Pomiar. Zachęcanie do egzaminu z przedmiotu fizyczne podstawy pomiarów - plik n1.doc
(Kołyska)
n1.doc
1. Podstawowe pojęcia i terminy: nauki fizyczne, fizyka. wartość, wymiar, pomiar, wynik pomiaru. Podstawowe równanie pomiarowe.Pomiary są jednym z najważniejszych sposobów zrozumienia natury przez człowieka. Ustalenie pomiaruwartościfizycznywielkie ilościdoświadczonyprzezZz pomocąspecjalnytechnicznyfundusze. Liczba pomiarów na całym świecie z roku na rok rośnie, np. w samych krajach WNP codziennie dokonuje się kilkudziesięciu miliardów pomiarów. Udział kosztów sprzętu pomiarowego sięga 25% kosztów sprzętu w inżynierii mechanicznej, produkcji samolotów, radiotechnice, przemyśle chemicznym i innych obszarach przemysłu.
Fizycznyogrom- VzgodnośćZGOST16263 -TennieruchomośćogólnyVjakośćszacunekDlawielefizycznyobiekty,AleVilościowyszacunekindywidualnyDlawszyscyobiekt. Jednostka fizyczna ilość to wielkość fizyczna, której z definicji przypisuje się wartość liczbową równą jeden. Głównym zadaniem pomiarów jest uzyskanie informacji o wielkości fizycznej. ilość w postaci określonej liczby przyjętych dla niej jednostek. Prawdziwe znaczenie fizyczności ilości - wartość fizyczna. wielkość, która doskonały odzwierciedlałoby pod względem jakościowym i ilościowym odpowiednie właściwości obiektu. Wyrażenie wymiaru,definiowaniepołączeniewielkie ilościZgłównywartościsystemy,VKtórywspółczynnikproporcjonalnośćrówna sięjednostka. Wyrażenie na wymiary długości i czasu: dim(l)=L dim (t)=T.
Istnieją wielkości podstawowe lub pochodne.
Podstawowy: dim(l)=L
Pochodne: prędkość dim(v)= dim(l)/dim(t)=L/T.
Wymiarowe fizyczne wielkość to wielkość, w wymiarze której co najmniej jedna z wielkości podstawowych jest podniesiona do potęgi różnej od zera. Bezwymiarowa fizyczność wartość - stosunek danej fizycznej. ilości do nazwy fizycznej o tej samej nazwie. wartość używana jako wartość początkowa lub referencyjna. Jednostka fizyczna ilość musi być materialna, tj. powtarzalna, tak aby jej wielkość była stała w czasie i w obecności wpływów zewnętrznych. WynikpomiaryJestoznaczającyfizycznywielkie ilości,T.mi.ilościowystopieńwymiernywielkie ilości,KtórymusiećByćNieTylkonumer,Anumero imieniu. Wynik musi być podany w jednostkach przyjętych dla danego fizycznego. wielkie ilości. Podstawowe równanie pomiarowe: X=N 
gdzie X jest nazwaną wartością liczbową wielkości, jest minimalnym poziomem jednostki wielkości, N jest wartością liczbową. Pomiary opierają się na możliwości dokładnego eksperymentalnego postrzegania jednostek wielkości i tworzenia specjalnych. zaplecze techniczne realizujące to zadanie. Wynik pomiaru daje jedynie oszacowanie prawdziwej wartości fizycznej. wartości z pewnym błędem.
3.PodstawoweIpochodnefizycznywielkie ilości.Definicje:wymiar,systemjednostki.FormułaEdukacjawymiarypochodnewielkie ilości.
Wielkość fizyczna zgodnie z GOST 16263 jest właściwością, która jest jakościowo wspólna dla wielu obiektów fizycznych, ale ilościowo jest indywidualna dla każdego obiektu. W zależności od ich warunkowej zależności od innych wielkości, wielkości fizyczne dzielą się na podstawowy (warunkowo niezależny fizyczny prowadzony) I pochodne (standardowy zależny fizyczny prowadzony)
Wymiar – Ten wysoka jakość Charakterystyka, dający wydajność I formularz wielkie ilości. Wymiar określa zawartość ilościową wielkości lub jednostki.
Przykładowe wymiary:
Układ jednostek to zbiór podstawowych i pochodnych jednostek miary, obejmujący wszystkie lub tylko niektóre obszary miar (mechaniczne, elektryczne, świetlne, termiczne itp.).
W normie dotyczącej fizycznych jednostek miar przyjęto metodę zapisywania wielkości jednostek pochodnych jako iloczynu potęg jednostek podstawowych:
L? M? T? , L – długość, M – masa, T – czas.
Potęgi, które w zależności od przyjętego układu równań odnoszących się do wielkości, mogą być dodatnie lub ujemne, całkowite lub ułamkowe lub równe zeru.
5. Definicje: informacja, informacja pomiarowa, sygnał informacji pomiarowej i jego parametry.
Informacja – zbiór informacji zmniejszający początkową niepewność wiedzy o obiekcie.
Informacja o wartości mierzonych wielkości fizycznych nazywa się informacje pomiarowe.
Materialnym nośnikiem informacji jest sygnał , który reprezentuje funkcję przestrzeni występującą w czasie.
Sygnał posiada co najmniej jeden parametr informacyjny (parametr funkcjonalnie powiązany z wartością mierzoną). Parametry sygnału niezwiązane z wartością mierzoną nazywane są nieinformacyjnymi.
6. Klasyfikacja miar wielkości fizycznych.
regulowany manometr jednokanałowy aktualnie odtwarza wartość jednego rozmiaru, a w kolejnych momentach rozmiar ten można zmienić; Przeznaczenie
Na przykład rezystor zmienny. 
Na przykład linijka (przestrzenny podział wielkości).
wielokanałowy regulowany pomiar odtwarza kilka wielkości jednocześnie, a wymiary mogą się zmieniać jednocześnie.
Na przykład wielokanałowy rezystor zmienny (separacja czasoprzestrzenna).
11. Błędy pomiarowe, ich klasyfikacja ze względu na przyczyny występowania
Błąd pomiaru ocenia się na podstawie właściwości przyrządu pomiarowego, warunków prowadzenia doświadczenia i analizy uzyskanych danych (wyniku).
W zależności od przyczyn błędu.
1. metodologiczne, ze względu na niedoskonałość metody pomiaru i niezgodność przyjętego modelu z obiektem rzeczywistym.
2. instrumentalny:
A) główny błąd przyrządów pomiarowych wynika z nieidealnych właściwości przyrządu pomiarowego w normalnych warunkach.
B) dodatkowy błąd wynika z reakcji przyrządów pomiarowych na zmiany zewnętrznych wielkości wpływających w stosunku do ich normalnych wartości.
3. błędy obliczeniowe, przy przetwarzaniu obliczeń pośrednich przy użyciu techniki komputerowej prowadzący obliczenia mogą wprowadzić własny błąd złożony wynikający z niedokładności wykonania operacji obliczeniowych.
4. błędy wprowadzone przez operatora.
Składniki te sumują się do całkowitego błędu pomiaru.
Tryb dynamiczny występuje przy pomiarze wielkości zmiennej w czasie lub przez pewien czas przy pomiarze wielkości stałych od chwili podania tej wielkości na wejście przyrządu pomiarowego do zakończenia powstałego procesu nieustalonego, wartość wyjściowa przyrządu pomiarowego osiąga stałą wartość i tryb dynamiczny zostaje zastąpiony trybem statycznym.
Proces przejścia wynika z bezwładności przyrządów pomiarowych. Należny
Dzięki temu, w zależności od trybu pracy przyrządów pomiarowych, rozróżnia się błąd statyczny w trybie dynamicznym.
9. Rodzaje pomiarów
1. Metoda klasyfikacji ze względu na obecność wymiaru w wielkościach: - wymiarowy (bezwzględny); - względny.
2. Według obecności przekształcenia wstępnego: - bezpośrednie - z przekształceniem wstępnym.
3. Według wymiarowości wielkości: - jednowymiarowe; - wielowymiarowy.
4. W zależności od sposobu przetwarzania danych eksperymentalnych: - bezpośrednie; - pośredni; - kruszywo; - wspólny.
5. Zgodnie z zależnością pomiędzy liczbą mierzonych wielkości a liczbą równań: - redundantne; - nieredundantne:
Według sposobu realizacji redundancji:
Wiele; - wielokanałowy.
6. Zgodnie z naturą prawa pomiaru sygnału w czasie:
Pomiary parametrów sygnałów quasi-deterministycznych; - pomiar parametrów sygnałów losowych.
7. W zależności od trybu pracy stosowanych przyrządów pomiarowych: - statystyczne; - dynamiczny.
Pomiary bezwzględne – wyniki prezentowane są w postaci wymiarowej liczby nazwanej.
Pomiary względne – wynik jest bezwymiarowy, wartość wejściowa jest porównywana bez transformacji z wartością wyjściową miary jednorodnej.
Pomiary przed konwersją – wielkość wejściową (mierzoną) wstępnie przelicza się na wielkość jednorodną o wielkości, którą można odtworzyć za pomocą miary o zadanej dokładności i wielkości.
Pomiar bezpośredni – żądaną wartość wyznacza się bezpośrednio z danych eksperymentalnych: x = m ∙ ∆x, gdzie m jest wartością liczbową wielkości, ∆x jest wartością działu lub jednostki skali najmniej znaczącej cyfry urządzenia odczytującego.
Pomiary pośrednie – żądaną wartość wyznacza się na podstawie znanej zależności pomiędzy nią a wielkościami poddawanymi bezpośrednim pomiarom, wartości uzyskuje się rozwiązując równanie pomiarowe: Y = F (x 1, x 2, x 3, ..., x n) (objętość, gęstość można obliczyć)
Wspólne pomiary – jednoczesny pomiar kilku wielkości niejednowymiarowych w celu znalezienia zależności między nimi:
F (Y 1 , Y 2 , Y 3 , …, Y n , x 1 ?, x 2 ?, x 3 ?, …, x n ?) = 0, gdzie Y to wymagane wielkości; X? - wielkości mierzone.
Pomiary statyczne – przyrząd pomiarowy pracuje w taki sposób, że sygnał wejściowy przyrządu pomiarowego pozostaje stały w czasie wykorzystania sygnału wyjściowego.
Pomiary dynamiczne – sygnał wejściowy przyrządu pomiarowego zmienia się znacząco w trakcie pomiaru i uzyskując wynik pomiaru należy uwzględnić ten pomiar.
Przetwarzanie pomiarów i przetworniki pomiarowe.
Transduktor - przyrząd pomiarowy przeznaczony do generowania sygnału informacji pomiarowej w formie dogodnej do transmisji, dalszej konwersji i (lub) przechowywania, ale nie bezpośrednio odczuwalne obserwator.
Przetwornik pomiarowy, do którego bezpośrednio podłączona jest mierzona wielkość, nazywa się konwerter pierwotny. Istotą fizyczną przetwornika pomiarowego jest przetwarzanie i przekazywanie energii, w szczególności przemiana jednego rodzaju energii w inny.
13. Etapy procesu pomiarowego (eksperyment metrologiczny) i ich znaczenie.
Celem przeprowadzania jakichkolwiek pomiarów jest:
1 – uzyskanie wartości wielkości fizycznej w postaci określonej liczby przyjętych dla niej jednostek;
2 – określenie stopnia wiarygodności wyników pomiarów.
Etapy procedury pomiarowej:
1. Przyjęcie modelu obiektu pomiaru.
2. Wybór metody pomiaru.
3. Wybór przyrządu pomiarowego.
4. Przeprowadzenie doświadczenia w celu uzyskania wyniku numerycznego.
Wszystkie etapy mają nieodłączne wady, które prowadzą do tego, że wynik pomiaru odbiega od wartości prawdziwej, czyli pojawia się błąd.
∆x=x-xn – błąd bezwzględny.
Dokładność pomiaru to jakość pomiaru odzwierciedlająca bliskość wyniku do wartości prawdziwej. Ponieważ nie jest znana prawdziwa wartość, w praktyce stosuje się koncepcję rzeczywistej wartości wielkości. Można go wyznaczyć eksperymentalnie przy użyciu standardowych przyrządów pomiarowych i ma on tendencję do wartości prawdziwej i można go zamiast tego zastosować.
Błąd pomiaru ocenia się na podstawie właściwości przyrządów pomiarowych, warunków prowadzenia eksperymentu oraz analizy pozyskania danych (wyniku).
15. Klasyfikacja niezmienników liniowych układów dynamicznych
Niezmienniki LDS:
1) Część systemu: 1.1. Niezmienniki macierzy A, 1.2. Niezmienniki pary macierzy A, b, 1.3. Niezmienniki pary macierzy A, c, 1.4. Niezmienniki wejścia-wyjścia
2) Rodzaj transformacji: 2.1. Podobne 2.2. Zgodny 2.3. Odpowiednik kaskady 2.4. Transformacja Brunowskiego
3) Rodzaj niezmienników:
3.1. Skończony J należy do K: liniowość, stabilność, obserwowalność, sterowalność, szorstkość
3.2. Liczba całkowita J należy do Z: dim S; n, m; niezmienniki sterowalności i obserwowalności; indeks Cauchy'ego; Indeksy Jordana
3.3. Prawdziwy J przym. R: trA, |A|; ?1, a1; h1, m1; ?jedenaście; A, B, C; R, D Wc, Wb; Normy LDS
3.4. Funkcjonalny J należy do C: charakterystyka częstotliwościowa, charakterystyka fazowa; IVF, MDF, całka pierwsza; redundancja ap-th.
