Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263 -70).
Стандарт определяет методы измерений (метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой).
Кроме того, можно предложить укрупненное деление измерений по различным основаниям классификации: виды измерений.
К видам измерений (если не разделять их по видам измеряемых физических величин на линейные, оптические, электрические и др.) можно отнести измерения:
- прямые и косвенные,
- совокупные и совместные,
- абсолютные и относительные,
- однократные и многократные,
- технические и метрологические,
- равноточные и неравноточные,
- равнорассеянные и неравнорассеянные,
- статические и динамические.
Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.
При прямых измерениях искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением
Q = X,
где Q – измеряемая величина,
X – результат измерения.
Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения
Q = F (X, Y, Z,…),
где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.
Примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п.
Измерение некоторого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин.
При совокупных измерениях осуществляется измерение нескольких одноименных величин.
Совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин, например, для нахождения зависимости между ними.
При измерениях для отображения результатов могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том числе градуированные либо в единицах измеряемой физической величины, либо в различных относительных единицах, включая и безразмерные. В соответствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.
По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения, причем многократные неявно подразумевают последующую математическую обработку результатов.
Роль измерений в метрологии
... возникает при измерении не изменяющихся величин непосредственно после включения средства измерения в следствии её инерционности. Кроме того, в современных технологический и др процессах величины могут ... оценки и точность измерения имеет огромное значение. Важную роль в использовании достижений в метрологии в промышленности играют нормативные документы ССМ. Поэтому в процессе изучения курса ...
В зависимости от точности измерения делят на технические и метрологические, а также на равноточные и неравноточные, равнорассеянные и неравнорассеянные.
Технические измерения выполняют с заранее установленной точностью, иными словами, погрешность технических измерений не должна превышать заранее заданного значения.
Метрологические измерения выполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной погрешности измерения.
Оценка равноточности и неравноточности, равнорассеянности и неравнорассеянности результатов нескольких серий измерений зависит от выбранной предельной меры различия погрешностей или их случайных составляющих, конкретное значение которой определяют в зависимости от задачи измерения.
Статические и динамические измерения правильнее характеризовать в зависимости от соизмеримости режима восприятия входного сигнала измерительной информации и его преобразования. При измерении в статическом (квазистатическом) режиме скорость изменения входного сигнала несоизмеримо ниже скорости его преобразования в измерительной цепи и все изменения фиксируются без дополнительных динамических искажений. При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные (динамические) погрешности, связанные со слишком быстрым изменением самой измеряемой физической величины или входного сигнала измерительной информации от постоянной измеряемой величины.
Различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.
Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что прибор (компаратор) сравнивает измеряемую величину с аналогичной известной величиной, воспроизводимой мерой. Овеществленную меру, воспроизводящую с выбранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера используют в явном виде. Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины или угла и т.д.
Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях:
- дифференциальный и нулевой методы,
- метод совпадений,
- методы замещения и противопоставления.
Дифференциальный метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.
Нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения (компаратор) доводят до нуля.
Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины).
Для оценки совпадения используют прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот и др.).
Аналоговые и цифровые методы измерений
... дополнительное время и, как следствие этого, цифровые методы измерений уступают аналоговым по потенциальной скорости работы. Проведем более детальное сравнение аналоговых и цифровых методов обработки измерительной информации в координатах "Точность - Быстродействие" (рис. 1.2). Рис. 1.2. Сравнение аналоговых и цифровых методов измерений в ...
В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают методы замещения и противопоставления.
Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно.
Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
Примеры:
- измерение диаметра цилиндрической поверхности детали штангенциркулем в одном сечении – прямое абсолютное однократное (возможно и многократное) статическое измерение, выполняемое методом непосредственной оценки;
- нахождение значения угла по результатам измерений его сторон – измерение косвенное, при котором осуществляются прямые абсолютные статические измерения линейных величин, методы их измерений зависят от конкретной выбранной реализации.
– определение коэффициента линейного расширения материала по результатам измерений длины образца при различных температурах – косвенное измерение искомой величины, требующее совместных прямых измерений нескольких физических величин. Методы измерений зависят от конкретной выбранной реализации. Измерения могут осуществляться в статическом или динамическом режимах..
Для оценки метода измерений предлагается ответить на вопросы в такой последовательности:
а) применяется ли в явном виде мера для воспроизведения физической величины, близкой к измеряемой?
б) измеряются ли значения отклонений физической величины от известного значения меры?
в) осуществляется ли одновременное воздействие меры и измеряемого объекта на прибор сравнения (компарирующее средство измерений)?
Положительный ответ на первый вопрос позволяет утверждать, что применяется метод сравнения с мерой. Если при этом значение разности измеряемой величины и меры доводится до нуля, реализуется нулевой метод измерений (иногда его называют методом полного уравновешивания), а если разность этих значений алгебраически суммируется со значением меры – дифференциальный метод.
Если в ходе измерения мера и измеряемый объект последовательно воздействуют на вход средства измерений (СИ), «замещая» друг друга, реализуется метод замещения. Например, измерительная головка на стойке настраивается по плоскопараллельной концевой мере длины, после чего мера убирается и заменяется контролируемой деталью. Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обеспечивают возможность одновременного воздействия меры и измеряемой физической величины, реализуя метод противопоставления.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Цель работы: изучение видов и методов измерений физических величин.
