3 Основные понятия метрологии
3.1 Понятие и классификация измерений
Измерение – это процесс, выполняемый с помощью технических средств, с целью определения численного значения измеряемой физической величины.
Измерение выполняется путем сравнения измеряемой величины с образцовой и может быть представлен формулой измерения:
А = n´Ā, где А – измеряемая величина,
n – численное значение измеренной величины,
Ā – образцовая единица измерения.
Основными составляющими процесса измерений являются:
объект измерения - измеряемая физическая величина, характеризующая свойства электрического сигнала, устройства, условий распространения сигналов и т.п.;
метод измерения - выбор метода измерения определяется многими факторами: измеряемым параметром, необходимой точностью и т.п.;
средства измерения - парк измерительных, образцовых вспомогательных приборов;
условия измерения - температура, влажность, давление; наличие внешних электромагнитных полей и других факторов внешнего воздействия на объект; наличие факторов дополнительного влияния – токопроводящая пыль и т.п.
Требования к результату измерения:
достоверность
точность
сопоставимость
однозначность
Достоверность - это максимальное приближение результата измерения к истинному значению.
Точность – это степень приближения полученного значения к истинному, требуемая точность может быть задана следующим образом - до 0,1; 0,01;. 0,001 и т.п.
Сопоставимость – результаты измерений, проводимых в разное время, в разном месте должны быть сравнимы. Для этого необходимо использовать стандартные единицы измерений, методы и средства измерений, использовать идентичный аппарат обработки результата.
Однозначность – т.е. результат должен читаться однозначно.
Последовательность процесса измерений
Процесс измерений является комплексом сложных научных и практических задач и требует высокой квалификации оператора.
Процесс измерений можно разбить на следующие этапы:
определяем физический смысл измеряемой физической величины, единицы измерения (базовыми являются курсы физики, химии, математики, теории электрических цепей, электронной техники, специальные дисциплины);
определяем рабочие условия функционирования объекта измерения и условия измерения его параметров (температура, влажность, давление, наличие влияющих ЭМП, вибрация и т.д.);
определяем нормативное или ожидаемое значение измеряемого параметра;
определяем необходимую точность результата измерения;
в зависимости от измеряемого параметра, необходимой точности измерения, условий измерения выбираем метод и средства измерений;
выбираем необходимые параметры и типы измерительных и вспомогательных приборов;
собираем схему измерений, проверяем правильность сборки;
выполняем контрольное измерение, сравниваем результат измерения с ожидаемым значением, оцениваем правильность выполнения измерения;
выполняем необходимые измерения, оформляем протокол измерений;
в зависимости от метода измерений выбираем метод оценки точности результата;
оцениваем точность измерения, формулируем результат измерения с указанием его точности;
сравниваем результат измерения с ожидаемым значением или нормативным, даем оценку состояния объекта.
Классификация измерений
Рассмотрим классификацию измерений по ряду признаков применительно к отрасли «Связь»:
по цели и времени измерения
лабораторные
строительно-монтажные
приемо-сдаточные
эксплуатационные
аварийные
контрольные
поверка средств измерения
по измеряемому параметру
параметры сигналов
параметры элементов цепи
параметры, характеризующие условия передачи
параметры, характеризующие свойства аппаратуры
характеристики аппаратура
параметры для определения характера и места повреждения
метрологические характеристики измерительных приборов
по степени точности
равноточные
неравноточные
по количеству измерений
однократные
многократные
по методу измерения
прямые
косвенные
совокупные
совместные
Лабораторные измерения проводятся с целью проведения исследовательских работ, отличаются большим разнообразием и высокой точностью.
Строительно-монтажные – проводятся в процессе монтажа и настройки аппаратуры связи с целью контроля выполняемой работы и настройки параметров.
Приемо-сдаточные – проводятся комиссией в процессе сдачи объекта в эксплуатацию.
Эксплуатационные – проводятся в процессе эксплуатации средств связи с контроля их состояния, выполняются по определенным протоколам, результаты документируются.
Аварийные – проводятся с целью определения характера и места повреждения.
Контрольные – проводятся после ремонтных работ с целью контроля состояния аппаратуры, протоколируются.
Поверка средств измерения – проводится один раз в год после профилактики приборов (или после их ремонта) с целью контроля соответствия метрологических параметров требуемым нормам.
Равноточные – измерения выполняются с помощью равноточных измерительных приборов в одинаковых условиях.
Неравноточные – проводятся неравноточными приборами или при различных условиях.
Многократные – измерения выполняются не менее четырех раз.
Классификация методов измерений
Рисунок 3.1 Классификация методов измерений.
При прямых измерениях результат получают непосредственно по показаниям приборов. Подразделяются на метод непосредственной оценки и метод сравнения.
При методе непосредственной оценки измерительный сигнал воздействует на измерительный механизм, результат определяется по показаниям прибора (стрелочному индикатору, на цифровом табло, по показаниям образцового прибора или в виде текста на экране или бумажном носителе).
При методе сравнения измеряемая величина сравнивается с образцовой. Подбирая значение образцовой величины, добиваются равенства или кратности целому числу значений измеряемой и образцовых параметров. Момент равенства фиксируется с помощью индикатора. Результат определяют по показаниям образцового прибора.
Рисунок 3.2 Принцип измерения методом сравнения
Метод сравнения с мерой имеет несколько разновидностей:
нулевой метод
дифференциальный
метод замещения
метод совпадения.
При нулевом методе (методе полного уравновешивания) добиваются, чтобы результирующее воздействие измеряемой величины и образцовой на сравнивающее устройство равнялось нулю.
При дифференциальном методе полное уравновешивание не производится, разность между измеряемой величиной и образцовой отсчитывается по индикатору.
При методе замещения измеряемую величину замещают образцовой, результат определяют по показаниям образцового прибора.
При методе совпадения разность между измеряемой величиной и образцовой измеряется, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.
Косвенные измерения выполняются в два этапа:
первый этап - прямым методом измеряются вспомогательные параметры;
второй этап - необходимые параметры рассчитываются по результатам измерения вспомогательных.
Совокупные измерения выполняются в два этапа:
первый этап - прямым методом измеряют одновременно две или несколько вспомогательных величин;
второй этап - необходимый параметр рассчитывают путем решения системы уравнений.
Совместные измерения - это измерение двух или нескольких параметров с целью установления зависимости между ними.