Мал. Схема вимірювання

За допомогою певного засобу вимірювання 1 визначається числове значення величини 2. - кількісний сигнал, що виробляється вимірником, як функція

На шкалі 2 одержане певне число ділень .

Набутого на шкалі певного числового значення може бути цілим і дробом, але це буде поки відвернута величина в цифровому виразі.

Необхідно знати – в якому масштабі проводиться вимірювання, тобто – в яких одиницях вимірювання даної величини відбувається відлік результату (3).

Одиниця вимірювання – це прийнята в даному засобі вимірювання міра порівняння у вигляді масштабу. Ця прийнята одиниця вимірювання повинна бути обов'язково фізично однорідної з вимірюваною величиною: завдовжки, площею, швидкістю, силою і т.п., тобто відображає, в яких долях таких одиниць отриманий результат.

Зміряти яку-небудь величину – це означає встановити її числове значення в співвідношенні з іншою однорідною величиною, прийнятою в даному випадку за одиницю вимірювання.

Вимірюванням називають метрологічний процес фізичного порівняння вимірюваної величини з деякою мірою вимірювання – стандартною, загальноприйнятою одиницею вимірювання.

Математично акаючи процедура описується наступним виразом:

де - шукане значення вимірюваної величини, - числовий значення шуканої величини, - прийнята стандартна одиниця вимірювання, що визначає розмірність отриманого результату вимірювання.

Існує декілька видів вимірювань. При їх класифікації звичайно виходять з характеру залежності вимірюваної величини від часу, виду рівняння вимірювань, умов, що визначають точність результату вимірювань і способів виразу цих результатів.

По характеру залежності вимірюваної величини від часу вимірювання розділяються на

• статичні, при яких вимірювана величина залишається постійною в часі;

• динамічні, в процесі яких вимірювана величина змінюється і є

непостійної в часі.

Статичними вимірюваннями є, наприклад, вимірювання розмірів тіла, постійного тиску, динамічними - вимірювання пульсуючого тиску, вібрацій.

За способом отримання результатів вимірювань їх розділяють на

• прямі;

• непрямі;

• сукупні;

• сумісні.

Прямі - це вимірювання, при яких шукане значення фізичної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних. Прямі вимірювання можна виразити формулойгде - шукане значення вимірюваної величини, а - значення, що безпосередньо одержується з досвідчених даних.

При прямих вимірюваннях експериментальним операціям піддають вимірювану величину, яку порівнюють з мірою безпосередньо або ж за допомогою вимірювальних приладів, градуйованих в необхідних одиницях. Прикладами прямих служать вимірювання довжини тіла лінійкою, маси за допомогою вагів і ін. Прямі вимірювання широко застосовуються в машинобудуванні, а також при контролі

технологічних процесів (вимірювання тиску, температури і ін.).

Непрямі - це вимірювання, при яких необхідну величину визначають на підставі відомої залежності між цією величиною і величинами, що піддаються прямим вимірюванням, тобто вимірюють не власне визначувану величину, а інші, функціонально з нею зв'язані. Значення вимірюваної величини знаходять шляхом обчислення по формулі, де - шукане значення побічно вимірюваної величини; - функціональна залежність, яка наперед відома, - значення величин, зміряних прямим способом.

Приклади непрямих вимірювань: визначення об'єму тіла по прямих вимірюваннях його геометричних розмірів, знаходження питомого електричного опору провідника по його опору, довжині і площі поперечного перетину.

Непрямі вимірювання широко поширені в тих випадках, коли шукану величину неможливо або дуже складно зміряти безпосередньо або коли пряме вимірювання дає менш точний результат. Роль їх особливо велика при вимірюванні величин, недоступних безпосередньому експериментальному порівнянню, наприклад розмірів астрономічного або внутріатомного порядку.

Сукупні - це вироблювані одночасно вимірювання декількох однойменних величин, при яких шукану визначають рішенням системи рівнянь, які одержуються при прямих вимірюваннях різних поєднань цих величин.

Прикладом сукупних вимірювань є визначення маси окремих гирь набору (калібрування по відомій масі однієї з них і за наслідками прямих порівнянь мас різних поєднань гирь).

Сумісні - це одночасні вимірювання двох або декількох неоднойменних величин для знаходження залежностей між ними.