Задачи:
1. Применить для измерений физических величин метод непосредственной оценки и методы сравнения с мерой в разных вариантах.
По физике «Возникновение мер и измерений величин»
... раздел. В нем говорится о том, какие же меры измерения величин использовали в Древней Руси и Западной Европе. 2. ... рассмотреть меры измерительных величин до возникновения системы СИ в разных странах. В-третьих: рассмотреть физические единицы измерения и систему СИ. ... равная 0,1 линии. Возможно отсюда появилось слово точность. Для измерения больших расстояний в древности была введена мера, называемая ...
2. Проанализировать проведенные измерения. Классифицировать использованные виды и методы измерений и зафиксировать результаты измерений и их анализа.
МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТЫ
Объекты измерений:
Детали типа тел вращения, пластин, призм, резисторы, источники постоянного тока.
Измеряемые параметры: линейные размеры, площадь, объем, масса, электрическое сопротивление, напряжение, сила тока.
Средства измерений:
Меры длины, угла, объема и массы (линейка измерительная, набор плоскопараллельных концевых мер длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов).
Накладные и станковые приборы для измерений длины (штангенциркуль, микрометр гладкий, микрометр рычажный или скоба рычажная, измерительные головки со штативом или стойкой и др.).
Весы для измерения массы взвешиванием.
Мультиметр (авометр) для измерений электрических величин.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание
1. Измерить размеры призматической детали (длину l, ширину b, высоту h) пластины и (или) длину и диаметр цилиндрической детали (l, d).
2. Измерить (определить) площади поверхностей и объем V детали.
3. Измерить массу M детали и (определить) плотность ρ ее материала.
4. Измерить электрическое сопротивление резистора R.
5. Измерить электрическое напряжение U источника постоянного тока.
6. Провести анализ использованных видов и методов измерений и оформить результаты работы.
Выполнение измерений
Каждая из предложенных физических величин может быть измерена с использованием одной или нескольких отличающихся методик выполнения измерений (МВИ).
Различия могут заключаться в применении разных средств измерений для реализации одного метода и/или разных методов и видов измерений. Например, измерение объема детали можно выполнить как прямое (по вытесняемому объему жидкости в измерительном сосуде), либо как косвенное (с измерением линейных величин и использованием известных геометрических зависимостей).
В последнем случае для измерений линейных размеров можно использовать метод сравнения с мерой либо непосредственной оценки.
При измерении с использованием одной МВИ допускается выполнение многократных измерений (как правило, не более пяти наблюдений) с фиксацией всех результатов. При многократных измерениях следует обратить внимание на необходимость повторных наблюдений одной и той же физической величины, например, толщину пластины или диаметр цилиндра следует измерять в одном выбранном сечении.
Фиксация результатов прямых измерений в данной работе осуществляется без описания погрешностей измерений с указанием всех значащих цифр, получаемых при измерении величины, например:
- b = 0,20 мм (при измерении штангенциркулем с ценой деления нониуса 0,05 мм);
- b = 0,08 мм (при измерении индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм и снятии отсчета с округлением до целого деления);
- b = 0,082 мм (при измерении индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм и снятии отсчета с интерполированием доли деления);
Оформление результатов работы
При оформлении результатов следует использовать таблицы. Рекомендуемые формы таблиц с примерами заполнения приведены ниже. При необходимости идентификации измеряемой физической величины привести эскиз объекта с указанием контрольных точек (контрольных сечений) и схему измерения, например, как на рис. 1:
Понятие и классификация средств измерений
... увеличении чувствительности средств измерений обычно наблюдается увеличение случайной погрешности. Тогда при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях результаты будут ... общего назначения, манометров. Примеры обозначение классов точности для различных форм выражения погрешности приведены в таблице 1. Таблица 1. Обозначение классов точности Пределы допускаемой основной ...
- а – измеряемая деталь (прямоугольный параллелепипед);
- б – измерение высоты h детали в сечении 1-1 измерительной головкой (указывается тип) на стойке (указывается тип) с настройкой по концевым мерам длины кл. 3;
в – измерение длины l детали в сечении 2-2 индикаторной скобой
Таблица 1
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Таблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Примечание. Результаты прямых измерений величин с многократными наблюдениями (n ≤ 5) представлены средними значениями из табл. 1 (обозначения величин те же).
Таблица 3
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
(по видам измерений)
Таблица 4
МЕТОДЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Кафедра СТАНДАРТИЗАЦИЯ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Группа
Дисциплина: МЕТРОЛОГИЯ
ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Отчет о лабораторной работе N 2
Исполнитель
» » 2002 г.
Руководитель
» » 2002 г.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Цель работы: изучение видов и методов измерений физических величин.
Задачи: изучение видов и методов измерений физических величин.
1. Применить для измерений физических величин метод непосредственной оценки и методы сравнения с мерой в разных вариантах.
2. Проанализировать проведенные измерения. Классифицировать использованные виды и методы измерений и зафиксировать результаты измерений и их анализа.
ЭСКИЗЫ ОБЪЕКТОВ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Таблица 1
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Таблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Примечание. Результаты прямых измерений величин с многократными наблюдениями (n ≤ 5) представлены средними значениями из табл. 1 (обозначения величин те же).
Таблица 3
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
(по видам измерений)
Таблица 4
МЕТОДЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
