1. Понятие об измерении

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств – средств измерений.

При измерении физическая величина сравнивается с некоторым ее значением, принятым за единицу. Результат измерения (значение физической величины) представляет собой, как правило, именованное число: числовое значение измеряемой величины и наименование единицы. Например, U = 1,5 В, Р = 0,27 кВт, F = 528 Гц.

Единица физической величины [Q] – это физическая величина, размеру которой присвоено числовое значение 1. Размер физической величины – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая». Термин «параметр» применяют для обозначения частных особенностей физических величин.

С 1980 г. введена в качестве обязательной Международная система единиц (СИ).

Все основные единицы и многие производные воспроизводятся в настоящее время с помощью эталонов с высокой точностью.

Погрешностью измерения физической величины называется отклонение результата измерения Qизм от истинного значения Qист измеряемой величины

ΔQ = Qизм – Qист

Истинным значением физической величины называется значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Поскольку истинное значение недостижимо, вместо него используют действительное значение.

Действительным значением физической величины Qд называется ее значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

В теории измерений, таким образом, приняты два постулата: первый – о существовании истинного значения, второй – о неизбежности погрешностей.

Результат измерения обязательно должен сопровождаться данными о погрешности измерения ΔQ. Поскольку погрешность измерения имеет всегда вероятностный смысл, должна быть оценена и вероятность ее появления Р. Следовательно, результат измерения в общем плане должен содержать числовое значение измеряемой величины, наименование единицы, значение погрешности и ее вероятность: n[Q], ΔQ, P. Например, U = 1,15 В, ΔU = ±0,05 В, Р = 0,95. Погрешностью характеризуется точность измерений: чем меньше погрешность, тем выше точность.

Наука об измерениях называется метрологией. К проблемам метрологии относятся: общая теория измерений, методы и средства измерений, методы определения точности, единицы измерения, эталоны, обеспечение единства измерений.

2 Основные элементы процесса измерения

Объект измерения – это физическая величина, которая подлежит измерению, например, частота передатчика, напряжение выпрямителя, коэффициент отражения.

Средства измерений – это технические средства, используемые для целей измерений и имеющие нормированную точность. Средства измерений образуют основу измерительной техники.

Принцип измерений составляет совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод измерений представляет собой совокупность приемов использования принципов и средств измерений, обеспечивающую сравнение измеряемой величины с единицей.

Условия измерений характеризуются наличием влияющих величин. Влияющими величинами могут быть высокие и низкие температуры, вибрации и ускорение, повышенное и пониженное давление, электрические и магнитные поля и т. д. Влияние этих величин на средства измерений должно быть изучено, учтено и исключено.

Человек-оператор – проводящий измерения субъект.

По способу нахождения числового значения измеряемой величины измерения подразделяются на прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Прямые измерения – это измерения, при которых искомое значение величины у находят непосредственно из опытных данных х, т. е. у = х.

Косвенные измерения – это измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной математической зависимости между этой величиной и величинами-аргументами, полученными при прямых измерениях. Например, измерение мощности Р по измеренным значениям тока I и сопротивления R: P = RI².

Совместные измерения – это производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Совокупные измерения – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемой при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

По точности измерения делят на три группы:

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне науки и техники. Это измерения, связанные с созданием эталонов, и измерения физических констант.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать некоторых заданных значений. К этой группе относятся измерения, выполняемые службами надзора и измерительными лабораториями предприятий.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений и оценивается до проведения измерений.