1) Измерением называется процесс сравнения некоторой физической величины с другой однородной ей величиной, принятой за единицу меры. При измерениях определяют размеры отдельных физических величин и выражают их в виде некоторого числа принятых единиц, которое называют результатом измерения. В результате измерения получается отвлеченное число, показывающее во сколько раз измеряемая величина больше или меньше единицы измерения. Результат измерения равен можно выразить равенством: N = к t, где к – число единиц измерений; t (тау) - единица меры. Необходимыми условиями любого измерения являются следующие элементы: 1) объект измерения; 2) субъект измерения – лицо, производящее измерения; 3) мерный прибор; 4) метод измерения (совокупность правил и действий, определяющих процесс измерения); 5) внешняя среда, в которой выполняют измерения. Каждый элемент условий оказывает влияние на результат измерения.
2)Измерения могут быть классифицированы:
по характеристике точности - равноточные неравноточные;
по числу измерений в серии измерений - однократные, многократные;
по отношению к изменению измеряемой величины - статические, динамические;
по метрологическому назначению - технические, метрологические;
по выражению результата измерения - абсолютные, относительные;
по общим приемам получения результатов измерений - прямые, косвенные, совместные, совокупные.
1) По характеристике точности различаются равноточные измерения и неравноточные измерения.
Равноточные измерения - ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях c одинаковой тщательностью.
Неравноточные измерения - ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
2) В зависимости от числа измерений, проводимых во время эксперимента, различаются однократные измерения и многократные измерения.
Однократное измерение - измерение, выполненное один раз, причем число измерений равняется числу измеряемых величин.
Недостаток: велика возможность грубой ошибки – промаха.
Рекомендации: Проводить не менее 2-3-х измерений и за результат измерения принять их среднее значение.
Многократные измерение - измерения одного и того же размера физической величины, следующие друг за другом. Известно, что при числе отдельных измерений более четырех их результаты могут быть обработаны в соответствии с требованиями математической статистики. Следовательно, при четырех и более измерениях, входящих в ряд, измерения можно считать многократными. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных составляющих погрешностей измерений.
3) По характеру изменения получаемой информации в процессе измерений измерения разделяются на статические измерения и динамические измерения.
6)Объектами измерений могут быть любые параметры физических объектов и процессов, описывающие их свойства.
Измерения геометрических величин: длин; диаметров; углов; отклонений формы и расположения поверхностей; шероховатости поверхностей; зазоров.
Измерения механических и кинематических величин: массы; силы; напряжений и деформаций; твердости; крутящих моментов; скорости движения и вращения; кинематических параметров зубчатых колёс и передач.
Измерения параметров жидкости и газа: расхода, уровня, объема; статического и динамического давления потока; параметров пограничного слоя.
Физико-химические измерения: вязкости; плотности; содержания (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах; влажности; электрохимические измерения.
Теплофизические и термодинамические измерения: температуры; давления, тепловых величин; параметров цикла; к.п.д.
Измерения времени и частоты: измерение времени и интервалов времени; измерение частоты периодических процессов.
Измерения электрических и магнитных величин: напряжения, силы тока, сопротивления, емкости, индуктивности; параметров магнитных полей; магнитных характеристик материалов.
Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов; параметров формы и спектра сигналов; свойств веществ и материалов радиотехническими методами.
Измерения акустических величин: акустические - в воздушной, газовой и водной средах; акустические - в твердых средах; аудиометрия и измерения уровня шума.
Оптические и оптико-физические измерения: измерения оптических свойств материалов; энергетических параметров некогерентного оптического излучения; спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения; параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов; характеристик фотоматериалов.
Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических характеристик ионизирующих излучений; спектральных характеристик ионизирующих излучений; активности радионуклидов; радиометрических характеристик ионизирующих излучений.
7)Целью измерения является получение информации о размере физической величины.
Под физической величиной подразумевается свойство, общее в качественном отношении многим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Леонард Эйлер определил это так: "величиной называется все, что способно увеличиваться или уменьшаться, или то, к чему можно нечто прибавить или от чего можно отнять".Размер есть количественная характеристика измеряемой физической величины.
На практике появляется необходимость проводить измерения величин харктеризущих свойства явлений и процессов. Некоторые свойства проявляются качественно, другие количественно. Отображение свойств в виде множества элементов или чисел или условных знаков представляет собой шкалу измерений этих свойств.
Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Поясним это понятие на примере температурных шкал. В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия).
Различают несколько типов шкал: наименований, порядка, разностей (интервалов), отношений и абсолютные и др..
