Понятия об измерениях и измерительных средстствах

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств. Измерить какую либо величину - значит сравнить ее с другой, выбранной за единицу измерения (меру, эталон и т.п.), т.е. количественно определить ее величину и погрешность измерения.

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений.

В процессе измерений участвуют объект измерения, измерительное средство, анализирующее устройство (с оператором и без) и внешняя среда, в которой находится объект измерения (Рис1.1.).

 

 

Рис.1.1 Обобщенная структура алгоритма измерения

Пр.И - программа измерений, OИ - объект измерения,

АУ -анализирующее устройство, F(t, T, g, P) -вектор возмущения, X -вектор измеряемых параметров, Y -вектор измерительной информации, t- время; g- ускорение, T -температура, P -давление среды, где находится ОИ.

Объектом измерения являются физические величины, характеризующие свойства реальных объектов, их состояний или протекающих в них процессов. Например: температурное поле какой - либо среды, технические параметры космического телескопа.

К средствам измерения принято относить: меру,измеритель -преобразователь (И-П), измерительный прибор (ИП), измерительную установку (ИУ), измерительную систему (ИС), измерительный информационный комплекс (ИИК) (Рис.2.2).

 

 

 

Рис.1.2. Состав измерительных средств, где стрелками показано,что предыдущие средства измерения включаются в последующие.

 

Классификация измерений

 

Оптические измерения классифицируются следующим образом:

по виду и методам измерений, по способу выражения результатов измерений, по характеру измеряемой величины, по виду воздействия на объект измерения.

1.2.1. По виду измерений:

 

Прямыми измерениями называют, когда измеряемая величина находится в непосредственных единицах измерения. Например: измерение углов на гониометре в угл. мере, измерение размеров микрометром в мкм.

Косвенными измерениями - когда измеряется не сама величина, а другие, связанные с ней определенной функциональной зависимостью

y=¦(х_1,,х₂,...), например: радиус кривизны сферической поверхности определяется по формуле R=(r²+h²)/ 2h, где r - радиус измерительного кольца, h- высота сегмента сферы.

Рис 1.3

Совместные и совокупныеизмерения применяются для увеличения точности измерений, в этих случаях одну или несколько искомых величин измеряют несколько раз, при этом меняют или условия измерения (совместные измерения) или меняют сочетания измеряемых величин (совокупные измерения). В результате измерений составляется система уравнений, связывающая искомые и измеряемые величины, решая которую находим истинные величины.

Примеры. 1. совокупные измерения. Измерение погрешности изготовле ния трех плоских зеркал, которые накладываются друг на друга.

 

По интерференционной картине, которая образуется при этом составляются уравнения: N₁=Х₁+Х₂, N₂=Х₁+Х_3, N₃=Х ₂+Х₃,где N_i -число видимых интерференционных полос,образованных парами плоских зеркал. Решая эти уравнения, получим Х_i- искомое число интерференционных полос.

2. Совместные измерения. Измерения плоскостности зеркал двумя и более методами или разными условиями измерения, где также составляются аналогичные уравнения: N₁=Х₁+Х₂, N₂=Х₁+Х₂.

По методам измерений

 

 

Метод непосредственной оценки состоит в измерении величин непосредственно по прибору прямого действия (например, измерение длины метром). Этот метод наиболее распространенный и грубый.

Метод сравнения с мерой является более точным.

1.Метод противопоставления - здесь измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, воздействуют одновременно (прибор сравнения).

2.Диференциальный метод (разностный) -метод, при котором измеряется разность величин , т.е. определяется отступление от меры. Пример: контроль величин по образцовой мере.

3.Нулевой (компенсационный) метод основан на компенсации разностного сигнала до нуля. Например, измерение углов клиньев с помощью автоматического измерителя углов клиньев.

4.Метод замещения основан на сравнении с мерой, где измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой.

 

1.2.3.По способу выражения результатов измерения:

-абсолютный метод измерения, когда измеряемая величина выражается в абсолютных единицах измерения,

-относительный метод измерения , применяется при измерении погрешностей

1.2.4.По характеру зависимостей измеряемой величины:

- статические измерения, когда Х(t)=соnst, при этом измерения подразделяются на однократные и многократные (статистические).

- динамические измерения,когда Х(t)-var

1.2.5. По способу воздействия на объект измерения:

- контактные и бесконтактные

1.2.6. По способу воздействия на технологический процесс:

- активный способ, когда измерения производятся в процессе изготовления деталей, узлов, приборов,

- пассивный -после изготовления или в промежутке между операциями,

- поэлементный контроль,

- комплексный контроль.

1.2.7.По точности измерения делятся на три класса:

- измерения высшей точности,

- контрольно-поверочные измерения (государственная и ведомственная поверки),

- технические измерения.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ

Пусть Х -истинное значение измеряемой величины, а_i - результаты измерения.Погрешностью измерения называется отклонение результата измерения а_i от истинного значения измеряемой величины Х.

Погрешности результатов измерения выражают в виде:

абсолютных - D_i = а_i - х

относительных - d_i = D_i / Х

По характеру их проявления они подразделяются: