Разновидности и средства измерений

Разновидности измерений

 

Измерение одна из наиболее распространенных операций, проводимых людьми в своей повседневной жизни с начала общественной деятельности человека.

Любое измерение по шкале отношений состоит в сравнении неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном выражении.

Измерение – это определение значения физической величины опытным путем с помощью специально предназначенных для этого технических средств. Однако существуют измерения, основанные на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса), которые называются органолептическими (сенсорными). Они широко применяются в товароведной экспертизе, в целом в пищевой промышленности, и в частности в системе общественного питания.

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на четыре основных вида:

- прямые;

- косвенные;

- совокупные;

- совместные.

На практике наиболее часто применяются прямые и косвенные измерения.

Прямыми называют измерения, заключающиеся в экспериментальном сравнении измеряемой величины с мерой этой величины или в отсчете показаний средства измерений, непосредственно дающего значение измеряемой величины, т.е. прямыми называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. К прямым относятся измерения: температуры – термометром, длины – с помощью линейных мер, объема жидкости – мерником, массы – весами и т.д. Прямые измерения являются основой более сложных видов измерений.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергнутыми прямыми измерениям. Примером косвенных измерений является измерение пористости хлебобулочных изделий по результатам отбора выемки известного объема и определения массы этой выемки.

Под совокупным понимают одновременное измерение нескольких одноименных физических величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, которые получают при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких величин для определения зависимости между ними. К совместным измерениям относятся: определение активностей кислотности хлеба при температуре 20⁰С и температурных коэффициентов для автоматической температурной компенсации при различных температурах.

Большинство измерений в настоящее время выполняют на производстве и используют при осуществлении контроля за качеством выпускаемой продукции и параметрами технологического процесса.

Под контролем понимают измерение, в процессе которого определяют, находится ли значение измеряемой величины в заранее установленных для нее пределах. Контроль в зависимости от его непосредственного влияния на технологический процесс подразделяют на активный и пассивный.

Активный – оказывает воздействие на технологический процесс непосредственно в ходе изготовления контролируемых изделий. От его точности зависит качество выпускаемой продукции.

Пассивный контроль позволяет только констатировать факт, находятся или нет в заданных пределах физические параметры контролируемого объекта. Пассивный контроль осуществляется при разбраковке изделий на годные или негодные. Когда разбраковывают изделия, то часто не только отделяют годную продукцию от брака, но и брак сортируют на исправимый и неисправимый.

Измерения по областям измерений подразделяются также на виды. Такая классификация измерений имеет важное значение при проведении работ по унификации средств и методов измерений, а также анализа состояния измерений в отраслях народного хозяйства.

В пищевой промышленности существуют различные виды измерений: массы, вязкости (структурно-механические), температурные, массовой доли влаги, соли, жира, сахара, состава вещества и многие другие.

 

Методы измерений

Совокупность приемов использования принципов и средств измерений называют методом измерений.

Важнейшими являются следующие методы измерений:

- непосредственной оценки;

- сравнение с мерой;

- противопоставление;

- замещения;

- нулевой;

- дифференциальный;

- перестановки;

- дополнения;

- совпадений.

Метод непосредственной оценки – это метод измерения, при котором значения величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Примером такого измерения являются измерения: времени – секундомером; температуры – термометром; плотности – ареометром.

Метод сравнения с мерой – это метод измерения, при котором измеряемая величина сравнивается с величиной воспроизводимой мерой. Примером может служить измерение массы на рычажных (технических) весах с уравновешиванием гирями.

Метод противопоставления – это метод сравнения, при котором измеряемая величина и величина воспроизводимая с мерой, одновременно действует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (определение на фотоэлектроколориметре).

Метод замещения – это метод сравнения, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например, поочередное взвешивание измеряемой массы и гирь на одной и той же чашке весов.

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в которой результирующий эффект воздействия величины на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерение электрического сопротивления электромостом с полным его уравновешиванием.

Дифференциальный (разностный) метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой и известной величинами. Например, измерения путем сравнения с образцовой мерой, или сигналом, получаемым в измерительном устройстве.

Метод совпадения – это метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мер величин измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Средства измерений

Человек является высокосовершенным «средством измерении». Однако вполне объективными могут считаться только измерения, выполняемые без участия человека.