Według pierwszego kryterium rozróżnia się niezmienniki o skończonym zbiorze wartości, całkowitym, rzeczywistym i funkcjonalnym (odpowiednie zbiory na rys. 3 oznaczono jako K, Z, R i C). Finał niezmienniki zwykle charakteryzują jakościowe właściwości systemu, takie jak stabilność, sterowalność, obserwowalność, minimalność itp. Obliczenie tych niezmienników, które zwykle przyjmują jedną z dwóch wartości (takich jak „tak” lub „nie”), zwykle sprowadza się do sprawdzenia dodatniości niektórych liczb (wyznaczniki Hurwitza, współczynniki Routha) lub niezdegenerowania niektórych macierzy (sterowalność, obserwowalność).
Liczby całkowite niezmienniki przyjmują wartości ze zbioru liczb naturalnych lub całkowitych. Charakteryzują właściwości strukturalne systemu, takie jak jego wymiary, sterowalność i obserwowalność. Należą do nich liczba zer i biegunów układu oraz ich krotność (wskaźniki Jordana), niezmiennicze wskaźniki sterowalności i obserwowalności, z których maksimum znane jest jako wskaźniki obserwowalności m0., oraz sterowalność n0 układu, wskaźnik Cauchy’ego system itp. Czasami nazywane są te niezmienniki arytmetyka.
Największą grupę stanowią niezmienniki rzeczywiste, tzw algebraiczny. Pobierają wartości ze zbioru liczby rzeczywiste j E R i scharakteryzować różne parametry układu – współczynniki wzmocnienia, stałe czasowe, wartości własne itp., niezależne od wyboru bazy w przestrzeni stanów.
Czwarta grupa niezmienników jest utworzona przez funkcjonalny niezmienniki, które w odróżnieniu od poprzednich należą do zbioru C funkcji ciągłych. Typowymi przykładami niezmienników funkcjonalnych są charakterystyki układu wrażliwe na amplitudę i fazę, jego funkcja wagi impulsu, funkcja przenoszenia macierzy, a także różne całki pierwsze, zarówno początkowo właściwe systemowi, jak i uzyskane w wyniku wprowadzenia redundancji analitycznej.
Drugi znak klasyfikacyjny (prawa strona rys. 3) odzwierciedla rodzaj transformacji, względem której zapewniona jest niezmienność. Zwykle główną uwagę zwraca się na niezmienność względem zmiany zmiennych X = TX.
Tym samym stacjonarne liniowe układy dynamiczne posiadają bogaty zasób niezmienników algebraicznych, które można wykorzystać jako parametry metrologiczne, a także znormalizowane wskaźniki podczas wykonywania procedur kontrolnych, wzorcowania, weryfikacji, certyfikacji, atestacji itp.
Metody i koncepcje teorii niezmienników są wygodne w użyciu przy konstruowaniu modeli, doborze i analizie parametrów metrologicznych oraz opisywaniu procedur metrologicznych. W szczególności zadanie doboru mierzonych parametrów wymaga znalezienia i usystematyzowania funkcjonalnie pełnych zbiorów niezmienników układu, a zadanie opracowania metod diagnostycznych i metrologicznych wiąże się z rozwojem eksperymentalnych metod wyznaczania różnych niezmienników. Warunkiem koniecznym pomyślnego zastosowania teorii niezmienników do rozwiązywania problemów metrologicznych jest znajomość zbioru niezmienników badanej klasy obiektów.
14. Metody ogólne redukcja błędów.
Najbardziej powszechnymi metodami ograniczania błędu systematycznego jest identyfikacja i eliminacja przyczyn błędu:
1. izolacja termiczna i kontrola temperatury przyrządu pomiarowego lub jego poszczególnych elementów.
2. zastosowanie ekranów do ochrony przed polami zewnętrznymi.
3. stabilizacja zasilaczy.
4. amortyzacja i ochrona urządzeń przed wibracjami, wstrząsami itp.
5. eliminacja wpływów z ośrodka zmian i obiektów zmian
Innym sposobem eliminacji błędów jest weryfikacja przyrządów pomiarowych bezpośrednio przed użyciem w podobnych warunkach w celu ustalenia poprawek i wyników pomiarów w postaci tabel, pomiarów i wykresów.
1. Metoda podstawieniowa jest najbardziej uniwersalna i pozwala wyeliminować większość błędów przypadkowych.
2. Metoda przeciwieństw, pomiary wykonuje się 2 razy, tak aby w obu przypadkach przyczyny błędów stałych były jednakowej wartości i przeciwne w swoim oddziaływaniu na wyniki pomiarów.
3. Metodę kompensacji błędów znakiem stosuje się w celu wykluczenia znanych z natury, ale nieznanych wartości, których źródła mają działanie kierunkowe, na przykład termoEMF, błąd pola magnetycznego. Pomiary przeprowadza się dwukrotnie, tj. tak aby błąd wliczyć do wyniku pomiaru, a za wynik końcowy przyjąć średnią arytmetyczną.
4. Metodę obserwacji okresowej stosuje się w przypadkach, gdy błąd systematyczny zmienia się zgodnie z prawem okresowości.
Po upływie połowy okresu dokonuje się dwóch obserwacji i otrzymuje się równe błędy o przeciwnych znakach.
P 
W żadnym pomiarze nie da się całkowicie wyeliminować składnika systematycznego błędu pomiaru, zawsze pozostanie jakaś część, która będzie składnikiem systematycznym błędu pomiaru. Ponieważ wynik dowolnego pomiaru zawiera błąd losowy, konieczne jest wskazanie nie tylko uzyskanego wyniku pomiaru, ale także oceny jego jakości i stopnia jego wiarygodności.
16. Niezmienniki adiabatyczne. Problemy wymagające rozwiązania przy stosowaniu teorii niezmienników.
Niezmienniki adiabatyczne to wielkości fizyczne, które pozostają praktycznie niezmienione przy powolnej (adiabatycznej), ale niekoniecznie małej zmianie warunków zewnętrznych, w których znajduje się układ, lub charakterystyki samego układu. Zaobserwowana zmiana musi następować w czasach znacznie przekraczających charakterystyczne okresy ruchu układu. 
W mechanice klasycznej niezmienniki adiabatyczne są zmiennymi akcji, gdzie P k- uogólniony impuls, Q k- współrzędna uogólniona, całkowanie odbywa się po okresie (lub quasi-okresie).
Fizycznie ważnym przykładem niezmiennika adiabatycznego jest pierwszy niezmiennik adiabatyczny, tj Moment magnetyczny, tworzony przez prąd naładowanej cząstki poruszającej się w powoli zmieniającym się (w przestrzeni lub czasie) polu magnetycznym 
,
Gdzie R ┴ - - rzut pędu naładowanej cząstki na płaszczyznę prostopadłą do kierunku pola magnetycznego ( N) w danym punkcie przestrzeni.
Liczba niezmienników adiabatycznych nie przekracza liczby stopni swobody układu.
Ściśle mówiąc, niezmiennik adiabatyczny może zmieniać się w znacznych granicach, jeśli zależność czasowa warunków zewnętrznych zawiera częstotliwości będące wielokrotnościami częstotliwości samego układu (rezonans parametryczny). Jeśli nie uwzględnimy takich sytuacji, to niezmiennik adiabatyczny zostaje zachowany z dokładnością większą niż jakakolwiek potęga małego parametru.
Problemy wymagające rozwiązania przy stosowaniu teorii niezmienników
1. Systematyzacja znanych i poszukiwanie nowych niezmienników algebraicznych dla różnych klas obiektów.
2 Tworzenie funkcjonalnie kompletnych zbiorów bazowych niezmienników parametrycznych
3. Ocena zawartości informacyjnej właściwości znalezionych niezmienników parametrycznych.
4. Opracowanie metod analitycznego i eksperymentalnego wyznaczania różnych niezmienników parametrycznych.
10. Metody pomiaru parametrów sygnałów quasi-deterministycznych.
W zależności od sposobu zastosowania wyróżnia się miary znanych wielkości:
1. metoda oceny bezpośredniej;
2. metoda porównania z miarą.
W pierwszym sposobie wartość mierzonej wielkości wyznacza się bezpośrednio na czytniku urządzenia pomiarowego z bezpośrednim przeliczeniem, którego skala jest kalibrowana za pomocą miary wielowartościowej odtwarzającej znane wartości mierzonej wielkości w urządzenie do bezpośredniej konwersji. Obserwacja podczas procesu pomiaru odbywa się poprzez porównanie położenia wskazówki urządzenia odczytującego ze skalą, na której dokonywany jest odczyt.
Duża grupa metod pomiarowych to tzw metody porównawcze, ich cechą wyróżniającą jest bezpośrednie uwzględnienie środka:
zero;
mechanizm różnicowy;
podstawienie;
zbiegi okoliczności.
NI – wskaźnik zerowy.
Metoda pomiaru rezystancji mostka:
R x ∙ R u = R 2 ∙ R 3
Mierząc znaną rezystancję R u, osiąga się zerowe odczyty wskaźnika zerowego. (prosty przykład: skale).
Metoda różnicowa: różnicę między wielkością zmierzoną a znaną wielkością powtarzalną mierzy się za pomocą urządzenia pomiarowego.
Nieznaną wielkość wyznacza się poprzez zsumowanie znanej wielkości i zmierzonej różnicy. W przeciwieństwie do poprzedniej metody, zmierzona wartość nie jest w pełni zrównoważona znaną wartością. Metoda zapewnia wysoką dokładność, jeśli pomiar jest dokładny, a różnica między wartościami jest niewielka. Przykład pokazuje zmianę nieznanego napięcia za pomocą dyskretnego dzielnika napięcia.
Metoda substytucyjna: alternatywne podłączenie do wejścia urządzenia mierzonej i znanej wielkości o powtarzalnym pomiarze. Zgodnie ze wskazaniami szacunkowej wartości nieznanej wielkości, ponieważ oba pomiary są wykonywane tym samym urządzeniem, w tych samych warunkach, błąd wyniku pomiaru jest znacznie zmniejszony.
Metoda dopasowania: opiera się na fakcie, że zwykle błąd przyrządu w różnych punktach skali nie jest taki sam, a maksymalną dokładność osiąga się przy tych samych odczytach z urządzenia odczytującego. Metoda jest rozgałęzienie poprzednia metoda.
Przykład: pomiar niskiego napięcia w bardzo czułym galwanometrze. Etapy pracy:
podłączenie nieznanego napięcia;
wyznaczanie i zapamiętywanie wskaźników urządzeń odczytujących;
podłączenie regulowanego źródła o znanym napięciu;
regulacja źródła poprzez osiągnięcie zbieżności położenia odchylenia wskaźnika;
okresowe porównywanie wartości.
Operacje wchodzące w skład procesu pomiarowego i sposoby ich realizacji.
Zapamiętanie
Audycja
Przełączanie
Odtwarzanie nagranego dźwięku
Porównanie
Konwersja pomiaru
Transformacja na dużą skalę
Porównanie służy do identyfikacji znaku różnicy między wielkościami wielkości a jednorodną zmierzoną wielkością z szeregu o znanych parametrach x n. funkcja znaku: Y = znak (x-x 0)
0.x
znak = 1, x? 0.
Operację porównania realizuje się poprzez przetwarzanie skokowej zmiany znanej wielkości x n w kolejnych krokach. W zależności od metody przetwarzania etap może być jednolity lub nierówny. Przetwarzanie trwa do momentu, gdy różnica między wartością zmierzoną a znaną wartością x n stanie się mniejsza niż minimalny krok ∆x.
Środki do realizacji operacji pomiarowych.
Wszystkie operacje pomiarowe wykonywane są specjalnymi środkami technicznymi. Elementarne przyrządy pomiarowe to przyrządy pomiarowe, które wykonują jedną z operacji pomiarowych.
| Operacja pomiarowa | Elementarne lekarstwo | Symbol |
| Reprodukcja wartość danego rozmiar | Mierzyć x N = N x *∆x n | N x x N |
| Porównanie | Urządzenie porównawcze (komparator) | x ∆x |
| Konwersja pomiaru | Zmierzenie przetwornik x wyjście (P) = W(P)*x wejście | x wejście x wyjście |
| Transformacja na dużą skalę | Konwerter skali x wyjście = K*x wejście | x wejście x wyjście |
Odtwarzanie – tworzenie sygnału wyjściowego o zadanej wielkości parametru informacyjnego. Za postęp pomiaru należy uznać wartość liczbową wartości N x, a wyjściem jest wartość zadanego rozmiaru x N.
Porównanie - określenie zależności pomiędzy wielkościami jednorodnymi w celu uzyskania odpowiedzi(>,
Transformacja pomiarowa to operacja zamiany sygnału wejściowego wielkości mierzonej na sygnał wyjściowy posiadający takie właściwości, że można później z zadaną dokładnością zmierzyć jej parametr informacyjny .
Skalowanie polega na wytworzeniu sygnału wyjściowego jednorodnego z sygnałem wejściowym, a wielkość parametru informacyjnego sygnału wyjściowego jest proporcjonalna do wielkości parametru informacyjnego sygnału wejściowego.
