🗊Презентация Физические основы измерений и эталоны

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ и ЭТАЛОНЫ

Измерение – научно обоснованный опыт для получения количественной информации с требуемой или возможной точностью о параметрах объекта измерения. Измерение – научно обоснованный опыт для получения количественной информации с требуемой или возможной точностью о параметрах объекта измерения. Измерение включает в себя следующие элементы: объект измерения; цель измерения; условия измерения (совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и объектов); метод измерения — совокупность приёмов использования принципов и средств измерений (принцип измерения – совокупность физических явлений положенных в основу измерения); методика измерения – установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов в соответствии с данным методом. средства измерения: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительно-информационные системы; результаты измерений; погрешность измерений; качество измерений: сходимость, воспроизводимость, единство, достоверность (характеристика случайной погрешности), правильность (близость к нулю систематической погрешности).

Классификация измерений. Классификация измерений. Целесообразность классификации измерений обусловлена удобством разработки методов измерений и обработки результатов измерений. Измерения различаются: По способу нахождения числовых значений физических величин: прямые; косвенные; совместные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путем измерения физических величин различной физической природы; совокупные – косвенные измерения, при которых значение физической величины находят путём нескольких однородных измерений других физических величин. ПРИМЕР. Для измерения объема параллелепипеда используют формулу V=abc и проводят измерения его сторон. По характеру точности результатов единичных измерений при проведении многократных измерений: равноточные – измерения физических величин, выполненные одинаковыми по точности средствами измерений в одинаковых условиях; неравноточные.

По виду физических величин, измеряемых при прямых измерениях для получения результата косвенных измерений: По виду физических величин, измеряемых при прямых измерениях для получения результата косвенных измерений: абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях основных (в системе СИ) величин и на использовании значений физических констант; относительные – измерение отношения физической величины к одноименной. При относительных измерениях широко используется внесистемная безразмерная единица измерения – децибел. По характеру зависимости измеряемой физической величины по времени: статические – измерения физических величин постоянных во времени; динамические – измерения физических величин изменяющихся со временем; квазистатические – измерения физических величин изменяющихся со временем, но которые можно считать постоянными за время измерения. Существуют более точные критерии квазистатических измерений, которые связаны с реакцией СИ на изменение измеряемой физической величины. По условиям определения точности результатов: метрологические – измерения, проводимые с помощью эталонов, образцовых средств с целью воспроизведения единиц физических величин, для передачи их размеров рабочим средствам измерения; технические – измерения, проводимые с помощью рабочих средств.

Основные этапы измерений Основные этапы измерений Измерение – последовательность действий, которые можно представить в виде следующих этапов: Этап1. Постановка измерительной задачи сбор данных об исследуемой физической величине и условиях измерения, т.е. накопление априорной информации об объекте измерения и её анализ; разработка физической модели объекта. При этом измеряемая физическая величина определяется как параметр или характеристика этого объекта; постановка измерительной задачи на основе принятой модели объекта измерения; формирование математической модели объекта (вывод формулы для вычисления результата при косвенных измерениях); выбор конкретных величин, посредством которых будет находиться значение измеряемой физической величины.

Этап 2. Планирование измерений. Этап 2. Планирование измерений. выбор методов измерений непосредственно измеряемых физических величин и возможных средств измерений; оценка методических погрешностей измерения на основе выбранных физической и математической моделей; определение требований к метрологическим характеристикам средств измерений и условиям измерений; выбор СИ в соответствии с указанными требованиями; разработка математической модели СИ и оценка его систематических погрешностей; выбор методики измерений; обеспечение требуемых условий измерений и (или) создание возможности их контроля. Этап 3. Измерительный эксперимент (реализация метода измерения) обеспечение взаимодействия средств и объектов измерения; преобразование сигнала измерительной информации; регистрация результатов. Этап 4. Обработка результатов измерений

Размер физических величин Размер физических величин В настоящее время используются следующие понятия для характеристики размеров физических величин: истинное значение; действительное значение; измеренное значение. Основной постулат теории измерений : измеряемая физическая величина и её “истинное” значение существуют только в рамках принятой модели исследования Измеряемая физическая величина определяется как один из параметров принятой модели. Модель объекта (в том числе и условия измерений) можно построить только при наличии априорной информации.

1.3. Метод масштабного преобразования В данном методе измерение происходит с усилением (умножением) или с ослаблением делением измеряемой величины или сигнала в процессе прямого преобразования. Пример. Измерение тока в участке цепи с помощью шунтированного амперметра.

2. Разностный (или дифференциальный) метод 2. Разностный (или дифференциальный) метод Этот метод позволяет уменьшить сигнал на входе измерительного прибора и тем самым увеличить их точность за счет уменьшения мультипликативной погрешности. Это - один из наиболее точных методов. Существует несколько реализаций данного метода. 2.1. Компенсационный метод В этом методе часть измеряемого сигнала компенсируется однородным сигналом, обеспечиваемым мерой. Функциональная блок-схема метода       Мера формирует опорный сигнал – Хоп. Пример 1. Взвешивание груза. Вес груза частично компенсируется гирей. В результате стрелка отклоняется на малый угол.     Пример 2. Измерение ЭДС источника напряжения.         В этой схеме микроамперметр измеряет разность между напряжением V и напряжением на делителе, образованном резисторами R1 и R2, питаемыми источником опорного тока.

2.2. Мостовой метод 2.2. Мостовой метод Широко используется для измерения физических величин параметрического вида (сопротивление, индуктивность, ёмкость и т.д.), а также в системах регулирования. Ток через измерительный прибор можно вычислить по формуле

3. Методы уравновешивающего преобразования 3. Методы уравновешивающего преобразования Так же как и разностные методы эти методы позволяют уменьшить сигнал, действующий на измерительный прибор. Отличительной особенностью этого метода является отсутствие отдельного источника опорной физической величины. 3.1. Метод следящей компенсации (автокомпенсации) Функциональная блок-схема метода:

Измерение как процесс Измерение как процесс Измерение любой физической величины включает в себя следующие процедуры: выделение измеряемой физической величины из многих других, в том числе и одноимённых, присущих объекту измерения и окружающим телам; преобразование измеряемой физической величины в другую, связанную с первой однозначно; сравнение измеряемой физической величины с мерой. Для каждой из этих процедур разработаны и разрабатываются соответствующие методы и средства. Объект измерения, средство измерения, окружающая среда и наблюдатель образуют единую физическую систему, между элементами которой имеют место взаимодействия и обмен энергией.