Понятие измерения

Прежде чем сформулировать принятое в метрологии определение понятия «Измерения», отметим следующее. Измерять можно лишь свойства реально существующих объектов, отражаемые физическими величинами. Измерение основывается на экспериментальных процедурах, никакие теоретические рассуждения и математические расчеты сами по себе не могут классифицироваться как измерения. Для проведения измерительного эксперимента необходимы особые технические средства – средства измерений. С учетом этих положений принято следующее определение:

Измерение – нахождение значения ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств. Изме­рением какой-либо физической величины является операция, в результате которой определяется, во сколько раз измеряе­мая величина больше или меньше соответствующей величины, принятой за единицу.

Основной постулат метрологии – отсчет – является случайным числом.

Несмотря на то, что измерения непрерывно развиваются, их метрологическая суть остается без измерения и сводится к уравнению измерения

Q=nU. (1)

где Q—значение физической величины, U—единица фи­зической величины, п — размер физической величины.

Уравнение (1) является основным уравнением измерения. Правая часть его называется результатом измерения, который всегда является размерной величиной и состоит из единицы физической величины U, имеющей свое наименование, и числа п., показывающего, сколько раз данная единица содержится в измеряемой физической величине.

Виды измерений.

Для изучения метрологии как науки об измерениях рассмотрим классификацию измерений по различным признакам. Классификация не является самоцелью, она диктуется потребностями теории и практики. Целесообразность классификация, т.е. подразделение этого понятия на группы, обуславливается удобством при разработке методик выполнения измерений и обработки результатов. Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков.

Можно выделить следующие виды измерений

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения подразделяются на:

1.1 Статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени, например, измерение размеров тела.

1.2. Динамические – в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени. Это проявляется при измерении переменной физической величины в виде отставание показания средства измерения от истинного значения величины в каждый момент времени. Это зависит от инерционных свойств (механических, тепловых, электрических) средства измерения, а также от скорости изменения самой измеряемой величины. Примеров является измерение пульсирующих давлений, вибраций.

2. По способу получения результата, что является целью любого измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные, совместные. Это также называется видами измерений.

2.1. Прямые измерения - это измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находится непосредственно из опытных данных, т.е. сравнением ее с единицей физической величины или по показаниям измерительных приборов, градуированных в этих единицах. К прямым относится подавляющее большинство измерений, применяемых на практике, например, масса, измеряемая при помощи весов, температура – термометром, напряжение – вольтметром.

2.2. Косвенные измерения - это измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Например, измерение плотности по результатам прямых измерений массы и объема; измерение активного сопротивления по результатам прямых измерений напряжения и силы тока.

2.3.Совокупные измерения - это одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение измеряемой величины находится путем решения системы уравнений, получаемой при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Типичным примером совокупных измерений является определение номинальных величин масс отдельных гирь по образцовой величине массы какой либо гири. Например, с помощью совокупных измерений можно провести калибровку гирь массой 1, 2, 3, и 5 кг по одной образцовой гире с действительной массой 1 кг. Допустим также, необходимо измерить размеры физических величин Х1, Х2 и Х3, но мы не имеем устройства, которое дало бы возможность измерить непосредственно указанные величины, но располагаем устройствами, которые позволяют измерить суммы любых дух из указанных величин. Тогда, измеряя сочетания величин, получим следующие уравнения

Х1+Х2= А; Х1+Х3=В; Х2+Х3=С,

Где А, В, С – результаты измерений сочетаний. Искомые величины получаются путем решения указанных уравнений.

2.4. Совместные измерения - это одновременные измерения нескольких не одноименных величин с целью нахождения зависимости между ними.

Примером могут служить измерения, при которых электрическое сопротивление при температуре и температурные коэффициенты и измерительного сопротивления (резистора) находятся по данным прямых измерений сопротивления резистора при разных температурах t. Уравнение зависимости сопротивления от температуры имеет вид:

(2)

где

Непосредственно измеряются величины и затем при решении системы уравнений находятся величины и . Если n>3, система уравнений решается специальными способами, например, способом решения наименьших квадратов.

Совместные измерения получают все более широкое распространение. Они применяются, например, для анализа сложных, многокомпонентных смесей. Границы применения этого вида измерений особенно расширились с развитием средств вычислительной техники.