Методи за измерване на основни физични величини. Измерване на физически величини: основни методи за измерване

Измерване на физическа величина- набор от операции за използване на техническо средство, съхраняващо единица физическа величина, осигуряващо намиране на съотношението (в явна или неявна форма) на измерената величина с нейната единица и получаване на стойността на тази величина.

В най-простия случай, чрез прилагане на линийка с деления към която и да е част, всъщност нейният размер се сравнява с единицата, съхранена от линийката, и след преброяване стойността на количеството (дължина, височина, дебелина и други параметри на частта) се получава. С помощта на измервателно устройство размерът на стойността, преобразуван в движението на показалеца, се сравнява с единицата, съхранена от скалата на това устройство, и се извършва отчитането.

Дефиницията на понятието "измерване" удовлетворява общото уравнение на измерванията, което е от съществено значение за подреждането на системата от понятия в метрологията. Той взема предвид техническия аспект (набор от операции), разкрива метрологичната същност на измерванията (сравнение с единица) и показва епистемологичния аспект (получаване на стойността на величина).

Видове измервания

Площ на измерване- набор от измервания на физически величини, присъщи на която и да е област на науката или технологията и се отличават със своята специфика. Забележка - Разграничават се редица области на измерване: механични, магнитни, акустични, измервания на йонизиращи лъчения и др.

Тип на измерване- част от зоната на измерване, която има свои собствени характеристики и се отличава с хомогенност на измерените стойности. ПРИМЕР В областта на електрическите и магнитните измервания могат да се разграничат следните видове измервания: измервания на електрическо съпротивление, електродвижеща сила, електрическо напрежение, магнитна индукция и др.

Има няколко вида измервания.

По естеството на зависимостта на измерената стойност от времето измерванията се разделят на:

статични измервания;

динамични измервания.

Според метода на получаване на резултатите от измерването те се разделят на:

непряк;

кумулативен;

става.

Според условията, които определят точността на резултата, измерванията се разделят на:

метрологични измервания;

контролни и верификационни измервания;

технически измервания.

Според метода на изразяване на резултатите те се разграничават:

абсолютни измервания;

относителни измервания.

Според характеристиките на измервателния уред има:

равни размери;

неравномерни измервания.

По броя на измерванията в серия от измервания:

единични измервания;

множество измервания.

Измерванията се разграничават по метода на получаване на информация, по естеството на промените в измерената стойност по време на процеса на измерване, по количеството измервателна информация по отношение на основните единици.

Според метода на получаване на информация измерванията се делят на преки, косвени, съвкупни и съвместни.

Директните измервания са директно сравнение на физическа величина с нейната мярка. Например, когато се определя дължината на обект с линийка, желаната стойност (количествен израз на стойността на дължината) се сравнява с мярка, тоест линийка.

Непреки измервания - различават се от преките по това, че търсената стойност на дадена величина се установява от резултатите от преките измервания на такива величини, които са свързани с търсената специфична зависимост. Така че, ако измервате тока с амперметър и напрежението с волтметър, тогава с помощта на известната функционална връзка на всичките три величини можете да изчислите мощността на електрическата верига.

Агрегатни измервания - свързани с решаването на система от уравнения, съставени от резултатите от едновременни измервания на няколко еднородни величини. Решението на системата от уравнения дава възможност да се изчисли необходимата стойност.

Съвместните измервания са измервания на две или повече нехомогенни физически величини за определяне на връзката между тях.

Агрегатните и съвместни измервания често се използват за измерване на различни параметри и характеристики в областта на електротехниката.

Според характера на изменението на измерената стойност в процеса на измерване се различават статистически, динамични и статични измервания.

Статистическите измервания са свързани с определяне на характеристиките на случайни процеси, звукови сигнали, нива на шум и др. Статичните измервания се извършват, когато измерената стойност е практически постоянна.

Динамичните измервания са свързани с такива величини, които в процеса на измерванията претърпяват определени промени. Идеалните статични и динамични измервания са рядкост на практика.

По количество информация за измерване се разграничават единични и многократни измервания.

Единичните измервания са едно измерване на една величина, т.е. броят на измерванията е равен на броя на измерените величини. Практическото приложение на този тип измерване винаги е свързано с големи грешки, поради което трябва да се извършат поне три единични измервания и крайният резултат трябва да се намери като средноаритметично.

Многократните измервания се характеризират с превишаване на броя на измерванията на броя на измерените стойности. Предимството на множеството измервания е в значителното намаляване на влиянието на случайни фактори върху грешката на измерването. измервателна метрологична скала

Физически венлени. Физически единици

Широкото развитие и разпространение на методите и средствата на метрологията доведе до създаването на цели системи от мерни единици на държавни и международни организации. В момента на обща глобализация ролята на метрологията и сложността на задачите значително нараства. Всяка качествена характеристика на физическия обект се нарича физическа величина (дължина, маса, скорост). Физическата величина има определен размер, който се изразява чрез мерна единица. Сред физическите величини се разграничават основни и преобразувани от основни. И двете физически величини образуват система от единици. В различно време е имало различни системи от мерни единици. Система МКС - метър, килограм, секунда. Системата SGS включваше сантиметър, грам, секунда и т.н. Въз основа на тях е изградена Международната система на единиците (SI), която е приета на XI Международна конференция по мерки и теглилки през 1960 г., за да се въведе еднообразие в мерните единици в целия свят.

