Элементарная классификация измерений

                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                Реферат на тему:

         «Элементарная классификация измерений»

 

 

 

 

 

 

                                                                              

 

                                                                                       

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Введение.
2. Основные термины, применяемые в измерениях.
3. Классификация измерений.
4. Основные характеристики измерений.
5. Заключение.
6. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       1.Введение.

Измерением какой-либо физической величины называется операция, в результате которой мы узнаем, во сколько раз измеряемая величина больше или меньше соответствующей величины, принятой за единицу.

Так, например, за единицу длины принят метр, и в результате измерения некоторой длины L мы определяем, сколько метров содержится на протяжении этого отрезка. В основе таких измерений лежит эталон метра-расстояние между штрихами, нанесенными па стержне из особостойкого сплава.

В 1960 г. Международной XI Генеральной конференцией по мерам и весам было принято решение о замене метра новой основной единицей длины — длиной волны спектральной линии одного из изотопов криптона — 86Кг. Она была принята равной для вакуума 6057.80211∙10-10 м. Индекс внизу указывает, что этот знак уже ненадежен, вследствие погрешностей измерений. Таким образом, по определению, 1 м = 1650763.73 λвак 86Кг. Решение о замене метра новым эталоном было связано с желанием иметь для основных физических измерений не образец, подвергнутый всякого рода изменениям и деформациям, а неизменную физическую константу. Впрочем, никогда нет уверенности в том, что и такой эталон не изменяется с течением времени.

Точно так же при измерении некоторой массы М мы устанавливаем, во сколько раз эта измеряемая масса превосходит массу эталонного образца в один килограмм. Разумеется, практически никогда не пользуются сравнением измеряемых величин с основными эталонами, которые

хранятся в специальных государственных метрологических учреждениях. Вместо этого пользуются измерительными приборами, которые тем пли иным способом сверены с эталонами. Это относится как к приборам, с помощью которых измеряют длину — различного рода линейкам, микрометру, измерительному микроскопу, так и к приборам, измеряющим время (часы), массу (весы), а также электроизмерительным, оптическим и другим приборам.

Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Его результат всегда содержит некоторую ошибку, или, как говорят, результат измерения отягчен ошибкой. Измерения, которые были произведены при сравнении наших измерительных инструментов и приборов с эталонами, также отягчены большей или меньшей ошибкой. Очевидно, что, измеряя с помощью такого инструмента некоторую величину, мы, как правило, не можем сделать ошибки меньшей, чем та, которая определяется погрешностью измерительного устройства. Иначе говоря, если у нас есть линейка, про которую известно, что ее длина определена с погрешностью 0-1% (т. е. с точностью до 1 мм при метровой линейке), то, применяя ее, нельзя пытаться измерить длину, скажем, с точностью до 0.01%. Это очевидное положение, к сожалению, иногда забывают.

Итак, в результате измерений мы всегда получаем нужную величину с некоторой погрешностью.

В задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при намерении погрешности.

Часто стараются произвести измерения с наибольшей достижимой точностью, т. е. сделать ошибку измерения по возможности малой. Однако следует иметь в виду, что чем точнее мы хотим измерить, тем труднее это сделать. Поэтому не следует требовать от измерений большей точности, чем это необходимо для решения поставленной задачи. Для изготовления книжной полки длину досок вполне достаточно измерять с точностью до 0.5—1 см, или около 1%; для изготовления некоторых деталей шарикоподшипников нужна точность в 0-001 мм, или около 0.01%, а при измерении длин волн спектральных линий иногда необходима точность в   10-11 см, или около 10-5 %. Не следует увлекаться получением излишней точности, когда она не нужна, но необходимо прилагать максимум усилий и не жалеть времени и труда для получения лишнего десятичного знака, когда это требуется. Надо иметь ввиду, что очень часто повышение точности измерений позволяет вскрыть новые закономерности.

Действительно, всякий закон, устанавливающий количественную связь между физическими величинами, выводится в результате опыта, основой которого служат измерения. Он может считаться верным лишь с той степенью точности, с какой выполнены измерения, положенные в его основу.

