Занятие № 2 . Основы теории и методов измерений.

1. Основное уравнение измерения, основные постулаты метрологии.

Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q = X[Q],

где Q — значение величины; X— числовое значение измеряемой величины в принятой единице; [Q] —выбранная для измерения единица.

В простейшем случае модель измерения (рис. 2.1) может быть описана функциональной зависимостью изменения выходного сигнала СИ у от изменения входного сигнала х, как у = f(x).

Величина Х_и

Рис. 2.1. Модель измерения

Однако в процессе измерений возникают различные внешние и внутренние помехи Z_i,Z_l, которые вносят погрешность в результат измерения. Причем каждая из составляющих имеет свою плотность вероятности f(x),f(y),f(z). Этим определяется тот факт, что при многократном измерении одной и той же величины х одним и тем же средством измерения в одинаковых условиях результаты измерения, как правило, различаются между собой и не совпадают с истинным х_и значением физической величины.

y₁ ≠ y₂ ≠ …y_n ≠ х_и

Под истинным значением физической величины понимается значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства физической величины.

Поскольку истинное значение есть идеальное значение, то в качестве наиболее близкого к нему используют действительное значение х, найденное экспериментальным методом, например, с помощью более точных СИ.

Изложенное позволяет сформулировать основные постулаты метрологии.

• Истинное значение определяемой величины существует, и оно постоянно.

• Истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Отсюда следует, что результат измерения у, как правило, математически связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.

Для оценки технического состояния технических систем (ТС) в эксплуатации производят измерения их выходных параметров и на основе измерительной информации принимают решение о пригодности ТС к дальнейшей эксплуатации или необходимости профилактических (ремонтных) воздействий.

Рис. 2.1. Измерение выходных параметров ТС

В дальнейшем необходимо различать термины "измерение", "контроль", "испытание" и "диагностирование". Контроль— частный случай измерения, и он проводится с целью установления соответствия измеряемой величины заданному допуску. Контроль используется также для настройки, регулировки и при установке (замене) отдельных блоков ТС.

Более сложной метрологической операцией является испытание, которое состоит в воспроизведении в заданной последовательности определенных воздействий, измерении реакций объекта на данное воздействие и их регистрации.

Диагностирование системы — это процесс распознавания состояния элементов этой системы в данный момент времени. По результатам диагностирования можно прогнозировать состояние элементов системы при дальнейшей ее эксплуатации.

Для проведения измерений с целью контроля, диагностирования или испытания ТС необходимо осуществлять мероприятия, определяющие так называемое проектирование измерений: анализ измерительной задачи с выяснением возможных источников погрешностей; выбор показателей точности измерений; выбор числа измерений, метода и СИ; формулирование исходных данных для расчета погрешности; расчет отдельных составляющих и общей погрешности; расчет показателей точности и сопоставление их с выбранными показателями.

В целом все эти вопросы должны быть отражены в методике выполнения измерений (МВИ). Причем следует отдавать предпочтение инженерным (упрощенным) методам расчета, но степень сложности МВИ должна быть адекватна возможной степени неточности исходных данных.