SI има седем основни единици, с помощта на които е възможно да се измерват всички механични, електрически, магнитни, акустични, светлинни и химични параметри, както и характеристиките на йонизиращото лъчение. Основните SI единици са:

метър (m) - за измерване на дължина;

килограм (kg) - за измерване на маса;

секунда (s) - за измерване на времето;

ампер (A) - за измерване на силата на електрическия ток;

келвин (K) - за измерване на термодинамична температура;

mol (mol) - за измерване на количеството на вещество;

кандела (cd) - за измерване на интензитета на светлината.

SI прие нова дефиниция на единицата за дължина - метър. Преди въвеждането на SI, линейните мерки, изработени от сплав платина-иридий и имащи X-образна форма в напречното сечение, бяха използвани като международни и национални еталони на измервателния уред. Измервателят се определя при температура от 20 ° C между осите на двете средни линии на мярката с точност ± 0,1 µm.

В новата система от единици 1 m се изразява в дължините на светлинните вълни на атома на криптон, тоест се свързва с естествена величина. Сега един метър е дължина, равна на 1 650 763,73 дължини на вълната във вакуум от радиация, съответстваща на оранжевата линия на спектъра на криптон-86. С новия стандарт дължината от 1 м вече се възпроизвежда с грешка от 0,002 микрона, което е 50 пъти по-малко от грешката на стария изкуствен еталон на измервателния уред.

Метод на измерване- приемане или набор от методи за сравняване на измерената физическа величина и нейната единица в съответствие с внедрения принцип на измерване.

Методът на измерване обикновено се определя от конструкцията на измервателния уред. Има няколко основни метода за измерване: директна оценка, сравнение с мярка, диференциал или разлика, нула, контактен и безконтактен.

Измервателният инструмент и техниките за неговото използване заедно образуват метод за измерване. Според метода за получаване на стойностите на измерените величини се разграничават два основни метода на измерване: методът на директна оценка и методът на сравнение с мярка.

Метод на директна оценка- метод на измерване, при който стойността на дадена величина се определя директно от отчитащото устройство на измервателно устройство с директно действие.

Например, чрез измерване на дължината с линийка, размерите на частите с микрометър, шублери, се получава стойността на размера

Фигура 7.1- Схема на измерване по метода на сравнение с мярката

Метод за сравнение с мярка- метод на измерване, при който измереното количество се сравнява с количеството, възпроизведено от стандарта. Например за измерване на височината Лдетайли 1 (фиг. 7.1) миниметър 2 фиксирани в стойката. Стрелката на миниметъра е настроена на нула според някаква извадка (набор от габаритни мерки 3), имащи височина Н,равна на номиналната височина Лчастта, която трябва да бъде измерена. След това започват да измерват партиди части. Относно точността на размерите Лсъдено по отклонението ± ∆ на стрелката на миниметъра спрямо нулевата позиция.

В зависимост от връзката между показанията на уреда и измерената физическа величина, измерванията се делят на преки и косвени, абсолютни и относителни.

В директенПри измерванията желаната стойност на количеството се намира директно в процеса на измерване, например измерване на ъгъла с гониометър, диаметър - с шублер, маса - на везна.

В косвеноизмерване, стойността на количеството се определя въз основа на връзката между това количество и количествата, подложени на директни измервания, например определяне на средния диаметър на нишката с помощта на три проводника на вертикален габарит за дължина, ъгъла с помощта на синусова линийка, и т.н.

При измерване на линейни величини, независимо от разглежданите методи, се разграничават контактни и безконтактни методи за измерване.

Контактен методсе осъществява чрез контакт между измервателните повърхности на инструмента или устройството и проверяваната част. Недостатъкът му е необходимостта от определено усилие при измерване, което причинява допълнителни грешки (например измервания с шублер, микрометър, лостово-механични устройства).

Безконтактен методе лишен от липса на контакт, тъй като по време на измерването няма контакт между контролния инструмент и продукта. Това е проверка на проектори, микроскопи, с помощта на пневматични устройства.

Измерването на повърхностите на детайли със сложна геометрична форма (резби, шлицови съединения) може да се извърши или по елемент, или по интегриран метод.

По метода елемент по елемент,например резба със среден диаметър се проверява по метода с три проводника, външният диаметър се проверява с микрометър, а ъгълът на профила се проверява с универсален микроскоп.

Сложен методИзползват се при проверка на резбата с помощта на винтови тапи и пръстени за гримиране, като в същото време проверяват стъпката, ъгъла на профила и средния диаметър на резбата.

Измервателните средства (устройства) се класифицират според тяхното предназначение, конструктивни и функционални характеристики и технологични особености на производството. Във фабриките, специализираните цехове и цехове произвеждат следните групи измервателни уреди.

1. Оптични устройства:

а) уреди за измерване на дължини и ъгли - дългомери, профилометри, сферометри, инструментални и универсални измервателни микроскопи, линейни измервателни уреди, машини, оптични разделителни глави, гониометри,

рефрактометри, автоколимационни тръби, катетометри и др.;

б) микроскопи (бинокулярни, интерференционни, биологични и др.);

в) устройства за наблюдение - бинокли с галилея и призма, стереоскопи, перископи;

г) геодезически инструменти - нивелири, теодолити, оптични далекомери;

д) призматични и дифракционни спектрални устройства - микрофотометри, интерферометри, спектропроектори.

2. Лостово-оптични устройства: оптимометри, ултраметри и др.

3. Лостово-механични устройства:

а) всъщност лост (миниметри и др.);

б) предавка (индикатори за циферблати и др.);

в) лосто-зъбни (микрометри и др.);

г) лост-винт (индикатор-микрометър);

д) с пружинно предаване (микрокатори и др.).

4. Пневматични инструменти с манометър и ротаметър.

5. Механични устройства:

а) пунктирани линии, оборудвани с нониус (нониус инструменти и универсални гониометри);

б) микрометрични, базирани на използването на винтова трансмисия (микрометри, микрометрични измервателни уреди, дълбочини и др.).

6. Електрифицирани устройства (индуктивни, капацитивни, фотоволтаични и др.).

7. Автоматични устройства: машини за управление и сортиране, устройства за активно управление и др.

Вид измервателни уредиТова е набор от измервателни уреди, предназначени за измерване на даден вид физическа величина.

Видът на измервателните уреди може да включва няколко вида. Например, амперметрите и волтметрите (по принцип) са видове измервателни уреди, съответно на електрически ток и напрежение.

Устройство за четенепоказващото устройство може да има скала и стрелка. Показателизпълнени под формата на стрелка, светлинен лъч и др. В момента широко се използват отчитащи устройства с цифрова индикация. Мащабе набор от марки и прикрепени към някои от тях с референтни номера или други символи, съответстващи на поредица от последователни стойности на количеството. Извиква се интервалът между две съседни скални марки разделяне на мащаба.

Интервал на разделяне на скалата- разстоянието между две съседни маркировки на скалата. Повечето измервателни уреди имат скален интервал от 1 до 2,5 mm.

Фигура 7.2- Обхвати на скалата

Деление на мащаба- разликата между стойностите на величините, съответстващи на две съседни скали. Например (виж Фиг.), Индикаторът има градуировка от 0,002 mm.

Първоначалнои крайна стойност на скалата (граница на измерване)- съответно най-малките и най-големите стойности на измерената стойност, посочени на скалата, характеризиращи възможностите на скалата на измервателния уред и определящи обхвата на показанията.

1.5 Неопределеност на измерването и нейните източници

Когато се анализира измерване, истинските стойности на физическите величини се сравняват с резултатите от измерването. Отклонение ∆ на резултата от измерването хот истинската стойност Визмерваната величина се нарича грешка при измерване:

∆ = X-В.

Грешките при измерването обикновено се класифицират по причина на възникването им и по вида на грешката. В зависимост от причините за възникването се разграничават следните грешки при измерване.

Грешка в метода- Това е компонент на грешката в измерването, която е следствие от несъвършенството на метода на измерване. Общата грешка на метода на измерване се определя от съвкупността от грешки на отделните му компоненти (показания на инструмента, блокове на габарит, температурни промени и др.).

Грешка при отчитане- компонента на грешката в измерването, който е следствие от недостатъчно точното отчитане на показанията на измервателния уред и зависи от индивидуалните възможности на наблюдателя.

Инструментална грешка- компонента на грешката на измерването, в зависимост от грешките на използваните измервателни уреди. Разграничаване на основни и допълнителни грешки на измервателните уреди. Пер основна грешкаприемете грешката на измервателния уред, използван при нормални условия. Допълнителна грешкае сумата от допълнителните грешки на измервателния преобразувател и мярката, причинена от отклонението от нормалните условия.

Ако температурата на изпитвания елемент се различава от температурата, при която се извършва контролът, това ще доведе до грешки в резултат на термично разширение. За да се избегне появата им, всички измервания трябва да се извършват при нормална температура (+ 20 ° C).

Неправилен монтаж на часттапод контрол и грешки при инсталиране на устройствотосъщо влияят на точността на измерване. Например, шублер трябва да бъде монтиран перпендикулярно на повърхността, която ще се измерва при измерване. Въпреки това може да има изкривявания по време на процеса на измерване, което води до грешки в измерването.

Към изброените грешки могат да се добавят грешки, възникващи при измерване на размера на изпълнителя поради субективните му данни, грешки от липсата на плътност на контакт между измервателните повърхности и продукта.

Всички грешки в измерването се подразделят по вид на систематични, произволни и груби.

Под систематичноте разбират грешки, които са постоянни или редовно променящи се при многократни измервания на едно и също количество. Случаенгрешки - компоненти на грешката на измерването, които се променят произволно при повтарящи се измервания на едно и също количество. ДА СЕ грубсе отнася до случайни грешки, които са много по-големи от очакваните при дадените условия на измерване (напр. грешни показания, удари и удари върху инструмента).

Калибрирането е установяване на метрологичните характеристики на средствата за измерване, които не са обхванати от държавния метрологичен надзор; калибрирането се извършва от калибриращи лаборатории.

Прагът на чувствителност (отговор) е най-малкото увеличение на входното количество, което причинява забележима промяна в изходното количество.

Елементарна грешка е компонент на грешка, който при даден анализ не е необходимо да се разделя допълнително на компоненти. Няма универсални методи за откриване на системни грешки. Поради това се използват различни методи за тяхното намаляване или премахване. Грубите грешки на резултатите от измерването се изключват с помощта на критерия за необичайни резултати, за който вземам интервала спрямо центъра на разпределение във фракции от стандартното отклонение. Обикновено, ако стойността на измерването е повече от 3 σ, тогава такова отклонение се нарича ненормално.

За да се осигури метрологична еднородност на измерванията, метрологичното сертифициране на средствата за измерване се извършва в лаборатории за измерване.

Проверка- установяване годността на средство за измерване за използване въз основа на съответствието на експериментално определените метрологични характеристики и контрол с установените изисквания.

Основната метрологична характеристика на средство за измерване, определена по време на проверката, е неговата грешка. По правило се установява въз основа на сравнение на калибрираното средство за измерване с примерен измервателен уред или еталон, тоест с по-точно средство, предназначено за проверка.

Има проверки: държавни и ведомствени, периодични и самостоятелни, извънредни и ревизионни, комплексни, поелементни и др. Проверката се извършва от метрологични служби, които имат право да извършват това по предписания начин. Проверката се извършва от специално обучени специалисти, които притежават удостоверение за право да я извършват.

Резултатите от проверката на средствата за измерване, признати за годни за употреба, се формализират чрез издаване на удостоверения за проверка, нанасяне на поверителен знак и др. Всички средства за измерване, използвани в националната икономика, подлежат на проверка.

В предприятията основното средство за запазване на мерките за дължина са крайните мерки. Всички цехови измервателни уреди подлежат на проверка в контролно-измервателни лаборатории с образцови средства за измерване.

Измерване- това е намиране на стойността на физическа величина емпирично с помощта на специални технически средства. Измерванията се класифицират според: ♦ метод за получаване на информация; ♦ естеството на промените в количеството в процеса на неговото измерване; ♦ количеството информация за измерване; ♦ по отношение на основните мерни единици. Според метода на получаване на информация измерванията се делят на директни косвени, съвкупни и съвместни. от естеството на промените в измерената стойност по време на измерванеторазграничаване на статистически, динамични и статични измервания.

от количеството информация за измерванеразграничаване между единични и множество измервания. по отношение на основните мерни единициправи разлика между абсолютни и относителни измервания.

Принцип на измерване -физическо явление или ефект, лежащ в основата на измерванията (например, използването на ефекта на Доплер за измерване на скоростта - протича във всеки вълнов процес на разпространение на енергия; използването на гравитацията при промяна на масата чрез претегляне).

Метод на измерване -това е техника или набор от техники за сравняване на измерена физическа величина с нейната единица в съответствие с внедрения принцип на измерване (методът на измерване обикновено се определя от устройството на измервателните уреди)

Съществуват следните методи на измерване: методи за директна оценка на измерванията (стойността на количеството се определя директно от показващия измервателен уред); ♦ методи за сравнение с мярка (измерените величини се сравняват с величини, които възпроизвеждат мярката); ♦ нулев метод на измерване (резултантният ефект от измереното количество и мярка върху устройството за сравнение се свежда до нула); ♦ метод на заместване на измерване (измереното количество се заменя с мярка с известна стойност на количеството); такова изчисление, че устройството за сравнение се влияе от тяхната сума, равна на предварително определена стойност); ♦ диференциален метод на измерване (измерената стойност се сравнява с хомогенна стойност с известна стойност, която леко се различава от стойността на измерената стойност, когато разликата между тези две измерват се стойности); ♦ контактен метод на измерване (измерване на диаметъра на вала с измервателна скоба или проходен и непроходен габарит); ♦ безконтактен метод на измерване (елемент от измервателен уред не се допира до с обекта на измерване (например измерване на температура в пещ). Техника на измерванее установен набор от операции и правила за измерване.

Физическите величини като обекти на измерванеФизическата величина е едно от свойствата на физическия обект, качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки от тях. Измерено физическо количествое количествена физическа величина, която трябва да бъде измерена, измерена или измерена в съответствие с основната цел на измервателната задача. Система от единици физически величиние съвкупност от основни и производни физични величини, формирани в съответствие с възприетите принципи, когато едни величини се приемат като независими, а други са техни функции. Основене физическа величина, включена в система от величини и условно приета като независима от други количества на тази система. Производнасе нарича физическа величина, включена в системата и определена чрез основните величини на тази система.

