Глава 1. Физическая величина и ее измерение

Содержание

 

Введение

Глава 1. Физическая величина и ее измерение

Физическая величина

1.2 Измерение физических величин

1.2.1 Классификация и основные характеристики измерений

Глава 2. Статические и динамические измерения физических величин

Динамические измерения

Статические измерения

Глава 3. Обработка результатов измерений

Обработка результатов прямых измерений

Обработка косвенных измерений

Обработка совместных измерений

Глава 4. Представление результатов измерений

Формы представления результатов измерений

Нормирование формы представления результатов измерений и оценки неопределенности результатов измерений

Требования к оформлению результата измерений

. Практическая часть

Заключение

Список использованных источников

 

Введение

 

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности [1].

Наука, экономика, промышленность и коммуникации не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся миллионы измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения качества и технического уровня выпускаемой продукции, безопасности и безаварийной работы транспорта, обоснования медицинских диагнозов, анализа информационных потоков. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атомной энергетики, космических полетов и развития медицинской техники.

Требования к точности, надежности, эффективности функционирования технических систем различного назначения постоянно повышаются. Обеспечить указанные показатели не возможно без измерения большого количества параметров и характеристик разнообразных устройств, систем и процессов. Поскольку по результатам измерений принимаются весьма ответственные решения, то должна быть уверенность в точности и достоверности результатов измерения. В медицине особенно важна точность измерений, так как живой организм является сложной системой, которую очень трудно изучить, и от точности зависит жизнь человека и его здоровье.

Чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами измерений, необходимо освоить некоторые общие принципы их решения, нужен единый научный и законодательный фундамент, обеспечивающий на практике высокое качество измерений, независимо от того, где и с какой целью они производятся. Таким фундаментом является метрология.

 

 

Глава 1. Физическая величина и ее измерение

Физическая величина

 

Объектом метрологии являются физические величины. Существуют различные физические объекты, обладающие разнообразными физическими свойствами, количество которых неограниченно. Человек в своем стремлении познать физические объекты - объекты познания - выделяет некоторое ограниченное количество свойств, общих для ряда объектов в качественном отношении, но индивидуальных для каждого из них в количественном отношении. Такие свойства получили название физических величин [2].

Физическая величина - одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физические величины используются для характеристики различных объектов, явлений и процессов. Разделяют основные и производные от основных величины. Семь основных и две дополнительных величины установлены в Международной системе единиц. Это длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света и сила электрического тока, дополнительные единицы - это радиан и стерадиан.

Метрология изучает и имеет дело только с измерениями физических величин, т.е. величин, для которых может существовать физически реализуемая и воспроизводимая единица величины. Однако нередко к измерениям неправомерно относят различного рода оценивания таких свойств, которые формально хотя и попадают под приведенное определение физической величины, но не позволяют реализовать соответствующую единицу. Так, широко распространенную в психологии оценку умственного развития человека называют измерением интеллекта; оценку качества продукции - измерением качества. И хотя в этих процедурах частично используются метрологические идеи и методы, они не могут квалифицироваться как измерения в том смысле, как это принято в метрологии. Таким образом, в дополнении к приведенному определению, подчеркнем, что возможность физической реализации единицы является определяющим признаком понятия «физическая величина».

Качественная определенность физической величины называется родом физической величины. Соответственно, физические величины одного рода называются однородными, разного рода - неоднородными. Так, длина и диаметр детали - однородные величины, длина и масса детали - неоднородные.

Количественно физическая величина характеризуется размером, который выражается ее значением.

Размер физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Чтобы оценить значение размера физической величины, необходимо его выразить понятным и удобным образом. Поэтому размер данной физической величины сравнивают с некоторым размером однородной с ней физической величины, принятым за единицу, т.е. вводят единицу измерения данной физической величины.

Единица измерения физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин. Введение единицы измерения данной физической величины позволяет определить ее значение.

Значение физической величины - выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины включает числовое значение физической величины и единицу измерения. Нахождение значения физической величины является целью измерения и его конечным результатом.

Нахождение истинного значения измеряемой величины является центральной проблемой метрологии. Стандарт определяет истинное значение как значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойства объекта. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно. Поэтому в практике оперируют понятием действительного значения.

Действительное значение - значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

 

Динамические измерения

Динамическое измерение - измерение величины, размер которой изменяется с течением времени. Быстрое изменение размера измеряемой величины требует ее измерения с точнейшим определением момента времени.

