метрология. Измерение и наука об измерениях. Что понимают под процедурой измерения
 Скачать 373.25 Kb.
|
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины. Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины. Точность измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения Процедура измерения — это последовательность измерительных операций, обеспечивающая измерение согласно выбранным методам. Таким образом, процедура измерения состоит из измерительных операций Измерительная операция - это операция с физическими величинами или их значениями во время измерения. К измерительным операциям относятся: Воспроизведение физической величины - измерительная операция, заключающаяся в создании и (или) хранении физической величины заданного значения. Сравнение физических величин - измерительная операция, которая заключается в сравнении двух размеров (значений) однородных физических величин. Измерительное преобразование физических величин - измерительная операция, во время которого один физическая величина преобразуется в другую, функционально с ней связанную. 2. Качественная и количественная характеристики измеряемых величин. Качественная характеристика измеряемых величин Измеряемые величины обладают двумя качественными характеристиками: видом и размерность. Вид – это качественная характеристика измеряемой величины, представленная определенным наименованием, или названием, величины без указания к какому непосредственному объекту измерения она относится (например, длина, масса, температура и т.д.). Размерность – формализованное отражение качественного различия измеряемых величин.Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim (dim – от латинского dimension (размерность)). Количественная характеристика измеряемых величин служит её размер. Получение информации о размере физической и нефизической величины является содержанием любого размера. 3. Измерительные шкалы. Шкала измерений – это совокупность значений, позволяющих количественно или качественно отобразить свойства объекта измерений. Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства образуют множества, отображения элементов которых на упорядоченное множество чисел или в более общем случае условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств. В соответствии с логической структурой проявления свойств различают пять основных видов шкал измерений: шкалы наименований, шкалы порядка, шкалы интервалов, шкалы отношений, абсолютные шкалы. Номинальная шкала (шкала наименований) или, как их еще называют шкалами измерений, или шкалами классификаций. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен.    Шкала порядка (рангов) Она является монотонно возрастающей или убывающей и позволяет установить отношение больше/меньше между величинами, характеризующими указанное свойство. Шкала интервалов (разностей) Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало – нулевую точку. Пример шкалы интервалов - летоисчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо рождество Христово и т.д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов. Шкала отношений Шкала отношений описывает свойства эмпирических объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода - аддитивные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода - пропорциональные). Пример шкалы отношений - шкала массы (второго рода)   Абсолютные шкалы это шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения. Примером абсолютной шкалы могут стать шкалы с относительным величинам: коэффициенту усиления, ослабления и др. 4. Факторы, влияющие на результат измерения и методы уменьшения их влияния Объект измерения - тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Например, коленчатый вал, у которого измеряют диаметр; технологический процесс, во время которого измеряют температуру; Перед началом измерения необходимо представить себе модель исследуемого объекта, который при поступлении измерительной информации может уточняться. Различным объектам присуща специфика измерений: одни из них характеризуются стабильностью измеряемых физических величин в течение длительного времени (например, металлические предметы), другие - высокой лабильностью, причем изменения могут быть и во время измерения (например, в биообъектах). Субъекты измерения. Результаты наблюдений, определяемых с помощью средств измерений, во многом зависят от профессиональной подготовки лиц, осуществляющих измерительную процедуру. Знание средств, методов и методик измерения, умение применять их на практике позволяет субъектам измерения предотвратить влияние на результат измерения случайных и систематических погрешностей или устранить уже возникшие. Это касается не только метрологов, но и лиц, осуществляющих измерения при производстве, выпуске и реализации продукции, а также при предоставлении услуг. Средства измерений оказывают большое влияние на результат измерения. Их выбор определяется требуемой точностью и другими критериями. При работе со средствами измерений необходимо учитывать их класс точности. Так, весы для определения массы ювелирных изделий должны быть более Высокой точности, чем, например, для пищевых продуктов. Методы измерения. Разные методы отличаются различной точностью, поэтому также влияют на результаты измерения. Выбор их определяется требуемой точностью измерений. При разработке и аттестации методик измерения учитываются два фактора: возможность применяемых средств и методы измерения. Условия измерения. При проведении измерений большое влияние оказывает окружающая среда (температура, влажность, освещенность, для некоторых измерений - состояние электрических, магнитных и электромагнитных полей), а также условия эксплуатации средств измерительной техники. Для проведения высокоточных измерений создаются особые условия. Так, платиново-иридневый эталон килограмма хранится на специальной подставке под двумя стеклянными колпаками, а поверка осуществляется на равноплечих призменных весах с дистанционным управлением, чтобы исключить влияние оператора на температуру окружающей среды. 5. Средства измерений и их метрологические характеристики. Измерительные приборы состоят из чувствительного элемента, который (находится под непосредственным действием физической величины, измерительного механизма и отсчетного приспособления. Отсчетное приспособление указывающего прибора имеет шкалу и указатель, что выполнен в виде материального стержня-стрелки, или в виде луча света светового указателя. Шкала имеет совокупность отметок и проставленных возле некоторых из них чисел отсчета, которые отвечают ряду последовательных и значений величины. Основными метрологическими характеристиками измерительных приборов являются: • цена делений шкалы; • начальное и конечное значение шкалы; • диапазон показаний; • граница измерений; • вариация показаний; • стабильность средства измерения; • измерительное усилие прибора; • класс точности средства измерения. Метрологические свойства средств измерения – это свойства, оказывающие непосредственное влияние на результаты проводимых этими средствами измерений и на погрешность этих измерений. Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором нормированы предельные значения погрешностей. Нижнюю и верхнюю (правую и левую) границу измерений называют нижним и верхним пределом измерений. Порог чувствительности – это минимальное значение измеряемой величины, способное стать причиной заметного искажения получаемого сигнала. Погрешность средств измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. 6. Сравнение размеров опытным путем, измерительные шкалы. Суть измерения заключается в сравнении. Не существует иного способа получения информации о размере ФВ, кроме как путем сравнения его с другим размером такой же физической величины, т.е. имеющей такую же размерность. Измерение суть сравнение размеров опытным путем. Сравнение размеров опытным путем является единственным способом получения измерительной информации. 7. Обработка результатов измерений. Графическое представление результатов обладает большой наглядностью и информативностью. Графики экспериментальных зависимостей позволяют легко визуально определять характер зависимости, судить о величине разброса экспериментальных данных по сравнению с предсказаниями теории и т.д. Отличительной особенностью графиков, изображающих физические зависимости, является размерный характер отложенных по осям величин. Для того чтобы графики, построенные при выполнении лабораторных работ, были максимально информативными, необходимо соблюдать определенные правила их построения. ПОЛУЧЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ. Пусть в результате эксперимента получены значения двух измеряемых величин: y1, y2, y3, … yn и x1, x2, x3,…. xn, которые связаны некоторой функциональной зависимостью ) (xfy = , вид которой заранее не известен. Этот прием называют линеаризацией функциональных зависимостей. В случае если экспериментальная зависимость имеет нелинейный характер, путем замены переменных ее можно привести к линейному виду (получается новая координатная сетка). После этого можно вновь применить графический метод определения параметров аналитической зависимости. Электронные таблицы MS Excel представляют собой одну из широко распространенных специализированных компьютерных программ, позволяющих существенно автоматизировать и облегчить выполнение расчетов и построение графических зависимостей. 8. Метод наименьших квадратов и его применение при решении метрологических задач. |