Основните величини са независими една от друга, но могат да послужат като основа за установяване на връзки с други физически величини, които се наричат ​​техни производни. Например формулата на Айнщайн включва основната единица - маса и производната единица - енергия. Основните величини отговарят на основни мерни единици, а производните съответстват на производните.Всяка физическа величина има определена измерение -израз под формата на степенен моном, съставен от произведенията на символи на основни физически величини в различни степени, отразяващи връзката на дадено физическо количество с физическите величини, взети в тази система от величини като основни, и с коефициент на пропорционалност равно на едно.

22. Средства за измерване на температура.Има два основни начина за измерване на температурите - контактен и безконтактен. Контактните методи се основават на директен контакт на преобразувателя за измерване на температурата с изследвания обект, в резултат на което се постига състояние на топлинно равновесие между преобразувателя и обекта. Този метод има свои собствени недостатъци. Температурното поле на обекта се изкривява, когато в него се въведе термичен детектор. Температурата на трансдюсера винаги е различна от действителната температура на обекта. Горната граница на измерване на температурата е ограничена от свойствата на материалите, от които са направени температурните сензори. Освен това редица проблеми с измерването на температурата в недостъпни обекти, въртящи се с висока скорост, не могат да бъдат решени чрез контактния метод.

Безконтактният метод се основава на възприемането на топлинната енергия, предавана чрез излъчване и възприемана на определено разстояние от изследвания обем. Този метод е по-малко чувствителен от контактния. Температурните измервания са силно зависими от възпроизвеждането на условията на калибриране по време на работа и в противен случай се появяват значителни грешки. Устройство, използвано за измерване на температурата чрез преобразуване на нейните стойности в сигнал или индикация, се нарича термометър (GOST 13417-76),

Според принципа на действие всички термометри са разделени на следните групи, които се използват за различни температурни диапазони: 1 Термометри за разширение от -260 до +700 ° C, базирани на промяна в обема на течности или твърди вещества с промяна в температурата. 2 Габаритни термометри от -200 до +600°С, които измерват температурата според зависимостта на налягането на течност, пара или газ в затворен обем от промяна на температурата. 3. Термометрите за съпротивление са стандартни от -270 до +750 ° C, превръщайки промяната в температурата в промяна в електрическото съпротивление на проводниците или полупроводниците. 4. Термоелектрични термометри (или пирометри), стандартни от -50 до +1800 ° C, чието преобразуване се основава на зависимостта на стойността на електродвижещата сила от температурата на свързване на различни проводници.

Радиационни пирометри от 500 до 100 000 ° C, базирани на измерване на температурата чрез стойността на интензитета на излъчваната енергия от нагрето тяло, Термометри, базирани на електрофизични явления от -272 до +1000 ° C (термични шумови термоелектрически преобразуватели, обемни резонансни термични преобразуватели преобразуватели, ядрен резонанс).

Метрология, стандартизация и сертификация

Общи въпроси на основите на метрологията и измервателната техника

В практическия живот човек се занимава с измервания навсякъде. На всяка стъпка има измервания на такива количества като дължина, обем, тегло, време и т.н.

Измерванията са един от най-важните начини за човешкото опознаване на природата. Те дават количествена характеристика на околния свят, разкривайки на човек законите, действащи в природата. Всички отрасли на техниката не биха могли да съществуват без подробна система за измерване, която определя както всички технологични процеси, тяхното управление и управление, така и свойствата и качеството на продуктите.

Клонът на науката, който изучава измерването, е метрологията. Думата "метрология" е образувана от две гръцки думи: metron - мярка и logos - учение. Буквалният превод на думата "метрология" е доктрината за мерките. Дълго време метрологията остава главно описателна наука за различните мерки и връзките между тях. От края на 19 век, благодарение на напредъка на физическите науки, метрологията претърпява значително развитие. Важна роля за формирането на съвременната метрология като една от науките за физическия цикъл изиграва Д. И. Менделеев, който отговаря за вътрешната метрология в периода 1892-1907 г.

В съответствие с GOST 16263-70 „Метрология. Термини и определения": метрологияЕ наука за измерванията, методите и средствата за осигуряване на тяхното единство и начините за постигане на необходимата точност.

Единство на измерванията- такова състояние на измерванията, при което резултатите им са изразени в законни единици и грешките в измерването са известни с дадена вероятност. Еднородността на измерванията е необходима, за да може да се сравняват резултатите от измерванията, извършени на различни места, в различно време, като се използват различни методи и измервателни уреди.

Точност на измерваниятахарактеризиращи се с близостта на техните резултати до истинската стойност на измерената стойност. Точността е реципрочна на неточности(ще говорим за това по-долу).

Измервателна техникаТова е практическа, приложна област на метрологията.

Измеримите величини, с които се занимава метрологията, са физически величини, тоест величини, включени в уравненията на експерименталните науки (физика, химия и др.), занимаващи се със знанието за света емпиричен(T.

д. експериментално) по някакъв начин.

Метрологията прониква във всички науки и дисциплини, занимаващи се с измервания, и е единна наука за тях.

