Номинальные значения влияющих величин при нормальных условиях

Влияющая величина	Значение
1. Температура для всех видов измерений, С (К)	20 (293)
2. Давление окружающего воздуха для измерения ионизирующих излучений, теплофизических, температурных, магнитных, электрических измерений, измерения давления и параметров движения, кПа (мм.рт.ст.)	100 (750)
3. Давление окружающего воздуха для линейных, угловых измерений, измерения массы, силы света и измерений в др. областях, кроме п.2, кПа (мм.рт.ст.)	101,3 (760)
4. Относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, измерений в спектроскопии, %	58
5.Относительная влажность воздуха для электрического сопротивления, %	55
6. Относительная влажность воздуха для измерений температуры, силы, твердости, переменного электрического тока, ионизирующих излучений, параметров движения, %	65
7. Относительная влажность воздуха для всех видов измерений, кроме п. 4-6, %	60
8. Плотность воздуха, кг/м3	1,2
9. Ускорение свободного падения, м/с2	9,8
10. Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического поля (В/м) для измерений параметров движения, магнитных и электрических величин	0
11.Магнитная индукция и напряженность электростатического поля для всех видов измерений, кроме п.10	Соответствует характеристикам Земли в данном географическом районе
12. Частота питающей сети переменного тока, Гц	50+ 1%
13. Среднеквадратическое значение напряжения питающей сети переменного тока, В	220+ 10%

 

Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины - это область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний СИ. Предельные условия измерений- это условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые СИ может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.

Конечной целью любого измерения является его  результат- значение ФВ, полученное путем ее измерения. Результат измерения представляется именованным или неименованным числом.

Совместно с результатом измерений при необходимости приводят данные об условиях измерений.

При использовании термина «результат измерений» следует четко указать, к чему он относится: показанию СИ, исправленному или не исправленному результату, и приводилось ли усреднение результатов нескольких измерений. Следует отметить, что  исправленным результатом измерений называют полученное с помощью СИ значение величины и уточненное путем введения в него необходимых поправок на действие предполагаемых систематических погрешностей.

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей. (определения всех перечисленных характеристик приводились ранее).

 

Основные этапы измерений

Измерение- последовательность сложных и разнородных действий, состоящая из ряда этапов. Первым этапом любого измерения является  постановка измерительной задачи. Он включает в себя:

- сбор данных об условиях измерения и исследуемой ФВ, т.е. накопление априорной информации об объекте и ее анализ;

-  формирование модели объекта и определение измеряемой величины, что является наиболее важным, особенно при решении сложных измерительных задач. Измеряемая величина определяется с помощью принятой модели как ее параметр или характеристика. В простых случаях, т.е. при измерениях невысокой точности, модель объекта в явном виде не выделяется, а пороговое несоответствие пренебрежимо мало;

-  постановку измерительной задачи на основе принятой модели объекта измерения;

-  выбор конкретных величин, посредством которых будет находиться значение измеряемой величины;

-  формулирование уравнения измерения.

Вторым этапом процесса измерения является  планирование измерения.  В общем случае оно выполняется в следующей последовательности:

- выбор методов измерений непосредственно измеряемых величин и возможных типов СИ;

- априорная оценка погрешности измерения;

- определение требований к метрологическим характеристикам СИ и условиям измерений;

- выбор СИ в соответствии с указанными требованиями;

- выбор параметров измерительной процедуры (числа наблюдений для каждой измеряемой величины, моментов времени и точек выполнения наблюдений);

- подготовка СИ к выполнению экспериментальных операций;

- обеспечение требуемых условий измерений или создание возможности их контроля.

Эти первые два этапа, являющиеся подготовкой к измерениям, имеют принципиальную важность, поскольку определяют конкретное содержание следующих этапов измерения. Подготовка производится на основе априорной информации. Качество подготовки зависит от того, в какой мере она была использована. Эффективная подготовка является необходимым, но недостаточным условием достижения цели измерения. Ошибки, допущенные при подготовке измерений, с трудом обнаруживаются и корректируются на последующих этапах.

Третий, главный этап измерения- измерительный эксперимент. В узком смысле он является отдельным измерением. В общем случае последовательность действий во время этого этапа следующая:

- взаимодействие средств объекта измерений;

- преобразование сигнала измерительной информации;

- воспроизведение сигнала заданного размера;

- сравнение сигналов и регистрация результата.

Последний этап измерения- обработка экспериментальных данных. В общем случае она осуществляется в последовательности, которая отражает логику решения измерительной задачи:

- предварительный анализ информации, полученной на предыдущих этапах измерения;

-  вычисление и внесение возможных поправок на систематические погрешности;

-  формулирование и анализ математической задачи обработки данных;

- построение или уточнение возможных алгоритмов обработки данных, т.е. алгоритмов вычисления результата измерений и показателей его погрешности;

- анализ возможных алгоритмов обработки и выбор одного из них на основании известных свойств алгоритмов, априорных данных и предварительного анализа экспериментальных данных;

- проведение вычислений согласно принятому алгоритму, в итоге которых получают значение измеряемой величины и погрешностей измерений;

- анализ и интерпретация полученных результатов;

- запись результата измерений и показателей погрешности в соответствии с установленной формой представления.

