Ход работы

1. Запишите в протоколе и выучите метрологическое определение измерения:

“Под измерением понимается совокупность действий, выполняемых с помощью средств измерений по определенному методу с целью получения правильного результата измерения, а также оценка допущенной при этом погрешности.”

Проанализируйте это определение и укажите состав измерения, т.е. его необходимые ингредиенты. Дальнейшая часть занятия будет посвящена их рассмотрению.

2. Усвойте понятие “средства измерений”:

“Средства измерений – технические средства, предназначенные для измерений и отвечающие метрологическим требованиям.” (Общее понятие).

Рассмотрите состав средств измерений.

В состав средств измерений в общем случае входят:

а) измерительные приборы (инструменты);

б) измерительные преобразователи;

в) измерительные принадлежности;

г) меры измеряемых величин;

д) стандартные образцы.

3. Перейдите к изучению отдельных видов средств измерений:

“Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне.”

Приведите примеры измерительных приборов.

Обоснуйте примерами существующие классификации измерительных приборов:

1) показывающие и регистрирующие;

2) аналоговые и цифровые;

3) электрические и неэлектрические.

4. Ознакомьтесь с измерительными преобразователями:

“Измерительный преобразователь – техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую, более удобную в процессе обработки, передачи и хранения информации.”

Обычно преобразователь преобразует неэлектрическую измеряемую величину в электрическую, поскольку основу современной измерительной техники составляют электронные устройства. Частным случаем измерительного преобразователя является датчик, который производит преобразование непосредственно на объекте измерений.

Приведите примеры измерительных преобразователей (тепло­вых, оптических, механических, радиационных величин).

5. Ознакомьтесь с измерительными принадлежностями:

“Измерительная принадлежность – устройство, служащее для обеспечения необходимых внешних условий с целью выполнения измерений с требуемой точностью.”

Приведите примеры измерительных принадлежностей для разных видов измерений (электрических, тепловых и т.д.).

6. Усвойте понятие мер измеряемых величин:

“Мера измеряемой величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины одного или нескольких заданных размеров, удовлетворяющее метрологическим требованиям.”

Меры бывают однозначные (одноразмерные) и многозначные (многоразмерные). Последние изготовляются в виде наборов мер, магазинов мер или мер переменной величины (например, конденсатор переменной емкости). Приведите примеры мер массы, объема, длины, электрического сопротивления, времени, звуковой частоты.

7. Познакомьтесь с понятием “стандартный образец”:

“Стандартный образец – образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или нескольких измеряемых величин, характеризующих свойство (образцы свойств) или химический состав (образцы состава) этого вещества.”

Стандартные образцы применяются в качестве образцов при наиболее точных измерениях. Их заносят в Государственный реестр стандартных образцов. Примерами стандартных образцов являются образцы бензойной кислоты высокой очистки для калибровки калориметров (образец свойства) или образцы специальной углеродистой стали (образец состава).

8. Познакомьтесь с понятием “метод измерений”:

“Метод измерений – совокупность приемов действий с измеряемым объектом и средствами измерений, обеспечивающая получение результата измерений.” (Общее понятие).

Методы измерений многочисленны и включают определенные методики, т.е. процедурные действия при измерениях, выполняемые по определенным метрологическим правилам. Методы классифицируются по видам измерений (электрические, механические, оптические, тепловые и т.д.) и по группам:

а) прямые;

б) косвенные;

в) совокупные;

г) совместные.

В каждой из этих групп выделяются подгруппы и типы. В прямых измерениях результат получается путем сравнения измеряемой величины с мерой на измерительном приборе либо непосредственно, без использования меры. В косвенных измерениях результат получают путем вычислений из результатов прямых измерений величин, которые связаны с измеряемой величиной известной функциональной зависимостью (формулой). В совокупных измерениях проводят измерения нескольких однородных величин в различных сочетаниях, а затем, путем решения системы уравнений, находят значения каждой величины в отдельности. В совместных измерениях одновременно измеряют значения двух или нескольких неоднородных величин для установления зависимости между ними – функциональной или статистической.

Приведите примеры прямых, косвенных, совокупных и совместных измерений.

9. Познакомьтесь с понятием “результат измерения”:

“Численное значение измеряемой величины и единицы ее измерения, или размерности в совокупности определяют результат измерения.”

При этом численное значение должно обязательно представляться в десятичной форме. Результаты некоторых измерений являются безразмерными. Приведите примеры безразмерных величин. Что касается размерностей, то они должны соответствовать системе СИ (система интернациональная), введенной в России законодательно с 01.01.63 г. Эту систему изучают в школьном курсе физики. Укажите основные, дополнительные и производные единицы системы СИ. В последних можно ограничиться примерами. Также укажите основные приставки (и их обозначения), формирующие кратные и дольные единицы с приведением примеров.

10. Изучите понятие погрешности (синоним – ошибки) измерения и классификацию погрешностей.

“Погрешность измерения – отличие измеренного значения измеряемой величины от ее истинного значения.”

Истинное значение измеряемой величины принципиально недостижимо, за исключением редких случаев. Поэтому и точное значение погрешности установить нельзя. Погрешность находят приближенно, что и отражается термином “оценка”. Типов погрешностей существует больше, чем методов и средств измерений. Однако их все можно проклассифицировать по трем основным критериям. Запишите в протокол схему классификации погрешностей (см. рис.):

		Погрешности
Математический вид		Происхождение				Закономерность проявления
абсолютные		методические				систематические
относительные		инструментальные (приборные)				случайные
приведенные		индивидуальные (субъективные)				промахи (выбросы)

Все три способа классификации являются независимыми, поэтому в принципе возможны любые триадные комбинации. Абсолютная погрешность – разность между измеренным и истинным значением. Она находится именно в указанном порядке, может быть и положительной, и отрицательной. Очевидно, для размерных результатов измерения абсолютная погрешность также размерная.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к истинному значению. Она может вычисляться в процентах. Относительная погрешность всегда безразмерная. Приведенная погрешность отличается от относительной тем, что деление производят на некоторую номинальную величину, например, на верхний предел измерительного прибора.

Деление погрешностей по происхождению очевидно и обусловлено причиной их появления, а именно – конкретным “участ­ником” измерения: методом, прибором или человеком. Приведите примеры методических, приборных и индивидуальных погрешностей при конкретных измерениях.

Наиболее важной с точки зрения уменьшения погрешностей при выполнении конкретных измерений и оценки оставшейся погрешности является третья классификация. В ней речь идет о закономерностях их проявления при повторениях процедуры измерения в тех же условиях. Подробно этот раздел материала изучается во второй части данной темы.

Резюме

Измерение является сложным процессом, включающим ряд необходимых ингредиентов, и должно выполняться согласно требованиям метрологии. Эти требования включают выбор средств измерений, метода измерений, получение правильного результата и оценку допущенной погрешности.