Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое измерение, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое измерение, методы измерений , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.
измерение — совокупность действий для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой всеми участниками за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Числовым значением измеряемой величины называется число, получившееся в результате измерения. Значением физической величины называется числовое значение совместно с обозначением используемой единицы.
Измерение физической величины опытным путем проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).
Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределенность. Примеры измерений:
В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твердости минералов.
Частным случаем измерения является сравнение без указания количественных характеристик.
Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.
Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью и необходимой скоростью измерения, условиями измерений и пр. Можно выделить виды измерений в зависимости от их цели: контрольные, диагностические, лабораторные, технические, эталонные, поверочные, абсолютные, относительные и т.д.
По общим приемам получения результатов измерений они делятся на: прямые, косвенные, совместные и совокупные.
Прямые - измерения, при которых значение физической величины находится непосредственно из опытных данных. Прямые измерения характеризуют формулой:
А = х, (1.1)
где х - значение величины, найденное путем ее измерения и
называемое результатом измерения.
Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой:
A = f(x1, x2, … , хm), (1.2)
где х1, х2, ... , хm - результаты прямых измерений величин, связанных функциональной зависимостью f с искомым значением измеряемой величины А.
К косвенным измерениям относится определение резонансной частоты колебательного контура по результатам прямых измерений емкости и индуктивности и т.д.
Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых или косвенных измерениях различных сочетаний этих величин. При этом могут измеряться несколько комбинаций значений величин. Например, измеряя сопротивления Rab, Rac и Rbc между вершинами треугольника электрической цепи, в котором соединены сопротивления резисторов R1, R2 и R3 (рис. 1.1) и, решая систему уравнений типа (1.5) можно определить искомые значения сопротивлений R1, R2 и R3 методом совокупных измерений:
Рисунок 1.1 К методу совокупных измерений
(1.3)
Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для установления зависимости между ними.
Как видно из определений, совокупные и совместные измерения весьма близки друг к другу. В обоих случаях искомые значения находят в результате решения системы уравнений, коэффициенты в которых получены путем прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно определяют несколько одноименных величин, а при совместных - разноименных.
Наиболее известный пример совместных измерений - определение зависимости сопротивления резистора от температуры:
(1.4)
где R20 - сопротивление резистора при t = 20 °С; α, β - температурные
коэффициенты.
Для определения R20, α и β вначале измеряют сопротивление Rt резистора при, например, трех различных значениях температуры (t1, t2, t3), а затем составляют систему из трех уравнений, по которой находят параметры
R20, α и β.
Косвенные, совместные и совокупные измерения объединены общим свойством: их результаты рассчитывают по известным функциональным зависимостям между измеряемыми величинами и величинами, определяемыми прямыми измерениями. Различие между этими видами измерений заключается лишь в виде функциональной зависимости, используемой при расчетах. При косвенных измерениях она выражается одним уравнением в явном виде, при совместных и совокупных - системой неявных уравнений.
В зависимости от выражения результатов измерения делят на:
абсолютные и относительные.
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких величин с использованием значений физических констант. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Результат абсолютного измерения непосредственно выражают в единицах измеряемой величины.
Относительные измерения - измерения соотношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
При относительных измерениях используют внесистемную безразмерную единицу - децибел (дБ), определяемую при сравнении напряжений (иногда токов) U2 и U1:
а при сравнении мощностей Р2 и P1;
Для перевода отношений мощностей и напряжений (токов) в децибелы и обратно применяют справочные таблицы.
Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых проводятся измерения, и рядом других признаков. Современные методы измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1.2).
Рисунок 1.2 Классификация методов измерения
При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения вольтметром, силы тока - амперметром). Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым на практике, хотя точность измерения обычно ограничена.
Метод сравнения - метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС эталонного элемента. Приборы, реализующие измерение по методу сравнения, называют измерительными приборами сравнения. В отличие от приборов непосредственной оценки, удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерений.
Различают следующие разновидности метода сравнения;
• нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой;
• дифференциальный метод, когда измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (например, измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста); этот метод сравнения используют тогда, когда практическое значение имеет отклонение измеряемой величины от некоторого номинального значения (уход частоты, отклонение напряжения и т.д.);
• метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается образцовой.
Нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физической величины. Его разновидностями являются:
• компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется (уравновешивается) образцовой;
• мостовой метод, когда достигают нулевого значения тока в измерительной диагонали моста, в которую включается чувствительный индикаторный прибор (обычно нуль-индикатор).
По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на: аналоговые и цифровые.
При аналоговых измерениях измерительный прибор непрерывно преобразует измеряемую величину, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы прибора.
В случае цифровых измерений сравнение физической величины с рядом образцовых значений осуществляется в приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме.
По характеру изменения измеряемой физической величины во времени различают статический и динамический режимы измерений.
Статический режим измерений - режим, при котором средство измерений работает в статическом режиме, при этом выходной сигнал остается неизменным в течение времени его исследования или меняется очень медленно.
Динамический режим измерений - режим, результатом которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, т.е. когда выходной сигнал изменяется во времени в соответствии с изменением во времени измеряемой величины. Итак, динамические измерения применяют для измерения параметров величин, имеющих зависимость от времени. Пример динамического измерения - определение мгновенных значений сигналов в течение какого-либо интервала времени.
В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений, все виды измерений могут выполняться либо с однократными,либо с многократными наблюдениями.
Средство измерений (СИ) - техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.
Измерять с приемлемой точностью можно при условии, что средство измерений обеспечивает хранение (или воспроизведение) единицы измеряемой величины практически неизменной как во времени, так и под воздействием факторов окружающей среды. Причем эту неизменность размера единицы во времени и подверженность ее изменениям под воздействием влияющих факторов необходимо контролировать. В зависимости от требований к качеству измерений этот контроль осуществляют с помощью различных средств измерений.
Для средств измерений можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем средствам измерений независимо от области применения.
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают следующие средства измерений:
• метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерений;
• рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Их разрабатывают, производят и эксплуатируют в специализированных научноисследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средства измерений принадлежат ко второй группе.
По уровню автоматизации все средства измерений делят на:
По отношению к измеряемой физической величине различают следующие средства измерений:
По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными.
Средства измерений разделяют на меры, устройства сравнения (компараторы), измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.
Элементарные средства измерений предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения. К ним относят меры, устройства сравнения и измерительные преобразователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осуществить операцию измерения.
Мера - средство измерения, воспроизводящее физическую величину заданного размера (значения). В качестве меры в радиоизмерениях используют измерительный резистор (мера электрического сопротивления) и т.д. Меры бывают однозначными и многозначными:
Кроме этого, различают наборы мер, магазины мер, установочные и встроенные меры. Набор мер - специально подобранный комплект однотипных элементов, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин разного размера, например, набор измерительных резисторов, или конденсаторов.
Устройство сравнения (компаратор) - это средство измерений, позволяющее сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов. Примером может служить фотореле, включающее (выключающее) уличное электрическое освещение.
Измерительный преобразователь - средство измерений, вырабатывающее сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию исследователя.
По виду входных и выходных величин измерительные преобразователи делятся на:
Комплексные средства измерений предназначены для реализации всей процедуры измерения. К ним относят: измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.
Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для выработки определенного вида сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.
В радиотехнике сигналом измерительной информации является электрический сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной. Информативным параметром входного электрического сигнала средства измерения служит параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой физической величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряемой величиной.
Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительная система (ИС) - совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в удобной для автоматической обработки форме, ее передачи и использования в системах управления. Измерительные системы условно делят на информационно-измерительные системы (ИИС), измерительно-
вычислительные комплексы (ИВК) и компьютерно - измерительные системы (КИС).
Информационно-измерительные системы - совокупность функционально объединенных средств измерений, средств вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах, свойственных данному передачи и (или) использования в автоматических системах управления.
Измерительно-вычислительные комплексы представляют собой совокупность средств измерений и компьютеров, объединенных с помощью устройств сопряжения и предназначенных для измерений, научных исследований и расчетов.
Компьютерно-измерительная система (виртуальный прибор) состоит из стандартного или специализированного компьютера со встроенной в него платой (модулем) сбора данных.
Информация, изложенная в данной статье про измерение , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое измерение, методы измерений и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ
Термины: МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