12. Błędy pomiarowe, ich klasyfikacja ze względu na sposób wyrażania i charakter zmiany.
Bezwzględny błąd pomiaru to różnica pomiędzy wynikami pomiaru a rzeczywistą wartością mierzonej wartości, wyrażona w jednostkach wielkości mierzonej.
O 
błąd względny to stosunek błędu abs do prawdziwej wartości zmierzonej wartości wyrażony w%:
Błąd względny jest bardziej wyraźną cechą przy porównywaniu różnych typów pomiarów.
W zależności od charakteru pomiarów rozróżnia się błędy systematyczne i losowe.
Błąd systematyczny to składnik błędu, który pozostaje stały podczas powtarzanych pomiarów tej samej wielkości.
Błąd losowy – zmienia się losowo przy powtarzanych pomiarach tej samej wielkości.
Występowanie błędu systematycznego można wykryć analizując warunki eksperymentalne lub powtarzając pomiary tej samej wartości mierzonej wielkości różnymi metodami lub przybliżeniami. Błąd systematyczny można znacznie ograniczyć poprzez eliminację źródeł błędów, wprowadzenie poprawek itp.
Błędy losowe są zwykle spowodowane dużą liczbą czynników trudnych do analizy lub znanymi przyczynami o chaotycznym charakterze. Generalnie wpływ błędu losowego na wynik pomiaru ogranicza się poprzez wielokrotne pomiary tej samej wartości i późniejsze przetwarzanie wyników metodami rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej, powstaje duży błąd pomiaru, tzw. chybić. Znacząco przekracza oczekiwany błąd w tych warunkach. Błędy są wykrywane podczas przetwarzania wyników pomiarów i są odrzucane, ponieważ wynik pomiaru zawsze zawiera systematyczny błąd losowy, to czy błąd wyników pomiaru? uważana za zmienną losową. W tym przypadku błąd systematyczny c reprezentuje oczekiwanie zmienna losowa, a co z błędem losowym? reprezentuje wyśrodkowaną zmienną losową.?=?c+?
Podział błędów na systematyczne i losowe jest techniką analizy i opracowywania metod ograniczania ich wpływu na wynik pomiaru w celu poprawy dokładności pomiaru. Metody ograniczania tego typu błędów są różne, co oznacza, że należy najpierw rozróżnić błędy, a dopiero potem podjąć działania mające na celu ich redukcję.
2. Proces poznania i jego związek z pomiarami.
Wielkości fizyczne mają kilka klasyfikacji w zależności od szeregu cech. W odniesieniu do sygnału informacyjnego pomiaru wielkości fizyczne dzielą się na aktywne i pasywne.
Aktywne ilości– który bez wykorzystania pomocniczych źródeł energii może zostać zamieniony na sygnał informacji pomiarowej, czyli na sygnał funkcjonalnie powiązany z wartością mierzoną. Wielkości te to temperatura, siła, napięcie i siła prąd elektryczny itp.
Do pomiaru ilości pasywne(opór elektryczny, indukcyjność, masa itp.) konieczne jest zastosowanie pomocniczego źródła energii, za pomocą którego tworzony jest sygnał informacyjny pomiaru, a mierzone wielkości pasywne zamieniane są na wielkości aktywne, które faktycznie są mierzone.
Chociaż istnieją bardzo precyzyjne miary pomiaru wielkości pasywnych (pojemność, rezystancja czynna itp.), bezpośrednie porównanie mierzonej wielkości biernej z jednostką tej wielkości jest niemożliwe.
Oparty na addytywności Wielkości fizyczne dzielą się na addytywne (ekstensywne) i nieaddytywne (intensywne).
Przyłączeniowy wielkości fizyczne to zazwyczaj fizyczne lub energetyczne właściwości obiektu. Można do nich zastosować operację sumowania i odejmowania. Wielkości takie (długość, masa, siła, czas itp.) można mierzyć w częściach, a także dokładnie odwzorowywać za pomocą miary wielowartościowej opartej na sumowaniu rozmiarów poszczególnych miar. Zatem prądy są sumowane, jeśli kilka przewodów jest podłączonych do węzła. Opór dotyczy połączenia szeregowego, a przewodność dotyczy połączenia równoległego.
Ilości nieaddytywne(podatność magnetyczna, gęstość, lepkość itp.) nie są mierzone bezpośrednio, ale przeliczane na wielkości bezpośrednio mierzalne lub mierzone za pomocą pomiarów pośrednich. Odtwarzanie wielkości nieaddytywnych wiąże się z trudnością w tworzeniu bardzo precyzyjnych wzorców i miar takich wielkości.
Według warunkowej zależności od innych wielkości Wielkości fizyczne dzielą się na podstawowe (warunkowo niezależne przewody fizyczne) I instrumenty pochodne (konwencjonalny zależny poziom fizyczny)
W układzie SI istnieje 7 podstawowych jednostek fizycznych: kg (masa), m (długość), s (czas), A (prąd), K (temperatura), Kn (natężenie światła), mol (ilość substancji).
Istnieją również 2 dodatkowe jednostki: radian, steradian. I ponad sto wielkości pochodnych.
Przykładowo dim(l)=L dim(t)=T - są to wielkości podstawowe. Wartość pochodna dim(V)=dim(l)/dim(t)=L/T.
Jednostki fizyczne zawarte w SI nie obejmują całej gamy obiektów, zjawisk i procesów, dlatego też w rozwijających się dziedzinach nauki istnieje potrzeba definiowania nowych jednostek fizycznych. Na przykład fizyka atomowa i jądrowa, technologia laserowa itp.
17. Przypadki, w których celowe jest zastosowanie teorii niezmienników.
Możesz określić kilka kierunków ogólna teoria pomiarów i metrologii, gdzie wskazane jest stosowanie niezmienników . Po pierwsze, biorąc pod uwagę zastosowaną skalę mierzonej wielkości fizycznej jako układ liczbowy homomorficznie przedstawiający fragment obiektywnej rzeczywistości w postaci układu obiektów pozostających w określonych relacjach, widzimy, że porównanie tych dwóch układów prowadzi się do akceptowalnych przekształceń wybranej skali:
Grupy permutacji (grupa permutacji) dla skali nominalnej i skali klasyfikacyjnej;
Grupa izotoniczna (grupa dodatnio monotoniczna
Transformacje) dla skali porządkowej (skala porządkowa); ogólna grupa liniowa dla skali interwałowej;
Grupy przekształceń tożsamościowych dla skali absolutnej, które są zasadniczo niezmiennikami skali
Po drugie, skoro największą dokładność osiąga się dla wielkości stałych, czyli dla pomiarów statycznych, a w przyrodzie wielkości takie nie występują w czystej postaci, to w metrologii dąży się do zapewnienia niezmienności mierzonej wielkości lub dowolnego parametru wielkości zmiennej z czasem, innymi słowy, zakładają, że dopuszczalne przekształcenia są opisane przez grupę przesunięć dla tymczasowego argumentu wielkości fizycznej lub jej parametru.
Po trzecie, parametry informacyjne wzorców, miar, punktów odniesienia, wzorców stosowanych w systemie zapewniającym jednolitość pomiarów, a także miar wbudowanych w przyrządy pomiarowe, zgodnie z ich stanem metrologicznym, muszą być niezmienne zarówno w stosunku do przesunięcia czasowego, jak i zmiany charakterystyki środowisko(czynniki wpływające).
Po czwarte, za niezmienniki można uznać sygnały, wielkości, testy, urządzenia lub komunikację wykorzystywane do wzorcowania (samokalibracji), weryfikacji bez demontażu (samoweryfikacji) oraz diagnostyki technicznej przyrządów pomiarowych i innych układów metrologicznych.
Po piąte, szeroko stosowana w modelowaniu teoria podobieństwa oraz fundamentalna w metrologii teoria wymiarów opierają się na klasycznej teorii niezmienników i można ją uznać za jej sekcje stosowane.
19. Metoda kompensacji błędów znakowych. Metoda obserwacji okresowych.
Metoda kompensacji błędów znakowych służy do eliminacji błędów znanych z natury, ale nie znanych wartościowo, których źródła mają działanie kierunkowe (termoEMF, błędy od pola magnetycznego). Pomiary przeprowadza się dwukrotnie, tak aby błąd wszedł do wyniku pomiaru z przeciwnym znakiem, a za wynik końcowy przyjęto średnią arytmetyczną.
Metodę obserwacji okresowych stosuje się w przypadkach, gdy składowa systematyczna błędu zmienia się zgodnie z prawem okresowości. Po upływie połowy okresu dokonuje się dwóch obserwacji i otrzymuje się równe błędy o przeciwnych znakach. W żadnym pomiarze nie da się całkowicie wyeliminować systematycznej składowej błędu pomiaru. Zawsze znajdzie się część, która będzie składową systemową błędu pomiaru, ponieważ wynik dowolnego pomiaru zawiera błąd losowy. Należy zatem wskazać nie tylko uzyskany wynik, ale także ocenić jakość tego pomiaru i stopień jego wiarygodności. Jednym z najważniejszych wskaźników dokładności jest odchylenie standardowe wskazujące prawo dystrybucji.
21. Stworzenie nowoczesnej bazy odniesienia z wykorzystaniem efektów fizycznych: efekt Zeemana.
EFEKT ZEEMANA, rozszczepienie linii widm atomowych i molekularnych pod wpływem pola magnetycznego. W 1926 roku W. Heisenberg i P. Jordan, korzystając z metod mechaniki kwantowej, przeanalizowali efekt Zeemana i wyprowadzili wzór Landego z podstawowych zasad teorii. To wszechstronne wyjaśnienie efektu Zeemana było jednym z pierwszych triumfów nowej teorii atomowej. Nowoczesne metody naukowe pozv eff eff Z do identyfikacji stanów atomowych i jądrowych. Ph-ly typu Landego, łączące rozszczepienie Zeemana w widmach atomów, cząsteczek i jąder z ruch obrotowy pozwalają, na podstawie danych pomiarowych efektu Zeemana w widmach spowodowanych nieznanymi konfiguracjami atomowymi, wyjaśnić naturę tych konfiguracji. Efekt Zeemana jest zwykle badany za pomocą spektroskopii lub metod wiązek atomowych i molekularnych.
Analizator absorpcji atomowej KVANT-2A
Spektrometr przeznaczony jest do analiza elementarna próbek cieczy różnego pochodzenia i składu w stężeniach mierzonych w µg/l - ng/l. Główne obszary zastosowań spektrometru to ekologia, przemysł spożywczy, geologia, hutnictwo, inne gałęzie przemysłu, Badania naukowe, kryminologia.
ogólna charakterystyka urządzenie.
Wysoka czułość, niezawodność, automatyzacja i łatwość konserwacji pozwalają szybko uzyskać wiarygodne wyniki.
Korektor tła oparty na efekcie Z eliminuje wpływ dryftu lampy i kompensuje absorpcję tła, co poprawia dokładność i szybkość analiz oraz sprawia, że spektrometr ten jest niezastąpiony przy analizie próbek o złożonym składzie matrycy.
Po raz pierwszy na świecie (urządzenie chronione jest trzema patentami) wdrożono konstrukcję pieca grafitowego ogrzewanego wzdłużnie w podłużnym polu magnetycznym. Nagrzewa się bardzo szybko, co skutkuje rekordowo niską wydajnością masową i limitami wykrywalności pierwiastków.
Oprogramowanie wykorzystuje terminy zrozumiałe dla każdego analityka, zapisuje wyniki pracy i kontynuuje ją od zakończenia poprzedniej sesji oraz pomaga stworzyć raport.
Świadectwo nr 1918. W Państwowym Rejestrze Przyrządów Pomiarowych Federacji Rosyjskiej nr 14981-95.
Główne parametry i charakterystyka spektrometru.
Zakres widmowy 190…850 nm
Do 50 pomiarów na godzinę;
Zużycie próbki – 10 µl/pomiar;
System korekcji tła efekt odwrotny Zeemana
Gaz osłonowy argon
Temperatura ogrzewania atomizera 50…2800°С
27. Skale absolutne. Skale porządkowe (stopnie).
Skala wielkości fizycznych to uporządkowany ciąg wartości wielkości fizycznej, przyjęty na podstawie wyników precyzyjnych pomiarów.
Skala zamówień (skala rang).
Skala ta polega na uporządkowaniu obiektów ze względu na jakąś ich konkretną cechę, tj. ich ułożenie w porządku malejącym lub rosnącym danej właściwości. Powstała uporządkowana seria nazywana jest serią rankingową, a sama procedura nazywana jest rankingiem. Seria rankingowa może odpowiedzieć na pytania takie jak „co jest więcej/mniej” lub „co jest lepsze/gorsze”. Skala zamówień nie jest w stanie dostarczyć bardziej szczegółowych informacji, ile razy mniej, więcej, ile razy lepiej, a ile gorzej.
W skalach porządkowych może istnieć zero lub nie.W zasadzie nie da się wprowadzić jednostek miary, gdyż nie została dla nich ustalona relacja proporcjonalności. Za pomocą skali porządkowej porównuje się ze sobą obiekty jednorodne, dla których nie są znane wartości interesujących nas właściwości. Wyniki oceny na skali porządkowej nie mogą być także przedmiotem żadnych operacji arytmetycznych.