Некоторые пункты данной последовательности могут отсутствовать при реализации конкретной процедуры обработки результатов измерений.

Задача обработки данных подчинена цели измерения и после выбора СИ однозначно вытекает из измерительной задачи и, следовательно является вторичной.

Перечисленные выше этапы существенно различаются по выполняемым операциям и их трудоемкости. В конкретных случаях соотношение и значимость каждого из этапов заметно варьирует. Для многих технических измерений вся процедура измерения сводится к экспериментальному этапу, поскольку анализ и планирование, включая априорное оценивание погрешности, выбор нужных методов и средств измерений осуществляется предварительно, а обработка данных измерений, как правило минимизируется.

Выделение этапов измерения имеет непосредственное практическое значение- способствует своевременному осознанному выполнению всех действий и оптимальной реализации измерений. Это в свою очередь позволяет избежать серьезных методических ошибок, связанных с переносом проблем одного этапа на другой.

 

 

Постулаты теории измерений

Как и любая другая наука, метрология строится на основе ряда основополагающих постулатов, описывающих ее исходные аксиомы. Построению и исследованию этих аксиом- постулатов посвящено большое число научных исследований. Однако считать, что исследования в этой области закончены, не представляется возможным. Приведенные и рассмотренные далее постулаты метрологии будут в дальнейшем безусловно уточняться и дополняться.

Следует отметить, что любая попытка сформулировать исходные положения теории измерений встречает принципиальные затруднения. Это связано с тем, что, с одной стороны, постулаты должны представлять собой объективные утверждения, а с другой- предметом метрологии являются измерения, т.е. вид деятельности людей, предпринимаемой ими для достижения субъективных целей.

Следовательно, необходимо сформулировать объективные утверждения, которые бы служили фундаментом научной дисциплины, имеющей существенный субъективный элемент.

Первым постулатом метрологии является постулат а: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная измеряемая физическая величина и ее истинное значение. Если, например, считать, что деталь представляет собой цилиндр (модель- цилиндр), то она имеет диаметр, который может быть измерен. Если же деталь нельзя считать цилиндрической, например ее сечение представляет собой эллипс, то измерять ее диаметр бессмысленно, поскольку измеренное значение не несет полезной информации о детали. И, следовательно, в рамках новой модели диаметр не существует. Измеряемая величина существует лишь в рамках принятой модели, т.е. имеет смысл только до тех пор, пока модель признается адекватной объекту. Так как при различных целях исследований данному объекту могут быть сопоставлены различные модели, то из постулата а вытекает следствие а1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).

Итак, из первого постулата метрологии следует, что измеряемому свойству объекта измерений должен соответствовать некоторый параметр его модели. Данная модель в течение времени, необходимого для измерения, должна позволять считать этот ее параметр неизменным. В противном случае измерения не могут быть проведены. Указанный факт описывается постулатом бетта:

 истинное значение измеряемой величины постоянно.

Выделив постоянный параметр модели, можно перейти к измерению соответствующей величины. Для переменной ФВ необходимо выделить или выбрать некоторый постоянный параметр и измерить его. В общем случае такой постоянный параметр вводится с помощью некоторого функционала. Примером таких постоянных параметров переменных во времени сигналов, вводимых посредством функционалов, являются средневыпрямленные или среднеквадратические значения. Данный аспект отражается в следствии бетта 1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр- измеряемую величину.

При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства. Модель никогда не может полностью описывать все свойства объекта измерений. Она отражает с определенной степенью приближения некоторые из них, имеющие существенное значение для решения данной измерительной задачи. Модель строится до измерения на основе априорной информации об объекте и с учетом цели измерения. Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели, а его значение которое можно было бы получить в результате абсолютно точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной измеряемой величины. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Принципиальный характер понятия «пороговое несоответствие» устанавливается постулатом гамма: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.

Изменения и уточнения цели измерения, в том числе и такие, которые требуют повышения точности измерений, приводят к необходимости изменять или уточнять модель объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Основной причиной переопределения является то, что пороговое несоответствие ранее принятого определения не позволяет повысить точность измерения до уровня требуемой. Вновь введенный измеряемый параметр модели также может быть измерен лишь с погрешностью, которая в лучшем случае равна погрешности, обусловленной пороговым несоответствием. Поскольку принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения, то нельзя устранить пороговое несоответствие между измеряемой ФВ и описывающим ее параметром модели объекта измерений. Отсюда вытекает важное следствие гамма 1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом чем больше информации, тем более адекватной будет модель и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую ФВ. Следовательно, увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие. Данная ситуация отражается в следствии гамма 2:  достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.

Из этого следствия вытекает, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально невозможно. В то же время максимально возможная априорная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой равна требуемой. В этом случае необходимости в измерениях нет.

В заключении подчеркну, что приведенные постулаты и их следствия являются лишь одной из попыток построить теоретический фундамент метрологии и их не следует считать истинной в конечной инстанции.