2 Физические величины и измерения

2.1 Исходные понятия и определения

Рассмотрим некоторые основные понятия и относящиеся к ним термины и определения, нашедшие широкое применение в метрологии и электрических измерениях.

Физическая величина – это свойство, общее в качественном отношении для многих объектов (системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Например, ток в электрической цепи.

Индивидуальность в количественном отношении понимается в смысле, что свойство может быть для одного объекта больше или меньше, чем для другого. Например, ток в одной ветви цепи больше тока в другой ветви цепи.

Размер физической величины – количественное содержание конкретной физической величины в конкретном объекте.

Следует четко уяснить себе разницу между размером величины и размерностью. Размерность дает представление о виде, о природе величины, о соотношении какой – то величины с другими, т.е. является качественной характеристикой. Размер определяет количественное содержание величины, или, иначе говоря, является их количественной характеристикой.

Единица физической величины – физическая величина, которой по определению придано значение равное единице. Например, сила электрического тока – ампер.

Значение физической величины – количественная оценка конкретной физической величины, выраженная в виде некоторого числа единиц данной физической величины. Например, значение тока в конкретной цепи равно 10 ампер.

Иными словами под значением х физической величины X подразумевается оценка её размера в виде:

где - N числовое значение величины (отвлечённое число) 1х– размер единицы физической величины.

Очень часто словом «величина» пытаются выразить размер данной конкретной физической величины. Говорят, например: величина напряжения. Это неправильно, т.к. напряжение в правильном понимании этого слова является физической величиной, и говорить о величине величины нельзя.

Информация – это совокупность сведений, уменьшающих начальную неопределённость знаний об объекте.

Измерительная информация – информация о значениях измеряемых физических величин. Осуществляя измерение, получают измерительную информацию в виде числового значения N, представляющего собой отношение значения х измеряемой величины к принятому размеру её единицы 1х.

Сигнал – материальный носитель информации, это физический процесс, протекающий во времени.

Измерительный сигнал – сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной и имеющий ряд параметров.

Информативный параметр измерительного сигнала – параметр измерительного сигнала, функционально связанный с измеряемой величиной и содержащий измерительную информацию. Параметры сигнала, не связанные функционально с измеряемой величиной, называют неинформативными параметрами.

Измерительные сигналы могут быть аналоговыми и цифровыми. Можно выделить следующие виды аналоговых сигналов: непрерывный х , дискретизированный по времени х , квантовый по уровню с шагом квантования q, а также дискретизированный и квантованный (рис. 2.1). Очевидно, что аналоговые сигналы могут быть непрерывными либо дискретными, тогда как цифровые сигналы всегда дискретны. Аналоговый сигнал становится цифровым после квантования его информативного параметра по уровню с равномерным шагом q и цифрового кодирования числа N шагов квантования.

Кодирование – это определённый закон изменения , преобразования какого – либо понятия (в нашем случае аналогового сигнала) в комбинацию условных символов, например с использованием двоичной формы счисления.

При измерении физической величины измерительный сигнал необходимо создать. Для этого используется электрический переносчик, один из параметров которого изменяется (кодируется) по определённому закону, в зависимости от размера измеряемой величины, т.е. формируется информативный сигнал с его информативным параметром. Такое изменение (кодирование) может быть аналоговым или цифровым. Аналоговое – заключается в отображении размеров одной физической величины размерами другой физической величины. Цифровое – заключается в отображении числе шагов квантования по уровню размера физической величины комбинациями условных символов.

Средства измерений – это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. От средств измерений непосредственно зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе измерения.

Взаимодействие средств измерений с объектом основано на физических явлениях, совокупность которых составляет принцип измерений. Числовое значение измеряемой величины получается путём её сравнения с известной величиной, воспроизводимой определённым видом средств измерений – мерой.

Метрологические характеристики средств измерений – это те их характеристики, от которых зависит точность результата измерений, выполняемых с помощью этих средств. Нормирование метрологических характеристик заключается в законодательном регламентировании их состава и норм их значений.

Точность измерения – степень приближения результатов измерения к истинному значению примеряемой величины. Термин «точность» применяют лишь для сравнения результатов или относительной характеристики методов измерений. Например, точность измерения напряжения с помощью компенсатора напряжения больше, чем при измерении с помощью вольтметра электромагнитной системы.

Непосредственная цель измерений – нахождение значения х измеряемой величины . Нужно только ясно понимать, что значение х физической величины , найденное опытным путём при проведении процесса измерения, ещё не есть результат измерения. Результатом измерения оно становится после оценки погрешности результата измерения.

Погрешность измерения - алгебраическая разность между полученным при измерении значением измеряемой величины и значением, выражающим истинный размер этой величины.

При практическом определении погрешности значение, соответствующие истинному размеру примеряемой величины, заменяется значением, наиболее близким к истинному, т.к. последнее не может быть известным. Это значение, близкое к истинному, называют «действительным значением измеряемой величины».

Действительное значение измеряемой величины - это значение, найденное экспериментальным путём и настолько приближается к истинному значению, что может быть использовано вместо него для оценки погрешности. Таким образом, погрешность результата измерений – это алгебраическая разность между полученным при измерении и действительным значением измеряемой величины. Погрешность результата измерения в отличии от погрешности измерения уже реальная величина, доступная для определения. Погрешность результата измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины (абсолютная погрешность) или в долях (или процентах) ее значения (относительная погрешность).

Для измерения характерно получение количественной информации об измеряемой величине. Количественная оценка измеряемой величины должна удовлетворять двум требованиям:

Во – первых, в результате измерения необходимо получить именованное число, т.е. число, выраженное в определённых единицах, общепринятых для данной величины.

Во – вторых, результат измерения должен содержать оценку точности полученного значения измеряемой величины.

Поверка средств измерений - определение метрологическим органом погрешностей средств измерений и установления их пригодности к применению. Если поверяемые средства измерений предназначены для применения с учётом введения поправок к их показаниям, то при поверке определяют их погрешности. Если они предназначены для применения без введения поправок, то при поверке выясняют, не превышают ли их погрешности допустимых значений.

Градуировка средств измерений - нанесение отметок на шкалу или определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным условным отметкам, или более кратко – это определение градуировочнной характеристики средства измерения.