1. Греческое слово: metron – мера, logos – учение; учение мер – метрология.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. С точки зрения информационной теории измерение представляет собой процесс, направленный на уменьшение энтропии измеряемого объекта. Энтропия есть мера неопределенности наших знаний об объекте измерения. В процессе измерения энтропия объекта уменьшается.

Объект измерения – реальный физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми ФВ.

Алгоритм измерения – точное предписание о порядке выполнения операций, обеспечивающих измерение физической величины.

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

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Это общее определение на практике часто конкретизируют, относя его только к применяемым средствам измерения.

Методика выполнения измерений – общий или поэтапный план проведения измерения – намеченный распорядок измерений, определяющий состав применяемых приборов, последовательность и правила проведения операций.

Физическая величина (ФВ) – это свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Единицы физических величин

Основные единицы физических величин – это единицы, выбранные произвольно, независимо от других единиц.

Основные единицы в системе СИ (System International, 1960 г.):

1. Метр – мера длины, м.

2. Килограмм – мера силы, массы, кг.

3. Секунда – мера времени, с.

4. Кельвин – термодинамическая температура, К.

5. Ампер – мера силы тока, А.

6. Кандела – мера света, кд.

7. Моль – мера количества вещества, моль.

Классификация

По числу измерений:

-однократные

-многократные (одна и та же величина измеряется несколько раз)

По характеристики точности:

-равноточные (два или более измерений имеет одну точность)

-разноточные

По характеру измерения физической величины:

-статистические

-динамические (измеряемая величина изменяется быстро)

По способу получения результата измерения:

-прямые измерения – искомую величину находят непосредственно из опытных данных (длину – линейкой, время – секундомером, ток – амперметром и т.д.).

-косвенные измерения – искомую величину определяют вычислениями по результатам прямых измерений величин, связанных с искомой величиной известной зависимостью, например для определения объема цилиндрического резервуара необходимо измерить радиус дна и высоту и обратиться к формуле , где V – объем цилиндра, r – радиус основания цилиндра, h – высота цилиндра.

-совокупные измерения – искомые значения нескольких одноименных величин x и y находят путем прямых одновременных измерений различных сочетаний этих величин.

-совместные измерения – одновременно производятся измерения разнородных величин для установления зависимости между ними.

По способу представления величин:

-абсолютные - в распоряжении экспериментатора не имеется единицы измеряемой величины. По этому приходится ее воспроизводить непосредственно в процессе измерений.

-относительные— измерение отношения величины к одноименной величине, занимающее место единицы. (относительная влажность воздуха)

2) Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности пользуются действительным значением ФВ. Действительное значение физической величины – это такое значение, которое получено экспериментально, и настолько приближено к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

По характеру проявления выделяют погрешности:

• систематическую (коррелированную) θ – погрешность, которая может оставаться постоянной или закономерно изменяться при повторных измерениях одной и той же постоянной величины. Эту погрешность можно выявить и устранить, введя поправки в измерения.

• случайную (некоррелированную) – погрешность, изменяющаяся случайным образом (по знаку и величине) при повторных измерениях одной и той же постоянной величины, проведенных с одинаковой тщательностью. Их закономерности можно выявить при больших количествах измерений (например, 24), избежать их невозможно.

• прогрессирующую (дрейфовую) погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Ее можно корректировать только в данный момент времени, она устраняется путем автоматической поверки правильности измерений (подача контрольного сигнала на вход).

По причинам возникновения погрешности подразделяются на методические, инструментальные, субьективные и погрешности взаимодействия.

• Методическая погрешность – это погрешность, вызванная неточностью метода измерения или расчетной формулой, положенной в основу прибора, а также из-за влияния выбранного средства измерений на параметры сигнала. Методическую погрешность можно уменьшить применением более точного метода измерений.

• Инструментальная погрешность – следствие недостатка конструкции прибора, несоблюдения технологии его изготовления, плохой регулировки и износа прибора. Уменьшение инструментальной (аппаратурной, приборной) погрешности возможно применением более точного прибора.

Погрешность взаимодействия возникает из-за конечных сопротивлений источника сигнала (питания) и прибора, т.е. источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление, вольтметр имеет конечное большое не равное бесконечности сопротивление, амперметр имеет конечное малое не равное нулю сопротивление.

• Субъективная погрешность – погрешность, зависящая от наблюдателя, возникает из-за отсутствия правильных навыков работы с приборами, несовершенства органов чувств, недостаточного опыта работы и невнимательности при измерениях. Применение цифровых приборов и приборов с зеркальной системой отсчета уменьшает субъективную погрешность.

В зависимости от изменения измеряемой величины различают погрешности:

• статическую – погрешность при измерении установившегося значения ФВ, т.е. в случае, когда эта величина перестает изменяться во времени;

• динамическую – разность между погрешностью измерения изменяющейся величины и статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени. Причина появления динамических погрешностей состоит в несоответствии скоростных (временных) характеристик прибора и скорости изменения ФВ.

3) Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности пользуются действительным значением ФВ. Действительное значение физической величины – это такое значение, которое получено экспериментально, и настолько приближено к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

По способу количественного выражения выделяют погрешности:

• абсолютную ∆ – разность между величиной, показываемой прибором, и действительным значением величины:

= X – A.

Абсолютная погрешность характеризует величину и знак полученной погрешности, но не определяет качество проведенного измерения.

Так, например, Δ = 0,5 мм при Х = 100 мм достаточно мала, однако при Х = 1 мм очень велика. Для того чтобы сравнивать качество измерений, введено понятие относительной погрешности;

• относительную δ – отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины:

.

Величина, обратная модулю δ, называется мерой точности;

• приведенную γ – отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению измеряемой величины. Позволяет сравнивать различные устройства, измеряющие одну и ту же величину, измеренную в разное время

,

где X_N – нормирующее значение измеряемой величины, есть конечное значение шкалы прибора. Если ноль на краю или вне шкалы или прибор имеет двустороннюю шкалу (ноль на середине шкалы), то это есть арифметическая сумма конечных значений диапазона измерений, или длина шкалы, если шкала имеет резко сужающиеся деления.

Поправка П: П = – ∆.

В зависимости от измеряемой величины различают погрешности:

• аддитивную (погрешность нуля) а – погрешность, являющаяся постоянной при всех значениях измеряемой величины в пределах диапазона измерений (трение в опорах, шумы, помехи, погрешность дискретизации);

• мультипликативную bх – погрешность, изменяющаяся пропорционально текущему значению измеряемой величины (погрешность в изготовлении добавочного резистора R_д, сопротивления шунта R_ш, делителя, изменение величины питающего напряжения моста);

• линейности – погрешность, выходящая за границы линейно зависящего значения измеряемой ФВ.