Скачать презентацию Классификация измерений Классификация измерений Классификация измерений Скачать презентацию Классификация измерений Классификация измерений Классификация измерений

FoPi_L2.ppt

  • Количество слайдов: 40

Классификация измерений Классификация измерений

Классификация измерений Классификация измерений

Классификация измерений Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу Классификация измерений Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Для систематизации подхода к процессу измерению, прежде всего, необходимо классифицировать сами измерения.

Классификация измерений • по измеряемой физической величине; • по отношению к измеряемой величине; • Классификация измерений • по измеряемой физической величине; • по отношению к измеряемой величине; • по количеству измерительных операций; • по представлению результата измерения; • по характеру и величине погрешности; • по общим приемам получения результатов измерений.

• по измеряемой физической величине классификация проводится по областям и отраслям (знаний); по • по измеряемой физической величине классификация проводится по областям и отраслям (знаний); по видам измерений (часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин); и по подвидам (диапазону, размеру и т. п. ); и разновидностям (физических величин)

• по отношению к измеряемой величине измерения подразделяют на статические (измерение физической величины, • по отношению к измеряемой величине измерения подразделяют на статические (измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Примеры (измерение длины детали при нормальной температуре и измерение размеров земельного участка) скорее запутывают, чем проясняют ситуацию) и динамические (измерение изменяющейся по размеру или со временем физических величин, когда появляются дополнительные погрешности, связанные со слишком быстрым изменением измеряемой физической величины)

• по количеству элементарных измерительных актов измерения подразделяют на однократные и многократные • по количеству элементарных измерительных актов измерения подразделяют на однократные и многократные

• по представлению результата измерения 1. Измерения бывают непрерывные (аналоговые) или дискретные (цифровые). • по представлению результата измерения 1. Измерения бывают непрерывные (аналоговые) или дискретные (цифровые). 2. Измерения бывают относительные (измеряется безразмерное отношение величины к мере) и абсолютные (величина выражается в ее собственной единице измерений).

• по характеру и величине погрешности Измерения классифицируют на метрологические (Dx 0); лабораторные • по характеру и величине погрешности Измерения классифицируют на метрологические (Dx 0); лабораторные (Dx — min); технические (Dx — fix)

• по общим приемам получения результатов измерений Важнейшим для обработки экспериментальных данных является • по общим приемам получения результатов измерений Важнейшим для обработки экспериментальных данных является разделение измерений на прямые, косвенные, совместные и совокупные. При этом основным признаком является вид уравнения измерения, связывающего измеряемую и непосредственно наблюдаемые величины.

• прямые и косвенные измерения При прямом измерении измеряемая величина Y пропорциональна непосредственно • прямые и косвенные измерения При прямом измерении измеряемая величина Y пропорциональна непосредственно наблюдаемой X: Y = c. X, где с - заданный коэффициент. Примерами прямых измерений могут служить измерение тока амперметром, напряжения - вольтметром, сопротивления омметром, скорости - спидометром и т. п. Косвенное измерение - это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенном измерении величина Y является известной функцией от непосредственно наблюдаемых аргументов X 1, . . . , Xm: Y = F(Х 1, Х 2, . . . Хm). Например, нахождение значения электрического сопротивления по показаниям амперметра и вольтметра; скорости по измеренным пути и времени и т. д.

• совокупные измерения Совокупные измерения - это производимые одновременно измерения одноименных величин, при • совокупные измерения Совокупные измерения - это производимые одновременно измерения одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. При совокупных измерениях значения набора одноименных величин Х 1, Х 2, . . . , Хk как правило, определяют путем измерений сумм или разностей этих величин в различных сочетаниях: где коэффициенты cij принимают значения ± 1 или 0.

• совокупные измерения Для пояснения понятия • совокупные измерения Для пояснения понятия "совокупные измерения" предположим, что у нас имеется вольтметр электростатической системы с диапазоном измерений 12 - 15 В и совокупность гальванических элементов, у каждого из которых ЭДС может находиться в пределах Е = 4. 0. . 4. 5 В. Очевидно, что с помощью прямых измерений указанным вольтметром определить ЭДС каждого элемента невозможно. Но, измерив суммарные ЭДС различных сочетаний этих элементов, можно получить систему уравнений, решение которой дает значение ЭДС каждого элемента. Пусть, например, из эксперимента получено:

• совокупные измерения Эта система уравнений в матричной форме и ее решение имеют • совокупные измерения Эта система уравнений в матричной форме и ее решение имеют вид АХ = В; Х = А-1 В, где А - исходная матрица системы уравнений; X - вектор-столбец неизвестных; А-1 - матрица, обратная матрице А; B - вектор-столбец свободных членов. Искомые неизвестные ЭДС: E 1 = 4. 0 В; Е 2 = 4. 1 В; Е 3 = 4. З В; Е 4 = 4. 5 В.

