Физические величины и их измерения

 

Измерения основаны на сравнении одинаковых свойств материаль­ных объектов. Для свойств, при количественном сравнении которых при­меняются физические методы, в метрологии установлено единое обоб­щенное понятие — физическая величина. Физическая величина— свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Международная система единиц СИ (SI) содержит семь основных и две дополнительные единицы. Основные единицы: длина – метр (м); масса – килограмм (кг); время – секунда (с); сила электрического тока – ампер (А); термодинамическая температура – кельвин (К); сила света – кандела (кд); количество вещества – моль (моль). Дополнительные единицы приняты для измерения плоского угла – радиан (рад) и телесного угла – стерадиан (ср). Произвольные единицы Международной системы образуются на основании определений физических величин или законов, устанавливающих связь между физическими величинами, например угловая скорость (рад/с), ускорение (м/с²).

Измерением называется нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств. Например, измерение диаметра вала штангенциркулем или микрометром, температуры жидкости – термометром, давления газа – манометром или вакуумметром.

Важнейшими требованиями, предъявляемыми к техническим измерениям, являются единство и точность измерений. Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в уза­коненных единицах и погрешности измерений известны с заданной веро­ятностью. Единство измерений обеспечивает взаимозаменяемость изделий, например деталей, изготовляемых по одному чертежу на разных предпри­ятиях. Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше разность между измеренным и истинным значениями, тем выше точность.

 Значение физической величины x _из, полученное при измерении, определяют по формуле х_из = аи, где а— числовое значение (размер) физической величины; и — единица физической- величины.

Так как значения физических величин находят опытным путем, они содержат погрешность измерений. В связи с этим различают истинное и действительное значения физических величин.

 Истинное значение — зна­чение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Оно является пределом, к которому приближается значение физической величины с повышением точности измерений.

Действительное значение — значение физической величины, найден­ное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинно­му значению, что для определенной цели может быть использовано вме­сто него. Это значение изменяется, в зависимости от требуемой точнос­ти измерений. При технических измерениях значение физической вели­чины, найденное с допустимой погрешностью, принимается за действи­тельное значение.

Погрешность измерения есть отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

 Абсолютной погрешностью называют погрешность измерения, выраженную в единицах измеряемой величины: Dх = х_из - х, где х— истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению физической величины: d = D x /х. Отно­сительная погрешность может быть выражена также в процентах.

Поскольку истинное значение измерения остается неизвестным, на практике можно найти лишь приближенную оценку погрешности изме­рения. При этом вместо истинного значения принимают действительное значение физической величины, полученное при измерениях той же ве­личины с более высокой точностью. Например, погрешность измерения линейных размеров штангенциркулем составляет ±0,1мм, а микромет­ром — ± 0,004 мм.

Точность измерений может быть выражена количественно как обратная величина модуля относительной, погрешности. Например, если по­грешность измерения ±0,01, то точность измерения равна 100.

 

                      ЛЕКЦИЯ №4

Виды измерений

 

Измерения различают по способу получения информации, по харак­теру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по коли­честву измерительной информации, по отношению к основным единицам.  

По способу получения информации измерения разделяют на пря­мые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения— это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета ли­нейкой происходит сравнение искомой величины (количественного вы­ражения значения длины) с мерой, т.е. линейкой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значе­ние величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимосвязи всех трех названных величин можно рассчитать мощность электрической цепи,

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

Совместные измерения — это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в области электротехники.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения — это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое приме­нение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешно­стями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных из­мерений — в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.