Измерение. Измерения объекты, цели и виды измерений. Виды средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений
 Скачать 1.09 Mb.
|
Измерения: объекты, цели и виды измерений. Виды средств измерений. Метрологические характеристики средств измеренийИзмерением называют совокупность действий, выполняемых с помощью специальных средств, с целью нахождения численных значений измеряемой величины в принятых единицах измерения. Целью измерения является получение значения физической величины, характеризующей контролируемый объект. Основное уравнение измеренийХ= q [X] где X – физическая величина, [X] – принятая для нее единица измерения, q — числовое значение физической величины в принятых единицах измерения. Измерительное преобразование – это установление однозначного соответствия между размерами двух величин: преобразуемой (входной) и преобразованной в результате измерения (выходной). Множество размеров входной величины, которая преобразуется с помощью технического устройства, называют диапазоном преобразований. В зависимости от видов физических величин измерительные преобразования делятся на три группы. Первая группа представляет собой величины, которые определяют отношения: «слабее — сильнее», «мягче — тверже», «холоднее — теплее» и др. Такой величиной является, например, скорость ветра. Их называют отношениями порядка или отношениями эквивалентности. Ко второй группе относятся величины, для которых отношения порядка определяются не только между значениями величин, но и их диапазоном, т. е. разностью значений крайних величин. Например, разность диапазона температур от плюс 5 до плюс 10 0С и разность диапазона температур от плюс 20 до плюс 25 °С равны. В данном случае отношение порядка величин плюс 25 °С теплее, чем плюс 10 0С, а отношение порядка разности крайних значений первых величин соответствует разности крайних значений вторых величин. Третья группа характеризуется тем, что с величинами возможно выполнение операций, подобных сложению и вычитанию (свойство аддитивности). Например, такая физическая величина, как масса: два предмета каждый массой 0,5 кг, поставленные на одну чашу рычажных весов, на другой чаше уравновешиваются гирей массой 1 кг. Виды измерений1. По способу получения результата измерения делятся на: а) прямые — это непосредственное сравнение физической величины с ее единицей, б) косвенные измерения - искомое значение устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной функциональной зависимостью, в) совокупные измерения основываются на решении системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких одноименных величин, г) совместные измерения — это одновременное измерение двух или нескольких неодноименных физических величин для определения зависимости между ними. д) динамические измерения связаны с такими величинами, которые изменяют свой размер во времени. Различают шесть методов прямых измерений: • метод непосредственной оценки, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора, например, давление — пружинным манометром, массу — на весах, электрический ток — амперметром; • метод сравнения с мерой, где измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, например, измерение массы с помощью рычажных весов уравновешиванием гирей; измерение напряжения постоянного тока — компенсатором, сравнивая с ЭДС параллельного элемента; • метод дополнения, где значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению; • дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Данный метод позволяет получать результат высокой точности даже при использовании относительно примитивных средств; • нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю; • метод замещения — метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, например, взвешивание с поочередным размещением измеряемого объекта и гирь на одну и ту же чашу весов. 2. По числу измерений величины различают: а) однократные измерения — когда одно измерение соответствует одной величине, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин, б) многократные измерения — когда число измерений превышает число измеряемых величин. 3. По характеру результата измерения делятся на: а) абсолютные измерения - это такие, при которых используют прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и значение физической константы, б) относительные измерения — это установление отношения измеряемой величины к одноименной величине, применяемой в качестве единицы. 4. По условиям проведения измерения делятся на: а) равноточные, б) неравноточные. Виды средств измеренийСредством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), СИ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным. СИ в простейшем случае производят две операции: - обнаружение физической величины; - сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неизвестного размеров. Отличительными признаками СИ являются: 1) «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; 2) неизменность размера хранимой единицы. СИ можно классифицировать по двум признакам: 1) конструктивное исполнение; 2) метрологическое назначение. По конструктивному исполнению СИ подразделяют на: 1) меры; 2) измерительные преобразователи; 3) измерительные приборы; 4) измерительные установки; 5) измерительные системы. Мера — это средство измерения, предназначенное для воспроизведения или хранения физической величины заданного размера (гири, концевые меры длин и др.) - однозначные меры - многозначные меры - набор мер - магазин мер Измерительный преобразователь — это техническое средство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные транс-форматоры и усилители, преобразователи давления). Измерительные приборы — средства измерений, предназначенные для переработки сигнала измерительной информации в другие формы, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем. Приборы прямого действия Приборы сравнения По степени индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний — в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф, разрывная машина с пишущим элементом, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний). Измерительные системы и установки — это совокупность функционально объединенных автоматизированных или автоматических средств измерения, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Измерительные принадлежности — вспомогательные средства, используемые для обеспечения необходимых условий чтобы выполнить измерения с требуемой точностью. По метрологическому назначению средства измерений делятся на - рабочие средства измерения - эталоны. Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть: 1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях (требования — повышенная точность и чувствительность); 2) производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров (требования — повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам;); 3) полевыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др. (требования — повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности). Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Целью поверки является установление пригодности СИ к применению. Метрологические свойства СИ — это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы: 1) свойства, определяющие область применения СИ; 2) свойства, определяющие правильность и прецизионность (точность) результатов измерения. К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся - диапазон измерений и - порог чувствительности. Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений. Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. |