27. 2 Типы измерений. Стандартизация, сертификация и метрология. Г. Д. Крылова - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

В метрологической практике известно несколько типов шкал: шкала знаменателя, порядковая шкала, шкала интервалов, шкала отношений и т.д.

Содержание

27.2 Виды измерений

Измерения различают в зависимости от способа получения информации, характера изменений измеряемой величины в процессе измерения, количества информации об измерении и отношения к основным единицам.

Измерения делятся на прямые, косвенные, комбинированные и совместные, в зависимости от способа получения информации.

Прямое измерение Прямое измерение предполагает непосредственное сравнение между физической величиной и мерой этой величины. Например, при определении длины объекта с помощью линейки искомое количество (количественное выражение значения длины) сравнивается с мерой – линейкой.

Косвенное измерение Отличие от прямого измерения заключается в том, что желаемое значение величины определяется путем прямого измерения таких величин, которые связаны с желаемой величиной некоторым соотношением. Например, если мы измеряем ток амперметром, а напряжение – вольтметром, мощность цепи может быть рассчитана на основе известной функциональной зависимости всех трех величин.

Комбинированное измерение предполагает решение системы уравнений, основанной на одновременном измерении нескольких однородных величин. Решив эту систему уравнений, можно рассчитать желаемую величину.

Комбинированные измерения Измерение двух или более разнородных физических величин для определения взаимосвязи между ними.

Комбинированные и совместные измерения часто используются при измерении различных параметров и характеристик в области электротехники.

Существуют статистические, динамические и статические измерения в зависимости от того, как изменяется измеряемая переменная в процессе измерения.

Статистические измерения являются характеристиками случайных процессов, акустических сигналов, уровней шума и т.д.

Статические измерения выполняются, когда измеряемый параметр почти постоянен.

Динамические измерения это величины, которые претерпевают определенные изменения в процессе измерения.

Статические и динамические измерения редко идеально используются на практике.

Различают однократные и многократные измерения.

Одно измерение – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение этого типа измерений всегда сопряжено с большой погрешностью, поэтому необходимо провести как минимум три единичных измерения, а за окончательный результат принять среднее арифметическое.

Множественные измерения характеризуются большим числом измерений, чем число измеряемых величин. Обычно минимальное количество измерений в этом случае больше трех. Преимущество многократных измерений заключается в том, что влияние случайных факторов на ошибку измерения значительно снижается.

В отношении основных единиц измерения мы различаем абсолютные и относительные измерения.

Абсолютные измерения это те, которые используют прямое измерение одной (иногда нескольких) фундаментальной величины и физической константы. Таким образом, в знаменитой формуле Эйнштейна E=ts 2 масса (m) является фундаментальной физической величиной, которую можно измерить непосредственно (взвешиванием), в то время как скорость света (c) является физической константой.

Относительные измерения основаны на определении отношения измеряемой величины к однородной величине, используемой в качестве единицы измерения. Конечно, искомая величина зависит от используемой единицы измерения.

С измерением связаны такие понятия, как: “шкала измерения”, “принцип измерения”, “метод измерения”.

Шкала измерения – упорядоченный набор значений физической величины, который служит основой для ее измерения. Поясним эту концепцию на примере температурной шкалы.

В шкале Цельсия за точку отсчета принята температура плавления льда, а за точку отсчета – температура кипения воды. Сотая часть этого интервала является единицей измерения температуры (градус Цельсия). Шкала Фаренгейта берет за точку отсчета температуру плавления смеси льда и аммиака (или поваренной соли), а за точку отсчета – нормальную температуру тела здорового человека. Единица измерения температуры (градусы Фаренгейта) принимается за одну девяносто шестую часть базового интервала. По этой шкале температура плавления льда составляет + 32°F, а температура кипения воды – + 212°F. Так, если по шкале Цельсия разница между точкой кипения воды и точкой плавления льда составляет 100°C, то по шкале Фаренгейта – 180°F. В этом примере мы видим роль весов, принятых как для количественного определения измеряемой величины, так и для обеспечения единства измерений. В этом случае необходимо найти отношение единичных величин, чтобы иметь возможность сравнивать результаты измерений, т.е. t к F/t°C.

В метрологической практике известно несколько типов шкал: номинальная шкала, порядковая шкала, интервальная шкала, шкала отношений и т.д.

Шкала деноминации это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нулей и единиц. Примером может служить цветовой атлас (цветовая шкала). Процесс измерения включает визуальное сравнение цветного объекта с цветовыми стандартами (эталонами из цветового атласа).

цвета). Поскольку каждый цвет имеет множество вариантов, такое сравнение может провести только опытный оценщик, обладающий не только практическим опытом, но и соответствующими особенностями зрительных способностей.

Шкала заказов характеризует значение величины, измеряемой в баллах (шкала землетрясений, сила ветра, твердость физических тел и т.д.).

Интервальная шкала (разности) имеют условные нулевые значения, а интервалы фиксированы в соответствии с договоренностями. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала соотношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерения устанавливается по договоренности. Например, весы массы (мы обычно говорим “гиря”), начиная с нуля, могут быть классифицированы по-разному в зависимости от точности требуемого взвешивания. Сравнить бытовые весы и аналитические весы.

Если мы измерим длину L, площадь поперечного сечения S и электрическое сопротивление R, мы также можем рассчитать его удельное сопротивление.

Что такое косвенное измерение?

Косвенное измерение – это измерения, при которых желаемое значение физической величины определяется по результатам прямых измерений других физических величин, функционально связанных с желаемой величиной.

Результат получается путем решения уравнения, выражающего эту зависимость:

Q = f(X, Y, Z, . . . , W).

Где Q – измеряемая величина; X, Y, Z. W – это величины, определяемые путем прямого измерения.

Например, необходимо измерить удельное сопротивление какого-либо материала. Поскольку не существует приборов для прямого измерения удельного сопротивления, его можно измерить только косвенно. Для этого мы используем уравнение

где p – удельное сопротивление; R – электрическое сопротивление; S – площадь поперечного сечения; L – длина образца.

Косвенные измерения довольно распространены в метрологии, где они используются для воспроизведения единиц измерения. Эти измерения более точны, чем прямые измерения. Роль косвенных измерений особенно важна в науках о жизни, где при изучении явлений трудно проводить прямые измерения. Например, явления, изучаемые в астрономии, молекулярной и атомной физике и т.д.

Примеры косвенных измерений: определение эффективной мощности двигателя во время его испытаний на основе прямых измерений крутящего момента и скорости вращения вала двигателя; определение площади фигур или объемов тел на основе прямых измерений их геометрических размеров.

Тысячи проверенных экспертов

Понятие прямого и косвенного измерения в физике

По признаку классификации измерения можно разделить на прямые и косвенные, что относится к прямым характеристикам их вида. Прямое измерение” определяется как такое, при котором значения измеряемых физических величин получены прямым путем. При прямом измерении используется специальное устройство, которое отвечает за прямое преобразование рассматриваемой величины.

Вес, например, можно определить по показаниям весов, длина известна по измерению линейкой, а время определяется по секундомеру. В физике “косвенное измерение” – это обнаружение искомого значения величины в результате результатов прямого измерения других физических величин, функционально связанных с исходной величиной.

Вам трудно разобраться в этом самостоятельно?

Попробуйте обратиться за помощью к своим учителям

В других обстоятельствах эти же величины могут быть в основном результатом косвенных измерений – преобразования других больших величин, значения которых были получены в ходе прямых измерений. Точно так же физики рассчитывают, например, расстояние от Земли до Солнца, массу нашей планеты или продолжительность геологических периодов.

Плотность тел (в соответствии с их массой и объемом), скорость транспортных средств (в соответствии с расстоянием, пройденным за определенное время) также следует считать косвенным измерением. Поскольку физика, по аналогии с математикой, не является точной наукой, 100% точность не является ее особенностью. Следовательно, в рамках физических экспериментов любой вид измерения (будь то прямое или косвенное) способен предполагать не абсолютно точное, а лишь приблизительное значение измеряемой физической величины.

Таким образом, окончательные результаты неявных измерений, которые были рассчитаны на основе приблизительных результатов, полученных при прямых измерениях, в свою очередь окажутся приблизительными. Поэтому одновременно с получением результата необходимо каждый раз подтверждать его точность, и это называется “абсолютной неопределенностью” результатов.

Не можете найти нужную информацию?

Запросите соответствующий материал в нашей службе. Отправьте задание – система автоматически отправит его в течение 59 секунд. Выберите правильного эксперта, который избавит вас от необходимости учиться.

Гарантия низкой цены

Мы выполняем все работы без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Усовершенствования и консультации включены в цену

Как часть заказа, они бесплатны и выполняются в указанный срок.

Возврат средств за невыполненную работу

Если эксперт не справился – мы гарантируем 100% возврат денег.

Техническая поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают без выходных и праздников, чтобы быстро ответить на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы выбираем только проверенных подрядчиков – профессионалов в своей области. Все они имеют университетские дипломы с хорошими или отличными оценками.

Гарантия возврата денег

Эксперту заплатили, но работа не была выполнена?
Не с нами!

Деньги хранятся на вашем балансе в течение работы и гарантийного срока.

Гарантия возврата денег

Если что-то пойдет не так, мы гарантируем полный возврат денег.

Приборостроение также идет в ногу с электроникой – ведь для того, чтобы разработать и вывести на рынок новые устройства, их необходимо тщательно тестировать, как на стадии проектирования и разработки, так и на стадии производства. Разрабатываются новые технологии и методы измерения, поэтому появляются новые термины и понятия.

Косвенное измерение

В современном мире электронные технологии развиваются семимильными шагами. Каждый день появляются новые продукты – не просто незначительные усовершенствования существующих моделей, но и результаты инновационных технологий, которые обеспечивают во много раз лучшие характеристики.

Приборостроительная промышленность не отстает, поскольку для того, чтобы разработать и вывести на рынок новое оборудование, оно должно быть тщательно протестировано как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новые техники и методы измерения, а следовательно, новые термины и понятия.

Этот раздел предназначен для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, акронимами и терминами и хотел бы глубже понять их значение.

Косвенное измерение – Определение желаемого значения физической величины на основе прямых измерений других физических величин, которые функционально связаны с желаемой величиной.

Примечание: Во многих случаях термин “косвенное измерение” заменяется термином “непрямое измерение”.

Основные метрологические термины и определения: RMG 29-99

Метод косвенного измерения – Метод решения задачи измерения на основе измерений физических величин, функционально связанных с искомой величиной в явном виде, путем вычислений с использованием уравнения связи.

Этот метод можно использовать в сочетании с методом множественных измерений.

Источник: Левин С.Ф. “Математическая теория измерительных задач”, термины.
ГОСТ 8.061-80, Р 50.2.004-2000, МИ 2916-2005

3 Зарегистрирован ВНИИМС 13.07.90.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Искомое значение физической величины определяется по результатам измерений аргументов, относящихся к искомой величине, с помощью уравнения

1.2 Результаты измерений аргументов и оценки их погрешностей могут быть получены в результате прямых, косвенных, комбинированных, совместных измерений. Информацию об аргументах можно почерпнуть из справочников, технической документации.

1.3 При оценке доверительных границ для погрешностей результатов косвенных измерений обычно принимают вероятность 0,95 или 0,99. Использование других вероятностей должно быть обосновано.

1.4 Должны быть изложены основные положения по оценке косвенной измеряемой величины и неопределенности результата измерения

с линейной зависимостью и отсутствием корреляции между ошибками измерения аргументов (раздел 2);

с нелинейной зависимостью и отсутствием корреляции между ошибками измерения аргументов (раздел 3);

для коррелированных ошибок измерения аргументов при наличии рядов отдельных значений измеряемых аргументов (раздел 4).

Примечание. Критерий для проверки гипотезы об отсутствии корреляции между ошибками измерения аргументов приведен в Приложении 2.

2. КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ С ЛИНЕЙНОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ

2.1 Требуемое значение связано с уравнением

где – постоянные коэффициенты при аргументах, соответственно.

Между ошибками измерения аргументов нет корреляции.

Примечание. Если коэффициенты определяются экспериментально, то задача определения результата измерения величины решается поэтапно: сначала вычисляется каждое слагаемое как промежуточная мера, получаемая в результате произведения двух измеряемых величин, а затем определяется оценка измеряемой величины.

2.2 Результат косвенного измерения определяется по формуле

где – результат измерения аргумента ;

2.3 Стандартное отклонение результата косвенного измерения определяется по формуле

где – стандартное отклонение результата измерения аргумента ; 2.4.

2.4 Доверительные границы случайной погрешности результата косвенных измерений в предположении, что распределения погрешностей результатов измерений аргументов не противоречат нормальным распределениям, рассчитывают (без учета знака) по формуле

где – отношение Стьюдента, соответствующее доверительной вероятности, и число степеней свободы, рассчитанное по формуле

где – число измерений при определении аргумента .