Измерения, выполняемые с помощью специальных технических средств называются инструментальными. Среди них могут быть автоматизированные и автоматические. При автоматизированных измерениях роль человека полностью не исключена. Он может, например, проводить съем данных с отсчетного устройства измерительного прибора (шкалы со стрелкой или цифрового табло), вести их регистрацию в журнале, обрабатывать в уме или с помощью вычислительных средств.

Автоматические измерения выполняются без участия человека. Результат их представляется в форме документа и является совершенно объективным. Однако стоимость такого результата обычно велика, и целесообразность автоматизации измерений всегда должна быть экономически обоснованной, поэтому такие измерения проводят только в тех областях, где требуется высокая точность. В пищевой промышленности такие измерения практически не используют.

 Так как измеряются свойства, общие в качественном отношении многим объектам и явлениям, эти свойства без участия органов чувств человека, должны быть обнаружены. Технические устройства, предназначенные для обнаружения физических свойств, называют индикаторами. Лакмусовая бумага, например, - индикатор активности ионов водорода в растворах; стрелка магнитного компаса – индикатор напряженности магнитного поля.

С помощью индикаторов устанавливается только наличие измеряемой величины. В этом случае, индикаторы играют ту же роль, что и органы чувств человека.

Так как индикаторы должны реагировать на проявление свойств окружающего мира, важнейшей его технической характеристикой является порог реагирования (порог чувствительности). Чем меньше порог реагирования, тем более слабое проявление свойства регистрируется индикатором.

Однако обнаружить физическую величину и измерить ее – далеко не одно и тоже. Для измерения необходимо сравнить неизвестный размер с известными и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения. Так измеряют длину линейкой, массу с помощью гирь и весов и т.д. Если же физической величиной известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера. Так силу электрического тока измеряют амперметром, скорость - спидометром, термодинамическую температуру – термометром и т.д.

От индикаторов все эти измерительные приборы отличаются тем, что обеспечивают сравнение откликов на воздействие двух разных размеров физической величины (известного и неизвестного). Для облегчения сравнения отклик на известные воздействия еще на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале отсчетного устройства, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой шкалы. При измерениях она позволяет по положению указателя получать результат сравнения непосредственно по шкале отношений.

Все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики или класс точности, называются средствами измерений. К ним относятся: вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется номинальным значением. Примером могут служить гири, резисторы и другие средства, которые являются мерами массы, электрического сопротивления и т.д.

Различают однозначные им многозначные меры, а также наборы мер.

Под однозначной понимают меру, воспроизводящую физическую величину одного размера, например, гиря, измерительная колба.

Под многозначной понимают меру, воспроизводящую ряд одноименных величин различного размера, например, линейка с сантиметровыми делениями.

Набор мер – это специально подобранный комплект мер, применяемых не только в отдельности, но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. К набору мер можно отнести: наборы гирь и резисторов.

Измерительный преобразователь – это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, термопара в термоэлектрическом термометре.

Все измерительные преобразователи делятся на первичные и промежуточные.

Под первичными измерительными преобразователем понимают такой преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в измерительной цепи. К таким преобразователем можно отнести термопару, электрод рН-метра.

Под промежуточным – понимают преобразователь, который располагается в измерительной цепи за первичным.

Измерительные преобразователи могут быть передающими и масштабными.

Измерительный прибор – это средство измерений, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (т.е. в форме значения измеряемой физической величины). Это рН-метры, электрические счетчики, измерители деформации и т.п. Измерительные приборы могут быть аналоговыми или цифровыми.

Аналоговым измерительным прибором называют измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины. Как правило, это стрелочные приборы с отсчетными устройствами, состоящими из двух элементов – шкалы и указателя, связанного с подвижной частью прибора.

Цифровыми называют измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме. Имеют преимущества над стрелочными приборами: процесс измерения автоматизирован, время измерения мало, результат измерения выдается в цифровой форме.

Измерительные приборы по типу отсчетного устройства делятся на показывающие, регистрирующие и самопишущие.

Показывающий прибор допускает только считывания показаний.

Измерительный прибор, который предназначен для регистрации показаний называется, регистрирующим.

Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена только запись показаний называется, самопишущим измерительным прибором.

Под измерительной установкой понимают совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, расположенных в одном месте, например, стенды для контроля работоспособности тех или иных технических устройств.

Измерительная система – это совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Измерительная система предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи или использования в автоматических системах управления.

Вспомогательное средство измерений – это средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерения при его использовании или поверке.