Często w praktyce, gdy poziom wiedzy o zjawisku nie pozwala na dokładne ustalenie dokładnej zależności pomiędzy wartościami danej cechy lub zastosowanie skali jest wygodne i wystarczające w praktyce, porządek warunkowy (empiryczny) stosuje się wagi. Skala konwencjonalna to skala wielkości fizycznych, których wartości początkowe wyrażone są w jednostkach konwencjonalnych.
Powszechnie stosowane są skale porządkowe z zaznaczonymi na nich punktami odniesienia. Aby to zrobić, po ułożeniu obiektów w kolejności rosnącej (malejącej) określonej właściwości, niektóre punkty szeregu rankingowego są ustalane jako punkty początkowe (odniesienia). Zbiór punktów odniesienia tworzy skalę możliwych przejawów odpowiedniej właściwości. Punktom odniesienia można przypisać liczby zwane punktami, dzięki czemu możliwa staje się ocena „pomiaru” danej właściwości w punktach, w skali naturalnej. Intensywność trzęsień ziemi, fal morskich, twardość minerałów i niektóre inne wielkości nadal ocenia się za pomocą skal naturalnych.
Skale absolutne.
Przez skale absolutne rozumie się skale posiadające wszystkie cechy skal ilorazowych (skale przedziałowe z naturalnym początkiem), ale dodatkowo posiadające w sposób naturalny jednoznaczne określenie jednostki miary i niezależne od przyjętego układu jednostek miar. Skale takie odpowiadają wartościom względnym: wzmocnienie, tłumienie itp.
23. Ogólna charakterystyka metod kwantowych pomiary i oparte na nich standardy.
Metody kwantowe i odpowiadające im przyrządy pomiarowe charakteryzują się wysokimi właściwościami metrologicznymi i unikalne właściwości, które są określone przez stabilność zjawisk fizycznych leżących u ich podstaw. Funkcje konwersji kwantowych przetworników i urządzeń pomiarowych opierają się na podstawowych prawach mikroświata i zależnościach mechaniki kwantowej. Dlatego w wielu przypadkach współczynniki przeliczeniowe takich przyrządów pomiarowych są podstawowymi stałymi fizycznymi, zwykle znanymi z dużą dokładnością, lub współczynnikami, które można dokładnie obliczyć teoretycznie. To, oprócz wysokiej dokładności konwersji, zapewnia przejście do pomiarów bezwzględnych i wzrost niezawodności metrologicznej przyrządów pomiarowych, gdyż takie przyrządy pomiarowe nie wymagają wzorcowania i okresowej weryfikacji.
Wykorzystanie zjawisk fizycznych zachodzących na poziomie atomowym lub jądrowym, np. w głębi atomu, umożliwia tworzenie bardzo czułych przyrządów pomiarowych o progu czułości równym kwantowi energii jednej lub małego zestawu cząstek atomowych. Z tego samego powodu właściwości metrologiczne urządzeń kwantowych zależą w niewielkim stopniu lub wcale od zmian czynników zewnętrznych. Co więcej, im głębiej wykorzystuje się zjawiska, tym mniejsza jest ta zależność. Przetworniki kwantowe zwykle nie zniekształcają stanu badanego obiektu. W wielu przypadkach parametrem informacyjnym sygnału wyjściowego kwantowych przyrządów pomiarowych jest częstotliwość, która jest najdokładniej zmierzoną wielkością fizyczną, którą można łatwo przesłać na duże odległości bez zniekształceń. Dzięki temu możliwe jest udostępnienie publicznie wysokiej dokładności pomiarów nie tylko w praktyce metrologicznej, ale także w pomiarach technicznych.
Metody kwantowe znalazły już zastosowanie w metrologii do tworzenia naturalnych wzorców jednostek szeregu wielkości fizycznych. Na ich podstawie stworzono już wzorce jednostek długości, czasu i częstotliwości, napięcia elektrycznego, indukcji magnetycznej oraz wtórny wzorzec temperatury. Prowadzone są badania nad stworzeniem naturalnych wzorców jednostek masy w oparciu o udoskonalenie wartości liczby Avogadra, oporu elektrycznego w oparciu o kwantowy efekt Halla, natężenia prądu w oparciu o jądrowy rezonans magnetyczny itp.
Udoskonalenie metod kwantowych i ich połączenie z nowoczesną bazą pierwiastków umożliwia tworzenie na ich podstawie nie tylko bardzo precyzyjnych wzorców jednostek wielkości fizycznych, ale także wzorowych i działających przyrządów pomiarowych o unikalnych charakterystykach, których nie można uzyskać metodami klasycznymi . Wzmacniacze i przetworniki analogowo-cyfrowe o progu czułości 10 -14 V, teslometry i gradientomierze o progach czułości 10 -15 T-Hz -1/2 i 10 -13 T-Hz -1/2, oparte na Efekt Josephsona, zostały już stworzone dokładne kilometromierze, bezkontaktowe przepływomierze i koncentrometry oparte na jądrowym rezonansie magnetycznym, mierniki o ultramałych wymiarach liniowych i kątowych z progami czułości odpowiednio 10 -12 i 0,001``, bazujące na X- interferometria promieniowa, interferometry laserowe umożliwiające pomiar wymiarów liniowych w warunkach produkcyjnych z błędem 2,10 - 7, koncentrometry i ultraniskoprędkościomierze oparte na efekcie Mössbauera itp.
Wiele metod kwantowych, w szczególności opartych na zjawiskach rezonansu magnetycznego, rezonansu kwadrupolowego jądrowego i efekcie Mössbauera, należy do kategorii metod rezonansowych, ponieważ opierają się na rezonansowym oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego z układem cząstek atomowych. Ich zastosowanie umożliwia tworzenie precyzyjnych przyrządów pomiarowych o dużej czułości charakterystycznej dla metod rezonansowych.
26. Przybliżanie układów pomiarowych
Jeśli chcesz określić ilościowo i, jeśli to konieczne, przywrócić pierwotną wartość wejściową, co jest funkcją jakiegoś argumentu, wówczas istnieją zasadniczo 2 sposoby przeprowadzenia pomiaru. Pierwsza, częściej stosowana, polega na pomiarze wielkości dyskretnych tej wielkości znajdujących się w pewnym przedziale argumentowym i przywróceniu jej za pomocą wielomianów niskiego stopnia. Drugi sposób polega na mierzeniu współczynników wielomianu charakteryzujących funkcję pierwotną w całym przedziale jej analizy. W takim przypadku rząd wielomianu aproksymującego musi być wyższy. Przy odpowiednim wyborze rodzaju wielomianu aproksymującego można nie tylko ilościowo opisać zachowanie badanej wielkości w dowolnym punkcie przedziału, ale jednocześnie uzyskać informację o niektórych właściwościach tej wielkości. W szczególności, gdy stosuje się szereg Fouriera, znajomość jego współczynników pozwala ocenić konkretny skład badanej funkcji (jej widmo). Układy pomiarowe umożliwiające pomiar współczynników aproksymujących wielomianów nazywane są aproksymującymi układami pomiarowymi. Aproksymujące systemy pomiarowe odnoszą się do systemów przeznaczonych do ilościowego opisu wielkości będących funkcjami czasu, przestrzeni lub innych argumentów oraz ich parametrów uogólniających, pewien typ przybliżony wielomian
29. Definicja skali wielkości fizycznych. Skale nazw (klasyfikacje).
W praktyce konieczne jest wykonywanie pomiarów różnych wielkości fizycznych charakteryzujących właściwości substancji, ciał, zjawisk i procesów. Niektóre właściwości pojawiają się jedynie ilościowo, inne – jakościowo. Ilościowe lub jakościowe przejawy dowolnej właściwości odzwierciedlają zbiory tworzące skale do pomiaru tych właściwości. Skala pomiarowa właściwości ilościowej jest skalą wielkości fizycznej. Skala wielkości fizycznej to uporządkowany ciąg wartości wielkości fizycznej, przyjęty na podstawie wyników precyzyjnych pomiarów.
Zgodnie z logiczną strukturą przejawów właściwości skale pomiarowe dzielą się na pięć głównych typów: nazwy, porządek, przedziały, stosunki i skale bezwzględne.
Skala nazewnictwa (skala klasyfikacji). Skala ta opiera się na przypisywaniu obiektowi liczb (znaków), które pełnią rolę prostych nazw. To przypisanie liczb pełni w praktyce tę samą funkcję, co nazwa. Najczęściej skale te służą do klasyfikacji obiektów empirycznych, których właściwości pojawiają się jedynie w odniesieniu do równoważności. Własności tych nie można uznać za wielkości fizyczne, dlatego też skale tego typu nie są skalami wielkości fizycznych. Numeracja obiektów na skali nazw prowadzona jest według zasady: „nie przydzielaj tej samej liczby różnym obiektom”. Dlatego nie można wykonywać żadnych operacji na liczbach używanych jedynie jako nazwy szczegółowe. działania arytmetyczne. Jeśli na przykład jeden z rezystorów jest oznaczony jako schemat elektryczny R 2, a drugi R 1, to z tego nie możemy wyciągnąć wniosku, że wartości ich rezystancji różnią się o połowę, ale możemy jedynie ustalić, że oba należą do klasy rezystorów.
Ponieważ skale te charakteryzują się jedynie relacjami równoważności, nie posiadają pojęcia „więcej niż” zera lub „mniej niż” oraz jednostek miary.
30. Klasyfikacja metod pomiarowych. Zasada komplementarności
Metoda pomiaru - zgodnie z GOST 16263-70 jest to zestaw technik stosowania zasad i przyrządów pomiarowych.
W tym samym GOST zasadę pomiaru definiuje się jako zbiór zjawisk fizycznych, na których opierają się pomiary.
W oparciu o powyższą definicję metody pomiarowe są klasyfikowane według różnych kryteriów:
metodą porównania wielkości mierzonej z jednostką wielkości fizycznej
zgodnie ze zjawiskami fizycznymi lub wzorcami leżącymi u podstaw pomiaru
według rodzajów transformacji pomiarowych
poprzez sposób, w jaki przyrząd pomiarowy oddziałuje z obiektem
metodami odtwarzania ilości o danej wielkości
według rodzaju stosowanych przyrządów pomiarowych
parametrem informacyjnym, sygnałem informacyjnym pomiaru oraz niewykorzystanymi właściwościami obiektu badań
W zależności od sposobu zastosowania wyróżnia się miary znanych wielkości
1. Metoda oceny bezpośredniej
2. Metoda porównania z miarą
W pierwszym sposobie wartość mierzonej wielkości wyznacza się bezpośrednio na urządzeniu odczytowym urządzenia pomiarowego z bezpośrednim przeliczeniem, którego skala jest kalibrowana za pomocą miary wielowartościowej odtwarzającej znane wartości wielkości w sposób bezpośredni. urządzenie do konwersji.
Obserwacja podczas procesu pomiaru porównuje położenie wskazówki urządzenia odczytującego ze skalą, na której dokonywany jest odczyt.
Duża grupa metod pomiarowych nazywana jest metodami porównawczymi; ich cechą względną jest bezpośredni biorąc pod uwagę środki:
Zero – różnica między proporcjonalnymi wielkościami lub różnica w skutkach, jakie wywołują, zostaje zredukowana do zera.
metoda różnicowa - różnicę między zmierzoną a znaną wartością powtarzalnej miary mierzy się na przykładzie pomiarowym;
Metoda substytucyjna - naprzemienne podłączanie zmierzonej i znanej wartości powtarzalnej miary do wejścia urządzenia; wartość nieznanej wartości jest szacowana na podstawie odczytów, ponieważ oba pomiary są wykonywane przez to samo urządzenie w tych samych warunkach, błąd wyniku pomiaru ulega znacznemu zmniejszeniu
Metoda koincydencji polega na tym, że zazwyczaj błąd przyrządu w różnych punktach skali nie jest taki sam, a maksymalną dokładność osiąga się przy tych samych wskazaniach urządzenia odczytującego; metoda jest rozwinięciem metody substytucyjnej
Pobierz z plików depozytowych
Wykład 1.Własność. Ogrom. Podstawowe równanie pomiarowe
2. Pomiary
Ilości, miary i przyrządy pomiarowe są szczegółowo studiowane na kursie „Metrologia”, którego będziesz uczyć się na czwartym roku. Tutaj przyjrzymy się głównym punktom, które będziemy musieli znać na kursie „Przyrządy i pomiary geodezyjne”.
1. Własność. Ogrom. Podstawowe równanie pomiarowe
Wszystkie obiekty otaczającego świata charakteryzują się swoimi właściwościami.
Na przykład możemy nazwać takie właściwości obiektów, jak kolor, waga, długość, wysokość, gęstość, twardość, miękkość itp. Jednak z faktu, że jakiś przedmiot jest kolorowy lub długi, nie dowiadujemy się niczego poza tym, że ma on właściwość koloru lub długości.
Dla opisu ilościowego różne właściwości, procesów i ciał fizycznych, wprowadza się pojęcie ilości.
Wszystkie ilości można podzielić na dwa typy:prawdziwy I doskonały .
Ideał wielkości odnoszą się głównie do matematyki i stanowią uogólnienie (model) konkretnych pojęć rzeczywistych. Nie jesteśmy nimi zainteresowani.
Prawdziwy ilości są z kolei dzielone przezfizyczny I niefizyczne .
DO niefizyczne należy uwzględnić wartości nieodłącznie związane z naukami społecznymi (niefizycznymi) - filozofią, socjologią, ekonomią itp. Nie interesują nas te ilości.
Fizyczny wielkość w ogólnym przypadku można zdefiniować jako wielkość charakteryzującą obiekty materialne (procesy, zjawiska) badane w naukach przyrodniczych (fizyka, chemia) i technicznych. To właśnie te ilości nas interesują.
Indywidualność w ujęciu ilościowym jest rozumiana w tym sensie, że właściwość jednego obiektu może być pewną liczbę razy większa lub mniejsza niż innego.
Na przykład każdy obiekt na Ziemi ma taką właściwość jak ciężar. Jeśli weźmiesz kilka jabłek, każde z nich będzie miało wagę. Ale jednocześnie waga każdego jabłka będzie inna niż waga innych jabłek.
Wielkości fizyczne można podzielić nawymierny I oceniane.
Wielkości fizyczne, dla których z jakiegoś powodu nie można dokonać pomiaru lub nie można wprowadzić jednostki miary, można jedynie oszacować. Takie wielkości fizyczne nazywane są ocenialne . Takie wielkości fizyczne ocenia się za pomocą konwencjonalnych skal. Na przykład intensywność trzęsień ziemi szacuje się według Skala Richtera, twardość minerału – skala Mohsa.
W zależności od stopnia warunkowej niezależności od innych wielkości wielkości fizyczne dzielą się na podstawowy (warunkowo niezależny),pochodne (warunkowo zależny) idodatkowy .
Całą współczesną fizykę można zbudować na siedmiu podstawowych wielkościach charakteryzujących podstawowe właściwości świata materialnego. Obejmują onesiedem wielkości fizyczne wybrane wukład SI Jak główny , I dwa dodatkowy wielkości fizyczne.
Za pomocą siedmiu głównych i dwóch dodatkowych wielkości, wprowadzonych wyłącznie dla wygody, tworzy się całą gamę wyprowadzonych wielkości fizycznych i zapewnia opis właściwości obiektów i zjawisk fizycznych.
W zależności od obecności wymiaru wielkości fizyczne dzielą się nawymiarowy , tj. mający wymiar ibezwymiarowy .
Pojęcie wymiary wielkości fizycznej został wprowadzony Fouriera w 1822.
Wymiar
jakość
jego właściwości i jest oznaczony symbolem 
, pochodzące od słowa wymiar
(Angielski - rozmiar, wymiar). Wymiar główny
wielkości fizyczne oznaczono odpowiednimi dużymi literami. Na przykład dla długości, masy i czasu
Wymiar pochodnej wielkości fizycznej wyraża się poprzez wymiary podstawowych wielkości fizycznych za pomocą jednomianu potęgi:
Gdzie 
, 
,
, … – wymiary podstawowych wielkości fizycznych;
, 
,
, … – wskaźniki wymiaru.
Ponadto każdy ze wskaźników wymiaru może być dodatni lub ujemny, może być liczbą całkowitą lub ułamkową, a także zerem.
Jeśli wszystkie wskaźniki wymiaru są równe zeru , wówczas nazywa się tę wielkość bezwymiarowy .
Rozmiar zmierzona ilość wynosiilościowy jego charakterystyka.
Na przykład długość deski jest cechą ilościową deski. Sama długość może zostać określona jedynie w wyniku pomiaru.
Zbiór liczb reprezentujących jednorodne ilości o różnych rozmiarach musi być zbiorem liczb o identycznych nazwach. To nazewnictwo jest jednostka wielkości fizycznej lub jego udział. Ten sam przykład z długością deski. Istnieje zestaw liczb charakteryzujących długość różnych desek: 110, 115, 112, 120, 117. Wszystkie liczby nazywane są centymetrami. Centymetr nazewniczy jest jednostką wielkości fizycznej, w tym przypadku jednostką długości.
Na przykład metr, kilogram, sekunda.
Na przykład 54,3 metra, 76,8 kilograma, 516 sekund.
Na przykład 54,3, 76,8, 516.
Wszystkie trzy wymienione parametry są ze sobą powiązane stosunkiem
, (3.1) który jest nazywanypodstawowe równanie pomiarowe
.
2. Pomiary
Z podstawowego równania pomiarowego wynika, żepomiar - jest to określenie wartości wielkości lub innymi słowy porównanie wielkości z jej jednostką. Pomiary wielkości fizycznych wykonuje się środkami technicznymi. Można podać następującą definicję pomiaru.
Definicja ta zawiera cztery cechy pojęcia pomiaru.
1. Można mierzyć tylko wielkości fizyczne(tj. właściwości obiektów materialnych, zjawisk, procesów).
2. Pomiar to eksperymentalne oszacowanie wielkości, tj. to zawsze eksperyment.
Obliczonego określenia wielkości za pomocą wzorów i znanych danych początkowych nie można nazwać pomiarem.
3. Pomiaru dokonuje się za pomocą specjalnych środków technicznych – nośników wielkości jednostkowych lub skal, zwanych przyrządami pomiarowymi.
4. Pomiar polega na określeniu wartości wielkości, tj. to porównanie wielkości z jej jednostką lub skalą. Podejście to zostało wypracowane w wyniku wielowiekowej praktyki pomiarowej. W pełni koresponduje to z treścią pojęcia „pomiaru”, które ponad 200 lat temu podał L. Euler: „ Niemożliwe jest zdefiniowanie lub zmierzenie jednej wielkości inaczej niż poprzez wzięcie za znaną innej wielkości tego samego rodzaju i wskazanie stosunku, w jakim ją znaleziono » .
Pomiar wielkości fizycznej obejmuje dwa (ogólnie może być kilka) etapów:
A) porównanie mierzonej wielkości z jednostką;
B) przekształcenie w wygodną w użyciu formę(różne metody wyświetlania).
Pomiary wyróżniają:
A) zasada pomiaru– jest to zjawisko fizyczne lub efekt leżący u podstaw pomiarów;
B) metoda pomiaru– technika lub zespół technik porównywania mierzonej wielkości fizycznej z jej jednostką zgodnie z wdrożoną zasadą pomiaru. Metoda pomiaru jest zwykle określona przez konstrukcję przyrządów pomiarowych.
Wszystkie możliwe pomiary spotykane w praktyce człowieka można sklasyfikować w kilku kierunkach.
1. Klasyfikacja według rodzajów pomiarów :
A) pomiar bezpośredni – pomiar, w którym bezpośrednio uzyskuje się pożądaną wartość wielkości fizycznej.
Przykłady: pomiar długości linii za pomocą miarki, pomiar kątów poziomych lub pionowych za pomocą teodolitu;
B) pomiar pośredni – określenie pożądanej wartości wielkości fizycznej na podstawie wyników bezpośrednich pomiarów innych wielkości fizycznych, które są funkcjonalnie powiązane z pożądaną wielkością.
Przykład 1. Pomiar długości linii metodą paralaksy, w której kąt poziomy mierzy się na znakach szyny bazowej, których odległość jest znana; wymaganą długość oblicza się za pomocą wzorów odnoszących tę długość do kąta poziomego i podstawy.
Przykład 2. Pomiar długości linii za pomocą dalmierza. W tym przypadku nie mierzy się bezpośrednio samej długości linii, ale czas przejścia impulsu elektromagnetycznego pomiędzy emiterem a reflektorem zainstalowanym powyżej punktów, pomiędzy którymi mierzona jest długość linii.
Przykład 3. Wyznaczanie współrzędnych przestrzennych punktu powierzchnia ziemi przy użyciu Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej (GNSS). W tym przypadku mierzone są nie współrzędne ani nawet długości, ale czas potrzebny na podróż sygnału z każdego satelity do odbiornika. Za pomocą zmierzonego czasu pośrednio określa się odległości satelitów od odbiornika, a następnie ponownie w sposób pośredni wyznacza się współrzędne punktu stałego.
V) wspólne pomiary – jednoczesne pomiary dwóch lub większej liczby różnych wielkości w celu ustalenia zależności między nimi.
Przykład. Pomiar długości metalowego pręta i temperatura, w której mierzona jest długość pręta. Wynikiem takich pomiarów jest wyznaczenie współczynnika rozszerzalności liniowej metalu, z którego wykonany jest pręt, pod wpływem zmian temperatury.
G) pomiary zbiorcze – pomiary kilku wielkości o tej samej nazwie prowadzone jednocześnie, w których pożądane wartości wielkości wyznacza się poprzez rozwiązanie układu równań otrzymanych w wyniku pomiaru tych wielkości w różnych kombinacjach.
2. Klasyfikacja według metod pomiarowych :
A) bezpośrednia metoda oceny– metoda, w której wartość wielkości wyznacza się bezpośrednio ze wskaźnikowego przyrządu pomiarowego;
przykłady pomiaru ciśnienia barometrem lub temperatury termometrem;
B) metoda porównania z miarą– metoda pomiaru, w której wartość zmierzona jest porównywana z wartością odtworzoną przez pomiar;
przykłady:
nakładając linijkę z podziałkami na dowolną część, zasadniczo porównują jej rozmiar z jednostką zapisaną na linijce i po dokonaniu odczytu uzyskują wartość wielkości (długość, wysokość, grubość i inne parametry);
za pomocą urządzenia pomiarowego wielkość wielkości (na przykład kąta) przeliczona na ruch wskazówki (alidada) jest porównywana z jednostką przechowywaną przez skalę tego urządzenia (koło poziome, dzielące okrąg miara) i następuje przeliczenie.
Cechą dokładności pomiaru jest jego błąd lub niepewność.
Dokonując pomiarów, mierzony obiekt rzeczywisty zastępuje się zawsze jego modelem, który ze względu na swoją niedoskonałości różni się od obiektu rzeczywistego. W rezultacie wielkości charakteryzujące obiekt rzeczywisty również będą się różnić od podobnych wielkości tego samego obiektu. Prowadzi to do nieuniknionych błędów pomiarowych, które ogólnie dzieli się na przypadkowe i systematyczne.
Metoda pomiaru. O wyborze metody pomiaru decyduje przyjęty model obiektu pomiaru oraz dostępne przyrządy pomiarowe. Przy wyborze metody pomiaru należy zadbać o to, aby błąd metody pomiaru, tj. składowa systematycznego błędu pomiaru, wynikająca z niedoskonałości przyjętego modelu i metody pomiaru (w przeciwnym razie błąd teoretyczny), nie miała zauważalnego wpływu na wynikowy błąd pomiaru, tj. nie przekroczył 30% od niej.
Model obiektowy. Zmiany mierzonych parametrów modelu w trakcie cyklu obserwacyjnego z reguły nie powinna przekraczać 10% od określonego błędu pomiaru. Jeżeli możliwe są rozwiązania alternatywne, uwzględnia się także względy ekonomiczne: niepotrzebne przeszacowanie dokładności modelu i metody pomiaru prowadzi do nieuzasadnionych kosztów. To samo dotyczy wyboru przyrządów pomiarowych.
Urządzenia pomiarowe. O wyborze przyrządów pomiarowych i urządzeń pomocniczych decyduje wielkość mierzona, przyjęta metoda pomiaru oraz wymagana dokładność wyników pomiarów (wzorce dokładności). Pomiary przyrządami pomiarowymi o niewystarczającej dokładności mają niewielką wartość (nawet bezsensowną), gdyż mogą powodować błędne wnioski. Stosowanie zbyt precyzyjnych przyrządów pomiarowych jest nieopłacalne ekonomicznie. Uwzględnia się także zakres zmian wielkości mierzonej, warunki pomiaru, charakterystykę działania przyrządów pomiarowych oraz ich koszt.
- maksymalny błąd po stronie operatora.<
Pomiar fizyczny ilości – zestaw operacji na aplikacjach. jednostki magazynujące sprzęt techniczny. fizyczny wielkości, które polegają na porównaniu mierzonej wielkości z jej jednostkami w celu uzyskania wartości tej wielkości w najdogodniejszej dla użytkownika formie.
Generalna klasyfikacja:
1) Pomiar bezpośredni - żądaną wartość ustala się na podstawie danych doświadczalnych.
2) Pomiar pośredni. – zdefiniowana wartość opiera się na bezpośrednich pomiarach wielkości związanych z zależnością od wielkości mierzonej.
3) Pomiary łączne – pomiary dwóch lub większej liczby odmiennych wielkości przeprowadzane jednocześnie w celu ustalenia zależności między nimi.
4) Pomiary skumulowane - gdy jednocześnie przeprowadza się pomiary kilku jednorodnych wielkości, gdy wartości tych wielkości wyznacza się poprzez rozwiązanie układu równań otrzymanych poprzez pomiar różnych kombinacji tych wielkości. Klasycznym przykładem pomiarów skumulowanych jest kalibracja zbioru odważników jednym odważnikiem wzorcowym, przeprowadzana poprzez pomiar różnych kombinacji odważników w tym zbiorze i rozwiązanie powstałych równań.
Wyrażając wyniki pomiarów:
Pomiar bezwzględny to pomiar oparty na bezpośrednich pomiarach jednej lub większej liczby wielkości podstawowych i/lub wykorzystaniu wartości podstawowych stałych fizycznych.
Pomiar względny to pomiar stosunku wielkości do wielkości o tej samej nazwie, przyjętej jako wielkość oryginalna.