2.5 Пределы неисключенной систематической погрешности результата косвенных измерений рассчитывают следующим образом.

2.5.1 Если неисключаемые систематические погрешности результатов измерений аргументов приведены в виде пределов, то пределы неисключаемой систематической погрешности результата косвенных измерений (без учета знака) с вероятностью вычисляют по формуле

где – поправочный коэффициент, определяемый предполагаемой доверительной вероятностью и количеством компонентов .

При доверительной вероятности = 0,95 поправочный коэффициент

При доверительной вероятности 0,99 поправочный коэффициент становится равным 1,4, когда число компонентов, сложенных вместе, > 4. Если число компонентов равно 4, то поправочный коэффициент равен 1,4; более точное значение можно получить из графика зависимости

где – количество суммируемых компонентов (аргументов); – параметр, зависящий от соотношения границ компонентов.

Непосредственно это измерения, при которых требуемое значение величины получается из эмпирических данных. При прямом измерении экспериментальные операции выполняются над самим измеряемым веществом. Числовое значение измеряемой величины получают путем экспериментального сравнения с мерой или по показаниям прибора. Например: измерение силы тока амперметром, напряжения вольтметром, температуры термометром, массы на весах.

Метрология. Прямые и косвенные измерения.

Метрология Это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерение это нахождение значения физической величины экспериментально и с помощью специальные технические меры. Результат измерения – это количественная характеристика физической величины в виде числа единиц измеряемой величины и неопределенности, с которой это число было получено.

Виды измерений. В зависимости от способа получения численного значения измеряемой величины измерения делятся на прямые, косвенные и комбинированные.

Прямое измерение это измерения, в которых желаемое значение получено из эмпирических данных. При прямом измерении измеряемая величина оценивается экспериментально. Числовое значение измеряемой величины получают путем экспериментального сравнения с мерой или по показаниям прибора. Например: измерение силы тока амперметром, напряжения вольтметром, температуры термометром, массы на весах.

Косвенно это измерения, при которых числовое значение измеряемой величины определяется известной функциональной зависимостью через другие величины, которые могут быть непосредственно измерены. При косвенном измерении численное значение измеряемой величины получается при участии оператора от прямого измерения – путем решения одного уравнения. К косвенным измерениям прибегают, когда неудобно или невозможно автоматически рассчитать известную взаимосвязь между одной или несколькими входными величинами и измеряемой величиной. Например, мощность в цепях постоянного тока определяется оператором путем умножения напряжения на силу тока, измеренную прямым измерением с помощью амперметра и вольтметра.

Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называется погрешность измерения.

Абсолют погрешность измерения равна разнице между результатом измерения и и истинное значение измеряемой величины : .

Относительная погрешность измерения составляет это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины. Обычно она выражается в процентах %.

25. Основные понятия и определения: информация, алгоритм, программа, команда, данные, технические устройства.

Информация происходит от латинского слова “information”, что означает сведения, объяснение, заявление.

Применительно к компьютерной обработке информация понимается как последовательность символов (букв, цифр, закодированных графических изображений и звуков и т.д.), имеющих семантическое значение и представленных в форме, понятной для компьютера. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения.

Алгоритм – это последовательность четко определенных шагов, выполнение которых приводит к решению задачи. Алгоритм, написанный на машинном языке, – это программа, используемая для решения задачи.

Свойства алгоритмов: ненавязчивость, понятность, эффективность, надежность, массовость.

Программа – это последовательность действий, инструкций, предписаний для некоторого вычислительного устройства; файл, содержащий эту последовательность действий.

Команда – это указание компьютерной программе действовать как некий интерпретатор для решения проблемы. В более общем смысле, команда – это инструкция для некоторого интерфейса командной строки.

Данные – это информация, представленная в формализованном виде, позволяющем хранить, обрабатывать и передавать ее.

Технические средства (средства компьютеризации) – это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, аппаратов и других видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов компьютеризации таким образом, чтобы на их выходе была именно информация (сведения, знания) или данные для удовлетворения информационных потребностей в различных областях предметной деятельности общества.

Все технические вычислительные устройства можно разделить на шесть групп в соответствии с их функциями: устройства ввода информации, устройства вывода информации, устройства обработки информации, устройства передачи и приема информации, устройства хранения информации и многофункциональные устройства.

Читайте далее: