Методы измерения технических и медико-биологических величин.

Тема 1. Основные понятия теории измерения.

Измерить физическую величину – значит сопоставить (сравнить) ее с другой однородной величиной, принятой за единицу (величине, по определению присвоенной единичное значение. Она служит для количественной оценки величин, однородных с нею). Результат – обязательно число.

Измерительные приборы могут служить также для контроля (операции, в которой определяют, удовлетворяет ли измеряемая величина определенным условиям). Главное отличие – не получаем числового значения.

Принцип измерения – физическое явление, положенное в основу действия прибора.

Метод измерения – логика выполнения измерения.

- непосредственное сравнение;

- метод компенсации (нуль-метод);

- метод замещения (добавляем элементы к измеряемому на измеритель).

- прямые – измерения, результат которых непосредственно считываем с измерительного прибора;

- косвенные – измерения, где обязательно присутствует вычисление по формуле;

- совокупные – измерение одновременно нескольких одноименных величин, причем искомые значения находят решением систем уравнений, получаемых при прямых измерениях различных комбинаций величин;

- совместные – производятся одновременно над двумя и более неоднородными величинами для нахождения зависимостей между ними.

Объект -> Датчик -> Преобразователь->СОИ

Х У

У(Х) – статическая характеристика прибора (не зависит от времени). Крутизна графика S= dY/dX – чувствительность прибора.

Преобразовывать измерительные сигналы удобно в электрические или оптические.

Непрерывную информацию лучше представлять в аналоговом виде (самописцы, графики, стрелочные приборы и т.д.), дискретную – в цифровом виде.

Шкалы измерительных приборов:

- линейные

- нелинейные (квадратичные, логарифмические)

Тема 2. Погрешности измерения.

Погрешность – разность между измеренной величиной и ее истинным значением.

Классификация:

А) по источнику:

- методические;

- инструментальные;

Б) по характеру проявления при многократных измерениях:

- систематическая (если в результатах есть некая закономерность);

- случайная;

В) по условиям использования;

- основные (для стандартных условий эксплуатации);

- дополнительные (для отклонения (в диапазоне измерений или стандартных) от стандартных условий эксплуатации);

Класс точности прибора определяется относительной приведенной погрешностью. Выражается в процентах: 100% * [абсолютная погрешность]/Хмах. Пишется в кружочке на приборе или в документации.

Субъективные погрешности возникают при считывании оператором информации с прибора. Причины:

- неправильное считывание из-за неправильного положения (параллакс);

- невнимательность оператора.

При применении правил округления, при влиянии трения в механических приборах мы получаем равномерное распределение случайно измеренных величин.

Соображения о трех сигмах используется для обработки данных с подозрениями о грубых промахах. При появлении подозрительно высоких или низких значений необходимо проверить их отстояние от среднего значения: если оно выходит за пределы трех сигм, то их можно отбросить из статистических соображений. Затем необходимо заново рассчитать среднее значение и сигму без учета выброшенных «аномальных» значений. Относительно них делает вывод о ошибке в измерениях, а не статистической природе выброса.

При косвенных измерениях результирующая сигма равна корню из квадратов произведений частных производных на сигму величины-дифференциала.

Инерционность прибора при быстро меняющихся величинах:

- предельная частота измерения. Частота с погрешностью, не превышающую заданную.

- частота среза. Частота, при которой погрешность равна показанию

- время запаздывания сигнала. Прибор реагирует не сразу в силу инерционности. При подаче прямоугольного импульса это время начала возрастания показания прибора.

- длительность переходного процесса (время установления). При подаче прямоугольного импульса это время от начала возрастания показания прибора до выхода на уровень с заданным % от стационарного состояния.