Измерение и его основные операции. Структурная схема измерения.
Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).
Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.
Характеристикой точности измерения является его погрешность. Примеры измерений:
В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.
В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов.
Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.
Классификация измерений
По видам измерений
Виды измерений
Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.
Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для определения зависимости между ними.
Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
По точности
Равноточные измерения — однотипные результаты, получаемые при измерениях одним и тем же инструментом или им подобным по точности прибором, одним и тем же (или аналогичным) методом и в тех же условиях.
Неравноточные измерения — измерения, произведённые в случае, когда нарушаются эти условия.
По методам измерений
Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.
Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
Нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.
По назначению
Технические и метрологические измерения.
По точности
Детерминированные и случайные.
По отношению к изменению измеряемой величины
Статические и динамические.
По числу измерений
Однократные и многократные.
По результатам измерений
Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную.
Равноточные измерения
Ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
Неравноточные измерения
Ряд измерений, какой- либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
Однократное измерение
Измерение, выполненное один раз.
Многократное измерение
Измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.
Статическое измерение
Измерение физической величины, принимаемую в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Динамическое измерение
Измерение изменяющейся по размеру физической величины.
Абсолютное измерение
Измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Относительное измерение
Измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемую за исходную.
Прямое измерение
Измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.
Косвенное измерение
Определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
Совокупные измерения
Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в разных сочетаниях.
Совместные измерения
Проводимые одновременно измерения двух или нескольких величин для определения зависимости между ними.
Наблюдение при измерении
Операции, проводимые при измерении и имеющие целью своевременно и правильно произвести отсчет
Отсчет показаний средства измерений
Фиксация значений величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени.
Измерительный сигнал
Сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине
Измерительная информация
Информация о значениях физических величин.
Измерительная задача
Задача, заключающаяся в определении физической величины путем её измерения с требуемой точностью в данных условиях измерений.
Объект измерений
Тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.
Область измерений -Совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.
Вид измерений
Часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.
Подвид измерений
Часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.).
объект измерения – это сложный процесс, характеризующийся множеством отдельных параметров, каждый из которых может быть изме-рен в отдельности, но в реальных условиях действует на ИП совместно со всеми остальными параметрами;
измеряемая величина – это единственный интересующий нас па-раметр из всего множества параметров объекта измерения;
результат измерения – это выходной параметр измерительного преобразователя.
По виду входных и выходных величин ИП можно разделить:
а) на преобразователи электрических величин в электрические;
б) преобразователи неэлектрических величин в неэлектрические;
в) преобразователи электрических величин в неэлектрические;
г) преобразователи неэлектрических величин в электрические.
Для измерения физических величин наиболее часто встречается путь преобразования физической величины в другую, удобную для измерения и отсчета, по указывающему или отсчетному устройству. При этом по виду входных сигналов преобразователи могут быть разделены на следующие:
- ИП с электрическими входными сигналами;
- ИП с магнитными входными сигналами;
- ИП с механическими входными сигналами;
- ИП с тепловыми входными сигналами;
- ИП с оптическими входными сигналами;
- ИП с химическими входными сигналами;
- ИП с радиоактивными входными сигналами.
Общая структурная схема электромеханического прибора представлена на рис.
Измерительная цепь осуществляет количественное или качественное преобразование измеряемой электрической величины x в электрическую величину x', удобную для измерения. Измерительный механизм преобразует электрическую величину x' в механическое перемещение (угловое или линейное) , значение которого отсчитывается по шкале отсчетного устройства, обычно проградуированной в единицах измеряемой величины.
Измерительная цепь представляет собой обычно делитель напряжения.
Измерительный механизм состоит из подвижной и неподвижной частей. В зависимости от принципа преобразования электромагнитной энергии в энергию движения подвижной части механизма различают: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические и индукционные приборы.