ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И ПРИБОРАХ
ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ
Все процессы и явления окружающего мира воспринимаются и изучаются человеком с помощью сравнений и количественных оценок, осуществляемых путем измерений. Физические законы, определяющие количественную связь между физическими величинами, устанавливаются в результате экспериментов, обязательной составляющей которых также являются измерения.
Технологические процессы, промышленное производство и вся практическая деятельность человека по производству материальных ценностей развиваись и совершенствовались на основе и вместе с развитием физики, химии и других наук, а следовательно, в зависимости от развития методов измерения и приборостроения.
Вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способов достижения необходимой точности занимается специальная наука — метрология.
Процесс измерения заключается в нахождении соотношения между измеряемой величиной и другой, условно принятой за единицу измерения.
Так, если Q — измеряемая величина, и — единица измерения, а q — числовое значение измеряемой величины в принятой единице, то приведенное выше определение будет выражено следующим уравнением:
Q=qu .
Правая часть равенства представляет собой результат измерения.
Результат всякого измерения является именованным числом и состоит из единицы измерений, имеющей название, и числа q , показывающего, сколько раз данная единица содержится в измеряемой величине.
|
|
|
Так, определяя длину тела, мы сравниваем ее с единицей длины - метром. Если мы говорим, что длина тела равна 5 м, то это значит, что измеряемая величина Q в 5 раз (q=5) больше единицы измерения (и=1м).
Процесс измерения не всегда может быть выполнен простым сравнением измеряемой величины с единицей измерений.
С точки зрения общих методов измерений в метрологии различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.
Прямыми измерениями называют такие, при которых искомую величину находят непосредственно из опытных данных. В этом случае значение
Q = qu=X.
К прямым можно отнести измерения: длины при помощи линейки, массы — с помощью гирь и весов, давления — с помощью пружинного манометра, температуры — с помощью ртутного термометра.
Большую часть физических величин определяют не путем непосредственных измерений, а с помощью вычислений, пользуясь известными функциональными зависимостями.
Измерения, при которых искомую измеряемую величину определяют вычислениями по результатам прямых измерений величин, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью, называют косвенными измерениями.
|
|
|
Значения измеряемой величины определяют по формуле
Q=f (Xu Х2, Х3, .... Хп ),
где Q — значение измеряемой величины; Хи …Хп — значения величии, измеряемых прямым способом. Примеры косвенных измерений — определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров; определение расхода вещества, протекающего в трубопроводе, по перепаду давления на дроссельном устройстве, установленном на пути потока; измерение температуры с помощью термопары по эдс, возникающей в ее цепи при нагреве спая двух материалов, из которых термопара составлена. Косвенные измерения представляют самый многочисленный ряд измерений.
Совокупными измерениями называют такие, при которых искомое значение величин находят решением системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Примером совместных измерений может быть измерение зависимости характеристики геликсной пружины скважинного манометра при различной температуре окружающей среды, выполняемое для определения коэффициента температурной поправки.
|
|
|
По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.
Абсолютными называют измерения, основанные на прямых определениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант. Пример абсолютных измерений — измерение длины в метрах, давления в паскалях, температуры в градусах.
Относительными называют измерения отношения величины к одноименной, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную. Пример относительных измерений — измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м3 воздуха при данной температуре.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений, к ним относятся меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и измерительные установки.
|
|
|
Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера; например, гиря — мера массы, измерительный резистор — мера электрического сопротивления, измерительный генератор — мера частоты электрических колебаний.
Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы классифицируются по нескольким признакам:
а) по принципу действия (механические, оптические, электрические и др.);
б) по способу образования показаний (показывающие — стрелочные или цифровые, самопишущие, в которых измеряемая величина записывается в виде диаграммы или отпечатывается в виде чисел, и приборы с наводкой, требующие для получения показаний обязательной настройки человеком, как, например, измерительные мосты);
в) по способу получения числового значения измеряемой величины (приборы непосредственной оценки, и приборы сравнения, как, например, рычажные весы, потенциометры и т. п .);
г) по точности — в зависимости от значения предельных допускаемых основных погрешностей;
д) по условиям применения — в зависимости от диапазона рабочих температур, влажности и т. п.;
е) по степени защищенности от влияния внешних электрических и магнитных полей (I категория — лучшая, а II категория — худшая защищенность);
ж) по прочности и устойчивости против механических воздействий и перегрузок.
Измерительный преобразователь — средство измерений, предназначенное для преобразования измеряемой величины в величину, воздействующую на измерительный прибор.
Измерительная установка — совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте.
Различают четыре способа измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение длины — линейкой, температуры — термометром, силы тока — амперметром и т. д.
Косвенное измерение — измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Например, площадь прямоугольника находится по результатам прямых измерений его сторон.
Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Например, массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых измерений масс различных сочетаний гирь.
Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними. Например, измеряя длину стержня при различных температурах, можно найти коэффициент линейного расширения этого стержня.
Единицы физических величин устанавливаются на базе определенной системы. В РФ действует международная система СИ. К основным единицам этой системы относятся: единица длины — метр (м), единица массы — килограмм (кг), единица времени — секунда (с), единица силы электрического тока — ампер (А), единица термодинамической температуры — кельвин (К), единица количества вещества — моль (моль) и единица силы света — кандела (кд).
Дополнительными единицами являются: единица плоского угла — радиан (рад) и единица телесного угла — стерадиан (ср).
Производные единицы СИ образуются на основании законов, определяющих связь между физическими величинами. Например, единица силы — ньютон — выводится из формулы, выражающей второй закон Ньютона: F = m*а. Приняв в этой формуле массу m = 1 кг и ускорение а = 1 м/с2, получим F = 1 ньютону. Следовательно, ньютон (Н) сила, сообщающая массе 1 кг ускорение 1 м/с2.
Допускаются к применению в виде исключения и другие специальные единицы. Д ля образования кратных и дольных значений единиц физических величин пользуются приставками.
Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 158; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!