Чем измеряют

Измере́ние — совокупность действий для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой всеми участниками за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Числовым значением измеряемой величины называется число, получившееся в результате измерения. Значением физической величины называется числовое значение совместно с обозначением используемой единицы.

Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

  • Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенный в основу измерений.
  • Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость. Примеры измерений:

  1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
  2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов.

Частным случаем измерения является сравнение без указания количественных характеристик.


Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Оглавление [Показать]

Классификация измерений

По видам измерений

Согласно РМГ 29-99 «Метрология. Основные термины и определения» выделяют следующие виды измерений:

  • Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.
  • Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
  • Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноимённых величин для определения зависимости между ними.
  • Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
  • Равноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
  • Неравноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
  • Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.
  • Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений
  • Статическое измерение — измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
  • Динамическое измерение — измерение изменяющейся по размеру физической величины.
  • Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
  • Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную (см. ниже нулевой метод).

Также стоит отметить, что в различных источниках дополнительно выделяют такие виды измерений: метрологические и технические, необходимые и избыточные и др.

По методам измерений

  • Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.
  • Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
    • Нулевой (компенсационный) метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
    • Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
    • Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчётом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
    • Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

По условиям, определяющим точность результата

  • Метрологические измерения
    • Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.
    • Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определённой вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определённой вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
  • Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

По отношению к изменению измеряемой величины

Динамическое и статическое.

По результатам измерений

  • Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
  • Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную.

Классификация рядов измерений

По точности

  • Равноточные измерения — однотипные результаты, получаемые при измерениях одним и тем же инструментом или им подобным по точности прибором, одним и тем же (или аналогичным) методом и в тех же условиях.
  • Неравноточные измерения — измерения, произведённые в случае, когда нарушаются эти условия.

По числу измерений

  • Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.
  • Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

Классификация измеряемых величин

По точности

  • Детерминированные и случайные.

По результатам измерений

  • Равнорассеянные и неравнорассеянные.

История

Стандартизация измерений

В начале 1840 г. во Франции была введена метрическая система мер.

В 1867 г. Д. И. Менделеев выступил с призывом содействовать подготовке метрической реформы в России. По его инициативе Петербургская академия наук предложила учредить международную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. В 1875 г. была принята Метрическая конвенция. Принятие Конвенции ознаменовало начало международной стандартизации.

Единицы и системы измерения

В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Использование термина единица измерения противоречит нормативным документам и рекомендациям метрологических изданий, однако он широко употребляется в научной литературе. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного значения к некоторому стандартному значению, которое и является единицей измерения. Число с указанием единицы измерения называется именованным. Различают основные и производные единицы. Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин. Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), в которой основными являются семь величин: длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин. Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных.

Международная система единиц

Семь базовых величин в СИ. Стрелки указывают зависимости между величинами.

Система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ. Официальным международным документом по системе СИ является Брошюра СИ (фр. Brochure SI, англ. SI Brochure), издающаяся с 1970 года. С 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков. В 2006 году вышло 8-е издание.

Метрическая система мер

Общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и килограмма. На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время международно признанной является система СИ. Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, фадены, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Система СГС

Система единиц измерения, которая широко использовалась до принятия Международной системы единиц (СИ). Другое название — абсолютная физическая система единиц. В рамках СГС существуют три независимые размерности (длина, масса и время), все остальные сводятся к ним путём умножения, деления и возведения в степень (возможно, дробную). Кроме трёх основных единиц измерения — сантиметра, грамма и секунды, в СГС существует ряд дополнительных единиц измерения, которые являются производными от основных. Некоторые физические константы получаются безразмерными. Есть несколько вариантов СГС, отличающихся выбором электрических и магнитных единиц измерения и величиной констант в различных законах электромагнетизма (СГСЭ, СГСМ, Гауссова система единиц). СГС отличается от СИ не только выбором конкретных единиц измерения. Из-за того, что в СИ были дополнительно введены основные единицы для электромагнитных физических величин, которых не было в СГС, некоторые единицы имеют другие размерности. Из-за этого некоторые физические законы в этих системах записываются по-разному (например, закон Кулона). Отличие заключается в коэффициентах, большинство из которых — размерные. Поэтому, если в формулы, записанные в СГС, просто подставить единицы измерения СИ, то будут получены неправильные результаты. Это же относится и к разным разновидностям СГС — в СГСЭ, СГСМ и Гауссовой системе единиц одни и те же формулы могут записываться по-разному.

