Измерения в электрических цепях Измерения Общее понятие измерений

Измерения выполняются во всех сферах человеческой деятельности, на протяжении всей жизни человека, в быту, профессиональной, общественной и учебной деятельности. Только родившийся человек, еще не имея имени, сразу становится объектом измерений. В первые минуты жизни к нему применяют средства измерений длины, массы и температуры. В повседневной жизни мы также постоянно сталкиваемся с количественными оценками. Мы оцениваем температуру воздуха на улице, следим за временем, решаем насколько выгодно и рационально практически любое наше действие.

Также существуют измерения в нетехнических областях. Например, измерения в психологии позволяют выявить числовые характеристики свойств личности или группы, таких как поведение, восприятие и др.

С измерениями связана деятельность человека на любом предприятии. Инженеры промышленных предприятий осуществляющие метрологическое обеспечение производства должны иметь полные сведения о возможностях измерительной техники, для решения задач взаимозаменяемости узлов и деталей, контроля производства продукции на всех его жизненных циклах.

Появление новых видов и способов измерений, измерительной техники, связано с научно-техническим прогрессом, являются следствием обстоятельных исследований. И наоборот, измерения не раз в истории человечества позволяли делать фундаментальные открытия.

Развитие науки и техники, различных областей исследования, сопровождается привлечением разнообразной измерительной техники.

Измерение физических величин

Измерение – это процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений). Совокупность операций для определения отношения измеряемой величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве. Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины.

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих - физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.

Физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи, называется измеряемой физической величиной.

Измеряемые физические величины можно классифицировать с помощью различных признаков, одним из которых является природа величины.

Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины является числовым значением совместно с обозначением используемой единицы, например, 10 Вт.

Измерение значения физической величины опытным путем проводится с помощью различных средств измерений – измерительных приборов, измерительных преобразователей, установок и др.

Объект измерения – это тело (физическая система, процесс, явление и т. д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Свойства объектов можно выражать количественно в принятых единицах.

Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

На практике широко применяется понятие узаконенные единицы, которое раскрывается как «система единиц и (или) отдельные единицы, установленные для применения в стране в соответствии с законодательными актами».

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Система физических величин (англ. system of physical quantities) – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

Основная физическая величина (англ. base quantity) – физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная физическая величина (англ. derived quantity) – физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.

Физический параметр – физическая величина, рассматриваемая при измерении данной физической величины как вспомогательная. Пример - При измерении электрического напряжения переменного тока частоту тока рассматривают как параметр напряжения.

Влияющая физическая величина (англ. influence quantity) – физическая величина, оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений.

Размерность физической величины (англ. dimension of a quantity) – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

Безразмерная физическая величина (англ. dimensionless quantity) – физическая величина, в размерность которой основные физические величины входят в степени, равной нулю. Безразмерная величина в одной системе величин может быть размерной в другой системе. Например, электрическая постоянная eо в электростатической системе является безразмерной величиной, а в системе величин СИ имеет размерность dim _eо = L^-3 М^-1 Т⁴ I².

Целью измерений является определение значения физической величины - некоторого числа принятых для нее единиц (например, результат измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.).

Шкала физической величины – упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.

Условная шкала физической величины (англ. conventional reference scale; reference - value scale) – шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах.

Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называется единицей физической величины. Например, единица длины - метр, единица массы килограмм, единица температуры - градус и т.д.

Для большинства величин единицы получают по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами. Например, единица скорости - метр в секунду (м/с), единица плотности - килограмм на метр в квадрате (кг/м²).

Единицу можно получить также умножением или делением независимой или производной единицы на целое число, обычно на 10. Такие единицы называют кратными (например, километр - 10³ м, киловатт - 10³ Вт) или дельными (например, миллиметр - 10'³ м, миллисекунда - 10'³ с).

Единицы физических величин объединяются по определенному принципу в системы единиц. Эти принципы заключаются в следующем: произвольно устанавливают единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и по формулам через основные получают все производные единицы для данной области измерений. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

Международная система единиц (СИ) включает семь основных единиц: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд).

В названии системы величин применяют символы величин, принятых за основные. Так система величин механики, в которой в качестве основных приняты длина L, масса М и время Т, должна называться системой LMT. Система основных величин, соответствующая Международной системе единиц (СИ), должна обозначаться символами LMTIQNJ, обозначающими соответственно символы основных величин - длины L, массы М, времени Т, силы электрического тока I, температуры Q, количества вещества N и силы света J.

Все физические величины можно подразделить на:

- неэлектрические (например, механические, тепловые, химические);

- электрические (например, напряжение, ток, напряженность электромагнитного поля).

По природе измеряемые величины можно разделить на 11 классов:

1) электрические;

2) магнитные;

3) электромагнитные;

4) механические;

5) акустические;

6) тепловые;

7) оптические;

8) химические;

9) радиоактивные;

10) пространственные;

11) временные.

Каждый класс включает конечное множество конкретных величин.

Классификация физических величин:

1. Может ли совершать работу: активные, пассивные

2. Детерминированные, случайные

3. Аналоговые – ФВ, которая имеет бесконечное множество значений в заданном диапазоне; квантованные

4. Во времени: непрерывные, дискретные

Электрические измерения могут применяться для измерений как электрических, так и неэлектрических величин. Причина широкого распространения электрических измерений – простота и удобство получения, преобразования, передачи и хранения информации, представленной в электрической форме. Большинство современных средств измерений основано на принципах электрических измерений.

В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины.

Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Истинное значение – свойство, объективно присущее физической величине, но абсолютно точно определить его экспериментально нельзя. Поэтому при измерениях всегда используется действительное значение физической величины. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению.

Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.