Измерение. Классификация измерений

Введение

     В практической жизни человек всюду  имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких  величин, как длина, объем, вес, время  и др.

     Измерения являются одним из важнейших путей  познания природы человеком. Они  дают количественную характеристику окружающего  мира, раскрывая человеку действующие  в природе закономерности. Все  отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические  процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой  продукций.

     Отраслью науки, изучающей  измерения, является метрология. Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: метрон - мера и логос - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца 19-го века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д. И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892 - 1907 гг. 
 
 
 
 
 
 

Измерение. Классификация измерений 

     Измерение — совокупность операций для определения  отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом  средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением  измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью  различных средств измерений  — мер, измерительных приборов, измерительных  преобразователей, систем, установок  и т. д.

     Классификация измерений:

• По видам измерений
• По методам измерений
• По условиям, определяющим точность результата
• По отношению к изменению измеряемой величины
• По результатам измерений

   В данном реферате будет рассмотрено  классификация измерений по видам  измерений. 
 
 
 
 
 
 

   Виды  измерений

   Видом измерений названа часть области  измерений, имеющая свои особенности  и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Более широкая трактовка видов измерений (с использованием различных оснований классификации) характеризуется следующими альтернативными парами терминов:

• прямые и косвенные измерения,
• совокупные и совместные измерения,
• абсолютные и относительные измерения,
• однократные и многократные измерения,
• статические и динамические измерения,
• равноточные и неравноточные измерения.

     Прямые  и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений. Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Как примеры прямых измерений приведены: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах. В ходе прямых измерений искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением

Q = х,

где Q –  измеряемая величина,  х – результат измерения.

     Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Далее сказано, что вместо термина косвенное измерение часто применяют термин косвенный метод измерений. Этот вариант предпочтительно не использовать как явно неудачный. При косвенных измерениях искомое значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения

Q = F (X, Y, Z,…),

где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.

     Принципиальной  особенностью косвенных измерений  является необходимость обработки (преобразования) результатов вне  прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность  прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими  примерами косвенных измерений  можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и  т.п. Один из наиболее часто встречающихся  случаев применения косвенных измерений - определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы т, высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением

ρ = т/0,25π d2 h

     С различением прямых и косвенных  измерений связаны дискуссии  и ряд недоразумений. Например, споры  о том, являются ли косвенными измерения  радиального биения (b = R_max – R_min ) или высоты детали при настройке прибора на отличное от нулевого деление. Некоторые метрологи отказываются от признания косвенных измерений как таковых ("существуют только прямые измерения, а все остальное - математическая обработка результатов"). Можно предложить компромиссное решение: признать за косвенными измерениями право на существование, поскольку специфика математической обработки результатов таких измерений и оценки их погрешностей никем не оспаривается.

     Прямые  и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.

     Совокупные  измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Приведенный пример – определение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь подтверждает, что определению соответствуют не измерения, а специальные исследования, направленные на поиск погрешностей ряда мер массы.  Реально к совокупным измерениям следует отнести те, при которых осуществляется измерение нескольких одноименных величин, например, длинL1, L2, L3 и т.д. Подобные измерения выполняют на специальных устройствах (измерительных установках) для одновременного измерения ряда геометрических параметров валов.

     Совместные  измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. В более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами таких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортного средства (скорость, запас горючего, температура двигателя и др.).

     Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том  числе градуированные в единицах измеряемой физической величины, либо в некоторых относительных единицах, в том числе и в неименованных. В соответствии с этим принято  различать абсолютные и относительные измерения.

     Абсолютное  измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах, и что именно такое понимание находит все большее и большее применение в метрологии. Именно эту трактовку имеет смысл использовать для данных альтернативных видов измерений.

     Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.  Пример — Измерение активности радионуклида в источнике по отношению к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве эталонной меры активности.

     По  числу повторных измерений одной  и той же величины различают  однократные и многократные измерения. Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание — Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз.

     Многократное  измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

     В зависимости от поставленной цели число  повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух измерений  до нескольких десятков и даже сотен). Многократные измерения проводят или  для страховки от грубых погрешностей (в таком случае достаточно трех-пяти измерений) или для последующей  математической обработки результатов (часто более пятнадцати измерений  с последующими расчетами средних  значений, статистической оценкой отклонений и др.). Многократные измерения называют также «измерения с многократными наблюдениями».

     Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Приведенные примеры (измерение длины детали при нормальной температуре и измерение размеров земельного участка) скорее запутывают, чем проясняют ситуацию.

     Динамическое  измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

 Терминоэлемент «динамическое» относится к измеряемой величине.   Строго говоря, все физические величины подвержены тем или иным изменениям во времени. В этом убеждает применение все более и более чувствительных средств измерений, которые дают возможность обнаруживать изменение величин, ранее считавшихся постоянными, поэтому разделение измерений на динамические и статические является условным.

     Трактовка статических и динамических измерений  как измерений постоянной либо переменной физических величин примитивна и  в философском плане всегда неоднозначна ("все течет, все меняется"). "Неизменных" физических величин, кроме физических констант в практике измерений почти нет, все величины различаются только в соответствии со скоростью изменения.

     Вместо  абстрактных рассуждений желательны определения, обусловленные прагматическим подходом. Статические и динамические измерения наиболее логично рассматривать  в зависимости от режима получения  средством измерения входного сигнала  измерительной информации. При измерении  в статическом режиме (или квазистатическом режиме) скорость изменения входного сигнала несоизмеримо ниже скорости его преобразования в измерительной цепи, и результаты фиксируются без динамических искажений.

     При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные динамические погрешности, связанные со слишком  быстрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала  измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, измерение диаметров тел качения (постоянных физических величин) в подшипниковой  промышленности осуществляется с использованием контрольно-сортировочных автоматов. При этом скорость изменения измерительной  информации на входе может оказаться  соизмеримой со скоростью измерительных  преобразований в цепи прибора. Измерение  температуры с помощью ртутного термометра несоизмеримо медленнее  измерений электронными термометрами, следовательно, применяемые средства измерений могут в значительной степени определить режим измерений.

     По  реализованной точности и по степени  рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и  той же величины различают равноточные и неравноточные, а также на равнорассеянные и неравнорассеянные измерения.