Основните понятия, използвани от метрологията, са както следва:

Физическо количество;

Физическа единица;

Система от единици физически величини;

Размерът на единица физическа величина (предаване на размера на единица физическа величина);

Инструменти за измерване на физически количества;

Примерен измервателен инструмент;

Работен измервателен уред;

Измерване на физическа величина;

Метод на измерване;

Резултат от измерването;

Грешка в измерването;

Метрологична служба;

Метрологична поддръжка и др.

Нека дефинираме някои основни понятия:

Физическо количество- характеристика на едно от свойствата на физически обект (явление или процес), което е качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за всеки обект (т.е. стойността на физическо количество за един обект може да бъде определено число пъти повече или по-малко, отколкото за другия). Например ": дължина, време, електрически ток.

Физическа единица- физическо количество с фиксиран размер, на което условно се приписва числова стойност, равна на 1, и се използва за количествено определяне на хомогенни физически величини. Например: 1 m - единица дължина, 1 s - време, 1A - електрически ток.

Система от единици физически величини- съвкупност от основни и производни единици физически величини, формирани в съответствие с приетите принципи за дадена система от физически величини. Например: Международна система от единици (SI), приета през 1960 г.

В системата от единици за физически величини има основни единици на системата от единици(в SI - метър, килограм, секунда, ампер, келвин). От комбинация от основни единици, производни единици(скорост - m / s, плътност - kg / m 3).

Чрез добавяне на инсталирани префикси към основните единици се образуват множествени (например - километър) или подмножествени (например - микрометър) единици.

Исторически, първата система от единици физически величини е метричната система от мерки, приета през 1791 г. от Националното събрание на Франция. Това все още не беше система от единици в съвременния смисъл, но включваше единици за дължини, площи, обеми, вместимост и тегло, които се основаваха на две единици: метър и килограм.

През 1832 г. немският математик К. Гаус предлага метод за конструиране на система от единици като набор от основни и производни. Той изгради система от единици, в която за основа са взети три произволни, независими единици - дължина, маса и време. Всички останали единици могат да бъдат идентифицирани с помощта на тези три. Такава система от единици, свързани по определен начин с три основни, Гаус нарече абсолютна система. За основните единици той взе милиметъра, милиграмата и секундата.

По-късно, с развитието на науката и техниката, се появяват редица системи от единици физически величини, изградени по принципа, предложен от Гаус, базирани на метричната система от мерки, но различаващи се една от друга в основни единици.

Нека разгледаме основните системи от единици физически величини.

SGS система. CGS системата от единици за физически величини, в която основните единици са сантиметърът като единица дължина, грамът като единица маса и секундата като единица време, е създадена през 1881 г.

ICGSS система. Използването на килограма като единица за тегло, а по-късно и като единица за сила като цяло, довежда в края на 19 век до образуването на система от единици физически величини с три основни единици: метърът е единица за дължина, килограм-сила е единица сила, а секундата е единица време.

ISSA система. Основите на тази система са предложени през 1901 г. от италианския учен Георги. Основните единици на системата ISSA са метър, килограм, секунда и ампер.

Наличието на редица системи от единици физически величини, както и значителен брой несистемни единици, неудобството, свързано с преизчисляването при прехода от една система от единици към друга, изискваше унифициране на мерните единици. Разрастването на научните, технически и икономически връзки между различните страни наложи такова обединение в международен мащаб.

Изисква се единна система от единици физически величини, практически удобна и обхващаща различни области на измерване. В същото време той трябваше да запази принципа на кохерентност (равенство на единство на коефициента на пропорционалност в уравненията за комуникация между физическите величини).

През 1954 г. X Генерална конференция по мерки и теглилки установява шест основни единици (метър, килограм, секунда, ампер, келвин, кандела + мол). Системата, базирана на шестте основни единици, одобрени през 1954 г., е наречена Международна система от единици, съкратено като SI (SI са началните букви на френското име Systeme International). Утвърден е списък от шест основни, две допълнителни и първия списък от двадесет и седем производни единици, както и представки за образуване на кратни и подмножители.

В Руската федерация системата SI се регулира от GOST 8.417-81.

Физически размер на единицата- количествена определеност на единица физическа величина, възпроизведена или съхранена от средство за измерване. Размерът на базовите единици в SI се определя от дефиницията на тези единици от Генералните конференции по мерки и теглилки (GCMW). И така, в съответствие с решението на XIII GKMV, единицата за термодинамична температура, келвин, се задава равна на 1 / 273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата.

Възпроизвеждането на единици се извършва от националните метрологични лаборатории с помощта на национални стандарти... Разликата между размера на единица, възпроизведен от национален еталон, от размера на единица, както е определен от Държавния комитет за политехническата индустрия, се установява в международни сравнения на еталони за измерване.

Размерът на съхранената единица примерен (OSI)или работници (RSI)измервателни уреди, могат да бъдат настроени спрямо националния първичен еталон. В този случай може да има няколко етапа на сравнение (чрез вторични стандарти и OSI).