• совместные измерения Совместные измерения - это проводимые одновременно измерения двух или нескольких • совместные измерения Совместные измерения - это проводимые одновременно измерения двух или нескольких разнородных величин для нахождения зависимости между ними.

• совместные измерения Примером совместных измерений является определение температурных коэффициентов и начального сопротивления • совместные измерения Примером совместных измерений является определение температурных коэффициентов и начального сопротивления для терморезисторного преобразователя. Пусть зависимость сопротивления платиновой проволоки от температуры выражается формулой RT = R 0 (1 + a. T + b. T 2), где RT - сопротивление терморезисторного преобразователя при повышении начальной температуры на T; R 0 - сопротивление преобразователя при начальной температуре; T - превышение температуры преобразователя над начальной температурой; a - температурный коэффициент; b - температурный коэффициент.

• совместные измерения Пусть проведено измерение сопротивления преобразователя при трех различных температурах: T • совместные измерения Пусть проведено измерение сопротивления преобразователя при трех различных температурах: T 1, T 2 и T 3. Система уравнений для неизвестных R 0, a и b имеет вид R 1 = R 0(1 + a. T 1 + b. T 12) R 2 = R 0(1 + a. T 2 + b. T 22) R 3 = R 0(1 + a. T 3 + b. T 32) Пусть, например, в результате прямых измерений получено, что сопротивления терморезистора при температурах 20, 30, 40 °С равны соответственно 107, 92; 111, 86; 115, 79 Ом. Переходя к переменным можно получить систему уравнений, линейную относительно переменных X 1, Х 2: X 1 + X 2 T 1 + X 3 T 12 = R 1 X 1 + X 2 T 2 + X 3 T 22 = R 2 X 1 + X 2 T 3 + X 3 T 32 = R 3 1 T 12 A = 1 T 1 T 12

• совместные измерения Если температуры T 1, T 2 и T 3 различны, • совместные измерения Если температуры T 1, T 2 и T 3 различны, то определитель А не равен нулю, система совместна и неизвестные переменные Х 1, Х 2 и Х 3 можно найти по правилу Крамера: X 1 = A 1/A; X 2 = A 2/A; X 3 = A 3/A где A 1, A 2, A 3 - определители, получающиеся из определителя системы путем замены столбца при соответствующей переменной вектором-столбцом свободных членов. Используя исходные данные, получаем: R 0 = 100, 01 Ом, a =3. 97· 10 -3 К-1, b = 5· 10 -7 К-2.

ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ Принцип (от латинского principium - начало, основа) исходное положение какого-либо учения, теории, ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ Принцип (от латинского principium - начало, основа) исходное положение какого-либо учения, теории, науки и тому подобное. Под принципом измерения понимают физический (естественнонаучный) закон, явление или эффект, положенные в основу функционирования того или иного средства измерений.

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ Метод (от греческого metodoz - путь исследования или познания, теория, учение) совокупность МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ Метод (от греческого metodoz - путь исследования или познания, теория, учение) совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения действительности. Под методом измерения понимают прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения. Методы измерений можно классифицировать по различным признакам. Для обще метрологического анализа важными являются традиционные классификации, основанные на следующих признаках:

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ классифицируются по · физическому принципу, положенному в основу измерения; · режиму взаимодействия МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ классифицируются по · физическому принципу, положенному в основу измерения; · режиму взаимодействия средства измерения с объектом; · виду применяемых средств измерений; · по совокупности приемов использования принципов и средств измерений. По первому признаку все методы измерений делятся на электрические, магнитные, акустические, оптические и т. д. По режиму взаимодействия их можно разделить на статические и динамические, контактные и бесконтактные методы. По виду применяемых средств измерений - на аналоговые и цифровые.

По последнему признаку выделяют основные методы измерений: · метод отклонения; следующие · методы сравнения: По последнему признаку выделяют основные методы измерений: · метод отклонения; следующие · методы сравнения: · нулевой метод; · дифференциальный метод; · метод замещения; · метод совпадения. Конкретному методу измерений соответствуют определенные измерительные действия, структура построения измерительной системы, а также алгоритм определения результата измерения.

Метод отклонений - это метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному Метод отклонений - это метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, заранее градуированного в единицах измеряемой физической величины. Этому методу соответствует измерительное уравнение вида: y = x[X], где x - измеряемая величина; y - числовое значение величины; [X] - единица физической величины. Примерами измерительных систем, реализующих простой метод отклонений, являются измерительная линейка, пружинный динамометр, стрелочный прибор для измерения силы электрического тока или напряжения и др. В этом случае измерительный прибор выступает в качестве хранителя единицы физической величины.

Метод отклонений (метод непосредственной оценки) Метод отклонений (метод непосредственной оценки)

Метод отклонений y = f(x) x Блок-схема метода отклонений Метод отклонений y = f(x) x Блок-схема метода отклонений

Метод сравнения К методу сравнения, в частности, относятся: метод противопоставления, в котором на прибор Метод сравнения К методу сравнения, в частности, относятся: метод противопоставления, в котором на прибор сравнения (компаратор) одновременно действуют две величины — измеряемая и воспроизводимая мерой (например, измерение массы сравнением её с гирями на равноплечных весах); дифференциальный метод, в котором на компаратор действует разность величин; нулевой метод, в котором результирующий эффект доводят до нуля (например, при измерении сопротивления мостом постоянного тока с полным его уравновешиванием).

Метод сравнения К методу сравнения, в частности, относятся: метод противопоставления, в котором на прибор Метод сравнения К методу сравнения, в частности, относятся: метод противопоставления, в котором на прибор сравнения (компаратор) одновременно действуют две величины — измеряемая и воспроизводимая мерой (например, измерение массы сравнением её с гирями на равноплечных весах); дифференциальный метод, в котором на компаратор действует разность величин; нулевой метод, в котором результирующий эффект доводят до нуля (например, при измерении сопротивления мостом постоянного тока с полным его уравновешиванием).

Метод сравнения Метод замещения, в котором измеряемую величину замещают величиной, воспроизводимой мерой (например, при Метод сравнения Метод замещения, в котором измеряемую величину замещают величиной, воспроизводимой мерой (например, при взвешивании с поочерёдным помещением тела и гирь на одну и ту же чашку весов); метод совпадений, в котором разность между величинами измеряют, используя совпадения отметок на шкалах или сигналов (реализуется, например, при помощи нониуса или стробоскопа). Метод сравнения осуществим для величин, которые можно воспроизвести с помощью мер.

Метод сравнения Метод сравнения

Метод сравнения • “нуль”-метод или метод полной компенсации (уравновешивания) • дифференциальный метод или разностный Метод сравнения • “нуль”-метод или метод полной компенсации (уравновешивания) • дифференциальный метод или разностный метод (метод неполной компенсации)

Метод сравнения Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и Метод сравнения Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Метод сравнения • Нулевой метод измерений (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения Метод сравнения • Нулевой метод измерений (компенсационный метод измерений), один из вариантов метода сравнения с мерой, в котором на нулевой прибор воздействует сигнал, пропорциональный разности измеряемой и известной величин, причем эту разность доводят до нуля. • Дифференциальный метод измерений, разностный метод, один из вариантов метода сравнения с мерой. Дифференциальный метод измерения превращается в нулевой метод измерения, если разность между измеряемой величиной и мерой доводят до нуля.

Метод сравнения • Замещения метод измерений, один из методов сравнения с мерой, состоит в Метод сравнения • Замещения метод измерений, один из методов сравнения с мерой, состоит в замещении измеряемой величины мерой, подбираемой или регулируемой таким образом, чтобы показания измерительного прибора оставались неизмененными; при этом значение измеряемой величины равно номинальному значению меры.

Метод сравнения • метод совпадения Но ниус (шкала Нониуса, верньер) — вспомогательная шкала, устанавливаемая Метод сравнения • метод совпадения Но ниус (шкала Нониуса, верньер) — вспомогательная шкала, устанавливаемая на различных измерительных приборах и служащая для более точного определения количества долей делений. Принцип работы шкалы основан на том факте, что глаз гораздо точнее замечает совпадение делений, чем определяет относительное расположение одного деления между другими.

Метод сравнения • метод совпадения Нониус назвывается в честь португальского математика П. Нуниша, который Метод сравнения • метод совпадения Нониус назвывается в честь португальского математика П. Нуниша, который изобрёл прибор другой конструкции, но использующий тот же принцип. Современная конструкция шкалы была предложена французским математиком П. Вернье в 1631 г. , в честь которого её называют «верньер» . Шкала нониус обычно имеет те же 10 делений, что и основная шкала, а по длине равна только 9 её делениям.

Метод сравнения y = f(x) x ОС Блок-схема метода сравнения Метод сравнения y = f(x) x ОС Блок-схема метода сравнения

y = f(x) x Блок-схема метода отклонения y = f(x) x ОС Блок-схема метода y = f(x) x Блок-схема метода отклонения y = f(x) x ОС Блок-схема метода сравнения

Схема компенсатора напряжений Схема компенсатора напряжений

Методика выполнения измерений – установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает Методика выполнения измерений – установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом. Ø Обычно методика измерений регламентируется каким-либо нормативно-техническим документом.