Основы теории измерений

Факторы, влияющие на точность измерений.

Все в окружающем нас мире взаимосвязано и взаимообусловлено. Поэтому результат измерения, то есть то, что, мы получаем при проведении измерительной процедуры, определяется не только значением измеряемой величины, но и совместным влиянием целого ряда факторов, учет которых представляет иногда довольно сложную задачу.

Объект измерений. Перед проведением измерения необходимо хорошо изучить объект измерения и представить себе модель исследуемого объекта, которая в дальнейшем, по мере получения измерительной информации, может уточняться. Чем точнее модель соответствует реальному объекту, тем корректнее измерительный эксперимент.

Примеры:

1. При измерении диаметра вала необходимо быть уверенным, что он круглый (иначе неясно какое значение принимать за диаметр). При контроле отклонений формы, наоборот измеряют отклонение от округлости.

2. При измерении периода обращения Земли вокруг Солнца можно пренебречь неравномерностью периода, а можно, наоборот сделать его объектом исследования (измерения).

3. При измерении меняющихся во времени величин часто определяют их средние значения, пренебрегая их измерением. В то же время, существует целое направление – Флуктуационные методы измерений и контроля. Оно основано на изучении флуктуаций (изменений) величины. С помощью этих методов получают необходимую информацию о качестве объекта измерений и осуществляют прогнозирование его технического состояния.

Основные понятия в области метрологии.

Основные термины в области техники регламентируются соответствующим государственными стандартами (ГОСТ), которые требуют применения только рекомендованных терминов и не разрешают использовать не рекомендованные термины. В настоящее время стандарты на термины и определения переведены в разряд рекомендованных документов. Это дает право применять как гостированные, так и произвольные термины.

Указанное обстоятельство является в основном прогрессивным фактором, поскольку не все гостированные термины удобны в конкретных обстоятельствах. Некоторые из них устаревают и не соответствуют международной терминологии, некоторые не приживаются на практике. В то же время, существующее положение с терминами и определениями в области техники привод к неоднозначности, когда одни и те же вещи называются разными именами, а один и тот же термин разными людьми понимается по разному; каждый вкладывает в этот термин разное содержание.

Роль метрологии в современном эксперименте и в управлении качеством продукции.

В настоящее время измерения являются основой для нормальной работы любого предприятия или научно-исследовательского учреждения. В нашей стране находится в эксплуатации сотни миллионов мер и измерительных приборов; ежедневно проводятся миллиарды измерений, которые составляют сущность профессии более трех миллионов человек.

Учебник по метрологии

Обеспечение единства измерений

Общие положения

Под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности величин не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Вопросы обеспечения единства измерений являются обязательными к исполнению, поэтому они регламентированы законодательством. 27 апреля 1993 года был принят закон РФ «Об обеспечении единства измерений» (№4871-1)

Согласно этому закону, управление деятельностью по обеспечению единства измерений осуществляет государство. Для этого создан Государственный Комитет РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России). К компетенции Госстандарта относятся:

1. представление правительству предложений по применяемым единицам величин;

2. межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений;

3. установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

4. определение общих метрологических требований к средствам измерений (СИ), методам и результатам измерений;

5. осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

6. контроль и регулирование международной деятельности в области метрологии;

7. руководство деятельностью Государственной метрологической службы (ГМС) и метрологических служб (МС) организаций по обеспечению единства измерений.

Неметрические шкалы

Анализируя познавательную функцию измерения можно считать, что его сущность заключается в переходе от мира физических и социальных реальностей к системе определенных знаков, отображающих эти реальности. В данном случае под измерением понимается не только измерение в собственном смысле этого слова, но и ряд других, близких к нему познавательных процедур, которые можно назвать «обобщенными измерениями»

В зависимости от конкретной измерительной задачи в процессе познания возникает необходимость в получении различной количественной информации. Для этого используют различные шкалы.

Номинальная шкала является простейшей и наиболее слабой шкалой. В номинальной шкале числа служат условными названиями объектов или их классов. Номинальная шкала, применяется для индивидуальных объектов, называется также шкалой наименований. При этом не важно, что одному объекту присвоено большее число, а другому – меньшее, эти числа можно менять местами, потому что они – только «названия» объектов. Процедура присвоения имени объекту – необходимый этап формирования данных. Эта процедура не является познавательной, поскольку нельзя узнать имя нового объекта его нужно присвоить. Такая процедура называется назывательной.

Виды измерений

Получение количественной информации об измеряемой величине может быть выполнено различным образом.

По способу сравнения неизвестного размера с известным, измерения можно подразделить на субъективные и инструментальные.

Органолептические измерения основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха, и вкуса).

Примеры: 1 – В парфюмерной промышленности оценка качества продукции осуществляется с помощью обоняния. 2 – Визуальный контроль изделий; 3 – По слуху определяют качество настройки музыкальных инструментов; 4 – На вкус определяют качество пищевых продуктов (дегустация).

Органолептические измерения могут быть выполнены по любой шкале: порядка, интервалов и отношений. Однако следует отметить, что природа в различной степени наделила людей способностью к органолептическим измерениям по шкале отношений. Результаты таких измерений во многом зависят от квалификации оператора. Так, например, врач на ощупь определяет температуру больного с точностью до десятых долей градуса. Неспециалист этого сделать не сможет. Частоту звуковых колебаний на слух могут определить лишь немногие – те, кто обладает абсолютным слухом. Большинство же людей воспринимает разность звуковых частот в тонах и полутонах, то есть, способны к измерению частоты звука только по шкале интервалов.

Методы измерений

В основу любого инструментального измерения положено какое-либо физическое явление или эффект позволяющее преобразовывать информацию об измеряемой величине к соответствующему для средства измерения виду – принцип измерения.

Принцип измерения – это физическое явление или эффект, положенный в основу измерений тем или иным средством.

Пример: использование силы тяжести для измерения массы взвешиванием; использование термоэлектрического эффекта при измерении температуры термопарой и т.д.

Метод измерения – это совокупность приемов использования физических явлений, на которых основаны измерения, принципов сравнения неизвестного размера величины с известным размером, и средств измерений.

Метод измерения это более широкое понятие, чем принцип измерения. Существуют различные методы измерений, которые можно условно разделить на методы непосредственной оценки и методы сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки – это метод измерений, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия.

Метод наиболее прост, но точность его сравнительно невелика. При реализации этого метода информация о размере единицы величины уже заложена в конструкцию прибора (при градуировке шкалы).