Измерване на физическа величина- набор от операции за използване на техническо средство, съхраняващо единица физическа величина, състояща се в сравняване (в явна или неявна форма) на измерената величина с нейната единица, за да се получи това количество в най-удобната за използване форма.

Принцип на измерване- физическо явление или ефект, лежащи в основата на измерванията от един или друг вид измервателен уред.

Прилагане на ефекта на Доплер за измерване на скоростта;

Приложение на ефекта на Хол за измерване на индукцията на магнитно поле;

Използване на силата на гравитацията при измерване на маса чрез претегляне.

Видове измервания

По характера на зависимостта на измерената стойност от времетоизмерванията са разделени на:

статиченпри която измерената стойност остава постоянна във времето;

динамичен, по време на което измерената стойност се променя и не е постоянна във времето.

Статичните измервания са например измервания на размера на тялото, постоянното налягане, електрическите величини във вериги с стационарно състояние, динамичните - измервания на пулсиращи налягания, вибрации, електрически величини в условия на преходен процес.

По метода на получаване на резултатите от измерванетоте са разделени на:

непряк;

кумулативен;

става.

Директен- това са измервания, при които желаната стойност на физическата величина се намира директно от експерименталните данни.

Директните измервания могат да бъдат изразени с формулата, където е желаната стойност на измереното количество и е стойността, директно получена от експерименталните данни.

При директни измервания измерената стойност се подлага на експериментални операции, които се сравняват с мярката директно или с помощта на измервателни уреди, калибрирани в необходимите единици. Примери за прави линии са измерване на дължината на тялото с линийка, маса с помощта на везни и др.

Непряк- това са измервания, при които желаната стойност се определя на базата на известната връзка между тази стойност и величините, подложени на директни измервания, т.е. не измерват самата определяна величина, а други, които са функционално свързани с нея. Стойността на измерената величина се намира чрез изчисляване по формулата, където е функционалната зависимост, която е известна предварително, са стойностите на величините, измерени директно.

Примери за индиректни измервания: определяне на обема на тяло чрез директни измервания на неговите геометрични размери, намиране на специфичното електрическо съпротивление на проводник по неговото съпротивление, дължина и площ на напречното сечение.

Непреките измервания са широко разпространени в случаите, когато желаната стойност е невъзможна или твърде трудна за директно измерване, или когато директното измерване дава по-малко точен резултат. Тяхната роля е особено голяма при измерване на величини, които са недостъпни за директно експериментално сравнение, например размери от астрономическия или вътрешноатомния ред.

Агрегат- това са едновременни измервания на няколко едноименни величини, при които желаната стойност се определя чрез решаване на система от уравнения, получени чрез директни измервания на различни комбинации от тези величини.

Пример за кумулативни измервания е определянето на масата на отделните тежести в комплект (калибриране по известна маса на едно от тях и по резултатите от директни сравнения на масите на различни комбинации от тежести).

Става- това са измервания на две или повече неидентични величини, направени едновременно за намиране на зависимостите между тях.

Пример е измерването на електрическото съпротивление при 20 0 С и температурните коефициенти на измервателния резистор според данните от директните измервания на съпротивлението му при различни температури.

Методи за измерване

Метод на измерване- това е метод за експериментално определяне на стойността на физическа величина, тоест набор от физически явления и измервателни уреди, използвани при измервания.

Метод на директна оценкасе състои в определяне на стойността на физическа величина според отчитащото устройство на измервателно устройство с директно действие. Например - измерване на напрежение с волтметър.

Този метод е най-често срещаният, но неговата точност зависи от точността на измервателния инструмент.

Метод за сравнение с мярка - в този случай измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката. Точността на измерването може да бъде по-висока от точността на директната оценка.

Има следните разновидности на метода за сравнение на мерките:

Контрастиращ метод, при който измерената и възпроизведената стойност едновременно действат на устройството за сравнение, с помощта на което се установява връзката между стойностите. Пример: измерване на тегло с помощта на везна и набор от тежести.

Диференциален метод, при което измервателното устройство се влияе от разликата между измерената стойност и известната стойност, възпроизведена от мярката. В този случай уравновесяването на измерената стойност към известната не се извършва напълно. Пример: Измерване на постоянно напрежение с помощта на дискретен делител на напрежение, източник на еталонно напрежение и волтметър.

Нулев метод, при което резултантният ефект от влиянието на двете величини върху устройството за сравнение се свежда до нула, което се записва от високочувствително устройство - нулев индикатор. Пример: Измерване на съпротивлението на резистор с помощта на мост с четири рамена, при който спадът на напрежението върху резистор с неизвестно съпротивление се балансира от спада на напрежението върху резистор с известно съпротивление.

Метод на заместване, при което измерената стойност и известната стойност се свързват последователно към входа на устройството, а стойността на измерената стойност се изчислява от две показания на устройството и след това, като се избере известна стойност, те постигат, че и двете показания съвпада. С този метод може да се постигне висока точност на измерване с висока точност на мярка с известна стойност и висока чувствителност на устройството. Пример: прецизно измерване на ниско напрежение с помощта на високочувствителен галванометър, към който първо се свързва източник на неизвестно напрежение и се определя отклонението на стрелката, а след това същото отклонение на стрелката се постига с помощта на регулируем източник на известно напрежение . В този случай известното напрежение е равно на неизвестното.