Английская система мер

Используется в Великобритании, США и других странах. Отдельные из этих мер в ряде стран несколько различаются по своему размеру, поэтому ниже приводятся в основном округлённые метрические эквиваленты английских мер, удобные для практических расчётов.

Средство измерений

Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Классификация:

  • по техническому назначению
  • по степени автоматизации
  • по стандартизации средств измерений
  • по положению в поверочной схеме
  • по значимости измеряемой физической величины
  • по измерительным физико-химическим параметрам

Точность

  1. Точность средства измерений — степень совпадения показаний измерительного прибора с истинным значением измеряемой величины. Чем меньше разница, тем больше точность прибора. Точность эталона или меры характеризуется погрешностью или степенью воспроизводимости. Точность измерительного прибора, откалиброванного по эталону, всегда хуже или равна точности эталона.
  2. Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Следует отметить, что о повышении качества измерений всегда говорят термином «увеличить точность» — притом, что величина, характеризующая точность, при этом должна уменьшиться.

Погрешность измерения

Оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения. В ряде источников, например, в Большой советской энциклопедии, термины ошибка измерения и погрешность измерения используются как синонимы, но согласно РМГ 29-99 термин ошибка измерения не рекомендуется применять как менее удачный). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощи статистических методов. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины хд, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью (см. доверительный интервал, доверительная вероятность, стандартная ошибка).

См. также

  • Погрешность измерения
  • Физическая величина
  • Измерение давления
  • Калибровка
  • Точность
  • Воспроизводимость
  • Основное уравнение измерений
  • Динамометр
  • Методы измерения физических величин
  • Измерение в квантовой механике
  • Измерения в телекоммуникациях

Примечания

  1. Метрология и технические измерения. Колчков В. И. Ресурс «ТОЧНОСТЬ-КАЧЕСТВО»]
  2. ↑ Официальное название по ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.
  3. ↑ Постановление Правительства РФ от 31 октября 2009 г. N 879 Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 1 июня 2013. Архивировано 2 ноября 2013 года.
  4. ↑ «Не допускается применять термин единица измерения физической величины или единица измерения вместо стандартизированного термина единица физической величины или единица, поскольку понятие измерение определяют через понятие единица. Надо писать: ампер — единица силы тока, квадратный метр — единица площади и нельзя писать: ампер — единица измерения силы тока, квадратный метр — единица измерения площади» (Словарь-справочник автора / Сост. Л.А.Гильберг и Л.И.Фрид. — М.: Книга, 1979. — С. 98–99. — 304 с.).
  5. ↑ Аналогичная вариативность имеется и в иностранной терминологии. Так, в английском языке наряду с термином unit используется unit of measure(ment): Are, a metric unit of measurement, equal to 100 square metres (Concise Oxford English Dictionary, 11th edition, 2004).
  6. ↑ По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая в системе СИ сама является дольной: 1 г = 10−3 кг).
  7. ↑ Абсолютными называются системы, в которых в качестве основных единиц для механических величин приняты единицы длины, массы и времени.
  8. РМГ 29-99 Рекомендации по межгосударственной сертификации. Основные термины и определения.

Литература и документация

Литература

  • Кушнир Ф. В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. — М.: Связь, 1980
  • Нефедов В. И., Хахин В. И., Битюков В. К. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов. — 2006
  • Пронкин Н. С. Основы метрологии: Практикум по метрологии и измерениям. — М.: Логос, 2007
  • Воронцов Ю. И. Теория и методы макроскопических измерений. — М.: Наука, 1989. — 280 с. — ISBN 5-02-013852-5
  • Пытьев Ю. П. Математические методы интерпретации эксперимента. — М.: Высшая школа, 1989. — 351 с. — ISBN 5-06-001155-0

Нормативно-техническая документация

  • РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения
  • ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
  • МИ 2427-97 Оценка состояния измерений в испытательных и измерительных лабораториях

Ссылки

  • Классификация и основные характеристики измерений
  • Метрология
  • Метрология
  • Метрология измерений (недоступная ссылка)
  • Виды и методы измерений  (недоступная ссылка с 21-05-2013  — историякопия)
  • Метрология и КИПиА.

Сегодня познакомимся со средствами измерения. А именно, что такое средство измерения, какими бывают средства измерения, их классификация. Будет очень интересно и познавательно. НЕ переходим на другую страничку.

Средства измерений – технические устройства, предназначенные для измерений, имеющие нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

По ряду критериев различают следующие средства измерений.

1. По назначению: образцовые (метрологические) и рабочие.

— Образцовые (метрологические) средства измерений предназначены для воспроизведения единицы физической величины и (или) ее хранения или для передачи размера единицы другим (как образцовым, так и рабочим) средствам измерений, то есть для измерений, выполняемых в ходе поверок и калибровок. С их помощью обеспечивается единство измерений в стране. Образцовыми средствами измерений являются эталоны, образцовые приборы, поверочные установки, средства сравнения и др.

— Рабочие средства измерений предназначены для практических измерений, не связанных с передачей размера единицы величины другим средствам измерений. Они позволяют измерять реальные величины.

Пример: весы, рН-метры, манометры, вольтметры и т.д.

Фото автора Lina Kivaka: Pexels

Фото автора Lina Kivaka: Pexels

2. По уровню стандартизации: стандартизованные и не стандартизованные.

— Стандартизованные средства измерений изготавливают в рамках требований стандарта. Их технические характеристики соответствуют характеристикам средств измерений аналогичного типа, полученным на основании государственных испытаний, выполняемых при утверждении типа средства измерений. Средства измерений, внесенные в Федеральный информационный фонд по обеспечению средства измерений, чаще всего относятся к числу стандартизованных.


Пример: Вольтметры, весы, мерные колбы, стандарт-титры (фиксаналы).

Фото автора Polina Tankilevitch: Pexels

Фото автора Polina Tankilevitch: Pexels

— Нестандартизованные средства измерений предназначены для выполнения специальной измерительной задачи. Они часто являются уникальными, самостоятельно изготовленными. Для того чтобы проведенные с их помощью измерения являлись достоверными, их точность необходимо оценивать. Такие устройства также могут подвергаться государственными испытаниями и вноситься в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений.

3. По отношению к измеряемой величины: основные и вспомогательные.

Основные средства измерений производят измерения той величины, значение которой необходимо получить в рамках поставленной измерительной задачи.

Вспомогательные средства измерений измеряют ту величину, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учесть для получения результатов измерений требуемой точности.

Пример: при пикнометрическом определении плотности раствора пикнометр является основным, в термометр для измерения температуры воды в термостате – вспомогательным средством измерения.

4. По конструктивному исполнению средства измерений делят на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные комплексы.

Мера как средство измерения предназначена для воспроизведения и (или) хранения величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Пример: Гиря; образцовое сопротивление; стандартный образец состава вещества и т.д.

Мера выступает в качестве носителя единицы величины и служит основой для измерений. При сравнении с ней размера измеряемой величины получают значение этой величины в тех же единицах.

Мера подразделяют на однозначные, многозначные, наборы мер, магазины мер, установочные. Мера, воспроизводящая величину одного размера, — однозначная мера.

Пример: гиря определенной массы и т.д.

Мера, воспроизводящая величину разных размеров, — многозначная мера.

Пример: линейка.

Фото автора Pixabay: Pexels

Фото автора Pixabay: Pexels

Комплект мер разного размера одной и той же величины, необходимый для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях, есть набор мер.

Пример: наборы разновесов, калибров и т.д. Наборы мер обычно устанавливаются нормативно-техническими документами.

Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называются магазином мер.

Пример: магазины электрических сопротивлений, емкостей и т.д.

Мера, предназначенная для приведения показания средства измерения в соответствие с ее известным значением или для контроля неизменности чувствительности средства измерений и приведения его показаний (выходных сигналов) к показаниям, соответствующим чувствительности средства измерений при первичной градуировке, называется установочной мерой.

Пример: радионуклидный источник, применимый для контроля стабильности чувствительности радиометрических и дозиметрических приборов.

Близки по назначению к мерам стандартные образцы, предназначенные для воспроизведения, хранения и передачи характеристик состава или свойства веществ (материалов), хотя последнее время их выделяют в самостоятельную группу метрологических средств.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне. Такой прибор имеет устройство для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в доступной для восприятия форме. Почти всегда устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или другим приспособлением, диаграмму с пером или цифровой указатель, с помощью которых можно производить отсчет или регистрацию значений величины. В случае сопряжения прибора с компьютером отсчет может сниматься с дисплея или распечатки.

Важнейшим различием мер и измерительных приборов является число возможных результатов измерений. Если число результатов, которые можно получить данным средством измерений, один или несколько – это мера (однозначная или многозначная), если много – прибор.

Пример: Гиря – однозначная мера, линейка (число возможных результатов несколько десятков) – многозначная мера, а вольтметр (число возможных результатов измерений несколько тысяч) – измерительный прибор.

Имеется несколько классификаций измерительных приборов.

— по характеру индикации значений измеряемой величины измерительные приборы разделяют на показывающие и регистрирующие. Первые позволяют только считывать значения измеряемой величины, а вторые – также и регистрировать их. Регистрация показаний может проводиться в аналоговой или числовой форме. Существуют приборы, позволяющие регистрировать одновременно несколько значений одной или несколько величин.

Пример: микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр, часы.

Фото автора Stas Knop: Pexels

Фото автора Stas Knop: Pexels

— По действию (если такое производится) измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. С помощью интегрирующих измерительных приборов значение измеряемой величины определяется путем ее интегрирования по другой величине (электрический счетчик электроэнергии и т.д). Суммирующие измерительные приборы дают показания, которые функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых по различным измерительным каналам.

Измерительные преобразователи – средства измерений, служащие для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Это – конструктивно обособленные элементы, самостоятельного значения для проведения измерений они, как правило, не имеют. Обычно они являются составными частями более сложных измерительных комплексов и систем автоматического контроля. Управления и регулирования.

Измерительные системы – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, компьютеров и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства. В зависимости от назначения их разделяют на измерительные информационные системы (ИИС), измерительные контролирующие системы (ИКС), измерительные управляющие системы (ИУС) и др.

Измерительные комплексы – функционально объединенная совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе ИИС конкретной измерительной задачи.

5. По уровню автоматизации средства измерений делят на неавтоматические средства измерений, автоматизированные средства измерений, автоматические средства измерений.

Неавтоматические средство измерений не имеет устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов.

Пример: рулетка, индикаторная бумага, пирометр, теодолит.

Автоматизированное средство измерений производит в автоматическом режиме одну или несколько измерительных операций.

Пример: компьютеризированные атомно-абсорбционный спектрофотометр с автоматическим пробоотборником.

Автоматическое средство измерений производит в автоматическом режиме измерений и все операции, связанные с получением и обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала.

Пример: автоматический хроматограф, установленный на химическом реакторе и периодически передающей результаты измерений на пульт управления производством.

В метрологии различают понятия размерность физической величины и единица физической величины. Размерность физической величины определяется используемой системой физических величин, которая представляет собой совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями, и в которой несколько величин выбраны в качестве основных. Единица физической величины — это такая физическая величина, которой по соглашению присвоено числовое значение, равное единице. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин. В расположенных ниже таблицах приведены физические величины и их единицы, принятые в Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин.

Пространство L, L², L³ l, S, V Протяжённость объекта в одном пространственном измерении.

Площадь в двух пространственных измерениях

Объём в трех пространственных измерениях

метр (м),

метр квадратный ,

метр кубический

Пространство является трёхмерной физической величиной.
Масса M m Величина определяющая количество материи и пропорциональные ему инерционные и гравитационные свойства килограмм (кг) Экстенсивная величина
Время T t Продолжительность события. секунда (с)
Сила тока I I Протекающий в единицу времени заряд. ампер (А)
Температура Θ T Величина, пропорциональная средней кинетической энергии молекул тела. кельвин (К) Интенсивная величина
Количество вещества N n Количество однотипных структурных единиц, из которых состоит вещество. моль (моль) Экстенсивная величина
Сила света J Iv Количество световой энергии, излучаемой в заданном направлении в единицу времени. кандела (кд) Световая, экстенсивная величина
Площадь S Размер пространства ограниченного замкнутой линией и опирающейся на эту линию поверхностью м2
Объём V Размер пространства заключённого в трёхмерном объекте м3 экстенсивная величина
Скорость v Изменение положения тела в единицу времени м/с вектор
Ускорение a Изменение скорости в единицу времени м/с² вектор
Импульс p Количество движения тела кг·м/с экстенсивная, сохраняющаяся величина
Сила F Мера взаимодействия материи кг·м/с2 (ньютон, Н) вектор
Механическая работа A Скалярное произведение силы и перемещения. кг·м2/с2 (джоуль, Дж) скаляр
Энергия E Способность тела или системы совершать работу. кг·м2/с2 (джоуль, Дж) экстенсивная, сохраняющаяся величина, скаляр
Мощность N Быстрота совершения работы. кг·м2/с3 (ватт, Вт)
Давление p Сила, действующая на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности кг/(м·с2) (паскаль, Па) интенсивная величина
Плотность ρ Масса на единицу объёма. кг/м3 интенсивная величина
Поверхностная плотность ρA Масса на единицу площади. кг/м2
Линейная плотность ρl Масса на единицу длины. кг/м
Количество теплоты Q Энергия, передаваемая от одного тела к другому немеханическим путём кг·м2/с2 (джоуль, Дж) скаляр
Электрический заряд q Способность тел быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии А·с (кулон, Кл) экстенсивная, сохраняющаяся величина
Напряжение U Изменение потенциальной энергии, приходящееся на единицу заряда. м2·кг/(с3·А) (вольт, В) скаляр
Электрическое сопротивление R Сопротивление объекта прохождению электрического тока м2·кг/(с3·А2) (ом, Ом) скаляр
Магнитный поток Φ Величина, учитывающая интенсивность магнитного поля и занимаемую им область. кг·м2/(с2·А) (вебер, Вб)
Частота ν Число повторений события за единицу времени. с−1 (герц, Гц)
Угол α Величина изменения направления. радиан (рад)
Угловая скорость ω Скорость изменения угла. с−1 (радиан в секунду)
Угловое ускорение ε Изменение угловой скорости в единицу времени с−2 (радиан на секунду в квадрате)
Момент инерции I Мера инертности объекта при вращении. кг·м2 тензорная величина
Момент импульса L Мера вращения объекта. кг·м2/c сохраняющаяся величина
Момент силы M Произведение силы на длину перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия силы. кг·м2/с2 вектор
Телесный угол Ω Часть пространства, которая является объединением всех лучей, выходящих из данной точки и пересекающих некоторую поверхность стерадиан (ср)

Примечания

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

  • Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
  • Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость. Примеры измерений:

  1. В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают её размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчёт, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).
  2. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора, и проводят отсчёт.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов.

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Классификация измерений

По видам измерений

Согласно РМГ 29-99 «Метрология. Основыне термины и определения» выделяют следующие виды измерений:

  • Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.
  • Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
  • Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для определения зависимости между ними.
  • Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
  • Равноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
  • Неравноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
  • Однократное измерение — измерение, выполненное один раз.
  • Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений
  • Статическое измерение — измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
  • Динамическое измерение — измерение изменяющейся по размеру физической величины.
  • Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
  • Относительное измерение — измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Также стоит отметить, что в различных источниках дополнительно выделяют таки виды измерений: метрологически и технические, необходимые и избыточные и др.

По методам измерений

  • Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.
  • Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
    • Нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
    • Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.
    • Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению.
    • Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.

По условиям, определяющим точность результата

  • Метрологические измерения
    • Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения.
    • Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
  • Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.

По отношению к изменению измеряемой величины

Статические и динамические.

По результатам измерений

  • Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
  • Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную.

Классификация рядов измерений

По точности

  • Равноточные измерения — однотипные результаты, получаемые при измерениях одним и тем же инструментом или им подобным по точности прибором, одним и тем же (или аналогичным) методом и в тех же условиях.
  • Неравноточные измерения — измерения, произведённые в случае, когда нарушаются эти условия.

По числу измерений

  • Однократное измерение — измерение выполненное один раз
  • Многократное измерение — Измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений

Классификация измеряемых величин

По точности

  • Детерминированные и случайные

По результатам измерений

  • Равнорассеянные и неравнорассеянные

История

Единицы и системы измерения

  • Международная система единиц (СИ)
  • Метрическая система мер
  • Система СГС
  • Английская система мер

См. также

  • Погрешность измерения
  • Средство измерений
  • Физическая величина
  • Измерение давления
  • Калибровка
  • Точность
  • Воспроизводимость
  • Основное уравнение измерений
  • Динамометр
  • Измерения в телекоммуникациях

Примечания

  1. Метрология и технические измерения. Колчков В. И. Ресурс «ТОЧНОСТЬ-КАЧЕСТВО»]

Литература и документация

Литература

  • Кушнир Ф. В. Радиотехнические измерения: Учебник для техникумов связи. — М.: Связь, 1980
  • Нефедов В. И., Хахин В. И., Битюков В. К. Метрология и радиоизмерения: Учебник для вузов. — 2006
  • Пронкин Н. С. Основы метрологии: Практикум по метрологии и измерениям. — М.: Логос, 2007

Нормативно-техническая документация

  • РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения
  • ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения
  • МИ 2222-92 ГСИ. Виды измерений. Классификация

Ссылки

  • Метрология
  • Метрология
  • Метрология измерений
  • Виды и методы измерений
  • Метрология и КИПиА

Добавить комментарий

*