Według metrologa. oznaczający:
Pomiary techniczne to pomiary mające na celu uzyskanie informacji o właściwościach obiektów materialnych, procesach i zjawiskach otaczającego świata.
Pomiary metrologiczne to pomiary mające na celu zapewnienie jedności i wymaganej dokładności pomiarów technicznych, przeprowadzane przy użyciu wzorców lub próbek.
W zależności od charakteru zmiany wartości mierzonej:
Pomiar statyczny to pomiar wielkości, która zgodnie z postawionym zadaniem pomiarowym jest przyjęta jako niezmienna w całym okresie pomiarowym.
Pomiar dynamiczny to pomiar wielkości, której wielkość zmienia się w czasie.
Oparte na dokładności.
Pomiary o jednakowej precyzji to pewna liczba pomiarów dowolnej wielkości dokonanych przyrządami pomiarowymi o podobnej dokładności w tych samych warunkach.
Pomiary nierówne to pewna liczba pomiarów o dowolnej wartości, wykonanych przyrządami pomiarowymi o różnej dokładności i (lub) w różnych warunkach.
Według liczby pomiarów:
Pomiar pojedynczy – pomiar wykonany jednorazowo.
Pomiar wielokrotny – pomiar jednej wielkości wielkości, wynik tego pomiaru uzyskuje się z kilku kolejnych pojedynczych pomiarów (odczytów).
28. Metody pomiarowe
Metoda pomiaru to technika lub zestaw technik służących do porównywania mierzonej wielkości fizycznej z jej jednostką, zgodnie z wdrożoną zasadą pomiaru.
W pomiarach pośrednich szeroko stosuje się transformację wielkości mierzonej w procesie pomiarowym.
W przypadku pomiarów bezpośrednich istnieje sześć głównych metod:
Metoda oceny bezpośredniej, w której wartość wielkości wyznacza się bezpośrednio z urządzenia odczytowego urządzenia pomiarowego (wyznaczanie masy na skali zegarowej, mierzenie długości za pomocą linijki wyskalowanej itp.);
Metoda porównania z miarą, polegająca na porównaniu wartości zmierzonej z wartością odtworzoną przez miarę, np. pomiar masy za pomocą wag dźwigniowych poprzez równoważenie ciężarków;
Metoda dodawania, polegająca na uzupełnieniu wartości mierzonej wielkości miarą tej samej wielkości w taki sposób, że na urządzenie porównawcze wpływa ich suma równa wcześniej ustalonej wartości;
Metoda różnicowa charakteryzuje się pomiarem różnicy pomiędzy wartością zmierzoną a znaną wartością odtworzoną przez miernik. Ta metoda pozwala uzyskać bardzo dokładne wyniki nawet przy użyciu stosunkowo prymitywnych środków;
Metoda zerowa – wielkość mierzoną porównuje się z wielkością, której wartość jest znana i którą tak dobrano, aby różnica pomiędzy wielkością zmierzoną i znaną wynosiła zero. Zbieżność wartości tych wielkości odnotowuje się za pomocą wskaźnika zerowego (wskaźnik zerowy). Aby odtworzyć dowolną wartość znanej wielkości, w większości przypadków stosuje się zestawy (zasoby) miar. Metoda zerowa jest podobna do metody różnicowej, z tym że można zastosować miary wielokrotnie mniejsze od wartości zmierzonej (ze względu na nierówne dźwignie) lub można zmienić efekt znanej wartości poruszając się po ramieniu ze skalą.
Metoda substytucyjna to metoda porównania z miarą, w której zmierzoną wielkość zastępuje się znaną wielkością, którą miara może odtworzyć, np. ważąc z naprzemiennym umieszczaniem mierzonego przedmiotu i odważników na tej samej wadze.
Rozdział 1. POMIAR WIELKOŚCI FIZYCZNYCH
Różnorodność zjawisk spotykanych w działaniach praktycznych determinuje szeroki zakres wielkości, które należy zmierzyć. Głównym przedmiotem badań metrologii jest pomiar wielkości fizycznych. We wszystkich przypadkach pomiarów, niezależnie od wielkości, metody i przyrządu pomiarowego, podstawą pomiarów jest wspólna rzecz – jest to porównanie wielkości danej wielkości z jednostką zapisaną w przyrządzie pomiarowym. Przy każdym pomiarze za pomocą eksperymentu wyznaczamy ilościowo wielkość fizyczną w postaci pewnej liczby przyjętych dla niej jednostek, tj. znajdujemy wartość wielkości wielkości fizycznej. Pomiar odbywa się za pomocą skali - wstępnie opracowanego, uporządkowanego zestawu ciągów wielkości fizycznych, zaakceptowanego w drodze umowy.
Dobór jednostek wielkości pomiarowych ma ogromne znaczenie przy porównywaniu wyników uzyskanych różnymi metodami, środkami i w różnych warunkach pomiaru. Dlatego zwyczajowo określa się ich rozmiary przez prawo. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar, zatwierdzony przez XI Generalną Konferencję Miar i Wag, stworzył realne perspektywy całkowitego ujednolicenia jednostek miar we wszystkich krajach wspólnoty światowej.
Obiekty pomiarowe
Wagi pomiarowe
Skala pomiarowa służy jako wyjściowa podstawa pomiaru tej wielkości. Reprezentuje uporządkowaną kolekcję wartości ilościowych.
Praktyczna działalność doprowadziła do powstania różnego rodzaju skal pomiarowych wielkości fizycznych, z których głównymi są cztery, omówione poniżej.
1. Skala porządku (stopnie) reprezentuje serię rankingową – sekwencja wielkości, uporządkowana rosnąco lub malejąco, charakteryzująca badaną właściwość. Pozwala ustalić relację kolejności w oparciu o rosnące lub malejące ilości, ale nie ma sposobu, aby ocenić, ile razy (lub o ile) jedna ilość jest większa lub mniejsza w porównaniu do drugiej. W skalach porządkowych w niektórych przypadkach może znajdować się zero (znak zerowy); dla nich podstawową rzeczą jest brak jednostki miary, ponieważ nie można określić jego wielkości, nie można wykonywać operacji matematycznych (mnożenia, sumowania) na wielkościach w tych skalach.
Przykładem skali porządkowej jest skala Mohsa służąca do określania twardości ciał. Jest to skala z punktami odniesienia, która zawiera 10 minerałów odniesienia (odniesienia) o różnych liczbach twardości. Przykładami takich skal są także skala Beauforta do pomiaru siły (prędkości) wiatru i skala trzęsień ziemi Richtera (skala sejsmiczna).
2. Skala interwałowa (różnicowa). różni się od skali porządkowej tym, że dla wielkości mierzonych wprowadza się nie tylko relacje porządku, ale także sumowanie przedziałów (różnic) pomiędzy różnymi ilościowymi przejawami właściwości. Skale różnic mogą mieć konwencjonalne zera odniesienia i jednostki miary ustalone w drodze porozumienia. Używając skali interwałowej, możesz określić, o ile jedna wartość jest większa lub mniejsza od drugiej, ale nie możesz powiedzieć, ile razy. Skale interwałowe mierzą czas, odległość (jeśli początek podróży nie jest znany), temperaturę w stopniach Celsjusza itp.
Skale interwałowe są bardziej zaawansowane niż skale porządkowe. W tych skalach addytywne operacje matematyczne (dodawanie i odejmowanie) można wykonywać na wielkościach, ale nie można wykonywać operacji multiplikatywnych (mnożenie i dzielenie).
3.Skala relacji opisuje właściwości wielkości, dla których mają zastosowanie relacje porządku, sumowanie przedziałów i proporcjonalność. W skalach tych występuje naturalne zero, a jednostka miary jest ustalana w drodze porozumienia. Skala ilorazowa służy do przedstawienia wyników pomiarów uzyskanych zgodnie z podstawowym równaniem pomiarowym (1.1) poprzez eksperymentalne porównanie nieznanej wielkości Q z jej jednostką [Q]. Przykładami skal ilorazowych są skale masy, długości, prędkości i temperatury termodynamicznej.
Skala ilorazowa jest najbardziej zaawansowaną i najpowszechniejszą ze wszystkich skal pomiarowych. Jest to jedyna skala, na której można ustawić wartość mierzonej wielkości.Wszelkie działania matematyczne definiowane są na skali ilorazowej, co pozwala na dokonywanie poprawek multiplikatywnych i addytywnych do odczytów na skali.
4. Absolutna skala ma wszystkie cechy skali ilorazowej, ale dodatkowo istnieje naturalne, jednoznaczne określenie jednostki miary. Skale takie służą do pomiaru wielkości względnych (wzmocnienie, tłumienie, wydajność, odbicie, absorpcja, modulacja amplitudy itp.). Wiele takich skal ma granice od zera do jeden.
Skale interwałowe i ilorazowe są łączone pod nazwą „skale metryczne”. Skalę porządkową zalicza się do skali warunkowej, tj. do skal, w których jednostka miary nie jest zdefiniowana i czasami nazywana jest niemetryczną. Skale bezwzględne i metryczne dzielą się na liniowe. Praktyczne wdrożenie skal pomiarowych odbywa się poprzez standaryzację zarówno samych skal, jak i jednostek miar oraz, w razie potrzeby, metod i warunków ich jednoznacznego odtwarzania.
Podstawowe jednostki SI
Podstawowa jednostka ilość nazywana jest jednostką podstawowej wielkości fizycznej, tj. wielkość, która jest konwencjonalnie akceptowana jako niezależna od innych wielkości układu. Przy wyborze podstawowych jednostek SI kierowaliśmy się następującymi założeniami: 1) objęcie systemem wszystkich dziedzin nauki i techniki; 2) stworzyć podstawę do tworzenia jednostek pochodnych dla różnych wielkości fizycznych; 3) przyjąć praktyczne wymiary jednostek podstawowych, które już się rozpowszechniły; 4) wybrać jednostki takich wielkości, które można z największą dokładnością odtworzyć za pomocą wzorców.
Główne jednostki SI ze skrótami w języku rosyjskim i łacińskim podano w tabeli. 1.1.
Tabela 1.1.
Podstawowe jednostki SI
Definicje jednostek podstawowych zgodnie z decyzjami Generalnej Konferencji Miar i Wag są następujące.
Metr równa długości drogi, jaką przebywa światło w próżni w ciągu 1/299 792 458 sekundy.
Kilogram równa masie międzynarodowego prototypu kilograma.
Drugi równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającym przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu-133.
Amper jest równa sile prądu stałego, który przepływając przez dwa równoległe proste przewodniki o nieskończonej długości i znikomo małym kołowym polu przekroju poprzecznego, umieszczone w próżni w odległości 1 m od siebie, powoduje siłę oddziaływania równy 2 × 10 –7 na każdym odcinku przewodu o długości 1 m N.
kelwin równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.
Kret równa ilości substancji w układzie zawierającym taką samą liczbę elementów strukturalnych, ile jest atomów węgla-12, o masie 0,012 kg.
Kandela równa światłości w danym kierunku źródła emitującego promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540×10 12 Hz, którego intensywność energii świetlnej w tym kierunku wynosi 1/683 W/sr.
Pierwsze trzy jednostki SI (metr, kilogram i sekunda) umożliwiają tworzenie jednostek pochodnych do pomiaru wielkości mechanicznych i akustycznych. Dodając jednostkę temperatury (kelwiny), można utworzyć jednostki pochodne do pomiaru wielkości cieplnych.
Metr, kilogram, sekunda i amper służą jako podstawa do tworzenia jednostek pochodnych w dziedzinie pomiarów elektrycznych, magnetycznych i promieniowania jonizującego, a mol służy do tworzenia jednostek w dziedzinie pomiarów fizykochemicznych.
Pochodne jednostki SI
Jednostki pochodne Międzynarodowego Układu Jednostek Miar tworzy się z jednostek podstawowych za pomocą równań zależności między wielkościami, w których współczynniki liczbowe są równe jeden. Przykładowo, aby ustalić jednostkę prędkości liniowej v, należy skorzystać z równania ruchu liniowego jednostajnego
gdzie l jest długością przebytej drogi (w metrach); t - czas (w sekundach).
Dlatego jednostka prędkości w układzie SI – metr na sekundę – to prędkość prostoliniowo i jednostajnie poruszającego się punktu, z którym przemieszcza się on na odległość 1 m w ciągu 1 s.
Jednostki pochodne mogą nosić imiona znanych naukowców. Tym samym jednostka ciśnienia 1 N/m2 otrzymała specjalną nazwę – pascal (Pa), nazwaną na cześć francuskiego matematyka i fizyka Blaise’a Pascala. Jednostki pochodne o nazwach specjalnych podano w tabeli. 1.2.
Tabela 1.2.
Pochodne jednostki SI ze specjalnymi nazwami
| Ogrom | Jednostka | |||
| Nazwa | Wymiar | Nazwa | Przeznaczenie | Wyrażenie w jednostkach SI |
| Częstotliwość | T-1 | herc | Hz | s-1 |
| Siła, ciężar | LMT-2 | niuton | N | m kg · s -2 |
| Ciśnienie, naprężenia mechaniczne | L -1 ŚT -2 | pascal | Rocznie | m -1 kg s -2 |
| Energia, praca, ilość ciepła | L 2 MT -2 | dżul | J | m 2 kg s -2 |
| Moc | L 2 MT -3 | wat | W | m 2 kg s -3 |
| Ilość prądu | T.I. | wisiorek | kl | jest A |
| Napięcie elektryczne, potencjał | L 2 MT -3 I -1 | wolt | W | m 2 kg s -3 A -1 |
| Pojemność elektryczna | L -2 M -1 T 4 I 2 | farad | F | m -2 kg -1 s 4 A 2 |
| Opór elektryczny | L 2 MT -3 I -2 | om | Om | m 2 kg s -3 A -2 |
| Przewodnictwo elektryczne | L -2 M -1 T 3 I 2 | Siemensa | Cm | m -2 kg -1 s 3 A 2 |
| Strumień indukcji magnetycznej | L 2 MT -2 I -1 | Webera | Wb | m 2 kg s -2 A -1 |
| Indukcja magnetyczna | MT -2 I -1 | tesli | Tł | kg·s -2 A -1 |
| Indukcyjność | L 2 MT -2 I -2 | Henz | Gn | m 2 kg s -2 A -2 |
| Aktywność radionuklidów | T-1 | bekerel | Bk | s-1 |
| Pochłonięta dawka promieniowania | L 2 T -2 | szary | gr | m 2 s -2 |
| Równoważna dawka promieniowania | L 2 T -2 | sievert | Św | m 2 s -2 |
Radian i steradian służą odpowiednio do pomiaru kątów płaskich i bryłowych w układzie SI.
Radian(rad) - jednostką kąta płaskiego jest kąt zawarty pomiędzy dwoma promieniami okręgu, pomiędzy którymi łuk ma długość równą promieniowi. W stopniach radian jest równy 57°17"48".
Steradiana(cf) - jednostką kąta bryłowego jest kąt przestrzenny, którego wierzchołek znajduje się w środku kuli i który wycina na powierzchni kuli obszar równy polu kwadratu o długości boku równej promień kuli.
Same radiany i steradiany wykorzystuje się głównie do obliczeń teoretycznych, w praktyce pomiary kątów dokonuje się w stopniach kątowych (minutach, sekundach). To w tych jednostkach kalibrowana jest większość goniometrycznych przyrządów pomiarowych.
Wielokrotności i podwielokrotności
Istnieją wielokrotne i podwielokrotne jednostki wielkości. Jednostka wielokrotna jest jednostką wielkości fizycznej, która jest liczbą całkowitą większą niż jednostka systemowa lub niesystemowa. Na przykład jednostka długości kilometr jest równa 10 3 m, tj. jest wielokrotnością metra. jednostka podwielokrotna– jednostka wielkości fizycznej, której wartość jest liczbą całkowitą mniejszą od jednostki systemowej lub niesystemowej. Na przykład jednostka długości milimetr jest równa 10 -3 m, tj. jest podrzędny.
Dla wygody posługiwania się jednostkami wielkości fizycznych w układzie SI przyjęto przedrostki tworzące nazwy dziesiętnych wielokrotności i podwielokrotności, tabela. 1.3.
Tabela 1.3.
Czynniki i przedrostki służące do tworzenia wielokrotności i podwielokrotności dziesiętnych oraz ich nazwy
| Czynnik | Konsola | Oznaczenie przedrostka | |
| Rosyjski | międzynarodowy | ||
| 10 24 | jotta | Y | I |
| 10 21 | zetta | Z | Z |
| 10 18 | egz | mi | mi |
| 10 15 | peta | P | R |
| 10 12 | tera | T | T |
| 10 9 | giga | G | G |
| 10 6 | mega | M | M |
| 10 3 | kilogram | Do | k |
| 10 2 | hekto | G | H |
| 10 1 | płyta rezonansowa | Tak | da |
| 10 -1 | zdecydować | D | D |
| 10 -2 | centy | Z | C |
| 10 -3 | Mili | M | M |
| 10 -6 | mikro | mk | M |
| 10 -9 | nano | N | N |
| 10 -12 | piko | P | P |
| 10 -15 | femto | F | F |
| 10 -18 | at | A | A |
| 10 -21 | zepto | z | H |
| 10 -24 | iocto | y | I |
Zgodnie z przepisami międzynarodowymi jednostki wielokrotne i podwielokrotne powierzchni i objętości należy tworzyć poprzez dodanie przedrostków do jednostek pierwotnych. Zatem stopnie odnoszą się do jednostek uzyskanych w wyniku dołączenia przedrostków. Na przykład 1 km 2 = 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 = 10 6 m 2.
Rodzaje i metody pomiarów
Koncepcja pomiaru
Pomiar jest najważniejszym pojęciem w metrologii. Jak wspomniano powyżej, jest to proces ustalania wartości wielkości fizycznej za pomocą specjalnych środków technicznych (przyrządów pomiarowych). Podczas pomiaru wykonaj obserwacje za mierzonym obiektem, aby dokonać prawidłowego i terminowego odczytu. Przedmiotem pomiaru może być urządzenie techniczne (np. piec komorowy), procesy technologiczne, środowisko, zużycie substancji i materiałów, parametry życiowe człowieka itp. Wielkość fizyczna wybierana do pomiarów nazywana jest mierzalna ilość.
Oprócz wielkości mierzonej na przedmiot pomiaru, a co za tym idzie na wynik pomiaru, wpływają inne wielkości fizyczne, które nie są mierzone danym przyrządem pomiarowym. Nazywają się wpływające na wielkości fizyczne. Wielkości wpływające są podzielone na następujące grupy:
klimatyczne (temperatura otoczenia, wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne);
elektryczne i magnetyczne (wahania prądu elektrycznego, napięcie w obwodzie elektrycznym, częstotliwość prądu przemiennego, pole magnetyczne);
obciążenia zewnętrzne (wibracje, obciążenia udarowe, promieniowanie jonizujące).
Wpływ tych wielkości na wynik pomiaru, a także niedoskonałość wykonania przyrządu pomiarowego, subiektywne błędy operatora i szereg innych czynników powodują, że wystąpienie błędu pomiarowego jest nieuniknione.
Proces rozwiązywania dowolnego problemu pomiarowego składa się zwykle z trzech etapów:
1) przygotowanie do pomiarów (dobór metod i przyrządów pomiarowych, zapewnienie warunków pomiaru itp.);
2) przeprowadzanie pomiarów (eksperyment pomiarowy);
3) przetwarzanie wyników pomiarów.
Podczas eksperymentu pomiarowego przedstawionego na ryc. 1.2, przedmiot pomiaru i przyrząd pomiarowy wchodzą w interakcję. W tym przypadku zmierzona wielkość, działająca na przyrząd pomiarowy, jest przetwarzana na sygnał odbierany przez osobę lub różne urządzenia techniczne - odbiorców informacji pomiarowej.
Ryż. 1.2. Schemat procesu akwizycji pomiaru
Sygnał ten jest funkcjonalnie powiązany z mierzoną wielkością fizyczną, a więc tak zwany sygnałem pomiarowym Informacja. Najczęściej używane sygnały to:
sygnały o stałym poziomie (stały prąd i napięcie elektryczne, ciśnienie sprężonego powietrza, strumień świetlny);
sygnały sinusoidalne (prąd przemienny i napięcie elektryczne);
sekwencja prostokątnych impulsów (elektrycznych, świetlnych).
Otrzymane sygnały informacji pomiarowych można następnie przetworzyć w celu jak najdogodniejszej prezentacji wyniku pomiaru. Takie przetwarzanie może obejmować przetwarzanie statystyczne (w przypadku wielokrotnych pomiarów wartości), dodatkowe obliczenia (w przypadku pomiarów pośrednich), zaokrąglanie itp. Poniżej omówiono zagadnienia związane z przetwarzaniem wyników pomiarów (pkt. 2.4).
Klasyfikacja pomiarów
Pomiary są bardzo zróżnicowane i można je klasyfikować według różnych kryteriów, z których najważniejsze pokazano na ryc. 1.3.
Ryż. 1.3. Klasyfikacja pomiarów
Po pierwsze, o pomiarach decyduje fizyczna natura zjawisk (procesów), zgodnie z którą wykształciły się pewne zbiory wielkości fizycznych, które mają charakter lub zastosowanie w określonych dziedzinach nauki i technologii - pomiary mechaniczne, termiczne, fizykochemiczne i inne.
Po drugie, pomiary, w zależności od sposobu uzyskania wyników pomiarów, dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. Bezpośredni– są to pomiary, w których pożądaną wartość wielkości fizycznej wyznacza się bezpośrednio z danych eksperymentalnych. W tym przypadku obiekt pomiarowy wchodzi w interakcję z przyrządem pomiarowym i na podstawie jego odczytów określana jest wartość mierzonej wielkości. Przykłady pomiarów bezpośrednich: pomiar długości linijką, czasu za pomocą zegarka, masy za pomocą skali, temperatury za pomocą termometru, prądu za pomocą amperomierza itp. Pomiary bezpośrednie obejmują pomiary zdecydowanej większości parametrów procesów technologicznych.
Pośredni– są to pomiary, w których pożądaną wielkość wyznacza się na podstawie wyników pomiarów bezpośrednich, które są z nią funkcjonalnie powiązane. Wartość Q oblicza się za pomocą wzoru
Q = f (X 1 , X 2 ,…X m), (1,5)
gdzie X 1, X 2,…X m są wielkościami, których wielkość wyznaczana jest na podstawie pomiarów bezpośrednich
Przykłady pomiarów pośrednich: wyznaczanie gęstości ciała jednorodnego na podstawie jego masy i objętości, rezystancji elektrycznej przewodnika na podstawie spadku napięcia i prądu, mocy na podstawie prądu i napięcia.
Pomiary pośrednie są szeroko stosowane w przypadkach, gdy żądana wielkość jest niemożliwa lub zbyt trudna do bezpośredniego zmierzenia, lub gdy pomiar bezpośredni daje mniej dokładny wynik. Ich rola jest szczególnie duża przy pomiarach wielkości niedostępnych dla bezpośredniego porównania eksperymentalnego, na przykład wymiarów rzędu astronomicznego lub subatomowego.
Ze względu na cele metrologiczne pomiary dzieli się na techniczne i metrologiczne. Techniczny pomiary przeprowadza się za pomocą działających przyrządów pomiarowych w celu ustalenia wartości mierzonej wielkości, a także podczas jej kontroli. Pomiary te są najpowszechniejsze i wykonywane we wszystkich gałęziach przemysłu i nauki. Metrologiczne pomiary wykonuje się za pomocą wzorców w celu odtworzenia jednostek wielkości fizycznych i przeniesienia ich wielkości na działające przyrządy pomiarowe (podczas prac sprawdzających i wzorcujących prowadzonych przez służby metrologiczne).
Na podstawie liczby pomiarów wykonanych w celu uzyskania wyniku rozróżnia się pomiary pojedyncze i wielokrotne. Jeden raz nazywany pomiarem wykonanym jednorazowo. Na przykład mierzenie czasu za pomocą zegara. Jeśli wymagana jest większa pewność uzyskanego wyniku, to wiele pomiary tej samej wielkości, których wynik zwykle przyjmuje się jako średnią arytmetyczną poszczególnych pomiarów.Zwykle w przypadku pomiarów wielokrotnych liczba pomiarów wynosi n 3.
Ze względu na zależność wartości mierzonej od czasu pomiary dzieli się na statyczne i dynamiczne. Na statyczny Podczas pomiarów wielkość fizyczną przyjmuje się jako stałą przez cały czas pomiaru (na przykład pomiar długości części w normalnej temperaturze). Jeżeli wielkość wielkości fizycznej zmienia się w czasie, wówczas takie pomiary nazywa się dynamiczny(na przykład pomiar odległości do powierzchni ziemi od zniżającego się samolotu).
W zależności od dokładności stosowanych przyrządów pomiarowych i warunków pomiaru dzieli się je na równe i nierówne. Równie dokładne to pomiary wielkości wykonane przyrządami pomiarowymi o jednakowej dokładności, w takich samych warunkach i z taką samą starannością. Jeżeli pomiarów dokonano za pomocą przyrządów pomiarowych różniących się dokładnością i (lub) w różnych warunkach, wówczas nazywa się je nierówny.
Oprócz tych pokazanych na rys. 1.3. W razie potrzeby można zastosować inne cechy klasyfikacji pomiarów dla konkretnych przypadków. Przykładowo pomiary można podzielić w zależności od miejsca wykonania na laboratoryjne i przemysłowe; w zależności od formy prezentacji wyników – bezwzględnej i względnej.
Powyższe pomiary można przeprowadzić różnymi metodami tj. sposoby rozwiązania problemu pomiarowego.
Metody pomiarowe
Metoda pomiaru to technika lub zestaw technik porównywania mierzonej wielkości z jej jednostką zgodnie z wdrożoną zasadą pomiaru. Pod zasada pomiaru rozumieć skutki fizyczne (zjawiska) leżące u podstaw pomiarów. Na przykład pomiar temperatury za pomocą efektu termoelektrycznego. Metoda pomiaru jest zwykle określona przez konstrukcję przyrządów pomiarowych.