Метод на съвпадение, в който разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се измерва с помощта на съвпадението на маркировките на скалата или периодичните сигнали. Пример: измерване на честотата на въртене на част с помощта на мигаща строб лампа: като се наблюдава позицията на маркировката върху въртяща се част в моментите на мигане на лампата, честотата на въртене на детайла се определя от известната честота на миганията и изместване на марката.

Фактори, влияещи върху резултатите от измерването

В метрологичната практика при извършване на измервания е необходимо да се вземат предвид редица фактори, които влияят на резултатите от измерването. Това са обектът и предметът на измерване, методът на измерване, измервателният уред и условията на измерване.

Обект за измерванетрябва да бъдат чисти от чужди включвания, ако се измерва плътността на веществото, без влиянието на външни смущения (естествени процеси, производствени смущения и др.). Самият обект не трябва да има вътрешни смущения (работата на самия обект на измерване).

Предмет на измерване, тоест операторът внася в резултата „личен” момент на измерване, елемент на субективност. Зависи от квалификацията на оператора, санитарно-хигиенните условия на работа, психофизиологичното състояние на субекта и отчитането на ергономичните изисквания.

Метод на измерване. Много често измерването на един и същ постоянен размер чрез различни методи дава различни резултати, всеки от които има своите недостатъци и предимства. Изкуството на оператора е да елиминира или отчита отклоненията в резултатите по подходящи начини. Ако измерването не може да бъде извършено по начин, който изключва или компенсира всеки фактор, влияещ на резултата, тогава в последния в редица случаи се прави подходяща корекция.

Влияние на SIизмерената стойност в много случаи се проявява като смущаващ фактор, например вътрешният шум на измервателните електронни усилватели.

Друг фактор е SI инерцията. Някои SI дават постоянно надценени или постоянно подценени показания, което може да е резултат от производствен дефект.

Условия на измерванекато влияещи фактори включват температура на околната среда, влажност, атмосферно налягане, мрежово напрежение и др.

Отчитането на тези фактори предполага отстраняване на грешките и въвеждане на корекции на измерените стойности.

Методите за измерване се определят от вида на измерените стойности, техните размери, необходимата точност на резултата, необходимата скорост на процеса на измерване и други данни.

Има много методи за измерване и с развитието на науката и технологиите броят им се увеличава.

Според метода за получаване на числената стойност на измерената стойност всички измервания са разделени на три основни типа: преки, косвени и кумулативни.

Направосе наричат ​​измервания, при които желаната стойност на количеството се намира директно от експериментални данни (например измерване на маса на циферблат или равнораменна везна, температура - с термометър, дължина - с помощта на линейни мерки).

Непрякнаричат ​​се измервания, при които желаната стойност на количеството се намира въз основа на известната зависимост между това количество и количествата, подложени на директни измервания (например плътността на еднородно тяло по неговата маса и геометрични размери; определяне на електрически съпротивление от резултатите от измерването на спада на напрежението и силата на тока).

Агрегатизмервания се наричат ​​измервания, при които едновременно се измерват няколко едноименни величини и желаната стойност на величините се намира чрез решаване на система от уравнения, получени чрез директни измервания на различни комбинации от тези величини (например измервания, при които масите на индивидуалните тегла на набор се установяват от известната маса на една от тях и от резултатите от прави сравнения на масите на различни комбинации от тежести).

По-рано беше казано, че на практика директните измервания са най-разпространени поради тяхната простота и бързина на изпълнение. Нека дадем кратко описание на директните измервания.

Директните измервания на количествата могат да се извършват по следните методи:

1) Метод на директна оценка- стойността на количеството се определя директно от отчитащото устройство на измервателния уред (измерване на налягането - с пружинен манометър, маса - с циферблатни везни, електрически ток - с амперметър).

2) Метод за сравнение с мярка - измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката (измерване на масата с везна с лъч с балансиране на тежестите).

3) Диференциален метод- метод за сравнение с мярка, при който разликата между измерената стойност и известната стойност, възпроизведена от мярката, действа върху измервателното устройство (измервания, извършвани при проверка на мерките за дължина чрез сравнение с еталонна мярка на компаратор).

4) Нулев метод- методът на сравнение с мярката, когато резултатният ефект от влиянието на величините върху компаратора се свежда до нула (измерване на електрическото съпротивление от моста с пълното му уравновесяване).

5) Метод на съвпадението- методът за сравнение с мярка, при който разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се измерва чрез съвпадение на маркировките на везните или периодични сигнали (измерване на дължината с помощта на шублер, когато съвпадението на белези по скалите на шублер и нониуса се наблюдава).

6) Метод на заместване - метод за сравнение с мярка, когато измерената стойност се заменя с известна стойност, възпроизводима от мярката (претегляне с алтернативно поставяне на измерената маса и тежести върху една и съща тава).