Виды и методы измерений. Лекция 5. Виды и методы измерений Классификация измерений
 Скачать 152.25 Kb.
|
|
Виды и методы измерений Классификация измерений Сравнение неизвестного размера какой-либо физической величины с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном отношении составляют физическую основу измерений. Измерения могут производиться с помощью органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса) и в этом случае они называются органолептическими. Такие измерения весьма субъективны. Тем не менее, они широко используются в науке и практике особенно тогда, когда производятся измерения (сравнение) качественных свойств объекта. Измерения, выполняемые с помощью специальных технических средств, называются инструментальными. Такие измерения могут считаться вполне объективными, если при их выполнении роль человеческого фактора сведена к минимуму. Измерения классифицируют: по характеру зависимости измеряемой величины от времени; по способам получения результатов измерений; по условиям, определяющим точность измерений; по способу выражения результатов измерений. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на две группы: статические и динамические. Статические измерения проводятся тогда, когда измеряемая величина остается постоянной во времени, а динамические – когда измеряемая величина изменяется во времени. По способу получения результатов измерений их разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные. При проведении прямых измерений искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. К их числу относятся, например, измерения: размерных параметров строительных конструкций и изделий с помощью масштабных линеек; температуры – термометром; электрического напряжения – вольтметром и т.п. При проведении косвенных измерений искомую величину вычисляют по известной функциональной зависимости, связывающей ее с величинами, получаемыми опытным путем с помощью прямых измерений. Такие измерения применяют в тех случаях, когда искомую величину невозможно или очень сложно измерить непосредственно. К косвенным измерениям относятся, например, определение объема конструкции по прямым измерениям ее геометрических размеров, определение углов треугольника по измеренным длинам сторон. При совокупных измерениях одновременно осуществляют измерения несколько одноименных величин, а искомую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. При совместных измерениях одновременно осуществляют измерение нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними. Примером таких измерений может служить определение модуля упругости бетона, когда сначала измеряют напряжения в бетоне при различных значениях относительной деформации, а далее рассчитывают начальный модуль упругости при напряжении, равном 0,2 предела прочности. По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса. Измерения с максимально возможной точностью, достижимой при существующем уровне техники. К числу таких измерений относятся эталонные измерения, связанные с необходимостью достижения максимально возможной точности воспроизведения установленных единиц физических величин, а также измерение универсальных физических констант, например, ускорения силы тяжести. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторого заданного значения. К числу таких измерений относятся измерения, выполняемые территориальными органами государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники (центрами стандартизации, метрологии и сертификации). Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения. К числу таких измерений относятся измерения, выполняемые на предприятиях стройиндустрии при контроле различных технологических операций. По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения. Абсолютными называются измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании физических констант. Измерения размеров строительной конструкции в метрах (сантиметрах, миллиметрах) служат примером таких измерений. Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Относительные измерения основаны на сравнении измеряемой величины с известным значением меры. Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений; метод измерений; погрешность; точность; правильность; достоверность измерений. Принцип измерений –это физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение температуры в пропарочной камере для бетонных конструкций с использованием термоэлектрического эффекта. Метод измерений –это совокупность приемов использования принципов и средств измерений. К средствам измерения относятся используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. Погрешностью измерений называется разность между полученным при измерении и истинным значениями измеряемой величины. Погрешность измерений зависит от несовершенства методов и средств измерений, непостоянства условий проведения эксперимента, опыта наблюдателя и особенностей его органов чувств. Правильность измерений является качественной характеристикой, отражающей близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений. Правильность измерений зависит от соответствия выбора средств измерения для определения заданной физической величины. Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. В зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики отклонений результатов измерений от истинных значений соответствующих величин, они делятся на достоверные и недостоверные. Как правило, недостоверные результаты измерений не представляют практической ценности. На достоверность результатов существенно влияют погрешности измерений. Методы и средства измерений В метрологической практике в зависимости от способа сопоставления измеряемой величины с мерой различают несколько основных методов проведения измерений: метод непосредственной оценки, сравнения с мерой (противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадения). В методе непосредственной оценки значения измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например, измерение массы изделия на циферблатных весах. В методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерения массы лабораторного образца, пробы грунта или изделия на рычажных весах с уравновешиванием гирями). В методе противопоставления измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (например, измерение линейных штриховых мер на компараторе). В дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой (например, измерение линейных размеров на контактных интерферометрах). В нулевом методе результирующий эффект воздействия измеряемой величины на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение сопротивления тензорезисторов с помощью электрического моста с полным его уравновешиванием). В методе замещения измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов). В методе совпадения разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (например, измерения линейных размеров штангенциркулем с нониусом или угловых размеров универсальными угломерами с угловым нониусом). В зависимости от количества контролируемых элементов или параметров объекта методы измерения подразделяют на дифференцированные и комплексные. Дифференцированный (поэлементный) метод заключается в независимом измерении каждого параметра изделия в отдельности, а комплексный метод – в одновременном измерении и проверке суммарной погрешности нескольких параметров. Дифференцированный метод позволяет выявить причины появления бракованных изделий, а комплексный метод обеспечивает проверку взаимозаменяемости изделий в конструкциях. По результатам воздействия контрольных операций на объект при проведении измерений различают разрушающие и неразрушающие методы испытаний и контроля. После применения разрушающих методов контроля изделия, подвергшиеся испытаниям, непригодны для дальнейшего использования по своему назначению (например, испытания железобетонных конструкций до разрушения с целью определения их трещиностойкости и прочности). При использовании неразрушающих методов контроля изделия, подвергшиеся испытаниям и удовлетворяющие требованиям нормативных документов, пригодны для дальнейшего применения по своему назначению (к примеру, лазерная, ультразвуковая и акустическая дефектоскопия бетона, стекла, керамики и других строительных материалов). Все инструментальные измерения осуществляется с помощью технических устройств, называемых средствами измерений, которые подразделяются на меры, эталоны, измерительные приборы, измерительно-вычислительные системы и комплексы. По способу получения информации об измеряемом объекте измерения бывают: 1. Прямые измерения – непосредственное сравнение измеряемой величины с ее мерой. Пример: кольцевые меры, линейка, штангенциркуль, микрометр. 2. Косвенные измерения – сравнение осуществляется косвенно и получают результат или через преобразование, или через установленную формулу. Косвенные измерения широко применяются и в технике, и в лабораторных исследованиях, когда измеряемая величина или не имеет эталона, или отсутствует необходимый прибор. 3. Совокупные измерения сопряжены с решением систем уравнений, составленных по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин, характеризующих данный предмет или изделие. Пример: метеорология – замеряют силу ветра, влажность воздуха, фронты и т.д. Затем все параметры сводят в уравнение и предсказывают погоду. 4. Совместные измерения – измеряют 2 или более однородные величины для определения зависимости между этими величинами Пример: замеряют твердость и пластичность в материале. По характеру изменения измеряемой величины измерения бывают: 1. Статические измерения, применяют для измерения случайных процессов, а затем определяют среднестатистическую величину. 2. Постоянные измерения применяют для контроля непрерывных процессов. По количеству измерительной информации измерения бывают: 1. Однократные 2. Многократные – применяют, если требуется высокая точность измерений (для избежания случайных погрешностей), а также если на измерение может повлиять окружающая среда или климатические условия. По способу считывания информации с измерительного прибора измерения бывают: 1. Абсолютные – эталонная и измеряемая величина совпадают. 2. Относительные. |