Например, измерение расстояния до уровня поверхности Земли с воздушного шара или измерение постоянного напряжения электрического тока. По существу динамическое измерение является измерением функциональной зависимости измеряемой величины от времени [6].

Признаком, по которому измерение относят к статическому или динамическому, является динамическая погрешность при данной скорости или частоте изменения измеряемой величины и заданных динамических свойствах СИ. Предположим, что она пренебрежимо мала (для решаемой измерительной задачи), в этом случае измерение можно считать статическим. При невыполнении указанных требований оно является динамическим.

Динамическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения. Динамическая погрешность появляется при измерении переменных величин и обусловлена инерционными свойствами средств измерений. Динамической погрешностью средства измерений является разность между погрешностью средства измерений в динамических условиях и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени. При разработке или проектировании средства измерений следует учитывать, что увеличение погрешности измерений и запаздывание появления выходного сигнала связаны с изменением условий.

Статические и динамические погрешности относятся к погрешностям результата измерений. В большей части приборов статическая и динамическая погрешности оказываются связаны между собой, поскольку соотношение между этими видами погрешностей зависит от характеристик прибора и характерного времени изменения величины.

 

Статические измерения

Статическое измерение - измерение величины, которая принимается в соответствии с поставленной измерительной задачей за неизменяющуюся на протяжении периода измерения.

Например: 1) измерения размеров тела;

) измерения постоянного давления;

) измерения пульсирующих давлений, вибраций;

) измерение линейного размера изготовленного изделия при нормальной температуре можно считать статическим, поскольку колебания температуры в цехе на уровне десятых долей градуса вносят погрешность измерений не более 10 мкм/м, несущественную по сравнению с погрешностью изготовления детали. Поэтому в этой измерительной задаче можно считать измеряемую величину неизменной. При калибровке штриховой меры длины на государственном первичном эталоне термостатирование обеспечивает стабильность поддержания температуры на уровне 0,005 °С. Такие колебания температуры обусловливают в тысячу раз меньшую погрешность измерений - не более 0,01 мкм/м. Но в данной измерительной задаче она является существенной, и учет изменений температуры в процессе измерений становится условием обеспечения требуемой точности измерений, поэтому эти измерения следует проводить по методике динамических измерений.

Статическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения, то есть при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей.

 

Практическая часть

 

В данной работе я рассмотрел медицинский прибор Механический тонометр ld 60

Механический тонометр ld 60 от компании Little Doctor предназначен для измерения давления в домашних условиях. Тонометр принадлежит к комбинированному типу приборов, поскольку нагнетатель, воздушный клапан и манометр в нем соединены в один механизм. Это значительно облегчает процедуру измерения давления. Так как чаще всего эта процедура выполняется самостоятельно, металлический стетоскоп в тонометр встроен прямо в удобную манжету.

Для повышения надежности прибора в нем отсутствуют части из латекса, которые имеются практически во всех дешевых тонометрах и которые являются самой слабой их частью. Обычно латекс изнашивается за несколько месяцев, после чего тонометр уже не подлежит ремонту. Сам аппарат изготовлен из металла и специального высококачественного пластика, что надежно защищает корпус от механических повреждений

Особое внимание в приборе было уделено манжете. Она имеет увеличенный плечевой размер и регулируется от 33 до 46 см. На манжете есть металлическое кольцо, которое не дает ей порваться. Для комфортной регулировки на поверхности манжеты нанесена разметка. Размер циферблата на манометре составляет 45,5 мм, его показания смогут прочесть даже пожилые люди с ослабленным зрением.

Диапазон измерения давления в приборе составляет от 20 до 300 мм. рт. ст., при этом погрешность составляет всего +/- 3 мм. рт. ст. Тонометру присвоен класс точности А/А «Самый точный».

В комплектацию прибора входит:

· Механический тонометр LD-60

·         Универсальная широкая манжета

·         Обратный и воздушный клапаны

·         Нагнетатель

·         Стетоскоп, в котором головка встроена прямо в манжету

·         Сумка для хранения и транспортировки и хранения прибора

·         Упаковка

·         Инструкция по эксплуатации на русском языке

·         Срок службы тонометра составляет 7 лет, гарантия на прибор - 1 год.

Показания к применению.

Прибор предназначен для измерения артериального давления человека по методу Короткова. Прибор рекомендуется для использования в условиях клиник и стационаров, а также в домашних условиях как дополнение к медицинскому наблюдению.

Измерение давления осуществляется с помощью выслушивания тонов Короткова стетоскопом и снятия показаний на манометре.

Рекомендации по правильному измерению.

1. Не используйте прибор без предварительной консультации с Вашим врачом, если Вы проходите лечение гемодиализом или антикоагулянтами, антитромбоцитами или стероидами. Использование прибора в этих случаях может вызвать внутреннее кровотечение.

2. Для правильного измерения необходимо знать, что артериальное давление подвержено резким колебаниям даже в короткие промежутки времени.

3. Уровень артериального давления зависит от многих факторов. Обычно оно ниже летом и выше зимой. Артериальное давление изменяется вместе с атмосферным давлением, зависит от физических нагрузок, эмоциональной возбудимости, стрессов и режима питания. Большое влияние оказывают принимаемые лекарственные средства, алкогольные напитки и курение. У многих даже сама процедура измерения давления в поликлинике вызывает повышение показателей. Поэтому артериальное давление, измеренное в домашних условиях, часто отличается от давления, измеренного в поликлинике. Поскольку артериальное давление при низких температурах повышается, проводите измерение при комнатной температуре (примерно 20 °С). Если прибор хранился при низкой температуре, перед использованием выдержите его по крайней мере 1 час при комнатной температуре, иначе результат измерения может оказаться ошибочным. В течение суток разница в показаниях у здоровых людей может составлять 30-50 мм рт. ст. систолического (верхнего) давления и до 10 мм рт. ст. диастолического (нижнего) давления. Зависимость артериального давления от разных факторов индивидуальна у каждого человека.

4. Измерение артериального давления должно проводиться в спокойной комфортной обстановке при комнатной температуре. За час до измерения исключить прием пищи, за 1,5-2 часа курение, прием тонизирующих напитков, алкоголя.

5. Точность измерения артериального давления зависит также и от соответствия размера манжеты прибора размерам Вашей руки. Манжета не должна быть мала или, наоборот, велика.

Повторные измерения проводятся с интервалом 5 минут, чтобы восстановить циркуляцию крови. Однако лицам, страдающим выраженным атеросклерозом, вследствие значительной потери эластичности сосудов требуется большее время между интервалами измерений (10-15 минут).

6. Это касается и пациентов, длительное время страдающих сахарным диабетом. Для более точного определения артериального давления рекомендуется производить серии из 3-х последовательных измерений и рассчитывать среднее значение результатов измерений.

Порядок измерения.

1. Вставьте бинауральную трубку стетоскопа в уши. Закройте воздушный клапан на нагнетателе, повернув его по часовой стрелке. Сжимая нагнетатель, накачивайте манжету, прослушивая пульс стетоскопом. После того как Вы перестанете слышать пульс, накачайте манжету еще на 30 мм рт. ст. больше.

2. Медленно приоткрывая воздушный клапан, поворачивая его против часовой стрелки, стравливайте давление в манжете. Следите за тем, чтобы давление в манжете падало со скоростью 2 - 4 мм рт. ст. в секунду. Это необходимо для получения точного результата.

3. Как только Вы услышите слабые удары пульса, запомните показание манометра. Это Ваше систолическое (верхнее) артериальное давление.

4. Давление в манжете продолжает падать с той же скоростью (2-4 мм рт. ст. в секунду). Вы продолжаете слышать пульс. Звуки, которые Вы слышите, будут изменяться. В отличие от первых ударов, они станут более мягкими, похожими на шуршание. В тот момент, когда Вы практически перестанете улавливать пульс, запомните показание манометра. Это Ваше диастолическое (нижнее) артериальное давление.

Гарантийные обязательства.

1. На настоящий прибор установлен гарантийный срок в течение 24 месяцев с даты продажи. Гарантийный срок на манжету составляет 12 месяцев с даты продажи.

2. Гарантийные обязательства оформляются гарантийным талоном при продаже прибора покупателю.

3. Адреса организаций осуществляющих гарантийное обслуживание, указаны в гарантийном талоне.

Поверка.

Первичная поверка прибора произведена поверочной лабораторией Little Doctor Electronic (Nantong) Co. Ltd., КНР на основании протокола о признании результатов первичной поверки Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Поверительное клеймо наносится на корпус прибора. Периодическая поверка проводится метрологической службой, аккредитованной в установленном порядке в соответствии Рекомендациями по метрологии Р 50.2.032-2004 «ГСИ. Измерители артериального давления неинва- зивные. Методика поверки». Межповерочный интервал - 2 года.

Заключение

 

В данной работе я рассмотрел физические величины и ее измерения, статические и динамические измерения физических величин, изучил обработку результатов измерений.

При разработке или проектировании средства измерений следует учитывать, что увеличение погрешности измерений и запаздывание появления выходного сигнала связаны с изменением условий.

В большей части приборов статическая и динамическая погрешности оказываются связаны между собой, поскольку соотношение между этими видами погрешностей зависит от характеристик прибора и характерного времени изменения величины.

 

 

Содержание

 

Введение

Глава 1. Физическая величина и ее измерение

Физическая величина

1.2 Измерение физических величин

1.2.1 Классификация и основные характеристики измерений

Глава 2. Статические и динамические измерения физических величин

Динамические измерения

Статические измерения

Глава 3. Обработка результатов измерений

Обработка результатов прямых измерений

Обработка косвенных измерений

Обработка совместных измерений

Глава 4. Представление результатов измерений

Формы представления результатов измерений

Нормирование формы представления результатов измерений и оценки неопределенности результатов измерений

Требования к оформлению результата измерений

. Практическая часть

Заключение

Список использованных источников

 

Введение

 

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности [1].

Наука, экономика, промышленность и коммуникации не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся миллионы измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения качества и технического уровня выпускаемой продукции, безопасности и безаварийной работы транспорта, обоснования медицинских диагнозов, анализа информационных потоков. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атомной энергетики, космических полетов и развития медицинской техники.

Требования к точности, надежности, эффективности функционирования технических систем различного назначения постоянно повышаются. Обеспечить указанные показатели не возможно без измерения большого количества параметров и характеристик разнообразных устройств, систем и процессов. Поскольку по результатам измерений принимаются весьма ответственные решения, то должна быть уверенность в точности и достоверности результатов измерения. В медицине особенно важна точность измерений, так как живой организм является сложной системой, которую очень трудно изучить, и от точности зависит жизнь человека и его здоровье.

Чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами измерений, необходимо освоить некоторые общие принципы их решения, нужен единый научный и законодательный фундамент, обеспечивающий на практике высокое качество измерений, независимо от того, где и с какой целью они производятся. Таким фундаментом является метрология.

 

 

Глава 1. Физическая величина и ее измерение

Физическая величина

 

Объектом метрологии являются физические величины. Существуют различные физические объекты, обладающие разнообразными физическими свойствами, количество которых неограниченно. Человек в своем стремлении познать физические объекты - объекты познания - выделяет некоторое ограниченное количество свойств, общих для ряда объектов в качественном отношении, но индивидуальных для каждого из них в количественном отношении. Такие свойства получили название физических величин [2].

Физическая величина - одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физические величины используются для характеристики различных объектов, явлений и процессов. Разделяют основные и производные от основных величины. Семь основных и две дополнительных величины установлены в Международной системе единиц. Это длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света и сила электрического тока, дополнительные единицы - это радиан и стерадиан.

Метрология изучает и имеет дело только с измерениями физических величин, т.е. величин, для которых может существовать физически реализуемая и воспроизводимая единица величины. Однако нередко к измерениям неправомерно относят различного рода оценивания таких свойств, которые формально хотя и попадают под приведенное определение физической величины, но не позволяют реализовать соответствующую единицу. Так, широко распространенную в психологии оценку умственного развития человека называют измерением интеллекта; оценку качества продукции - измерением качества. И хотя в этих процедурах частично используются метрологические идеи и методы, они не могут квалифицироваться как измерения в том смысле, как это принято в метрологии. Таким образом, в дополнении к приведенному определению, подчеркнем, что возможность физической реализации единицы является определяющим признаком понятия «физическая величина».

Качественная определенность физической величины называется родом физической величины. Соответственно, физические величины одного рода называются однородными, разного рода - неоднородными. Так, длина и диаметр детали - однородные величины, длина и масса детали - неоднородные.

Количественно физическая величина характеризуется размером, который выражается ее значением.

Размер физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Чтобы оценить значение размера физической величины, необходимо его выразить понятным и удобным образом. Поэтому размер данной физической величины сравнивают с некоторым размером однородной с ней физической величины, принятым за единицу, т.е. вводят единицу измерения данной физической величины.

Единица измерения физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин. Введение единицы измерения данной физической величины позволяет определить ее значение.

Значение физической величины - выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины включает числовое значение физической величины и единицу измерения. Нахождение значения физической величины является целью измерения и его конечным результатом.

Нахождение истинного значения измеряемой величины является центральной проблемой метрологии. Стандарт определяет истинное значение как значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойства объекта. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно. Поэтому в практике оперируют понятием действительного значения.

Действительное значение - значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.