Metod pomiaru jest wiele, a wraz z postępem nauki i technologii ich liczba wzrasta. Każdą wielkość fizyczną można z reguły zmierzyć kilkoma metodami. Aby je usystematyzować, należy zidentyfikować wspólne cechy charakterystyczne. Jednym z tych znaków jest obecność lub brak miary podczas pomiaru. W zależności od tego wyróżnia się dwie metody pomiaru: metodę oceny bezpośredniej oraz metodę porównania z miarą (ryc. 1.4). Mierzyć to przyrząd pomiarowy przeznaczony do odtwarzania i (lub) przechowywania wielkości fizycznej jednego lub większej liczby określonych wymiarów, których wartości są wyrażone w ustalonych jednostkach i są znane z wymaganą dokładnością. Więcej informacji na temat rodzajów środków można znaleźć w pkt 3.1.
Ryż. 1.4. Klasyfikacja metod pomiarowych
Najczęściej bezpośrednia metoda oceny. Jego istota polega na tym, że wartość mierzonej wielkości wyznacza się bezpośrednio z urządzenia odczytowego urządzenia pomiarowego, np. mierząc napięcie za pomocą woltomierza, ważąc obciążenie na wadze sprężynowej (ryc. 1.5). W tym przypadku masę obciążenia X wyznacza się na podstawie transformacji pomiarowej opartej na wartości odkształcenia d sprężyny.
Ryż. 1,5. Schemat pomiaru oceny bezpośredniej
Pomiary metodą oceny bezpośredniej są zazwyczaj proste i nie wymagają wysoko wykwalifikowanych operatorów, gdyż nie ma potrzeby tworzenia specjalnych instalacji pomiarowych ani wykonywania skomplikowanych obliczeń. Jednak dokładność pomiaru najczęściej okazuje się niska ze względu na wpływ wielkości wpływających i konieczność kalibracji skal przyrządów.
Najliczniejszą grupę przyrządów służących do pomiaru metodą oceny bezpośredniej stanowią przyrządy wskazujące (w tym przyrządy wskaźnikowe). Należą do nich manometry, dynamometry, barometry, amperomierze, woltomierze, watomierze, przepływomierze, termometry cieczowe i wiele innych. Do metod oceny bezpośredniej zalicza się także pomiary z wykorzystaniem licznika całkującego lub urządzenia rejestrującego.
Przy przeprowadzaniu dokładniejszych pomiarów preferowane jest metoda porównania z miarą, w którym wartość zmierzoną ustala się przez porównanie z wartością odtworzoną przez pomiar. Cechą charakterystyczną tej metody jest bezpośredni udział miernika w procesie pomiarowym.
Metody porównawcze, w zależności od obecności lub braku przy porównywaniu różnicy między wartością zmierzoną a wartością odtworzoną przez pomiar, dzielą się na zerowe i różnicowe. W obu tych metodach rozróżnia się metody opozycji, substytucji i koincydencji.
Metoda pomiaru zerowego – jest to metoda porównania z miarą , w którym wynikowy wpływ wpływu mierzonej wielkości i miary na urządzenie porównawcze jest sprowadzany do zera. W takim przypadku wartość mierzonej wielkości przyjmuje się jako równą wartości miary. Zbieżność wartości mierzonej wielkości i miary jest rejestrowana za pomocą wskaźnika zerowego (wskaźnik zerowy). Przykłady metody pomiaru zerowego: ważenie na wagach równoramiennych; pomiar rezystancji, indukcyjności i pojemności za pomocą mostka zbalansowanego; pomiar temperatury w pirometrze optycznym za pomocą standardowej żarówki (odpowiednio waga, galwanometr i ludzkie oko są wskaźnikami zerowymi).
Różnicowa metoda pomiaru(zwana także różnicą) to metoda porównania z miarą, w której zmierzoną wielkość porównuje się z miarą i mierzy się różnicę między tymi dwiema wielkościami. Miara musi mieć wartość nieznacznie różniącą się od wartości mierzonej wielkości. Przykład metody różnicowej: pomiar długości części na podstawie różnicy między zmierzoną długością a długością pomiarową (w dziedzinie pomiarów liniowych i kątowych metoda ta nazywana jest względną); pomiar rezystancji, indukcyjności i pojemności za pomocą mostka niezrównoważonego; ważenie na nierównych wagach. W tej metodzie nie jest wymagane użycie wskaźnika zerowego.
Metoda kontrastowa polega na tym, że wielkość mierzona i wielkość odtworzona przez miarę jednocześnie wpływają na urządzenie porównawcze, za pomocą którego ustalana jest zależność między tymi wielkościami. Przykładem metody zerowego oporu jest ważenie ładunku X na skali równoramiennej (ryc. 1.6, a), gdy zmierzona masa ładunku X jest równa masie równoważących go ciężarków. Stan równowagi określa położenie wskazówki zera (musi znajdować się w pozycji zerowej). Podczas ważenia ładunku w przypadku metody przeciwstawnej różnicowej masę ładunku X równoważy się masą ciężaru i siłą odkształcenia sprężystego sprężyny (ryc. 1.6, b), których wartość jest mierzona w skali urządzenia. Masę ładunku określa się jako sumę masy ciężaru i wskazań zmierzonych na wadze.
 |
| A) |
 |
| B) |
Ryż. 1.6. Schemat pomiaru przez porównanie z miarą: a – zero, b – różnica
Metoda kontrastowa jest szeroko stosowana do pomiaru różnych wielkości fizycznych. Z reguły zapewnia większą dokładność pomiaru niż metoda bezpośredniej estymacji, redukując wpływ błędów przyrządu i wpływając wielkości na wynik pomiaru.
Odmiany metody porównania z miarą obejmują metoda substytucyjna, szeroko stosowany w praktyce precyzyjnych badań metrologicznych. Istota metody polega na tym, że wielkość mierzoną zastępuje się miarą o znanej wartości tej wielkości, tj. Zmierzona wielkość i miara wpływają sekwencyjnie na urządzenie pomiarowe. W metodzie zerowej wartość mierzoną całkowicie zastępuje się miarą, a wynik pomiaru przyjmuje się jako równy wartości miary. W metodzie różnicowej nie ma możliwości przeprowadzenia całkowitej podstawienia i aby uzyskać wartość mierzonej wielkości, do wartości miary należy dodać wartość, o którą zmienił się odczyt przyrządu.
Dzięki temu, że wielkość mierzona i miara znajdują się jedna po drugiej w tej samej części obwodu pomiarowego urządzenia, dokładność pomiarów jest znacznie zwiększona w porównaniu do pomiarów realizowanych innymi rodzajami metod porównawczych, gdzie asymetria obwodów, w których zawarte są porównywane wielkości, prowadzi do wystąpienia błędów systematycznych. Metoda substytucyjna jest często stosowana w pomiarach elektrycznych z wykorzystaniem mostków prądu przemiennego.
Metoda dopasowania to rodzaj metody porównania z miarą, w której różnicę między wielkością mierzoną a wartością odtworzoną przez miarę mierzy się za pomocą zbieżności znaczników skali lub sygnałów okresowych. W oparciu o zasadę metody koincydencji budowany jest noniusz, który jest częścią wielu przyrządów pomiarowych (na przykład suwmiarki).
Oprócz rozważanych metod pomiaru rozróżnia się także dotykowe i bezkontaktowe, w zależności od obecności (lub braku) bezpośredniego kontaktu pomiędzy czułym elementem przyrządu pomiarowego a mierzonym przedmiotem. Przykładami metody kontaktowej jest pomiar średnicy wału za pomocą suwmiarki, pomiar temperatury ciała za pomocą termometru. Przykładami metod bezkontaktowych jest pomiar temperatury w wielkim piecu za pomocą pirometru, pomiar odległości do obiektu za pomocą radaru.
Błędy pomiarowe
Wynik pomiaru wielkości zależy od wielu czynników: wyboru metody i przyrządu pomiarowego, warunków jego realizacji (np. temperatura, ciśnienie, wilgotność otoczenia), sposobu przetwarzania wyników pomiarów, kwalifikacji operatora wykonującego pomiar. pomiary itp. Czynniki te prowadzą do różnic w wartości wyniku pomiaru wielkości i jej prawdziwej wartości, tj. do błędu. Jednym z głównych zadań metrologii jest rozwój metod wyznaczania błędów pomiarowych.
W zależności od stopnia przybliżenia do obiektywnie istniejącej wartości wielkości należy rozróżnić rzeczywistą wartość wielkości i wynik jej pomiaru oraz jej wartość rzeczywistą.
Prawdziwe znaczenie X i ilości odnoszą się do wartości, która idealnie charakteryzuje odpowiednią wielkość fizyczną pod względem jakościowym i ilościowym. Można go uzyskać jedynie w wyniku niekończącego się procesu pomiarów wraz z ciągłym udoskonalaniem metod i przyrządów pomiarowych.
Wynik pomiaru X to wartość uzyskana podczas pomiaru określonymi metodami i przyrządami pomiarowymi.
Błąd wyniku pomiaru(lub błąd pomiaru) D jest odchyleniem wyniku pomiaru od prawdziwej wartości mierzonej wartości, tj.
D = X pomiar – X i.
Ponieważ jednak nie jest znana prawdziwa wartość mierzonej wielkości, nieznane są również błędy pomiaru, dlatego w praktyce do określenia błędu stosuje się tzw. Rzeczywistą wartość wielkości, która zastępuje wartość prawdziwą.
Prawdziwa wartość Wartości Xd – wartość ta jest uzyskiwana eksperymentalnie i jest na tyle bliska wartości prawdziwej, że można ją zamiast tego zastosować w zadanym zadaniu pomiarowym. Rzeczywistą wartość ustala się za pomocą dokładniejszych metod i przyrządów pomiarowych. Im większa dokładność środków i metody pomiaru, za pomocą której wyznacza się X d, tym z większą pewnością uważa się je za bliskie prawdy. Dlatego w praktyce błąd pomiaru D (tutaj mamy na myśli błąd bezwzględny) wyznacza się za pomocą wzoru
D = X zmierzone – X d (1,6)
Całkowite wyeliminowanie błędów jest niemożliwe, ale można je ograniczyć, stosując metody omówione poniżej.
Dokładność wyniku pomiaru– jest to jedna z najważniejszych cech (wskaźników) jakości pomiaru, odzwierciedlająca bliskość zerowego błędu wyniku pomiaru. Ponadto wskaźnikami jakości pomiarów są zbieżność, powtarzalność, poprawność i rzetelność wyników pomiarów, o czym zostanie mowa poniżej.
Reguła trzech sigm
Charakterystyczną właściwością rozkładu normalnego jest to, że około 68% wszystkich jego wyników pomiarów mieści się w przedziale ± 1s. W zakresie ± 2s] – 95%. W zakresie ± 3s] – 99,73% (ryc. 1.12). W rezultacie prawie wszystkie wyniki pomiarów mieszczą się w przedziale 6s (po trzy s w każdym kierunku od M[X]). Poza tym przedziałem może znajdować się 0,27% wszystkich danych (około trzech z tysiąca wyników pomiarów).
Ryż. 1.12. Ilustracja przedstawiająca regułę trzech sigm
Wynika z tego, że jeśli jakakolwiek wartość wielkości przekracza ±3s, to z dużym prawdopodobieństwem można ją uznać za błędną.
Na tej podstawie został sformułowany reguła trzech sigm: jeżeli podczas powtarzanych pomiarów (n > 25...30) tej samej wielkości stałej wynik wątpliwy X wątpliwość pojedynczego pomiaru (maksymalnego lub minimalnego) różni się od wartości średniej o więcej niż 3 s, to z prawdopodobieństwem na 99,7% jest błędny, tj.
jeśli > 3s, (1.12)
wtedy X wątpliwości to chybienie; jest on odrzucany i nie brany pod uwagę w dalszym przetwarzaniu wyników pomiarów.
Prawo rozkładu normalnego działa, gdy liczba wyników pomiarów wynosi n = ¥. W rzeczywistości uzyskuje się skończoną liczbę pomiarów, które spełniają prawo rozkładu Studenta. Gdy n>25, rozkład Studenta ma tendencję do normalnego.
Rozdział 2. PRZYRZĄDY POMIAROWE
Jednym z najważniejszych elementów procesu pomiarowego, który pozwala na bezpośrednie uzyskanie informacji pomiarowych, jest przyrząd pomiarowy. Codziennie wykonuje się ogromną liczbę pomiarów przy użyciu całej „armii” najróżniejszych przyrządów pomiarowych. Jest ich wiele, mogą być proste w obsłudze, jak linijka, lub mogą to być urządzenia bardzo skomplikowane, wymagające wysoko wykwalifikowanej obsługi, jak np. system radionawigacji. Niezależnie od złożoności, celu i zasady działania, wszystkie spełniają tę samą funkcję - porównują nieznaną wielkość wielkości fizycznej z jej jednostką. Jednocześnie ważne jest, aby przyrząd pomiarowy „umiejętnie” zapamiętywał (i odtwarzał) jednostkę wielkości fizycznej w taki sposób, aby spełniony był wymóg niezmienności wielkości przechowywanej jednostki w czasie. To właśnie „umiejętne przechowywanie” odróżnia przyrządy pomiarowe od innych środków technicznych. Zatem, przyrząd pomiarowy reprezentuje środki techniczne(lub ich zespół), przeznaczone do pomiarów, posiadające znormalizowane charakterystyki metrologiczne, odtwarzające i (lub) przechowujące jednostkę wielkości fizycznej, której wielkość zakłada się na niezmienionym poziomie (w granicach
Okna plastikowe i aluminiowe od producenta
Sukienka wykonana z plastikowych butelek DIY plastikowe ubrania
Rękodzieło DIY z improwizowanych materiałów w domu