Як приклад можна назвати вимірювання електричного опору при 20С і температурних коефіцієнтів вимірювального резистора за даними прямих вимірювань його опору при різних температурах.

За умовами, що визначають точність результату, вимірювання діляться на три класи:

1. Вимірювання максимально можливої точності, досяжної при існуючому рівні техніки.

До них відносяться в першу чергу еталонні вимірювання, пов'язані з максимально можливою точністю відтворення встановлених одиниць фізичних величин, і, крім того, вимірювання фізичних констант, перш за все універсальних (наприклад абсолютного значення прискорення вільного падіння, гіромагнітного відношення протона і ін.).

До цього ж класу відносяться і деякі спеціальні вимірювання, що вимагають високої точності.

2. Контрольно-перевірочні вимірювання, похибка яких з певною вірогідністю не повинна перевищувати деякого за-данного значення.

До них відносяться вимірювання, що виконуються лабораторіями державного нагляду за впровадженням і дотриманням стандартів і станом вимірювальної техніки і заводськими вимірювальними лабораторіями, які гарантують похибка результату з певною вірогідністю, що не перевищує деякого, наперед заданого значення.

3. Технічні вимірювання, в яких похибка результату визначається характеристиками засобів вимірювань.

Прикладами технічних вимірювань є вимірювання, що виконуються в процесі виробництва на машинобудівних підприємствах, на щитах розподільних пристроїв електричних станцій і ін.

За способом виразу результатів вимірювань розрізняють абсолютні і відносні вимірювання.

Абсолютними називаються вимірювання, які засновані на прямих вимірюваннях однієї або декількох основних величин або на використанні значень фізичних констант.

Прикладом абсолютних вимірювань може служити визначення довжини в метрах, сили електричного струму в амперах, прискорення вільного падіння в метрах на секунду в квадраті.

Відносними називаються вимірювання відношення величини до однойменної величини, що грає роль одиниці, або вимірювання величини по відношенню до однойменної величини, що приймається за результатну.

Як приклад відносних вимірювань можна привести вимірювання відносної вологості повітря, визначуваної як відношення кількості водяної пари в 1 м3 повітря до кількості водяної пари, яка насищає 1 м3 повітря при даній температурі.

Основними характеристиками вимірювань є: принцип вимірювань, метод

вимірювань, похибка, точність, правильність і достовірність.

Принцип вимірювань - фізичне явище або сукупність фізичних явищ, покладених в основу вимірювань. Наприклад, вимірювання маси тіла за допомогою зважування з використанням сили тяжіння, пропорційній масі, вимірювання температури з використанням термоелектричного ефекту.

Метод вимірювань - сукупність прийомів використання принципів і засобів вимірювань. Засобами вимірювань є використовувані технічні засоби, що мають нормовані метрологічні властивості.

Похибка вимірювань - різниця між одержаним при вимірюванні X' і істинним Q значеннями вимірюваної величини:

Похибка викликається недосконалістю методів і засобів вимірювань, непостійністю умов спостереження, а також недостатнім досвідом спостерігача або особливостями його органів чуття.

Точність вимірювань - це характеристика вимірювань, що відображає близькість їх результатів до ісинного значення вимірюваної величини.

Кількісно точність можна виразити величиною, зворотної модулю відносної похибки: Наприклад, якщо похибка вимірювань рівна, то точність рівна.

Правильність вимірювання визначається як якість вимірювання, що відображає близькість до нуля систематичних похибок результатів (тобто таких погрішностей, які залишаються постійними або закономірно змінюються при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини). Правильність вимірювань залежить, зокрема, від того, наскільки дійсний розмір одиниці, в якій виконане вимірювання, відрізняється від її дійсного розміру (за визначенням), тобто від того, в якому ступені були правильні (вірні) засоби вимірювань, використані для даного виду вимірювань.

Найважливішою характеристикою якості вимірювань є їх достовірність; вона характеризує довіру до результатів вимірювань і ділить їх на дві категорії: достовірні і недостовірні, залежно від того, відомі або невідомі ймовірнісні характеристики їх відхилень від дійсних значень відповідних величин. Результати вимірювань, достовірність яких невідома, не представляють цінності і у ряді випадків можуть служити джерелом дезинформації.

Наявність похибки обмежує достовірність вимірювань, тобто вносить обмеження в число достовірних значущих цифр числового значення вимірюваної величини і визначає точність вимірювань.