Шкалы наименований характеризуются только отношением эквивалентности (равенства). Шкала наименований это - качественная шкала, она не содержит количественную информацию, в ней нет нуля и единиц измерений. Элементы этих шкал характеризуются только соотношениями эквивалентности (равенства) и сходства конкретных качественных проявлений свойств. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа).
Шкалы порядка - характеризуют значение измеряемой величины в баллах. Эти шкалы описывают свойства, для которых имеют смысл не только соотношения эквивалентности, но и соотношения порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства. Характерным примером шкал порядка являются существующие шкалы чисел твердости тел, шкалы баллов землетрясений, шкалы баллов ветра, шкала оценки событий на АЭС и т.п. Узкоспециализированные шкалы порядка широко применяются в методах испытаний различной продукции.
В этих шкалах также нет возможности ввести единицы измерений из-за того, что они не только принципиально нелинейны, но и вид нелинейности может быть различен и неизвестен на разных ее участках. Результаты измерений в шкалах твердости, например, выражаются в числах твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу, Шору, а не в единицах измерений. Шкалы порядка допускают монотонные преобразования, в них может быть или отсутствовать нулевой элемент.
Шкалы разностей (интервалов) - отличаются от шкал порядка тем, что для описываемых ими свойств имеют смысл не только соотношения эквивалентности и порядка, но и суммирования интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойств. Характерный пример - шкала интервалов времени.
Интервалы времени (например, периоды работы, периоды учебы) можно складывать и вычитать, но складывать даты каких-либо событий бессмысленно.
Другой пример, шкала длин (расстояний) пространственных интервалов определяется путем совмещения нуля линейки с одной точкой, а отсчет делается у другой точки. К этому типу шкал относятся и шкалы температур по Цельсию, Фаренгейту, Реомюру.
Шкалы разностей имеют условные (принятые по соглашению) единицы измерений и нули, опирающиеся на какие-либо реперы.
В этих шкалах допустимы линейные преобразования, в них применимы процедуры для отыскания математического ожидания, стандартного отклонения, коэффициента асимметрии и смещенных моментов.
Шкалы отношений имеют естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Например, шкала массы, начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания. Сравните бытовые и аналитические весы. К множеству количественных проявлений в этих шкалах применимы соотношения эквивалентности и порядка - операции вычитания и умножения, (шкалы отношений 1-го рода - пропорциональные шкалы), а во многих случаях и суммирования (шкалы отношений 2-го рода - аддитивные шкалы).
Массы любых объектов можно суммировать, но суммировать температуры разных тел нет смысла, хотя можно судить о разности и, отношении их термодинамических температур. Примерами шкал отношений являются шкалы массы (2-го рода), термодинамическая температурная шкала (1-го рода).
Шкалы отношений широко используются в физике и технике, в них допустимы все арифметические и статистические операции.
Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, но в них дополнительно существует естественное однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы используются для измерений относительных величии (отношений одноименных величин: коэффициентов усиления, ослабления, КПД, коэффициентов отражений и поглощений, амплитудной модуляции и т.д.).
8)Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и применяемое для количественного выражения однородных физических величин.
Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы физических величин.
1Для линейных и высотных измерений – метр. С 1889 г. за метр принята одна десятимиллионная (1:10 000000) часть половины парижского меридиана (от полюса до экватора). В период после 1889г. в качестве единицы меры длины стали применять физические величины, которые изменялись несколько раз по мере технического прогресса В настоящее время в качестве эталона более высокой точности служит метр, определенный как длина пути пройденного светом в пустоте за долю секундывремени, соответствующую скорости света 1/ 299792458 или приближенно 0,3* 10-8.
2.При угловых измерениях единицей меры служит градус, равный 1/360 части окружности. Он содержит 60 угловых минут, а минута – 60 угловых секунд, обозначаются значками: °, ¢, ². 1°=3600².При вычислениях используется также радиан – величина центрального угла стягиваемого дугой равной радиусу, обозначается буквой r= 360°/ 2p = 57°, 29578 »57°,3.
3. Мерой площади служит квадратный метр (м2); 10000м2 = 1га (гектар); 100га = 1км2; 1ар = 100м2.. Доли м2: дм2 = 1 м2/100; см2 =1 м2/10000
9)Средство измерения – это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Средства измерения классифицируют по следующим признакам:
по конструктивному исполнению;
метрологическому назначению;
уровню стандартизации.
По конструктивному исполнению СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.
Мера — это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря — мера массы, резистор — мера электрического сопротивления.
