо реальным объектом. Поэтому идеальные величины рассматриваются не в метрологии, а в математике. Реальные величины делятся на физические и нефизические: Нефизические величины вводят, определяют и изучают в информатике, общественных, экономических и гуманитарных научных дисциплинах (например, в социологии, лингвистике). Примерами нефизических величин являются количество информации в битах, различные рейтинги, определяемые путем социологических опросов. Физические величины, рассматриваемые в метрологии, являются свойствами материальных объектов, процессов и явлений. В отличие от нефизических, они объективно, независимо от желания человека существуют в окружающем нас материальном мире. Понятия о единице величины и измерении. Основное уравнение измерения. Единица (измерения) (величины): величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное 1, определяемая и принимаемая по соглашению для количественного выражения однородных с ней величин. Значение физической величины Q – оценка её размера в виде некоторого числа принятых для неё единиц. Значение величины – выражение размера величины в виде некоторого числа принятых единиц или чисел, баллов по соответствующей шкале измерений. Размер величины – количественная определённость величины, присущее к конкретному материальному явлению/объекту. Единица физической величины [Q] – это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1. Она применяется для качественного выражения однородных ФВ. Числовое значение ФВ q – отвлечённое число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единицы данной ФВ. Основное уравнение измерения: Q = q[Q] Условием реализации процедуры элементарного прямого измерения является выполнение следующих операций: - воспроизведение ФВ заданного размера q[Q] - сравнение измеряемой ФВ Q с воспроизводимой мерой величиной q[Q] Измерение и его основные элементы. Структурная схема измерения. Измерение (величины) – процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине. Объект измерения – материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми и влияющими величинами. Размерность величины – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведения символов основных величин в различных степенях и отражающее связь данной величины с величинами, принятыми в данной системе величин.
 Шкалы измерений. Шкала измерений – упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерений данной величины. Шкала наименований – качественная, а не количественная шкала, не содержит нуля и ед. измерений. Шкала порядка – характеризует значение оцениваемой величины (шкала землетрясений, ветра) Шкала интервалов (разностей) – имеет условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Шкала отношений – шкала измерений количественного свойства (величины), характеризующаяся соотношениями эквивалентности, порядка, пропорциональности (допускающими в ряде случаев операцию суммирования) различных проявлений свойства. Логарифмическая шкала, Логарифмическая шкала разностей, Логарифмическая абсолютная шкала, Биофизическая шкала,Одномерная шкала, Многомерная шкал. Виды измерений - различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины, в процессе измерений, по количеству измерительной информации и по отношению к основным единицам. По способу получения информации: прямые измерения – непосредственно сравнение физической величины с её мерой косвенные измерения – в них искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений 2-ч и более величин, которые связаны с искомой величиной определённой зависимостью. По характеру изменения ФВ: статистические – ФВ постоянна динамические – связаны с величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения По количеству измерительной информации: однократные (1-3) многократные – характеризуются превышением числа измерений над количеством измеряемых величин. Как правило метрологические измерения, связанные с передачей ед. в величину. По отношению к основным единицам: абсолютные – при которых используется измерение одной или нескольких основных величин и физическая константа (E = mc2) относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы (ед.) Принцип измерения, методы измерений Принцип измерения – явление материального мира, положенное в основу измерения. Метод измерения – приём/совокупность приёмов сравнения измерений величины с её единицей или соотнесение со школой в соответствие с реализованным принципом измерений. Метод сравнения (с мерой) – измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Мера непосредственно участвует в измерении. Метод непосредственной оценки – состоит в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного/нескольких (косвенных) средств измерений, которые проградуированы в ед. измеряемой величины. В этом методе мера непосредственно не участвует в процедуре измерения, а её значения заранее перенесено на шкалу прибора. Диф-й метод измерения - метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. При нулевом методе действия измеряемой величины и противодействующей меры сводят к “0” (рычажные весы без шкалы). Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значение величины. Метод совпадений – об измеряемой величине судят по совпадению отметок шкал или периодичных сигналов. Понятие о контроле. Ошибки 1 и 2 рода при контроле. Контроль – это одна из основных функций системы управления, в задачи которой входит количественная и качественная оценка, учёт результатов работы организации. Ошибки контроля приводят к различным последствиям. Различают ошибки 1и 2 рода при контроле. Ошибки 1 рода только увеличивают объём восстановительных работ. Ошибки 2 рода влекут за собой аварийное повреждение оборудования. Понятие об испытании. Оценка точности испытаний. Испытание – это опытное распределение количественных и качественных свойств предмета испытаний, как результата воздействий на него, при его функционировании и моделировании предмета. Оценка точности результатов испытаний складывается из анализа источников погрешностей основных результативных значений опыта, оценки погрешностей измерений и подсчета суммарной погрешности опыта. Для оценки значений погрешностей измерений при проведении испытаний котлов принимают, что они имеют нормальный закон распределения Гаусса, при этом точность результатов испытания выражается интервалом, в котором с доверительной вероятностью Р/=0,95 находится суммарная погрешность измерения. Качество измерений. Основные показатели качества измерений. Качество измерений – это совокупность характеристик или показателей, которые обуславливают соответствие выбранных условий измерений. Основные показатели качества измерений: Погрешность измерений – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Точность измерений – это их качество, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Правильность измерений – это их качество, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Сходимость измерений – это их качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Воспроизводимость измерений – это их качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях. Погрешности измерений. Классификация погрешностей измерения. Погрешность результата измерения – это разность между измеренным значением величины и опорным значением величины. В зависимости от формы выражения различают: абсолютную, относительную и приведённую погрешность измерения. Абсолютная погрешность определяется как разность ∆=Х-Хu или ∆=Х-ХД Относительная как отношение: =  *100%Приведённая погрешность: j =  *100%Хn-это нормированное значение величины. Погрешность измерений. Систематические и случайные погрешности По закономерности проявления различают: Систематические (составляющая остаётся постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одного и того же параметра) Случайные (составляющая изменяется в тех же условиях измерения случайным образом) Грубые (возникают из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или резких изменений условий измерений) Погрешность измерений. Составляющие погрешности результата измерения Составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. В зависимости от характера измерения систематические погрешности подразделяют на постоянные, прогрессивные, периодические и погрешности, изменяющиеся по сложному закону. Неопределённость измерений. Основные этапы Неопределённость измерения – параметр, относящийся к результату измерения и характеризующий разброс значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине. Неопределённость типа А: Аналог – «случайная погрешность». Объединяет в себе факторы неопределённости случайного характера – изменение внешних условий, «дрожание рук» и т.п. Для оценки неопределённости по типу А используют статистические методы – то есть, необходимо провести несколько измерений одной и той же величины, которые затем подвергнуть статистической обработке. В результате такой обработки, в идеале, влияние случайных факторов неопределённости на результат измерений будет минимизировано. Неопределённость типа А количественно характеризуется дисперсией и стандартным отклонением:  где Xi очередное измерение, n – количество измерений, X¯ – среднее арифметическое значение, которое считается по формуле:  Неопределённость типа Б: Аналог - «систематическая погрешность». Объединяет в себе факторы неопределённости заведомо известного характера (постоянные или переменные величины, изменяющиеся по известным законам). Например: погрешность прибора, погрешность калибровки, погрешность методики измерения, известная зависимость результата от контролируемых внешних условий (климатические условия, время суток, года и т.п.). Стандартная неопределённость результата измерения: Аналог – «стандартное отклонение погрешности». Неопределенность, представленная в виде стандартного отклонения. Стандартное отклонение считается по формуле: |