Измерение физических величин.
Измерение физических величин заключается в сопоставлении какой-либо величины с однородной величиной, принятой за единицу.
Теория измерения имеет глубокие исторические корни – более двухсот лет назад великий математик того времени Л. Эйлердал четкое определение понятию „измерение“: „Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как приняв в качестве известной другую величину этого тетрода и указав соотношение, в котором она находится к ней“. Теория рассматривает измерение с трех точек зрения научного подхода: технической, метрологической и гносеологической.
Техническая сторона измерения заключается в совокупности операций по применению технического средства.
Метрологическая суть измерения состоит в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой физической величины с ее единицей (хранимой применяемым средством), размер которой передан от эталона или образцового средства измерений.
Гносеологический аспект данной теории говорит о том, что целью измерения является получение значения измеряемой величины (в форме, удобной для дальнейшего использования) с известной погрешностью, которая во многих случаях не должна превышать установленного предела. Измерения, охватывая все сферы человеческой деятельности, представляют собой важнейшее средство получения наиболее объективной измерительной информации.
(Гносеоло́гия (от др.-греч. γνῶσις — «знание» и λόγος — «учение, наука»); эпистемоло́гия (от др.-греч. ἐπιστήμη — «умение, знание», и λόγος — «учение, наука») — теория познания, раздел философии. )
|
|
|
В познании окружающего нас материального мира большое значение имеют количественные оценки, которые дают возможность раскрыть действующие в природе закономерности, учесть материальные ресурсы, определить количество всевозможной продукции либо той или иной деятельности человека.
При этом без повышения качества измерений в настоящее время невозможен научно—технический прогресс практически ни в одной области человеческой деятельности. Кроме того, без надежной измерительной информации нельзя управлять ни сложными технологическими процессами, ни космическими кораблями и другими движущимися объектами, развивать успешно микроэлектронику и автоматические производства. Повышение точности измерений при учете сырья, продуктов сельского хозяйства и других материальных ценностей приводит к существенной экономии при их перевозке, хранении и расходовании, а все это очень важно в условиях рыночной экономики.
От качества измерительной информации в медицине зависит правильность диагноза заболеваний, эффективность лечения больных. В науке повышение точности измерений нередко приводит к крупным и очень важным открытиям. Между качеством измерений и качеством выпускаемой продукции существует непосредственная прямая связь.
|
|
|
Области и виды измерений.
Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.
В метрологии различают следующие области и виды измерений:
1. Измерение геометрических величин: длин, углов, отклонений формы поверхностей.
2. Измерение механических величин: массы, силы, прочности и пластичности, крутящих моментов.
3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объёма веществ.
4. Измерение давления: избыточного, атмосферного, абсолютного, вакуума.
5. Физико-химические измерения: вязкости, плотности, концентрации, влажности.
6. Теплофизические и температурные измерения.
7. Измерение времени и частоты.
8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, ЭДС, напряжения, мощности, сопротивления, ёмкости, индуктивности. 9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов, параметров формы и спектра сигналов.
|
|
|
10. Измерения акустических величин в различных средах (воздушной, твёрдой, жидкой).
11. Оптические и оптико-физические измерения: оптической плотности, коэффициента пропускания.
12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических и спектральных характеристик ионизирующих излучений.
Классификация измерений.
Измерения могут быть классифицированы по ряду признаков: по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.
По способу получения информации измерения разделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерения массы на весах, температуры термометром, длины с помощью линейных мер).
Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями (определение плотности однородного тела по его массе и объёму, удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения).
|
|
|
Совокупные измерения – измерения нескольких однородных величин, при которых искомое значение величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (измерения, при которых масса отдельных гирь набора находится по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неодноимённых величин для нахождения зависимости между ними (проводимые одновременно измерения приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры и определение коэффициента линейного расширения по формуле k = ∆l / (l ∆t)).
В результате измерения должны быть определены 3 величины:
1) Число, выражающее отношение измеряемой физической величины к общепринятой единице измерения
A= X / x , (1.2)
где A – числовое значение измеряемой величины; X – измеряемая величина; x – единица измерения.
2) Погрешность результата измерения.
3) Доверительная вероятность допущенной погрешности (при обычных технических измерениях погрешность определяется с вероятностью 95%).
Пример, иллюстрирующий значение доверительной вероятности. Вероятность того, что спектакль в театре состоится, составляет 95%. Люди, купившие билеты на спектакль, обычно не задумываются о небольшой вероятности (5%), что спектакль может быть отменен или не состоится по какой-либо причине. Ввиду того, что в этой ситуации вероятность отмены спектакля, равная 5%, является низкой, то зрители не задумываются, покупать билет или нет. С другой стороны, вероятность того, что (когда вы выходите на улицу) с вами ничего плохого не случится (на голову не упадёт кирпич, вы не провалитесь в люк и т.п.), составляет 99,9999%. Вероятность обратного составляет 0,0001%, что ничтожно мало. Поэтому нормальный человек, выходя из дома, не задумывается о том, что с ним что-то может случиться. Но если предположить, что и в этом случае, как и в случае со спектаклем, вероятность благополучного похода на улицу составит 95%, то многие начнут сомневаться, а стоит ли выходить на улицу.
Можно сказать, что доверительная вероятность допущенной погрешности зависит от важности производимых измерений (чем более важны и ответственны измерения, тем более высокая доверительная вероятность допущенной погрешности должна быть задана).
По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические, статические и динамические измерения.
Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.
Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.
Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.
Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.
Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин.
Практическое применение такого вида измерений всегда приводит к большим погрешностям, поэтому следует проводить не менее трёх однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.
Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин.
Обычно минимальное число измерений больше трёх. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.
Шкалы измерений.
Шкала физической величины – это упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.
Типы шкал измерений: Таблица 1.4.
| Шкала наименований (классификации) | Шкала, элементы (ступени) которой характеризуются только соотношениями эквивалентности (совпадения, равенства, сходства) конкретных качественных проявлений свойств (например, атласы цветов) |
| Шкала порядков (рангов) | Шкала, элементы (ступени) которой допускают логическую взаимосвязь элементов не только в виде отношений эквивалентности (как у шкалы наименований), но и отношений порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления измеряемого свойства (например, шкалы чисел твердости, баллы землетрясений, силы ветра и т.д.) |
| Шкала разностей (интервалов) | Шкала, допускающая дополнительно к соотношениям эквивалентности и порядка суммирование интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойств (например, шкалы времени, температуры Цельсия) |
| Шкалы отношений | Шкалы, к множеству количественные проявлений которых применимы отношения эквивалентности и порядка – операции вычитания и умножения (шкалы отношений первого рода – пропорциональные шкалы) и суммирования (шкалы отношений второго рода – аддитивные шкалы) |
| Абсолютные шкалы | Шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение единицы измерений. |
| Примечание - Практическая реализация шкал измерений достигается посредством стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий их воспроизведения. | |
Условные шкалы – шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!