12. Измерение и его основные операции. Структурная схема измерения.

По ГОСТ 16263 Измерение – нахождение значения ФВ опытным путем с помощью спец технических средств. А также Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения.

Основное уравнение измерения Q=q[Q], (где Q- значение ФВ, q –числовое значение ФВ). Суть измерения состоит в сравнении размера ФВ Q с размерами выходной величины, регулируемой многозначной мерой, q[Q]. В результате измерения устанавливают, что q[Q] < Q < (q+1)[Q].

Структурная схема измерения:

Измерительное преобразование — операция, при которой устанавливается взаимно однозначное соответствие между размерами в общем случае неоднородных преобразуемой и преобразованной ФВ. Измерительное преобразование описывается уравнением вида Q = k·F(X), где F — некоторая функция или функционал, k — линейное преобразование (пост величина).

Осн назначение измерительного преобразования — получение и преобразование информации об измеряемой величине. Его выполнение осуществляется на основе выбранных физических закономерностей.

Эта операция осуществляется посредством измерительного преобразователя — техн устройства, построенного на определенном физическом принципе и выполняющего одно частное измерительное преобразование.

Воспроизведение физической величины, заданного размера N[Q] — это операция, которая заключается в создании требуемой ФВ, с заданным значением и известным с оговоренной точностью.

Сравнение измеряемой ФВ с величиной, воспроизводимой мерой Q_m,— это операция, заключающаяся в установлении отношения этих двух величин: Q > O_м, Q < Q_м или Q = Q_м. Точное совпадение величин не встречается. В результате сравнения близких или одинаковых величин Q и q_m может быть лишь установлено, что [Q – Q_м] < [Q].

Метод сравнения - совокупность приемов использования физических явлений и процессов для определения соотношения однородных величин. Далеко не каждую ФВ можно сравнить при этом с себе подобной. Все ФВ в зависимости от возможности создания разностного сигнала делятся на три группы: 1) ФВ, которые можно вычитать и => непосредственно сравнивать без предварительного преобразования. (Электр, магн и механ величины.) 2) ФВ, неудобные для вычитания, но удобные для коммутации, (световые потоки, ионизирующие излучения, потоки жидкости и газа.) 3) ФВ, характеризующие состояние объектов или их свойств, которые невозможно вычитать (влажность, концентрация веществ, цвет, запах и др.)

13. Основные элементы процесса измерений.

Измерение — сложный процесс, включающий в себя взаимодействие целого ряда его структурных элементов. К ним относятся: измерительная задача, объект измерения, принцип, метод и средство измерения и его модель, условия измерения, субъект измерения, результат и погрешность измерения.

Задача (цель) любого измерения заключается в определении значения выбранной (измеряемой) ФВ с требуемой точностью в заданных условиях. Постановку задачи измерения осуществляет субъект измерения – человек. При постановке задачи конкретизируется объект измерения, в нем выделяется измеряемая ФВ и определяется (задается) требуемая погрешность измерения.

Объект измерения — это реальный физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми ФВ. Он обладает многими свойствами и находится в многосторонних и сложных связях с другими объектами. Субъект измерения — человек принципиально не в состоянии представить себе объект целиком, во всем многообразии его свойств и связей. Вследствие этого взаимодействие субъекта с объектом возможно только на основе математической модели объекта. Математическая модель объекта измерения — это совокупность математических символов (образов) и отношений между ними, которая адекватно описывает интересующие субъекта свойства объекта измерения. Математическая модель строится до выполнения измерения в соответствии с решаемой задачей на основе априорной информации. Априорная информация - информация об объекте измерения, известная до проведения измерения.

Измеряемая величина — это ФВ, подлежащая определению в соответствии с измерительной задачей.

Измерительная информация, т.е. информация о значениях измеряемой ФВ, содержится в измерительном сигнале. Измерительный сигнал — это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой ФВ. Он поступает на вход СИ, при помощи которого преобразуется в выходной сигнал, имеющий форму, удобную либо для непосредственного восприятия человеком (субъектом измерения), либо для последующей обработки и передачи.

Принцип измерений — совокупность физических принципов, на которых основаны измерения.

Метод измерения — это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерения должен по возможности иметь миним погрешность и способствовать исключению систематических погрешностей или переводу их в разряд случайных.

Метод измерений реализуется в средстве измерений — техническом средстве, используемом при измерениях и имеющем нормированные метрологические свойства (ГОСТ 16263-70). Метрологические характеристики — это характеристики свойств СИ, которые оказывают влияние на результат измерений и его погрешности и предназначены для оценки технического уровня и качества СИ, а также определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

В процессе измерения важную роль играют условия измерения — совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Влияющая величина — это физическая величина, не измеряемая данным СИ, но оказывающая влияние на его результаты. Различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. Нормальные условия измерений (задаются в нормативно-технической документации на СИ.) — это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения.

Конечной целью любого измерения является его результат — значение ФВ, полученное путем ее измерения. Оценивают качество результата измерения, т.е. точность, достоверность, правильность, сходимость, воспроизводимость и размер допускаемых погрешностей.

Погрешность — это отклонение Х результата измерения Х_изм от истинного значения Х_нс измеряемой величины, определяемое по формуле Х = X_изм – X_ис.

Субъект измерения — человек — оактивно воздействует на процесс измерения и осуществляет:

• постановку измерительной задачи;

• сбор и анализ априорной информации об объекте измерения;

• анализ адекватности объекту измерения выбранной модели;

• обработку результатов измерений.