Так, например, существует хорошо проверенный со времен Ломоносова и Лавуазье закон сохранения вещества, по которому сумма масс веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе продуктов реакции. Однако при химической реакции поглощается или выделяется энергия. Вследствие этого в соответствии с теорией относительности масса продуктов реакции несколько отличается от суммы реагирующих масс. При сгорании угля это различие составляет 1 г на 3000 т угля. Чтобы заметить его, нужно произвести взвешивание с точностью до 3∙10-8 %.

Следовательно, лишь в указанных пределах точности (3∙10-8 %) справедлив закон сохранения массы при реакции горения. Научившись взвешивать с такой точностью, мы сумели бы непосредственно обнаружить это изменение массы. Сейчас оно установлено только косвенным путем, так как нужной точности взвешивания мы не достигли.

Однако при ядерных реакциях, когда количество выделяющейся энергии гораздо больше, изменение массы может быть относительно легко обнаружено.

В качество другого примера можно указать, что повышение точности измерений плотности воды привело в 1932 г. к открытию тяжелого изотопа водорода — дейтерия, ничтожное содержание которого в обычной воде немного увеличивает ее плотность.

Точно так же проведенные Рэлеем в 1894 г. точные измерения плотности азота, выделенного из воздуха, показали, что она несколько выше плотности азота, полученного разложением чистого аммиака. Хотя это различие составляет всего около 5 мг/л, оно заставило предположить примесь к атмосферному азоту более тяжелого газа и привело Рамсая и Рэлея в 1895 г. к открытию инертного газа — аргона (о существовании этой группы газов до этого и не предполагали).

         2. Основные термины, применяемые в измерениях.

Для правильного понимания классификации измерений необходимо знать также и термины, которые вплотную относятся к данной теме.

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

 Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под измерением понимается процесс экспериментального сравнения данной физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за единицу.

 Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено значение, равное 1.

 Единицы физической  величины представляют собой  вспомогательный аппарат, применимый  при изучении объектов природы. Принципиально можно представить бесконечное множество единиц физических величин. Но практика выдвигает требование единства измерений, которое можно обеспечить при любой системе единиц. Однако для сопоставления результатов измерений без пересчетов (при переходе от одной системы единиц к другой) необходимо, чтобы результаты измерений выражались в узаконенных единицах.

 Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Как ясно из определения, это понятие включает не только выполнение условия единства используемых единиц физических величин, но и значение погрешности измерения.

Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. По техническому назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, вспомогательные средства измерений, измерительные установки и измерительные системы.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Первичным называется преобразователь, являющийся первым в электрической цепи и к которому непосредственно подводится измеряемая величина. Передающий измерительный преобразователь предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации; масштабный измерительный преобразователь – для изменения измеряемой величины в заданное число раз.

Вспомогательное средство измерений – средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении. Эти средства применяют для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной (для автоматической обработки, передачи и использования в АСУ) для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для автоматической обработки, передачи и использования в АСУ.

                           3. Классификация измерений.

   По характеру  зависимости измеряемой величины  от времени измерения делятся  на статические и динамические.

Статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной.

Динамические – когда измеряемая величина изменяется.

По способам получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами, градуированными в требуемых единицах (сила тока – А – метром).

При косвенных измерениях искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат.

 При совокупных измерениях одновременно измеряют несколько однотипных величин, и искомые значения величин находят, решая систему уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант (измерение напряжения в Вольтах).

Относительным называется измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

По используемому методу измерения – совокупности приемов использования принципов и средств измерений различают:

 Метод непосредственной оценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного преобразователя прямого действия.

 Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

 Метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливаются соотношения между этими величинами.

 Метод дифференциальный –  на измерительный прибор воздействует  разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

 Метод нулевой – результирующий  эффект воздействия величин на  прибор сравнения доводят до  нуля.

 Метод замещения – измеряемую  величину замещают известной  величиной, воспроизводимой мерой.

 Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

               4. Основные характеристики измерений

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений.

 Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.