понятие об измерениях. Тема. Значение измерений в системе обеспечения качества продукции. Понятие об измерениях. Прямые, косвенные, совокупные измерения. Меры обеспечения единства измерений. Основные виды средств измерений и их классификация. План
 Скачать 57.41 Kb.
|
|
Тема. Значение измерений в системе обеспечения качества продукции. Понятие об измерениях. Прямые, косвенные, совокупные измерения. Меры обеспечения единства измерений. Основные виды средств измерений и их классификация. План Краткие сведения об электрических измерениях: причины распространения и их особенности. Привести примеры электрических и неэлектрических величин. Основные понятия, характеризующие измерение физических величин (все понятия, выделенные жирным записать обязательно!) Краткая характеристика методов измерений: определение, общие сведения пример подобного рода измерений. Классификация средств измерений. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин Сегодня понятие «электрические измерения» толкуется более широко, чем столетие назад, и распространяется на методы и средства измерения не только электрических величин. Все физические величины можно подразделить на неэлектрические (например, механические, тепловые, химические) и электрические (например, ток, напряжение, сопротивление, электрическая емкость). Неэлектрических физических величин, конечно, больше, однако значительную их часть можно и целесообразно измерять методами и средствами электрических измерений. Для реализации этого подхода используют разнообразные первичные измерительные преобразователи (датчики) неэлектрических величин в пропорциональный электрический сигнал. Например, термоэлектрический преобразователь (термопара) преобразует изменение температуры в пропорциональное изменение термоЭДС, которая затем измеряется, например, милливольтметром. Сегодня широко распространены различные измерители неэлектрических величин, основанные на электрических методах преобразования информации: термометры, расходомеры, газоанализаторы, анемометры, тахометры, измерители массы, перемещения, скорости движения и ускорения, освещенности, относительной влажности воздуха, кислотности жидкости и др. Электрические измерения в современной измерительной технике занимают важное место. Причина широкого распространения электрических измерений — простота и удобство получения, преобразования, передачи и хранения информации, представленной в электрической форме. Подавляющее большинство современных средств измерений основано на принципах электрических измерений. Измерения играют важнейшую роль в жизни человека. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникает множество проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира. Основным способом получения такой информации являются измерения. Измерения - это определение физической величины опытным путём. Можно сказать, что прогресс науки и техники определяется степенью совершенства измерений и измерительных средств. Единой научной и законодательной базой, обеспечивающей на практике высокое качество измерений, является метрология (от греч. «метрон» — мера, «логос» — учение). Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности. Главным предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. В настоящее время измерения почти полностью перешли на цифровые методы, воплощенные в приборах с цифровым отсчетом и регистрацией; существенно расширяются диапазоны измеряемых величин; в измерительных системах широко применяется микроэлектроника; появилась необходимость в измерении характеристик случайных процессов. Электротехническим измерениям свойственен ряд особенностей: 1. Широкий диапазон измеряемых величин, например, по мощности — от долей микроватт до сотен киловатт, по напряжению — от долей микровольт до сотен тысяч вольт, по частоте — от 10 до 3 -10 Гц и более, по величине сопротивления — от 10-6 до 1012 Ом и т.д. 2. Применение приборов для наблюдения и регистрации колебаний (осциллографов, анализаторов спектров) и источников электрических колебаний (измерительных генераторов). 3. Разнообразие измерений даже в одном эксперименте, необходимость комплексного их проведения, быстродействие, точность, а, следовательно, автоматизация измерений. Основные понятия при измерении физических величин В измерениях для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводят понятие величины. Величина — свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Измерение физических величин – это их количественное выражение определенным числом в установленных единицах измерения. Размер физической величины — количественная определенность величины, присущая конкретному предмету, системе, явлению или процессу. Значение физической величины — оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Числовое значение физической величины — отвлеченное число, выражающее отношение значения физической величины к соответствующей единице данной физической величины (например, 10 В — значение амплитуды напряжения, причем само число 10 — и есть числовое значение). Именно термин «значение» следует применять для выражения количественной стороны рассматриваемого свойства. Неправильно говорить и писать «величина тока», «величина напряжения» и т.д., поскольку ток и напряжение сами являются величинами (правильным будет применение терминов «значение силы тока», «значение напряжения» и пр.). Для обозначения частных особенностей физических величин применяют термин «параметр». Например, конденсатор характеризуют таким частным параметром, как тангенс угла потерь. Иногда параметром называют саму измеряемую физическую величину — амплитуду, фазу, частоту. При выбранной оценке физической величины ее характеризуют истинным, действительным и измеренным значениями. Истинным значением физической величины называют значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Определить экспериментально его невозможно вследствие неизбежных погрешностей измерения. Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Так как истинное значение физической величины определить невозможно, на практике оперируют понятием действительного значения, степень приближения которого к истинному значению зависит от точности средства измерения и погрешности самих измерений. Действительным значением физической величины называют ее значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для определенной цели может быть использовано вместо него. Действительное значение физической величины определяют по образцовым мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых рабочих средств измерения. Измеренным значением называют значение величины, отсчитанное по индикаторному устройству средства измерения. Важную роль в процессе измерения играют условия измерения — совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Влияющая физическая величина — физическая величина, непосредственно не измеряемая средством измерения, но при своих измерениях оказывающая влияние на результат измерения. Различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. При нормальных условиях измерений влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значений влияющей величины — область значений, в которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь. Рабочими условия измерений называют, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Предельные условия измерений характеризуют экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерения может выдержать без разрушений и ухудшения характеристик. Постоянная физическая величина — физическая величина, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать постоянным за время, превышающее длительность измерения. Переменная физическая величина — физическая величина, изменяющаяся по размеру в процессе измерения. Физический параметр — физическая величина, характеризующая частную особенность измеряемой величины. Единица физической величины — величина фиксированного размера, которой условно присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Единицы физических величин делят на основные и производные и объединяют по определенным принципам в системы единиц физических величин. Виды и методы измерений По общим приемам получения результатов измерений измерения делятся: на прямые, косвенные, совместные и совокупные. Прямые — измерения, при которых значение физической величины находится непосредственно из опытных данных. Прямые измерения характеризуют формулой А = х где х — значение величины, найденное путем ее измерения и называемое результатом измерения (измерение силы тока с помощью амперметра: температуры с помощью термометра и определение показаний прибора непосредственно по его шкале). Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой:  где х1 х2,..., хт — результаты прямых измерении величин, связанных функциональной зависимостью с искомым значением измеряемой величины А. Пример: к косвенным измерениям относится определение величины сопротивления по известным значениям силы тока в цепи и падении напряжения на данном резисторе. Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых или косвенных измерениях различных сочетаний этих величин. Например, измеряя сопротивления Rаb, Rас и Rbс между вершинами треугольника электрической цепи, в котором соединены сопротивления резисторов R1, R2 R3 (рис. 1.1) и, решая систему уравнений можно определить искомые значения сопротивлений методом совокупных измерений:  Рис. 1.1. К методу совокупных измерений  Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для установления зависимости между ними. Как видно из определений, совокупные и совместные измерения весьма близки друг к другу. В обоих случаях искомые значения находят в результате решения системы уравнений, коэффициенты в которых получены путем прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно определяют несколько одноименных величин, а при совместных — разноименных. Наиболее известный пример совместных измерений — определение зависимости сопротивления резистора от температуры. Косвенные, совместные и совокупные измерения объединены общим свойством: их результаты рассчитывают по известным функциональным зависимостям между измеряемыми величинами и величинами, определяемыми прямыми измерениями. Различие между этими видами измерений заключается лишь в виде функциональной зависимости, используемой при расчетах. При косвенных измерениях она выражается одним уравнением в явном виде, при совместных и совокупных — системой неявных уравнений. Средства измерений и их классификация Средство измерений (СИ) — техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени. Для средств измерений можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем средствам измерений независимо от области применения. По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают следующие средства измерений: • метрологические, предназначенные для метрологических целей — воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерений; • рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Их разрабатывают, производят и эксплуатируют в специализированных научно-исследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средства измерений принадлежат ко второй группе. По уровню автоматизации все средства измерений делят на: • неавтоматические; • автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции; • автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов. По отношению к измеряемой физической величине различают следующие средства измерений: • основные — средства измерений той физической величины, значение которой надо получить в соответствии с измерительной задачей; • вспомогательные — средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности. По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными. Средства измерений разделяют на меры, устройства сравнения (компараторы), измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы. Международная система единиц (ознакомиться) Единица измерения должна быть установлена для каждой из физических величин, при этом необходимо учитывать, что многие физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Поэтому лишь часть физических величин и их единиц могут определять независимо от других. Такие величины называют основными. Остальные физические величины определяют с использованием физических законов и зависимостей через основные. Международная система единиц (система СИ; SI — от франц. Systeme International — The International System of Units) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. К основным характеристикам системы СИ следует отнести: • универсальность, т.е. охват всех областей науки и техники; • унификация всех областей и видов измерений; • возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением с наименьшей погрешностью; • упрощение записи формул и уменьшение числа допускаемых единиц; • единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования. В основу системы СИ положены семь основных и две дополнительные физические единицы. Основные единицы: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (табл. 1.1). Таблица 1.1. Единицы Международной системы СИ
Среди получивших широкое распространение внесистемных единиц отметим киловатт-час, ампер-час, градус Цельсия, и т.д. Сокращенные обозначения единиц, как международных, так и русских, названных в честь великих ученых, пишутся с заглавных букв. Например: ампер — А; ом — Ом; вольт — В; фарад — Ф (часто используют не регламентируемый термин — фарада). Для сравнения: метр — м, секунда — с, килограмм — кг. Применение целых единиц не всегда удобно, так как в результате измерений получаются большие или малые их значения. Поэтому в системе СИ установлены ее десятичные кратные и дольные единицы, которые образуются с помощью множителей. Кратные и дольные единицы величин пишутся слитно с наименованием основной или производной единицы, например: километр (км), милливольт (мВ), мегагерц (МГц), наносекунда. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||