Измерительный преобразователь — это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем (термопара, частотный преобразовател ь).
Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые располагаются в измерительной цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопары, датчики.
Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (рН-метры, весы, фото-электроколориметры и т.д.).
Под измерительной установкой понимают совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств для выработки сигналов информации в форме, удобной для восприятия и расположенных в одном месте (испытательный стенд).
Измерительная система — это совокупность средств измере-ний и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству (контролирующие, управляющие системы с ЭВМ).
По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие и метрологические. Рабочие средства измерения предназначены непосредственно для измерений в различных сферах деятельности, а именно в науке, технике, в производстве, медицине, то есть там, где необходимо получить значение той или иной физической величины. Метрологическое средство измерения предназначено для метрологических целей: воспроизведения единицы и ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ. К ним относятся эталоны, образцовые СИ, поверочные установки, стандартные образцы.
25)В теодолитах для измерения углов наклона – вертикальных углов, между направлениями визирной оси зрительной трубы и горизонтальной плоскостью- используется угломерный круг, жёсткой укреплённый на оси вращения зрительной трубы. На внешней части угломерного круга нанесены деления лимба, оцифровка которых отличается в различных моделях теодолита.
Зрительная труба переворачивается через зенит. В связи с этим вертикальный круг может оказаться справа от неё, это положение называется круг право (КП), и слева (КЛ).
Главное условие, которое должно соблюдаться в вертикальном круге, заключается в том, чтобы при совмещении нуля верньера с нулевыми шкалами вертикального круга визирная ось зрительной трубы ZZ была параллельно оси цилиндрического уровня LL. При соблюдении этого условия отсчёт по лимбу вертикального круга даёт непосредственное значение угла наклона вертикальной оси зрительной трубы. Если же ось уровня не || нулевому диаметру алидады, то при горизонтальном положении визирной оси, зрительной трубы и оси уровня нуль лимба не совпадает с нулём верньера, т.е. отсчёт по вертикальному кругу не равен нулю.
Отсчёт по вертикальному кругу, соответствующий горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы, когда пузырёк уровня выведен на середину, принято называть местом нуля, обозначается МО. Для определения значения МО визируем зрительную трубу при КП и КЛ на одну и ту же точку, и берут отсчёты по вертикальному кругу при каждом наведении трубы.
Для теодолитов с круговой оцифровкой вертикального круга против часовой стрелки (Т30) значения МО и углов наклона могут быть рассчитаны по формулам:
МО=КЛ+КП+180/2, V=КЛ-МО
При вычислении надо руководствоваться правилом: к величинам КП,КЛ и МО , меньшим 90О , необходимо прибавлять 360О.
При секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки, т.е. для теодолитов 2Т30,Т15 ,2Е5 и др.
Вычисления МО и углов наклона можно выполнять по формулам.
МО=КЛ+КП/2, V=КЛ-КП/2
2)Измерение горизонтальных углов способом полуприемов. Для измерения горизонтального угла приводят прибор в рабочее положение (центрирование, горизонтирование, нивелирование). Наводим перекрестие сетки нитей на основание колышка , закрепляем горизонтальный и вертикальный круг производим отсчет по горизонтальному кругу при круге лева. Открепляем алидаду и наводим на точку С Производим отсчет по горизонтальному кругу при круге лева. Вычисляем значение при круге лева. Вкл=Скл-Вкл —первый полуприем. Меняем положение вертикального круга на круг права сбиваем лимб, наводим на те же самые точки и берем отсчет Вкп и Скп , вычисляем угол вычисляем угол бетта при круге права. Вкп=Скп-Вкп—2 полуприем. Измерение горизонтальных углов способом круговых приемов. Способ круговых приемов –применяется если мы имеем три и более направления. В этом способе на первую точку устанавливаем на лимбе отсчет 0 градусов 0 минут 0 секунд. Открепляем алидаду наводим на следующую точку затем наводим опять на первую точку, отклонение от начального значения по лимбу не должно отличаться на 1 градус.-2 точность прибора.
Точность измерения горизонтальных углов.
На точность измерения горизонтальных углов оказывают влияние следующие ошибки:
1.Инструментальные
аЭксцентриситет алидады. б) Ошибки в делении лимба. в) Неперпендикулярность лимба основной оси инструмента. г.Коллимационная ошибка.
2.Ошибки внешней среды. а) Температура воздуха
б) Нагрев прибора.
в)ветер
3. Точность центрирования над вершинойуглатеодолита и вех.
24)Дальномеры — это приборы, позволяющие измерять расстояние между