6. Классификация измерений.

Прямые измерения – это измерения, в которых искомое значение величины является результатом измерений.

Косвенные измерения – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

Совокупные измерения – это проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомое значение величины определяют путем решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними.

7. Методы измерений. Классификация.

Метод измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

1. Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Средство измерения прямого действия – устройство, в котором преобразование измерительной информации осуществляется строго в одном направлении с входом на выход.

2. Метод сравнения с мерой - метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации:

а) метод дополнения – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнение воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;

б) дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, при котором измеряется разность между этими двумя величинами;

в) нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля;

г) метод измерения замещением - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

Средство измерения – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины.

Метрологическая характеристика средств измерений – это характеристика одного из свойств средства измерений, влияющих на результат измерений или его погрешность.

8. Погрешности измерений. Классификация.

Истинное значение физической величины — это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении.

Действительное значение физической величины. — значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

Результат измерения представляет собой приближенную оценку истинного значения величины, найденную путем измерения.

Погрешность результата измерения — это разница между результатом измерения X и истинным (или действительным) значением Q измеряемой величины.

Погрешность средства измерения — разность между показанием СИ и истинным (действительным) значением измеряемой ФВ.

Точность измерения – это степень приближения результата измерения к истинному значению.

По характеру проявления погрешности делятся на случайные, систематические, прогрессирующие и грубые (промахи).

Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера ФВ, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях.

Систематическая погрешность — составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ.

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Грубая погрешность (промах) — это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.

По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности.

9. Классификация средств измерений (характеристики СИ, используемых в лабораторной работе).

10. Метрологические характеристики: сущность, определения.

Метрологические характеристики — это характеристики свойств средства измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными.

Метрологические характеристики СИ позволяют:

• определять результаты измерений и рассчитывать оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерения в реальных условиях применения СИ;

• рассчитывать MX каналов измерительных систем, состоящих из ряда средств измерений с известными MX;

• производить оптимальный выбор СИ, обеспечивающих требуемое качество измерений при известных условиях их применения;

• сравнивать СИ различных типов с учетом условий применения.

11. Сущность нормирования метрологических характеристик.

При разработке принципов выбора и нормирования средств измерений необходимо придерживаться ряда положений:

1. Основным условием возможности решения всех перечисленных задач является наличие однозначной связи между нормированными MX и инструментальными погрешностями. Эта связь устанавливается посредством математической модели инструментальной составляющей погрешности, в которой нормируемые MX должны быть аргументами. При этом важно, чтобы номенклатура MX и способы их выражения были оптимальны.

2. Нормирование MX средств измерений должно производиться исходя из единых теоретических предпосылок. Это связано с тем, что в измерительных процессах могут участвовать СИ, построенные на различных принципах.

3. Нормируемые MX должны быть выражены в такой форме, чтобы с их помощью можно было обоснованно решать практически любые измерительные задачи и одновременно достаточно просто проводить контроль СИ на соответствие этим характеристикам.

4. Нормируемые MX должны обеспечивать возможность статистического объединения, суммирования составляющих инструментальной погрешности измерений.

5. Нормируемые MX должны быть инвариантны к условиям применения и режиму работы СИ и отражать только его свойства. Выбор MX необходимо осуществлять так, чтобы пользователь имел возможность рассчитывать по ним характеристики СИ в реальных условиях эксплуатации.

6. Нормируемые MX, приводимые в нормативно-технической документации, отражают свойства не отдельно взятого экземпляра СИ, а всей совокупности СИ данного типа, т.е. являются номинальными. Под типом понимается совокупность СИ, имеющих одинаковое назначение, схему и конструкцию и удовлетворяющих одним и тем же требованиям, регламентированным в технических условиях. Метрологические характеристики отдельного СИ данного типа могут быть любыми в пределах области значений номинальных MX.

12. Понятие класса точности, виды, нормирование.

Класс точности средства измерения – это обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых значений его основной и дополнительной погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности устанавливаются для средства измерения, у которых суммарная погрешность нормируется в виде пределов допускаемой основной и дополнительной погрешностей. Эти пределы могут выражаться в форме абсолютных, относительных и приведённых погрешностей.

Пределы допускаемой основной погрешности _СИ, определяемые классом точности — это интервал, в котором находится значение основной погрешности СИ. Если СИ имеет незначительную случайную составляющую, то определение _СИ относится к нахождению систематической погрешности и случайной погрешности, обусловленной гистерезисом, и является достаточно строгим. При этом предел D_СИ = D_0SP + 0,5Н_ОР.

Если СИ имеет существенную случайную погрешность, то для него определение предела допускаемой основной погрешности является нечетким. Его следует понимать как интервал, в котором находится значение основной погрешности с неизвестной вероятностью, близкой к единице:

D_СИ = ±(D_0SP + K[D̊₀] + 0,5H_0P) где К — коэффициент, зависящий от доверительной вероятности Р.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением  влияющей величины , может быть найден с использованием функции влияния Y(x): D_ДСИ =  [dY(x)/d]_max. B частности, если Y(x) = A, то D_ДСИ =  .

Классы точности СИ устанавливаются в стандартах или технических условиях. Средство измерений может иметь два и более класса точности.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей. Выбор формы представления зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения СИ.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанавливаются по одной из формул:  = ±а или  = ± (а + bх), где х — значение измеряемой величины или число делений, отсчитанное по шкале; a, b — положительные числа, не зависящие от х. Первая формула описывает чисто аддитивную погрешность, а вторая — сумму аддитивной и мультипликативной погрешностей.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяются по формуле  = /x_N = ±р, где x_n — нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и ; р — отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда значений: (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)10ⁿ; n=1; 0; -1; -2;...

Нормирующее значение x_n устанавливается равным большему из пределов измерений (или модулей) для СИ с равномерной, практически равномерной или степенной шкалами и для измерительных преобразователей, если нулевое значение выходного сигнала находится на краю или вне диапазона измерений.

Для СИ, шкала которых имеет условный нуль, х_ы равно модулю разности пределов измерений.

Для приборов с существенно неравномерной шкалой x_n принимают равным всей длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. В этом случае пределы абсолютной погрешности выражают, как и длину шкалы, в единицах длины, а на средстве измерений класс точности условно обозначают, например, в виде значка , где 0,5 — значение числа р. В остальных рассмотренных случаях класс точности обозначают конкретным числом р, например 1,5. Обозначение наносится на циферблат, щиток или корпус прибора. Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяются по формуле  = /х = ±q , если  =  а. Значение постоянного числа q устанавливается так же, как и значение числа р. Класс точности на прибор обозначается в виде , где 0,5 — конкретное значение q.

В случае, если абсолютная погрешность задается формулой  (а + bх), пределы допускаемой относительной основной погрешности

где с, d — отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда: (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)10ⁿ; п=1; 0; -1; -2 и т.д.; x_k — больший (по модулю) из пределов измерений.

В стандартах или технических условиях на СИ указывается минимальное значение Х₀ , начиная с которого применим принятый способ выражения пределов допускаемой относительной погрешности. Отношение x_k/x₀ называется динамическим диапазоном измерения.

Предел допускаемой дополнительной погрешности _дси может указываться в виде:

• постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины или постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины;

• отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

• зависимости предела _дcи от влияющей величины (предельной функции влияния);

• функциональной зависимости пределов допускаемых отклонений от номинальной функции влияния.