Средства измерений 

Классификация СИ

Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, называют средствами измерений.

В зависимости от назначения и конструктивного исполнения СИ подразделяются на несколько классов.

1. Меры. Если мера воспроизводит величину только одного размера, то ее называют однозначной (гиря, концевая мера длинны, кварцевый генератор – мера частоты и т.д.). Многозначная мера воспроизводит физическую величину разных размеров (миллиметровая линейка, конденсатор переменной емкости).

Для удобства использования однозначные меры часто объединяют в магазины и наборы. Набор мер – это, по сути дела, комплект мер разного размера одной и той же величины, применяемых на практике, как в отдельности, так и различных сочетаниях (набор гирь – разновесов, набор концевых мер длинны).

Магазин мер – это набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеется приспособление для соединения мер в различных комбинациях (магазины сопротивлений, емкостей, индуктивностей).

К мерам можно отнести стандартные образцы и образцовые вещества. Это образцы материалов определенного и строго регламентированного состава, одно из свойств которых является величиной с известным значением.

Применяются для воспроизведения единиц измерения или постоянных точек шкалы (образцы твердости шкалы Мооса, образцы шероховатости, чистые металлы).

Однократное измерение.

Во многих областях производственной деятельности, в обиходе, в торговле подавляющее большинство измерений являются однократными. В обычных условиях их точность вполне приемлема, а простота и обусловленные ей высокая производительность и низкая стоимость ставят их вне конкуренции.

Особенности метрологического анализа однократного измерения заключаются в следующем:

1. из множества возможных значений отсчета получается только одно (и используется);

2. представление о законе распределения вероятности отсчета и его СКО формируется исключительно на основе априорной информации.

Многократное измерение.

Многократное измерение проводится в основном в профессиональной метрологической деятельности а также при проведении точных измерений научных экспериментов. Они очень трудоемки и требуют затрат времени и средств, поэтому необходимость многократного измерения должна быть технико-экономически обоснована.

Рассмотрим последовательность действий при проведении многократного измерения.

1. Анализ априорной информации. Назначение анализа такое же, как при однократном измерении. При этом роль анализа в данном случае уменьшается за счет большого количества апостериорной информации, получаемой в процессе измерений (распределение вероятности результата измерений определяется экспериментально).

2. Получение n независимых значений отсчета. Эта основная измерительная процедура, которая может быть организованная по-разному:

· Если измерением измеряемой величины во времени можно пренебречь, то значения отсчета получают путем многократного повторения процедуры сравнения;

· Если известно, что измеряемая величина может существенно измениться, то ее измеряют одновременно несколькими средствами измерений, каждое из которых дает одно из значений отсчета.

Обработка результатов нескольких серий измерений.

Часто возникают ситуации, когда многократное измерение одной и той же величины производится в несколько этапов, разными людьми, в разных местах, в разное время и на разных приборах. Результат такого измерения необходимо определять путем обработки нескольких серий результатов, которые могут отличаться по статистическим характеристикам.

Серии называют однородными, если результаты в них подчиняются одному и тому же закону распределения вероятности. В противном случае серии считаются неоднородными.

Обработка результатов нескольких серий зависит от того, однородны они или нет. Поэтому при задании способа обработки результатов обязательно производят проверку однородности серий.

Обычно сравнивают средние арифметические и оценки дисперсий в каждой серии. Проверка производится в 2 этапа:

1) проверка значимости различия между средними арифметическими;

2) проверка равно рассеянности результатов измерений в сериях.

Математические действия над результатами измерений.

Функциональные преобразования результатов измерений.

При использовании измерительной информации нередко производят различные математические действия над результатами измерений. При этом обязательно нужно учитывать, что результат измерения является случайным значением измеряемой величины. Обращение с результатами измерения, как с неслучайными значениями приводит к ошибкам.

Любые функциональные преобразования результатов измерений связаны с изменением из законов распределения вероятности. Так, если Q=f(A), где А – результат измерения, а f – монотонная функция, то плотность распределения вероятности Q выражается через плотность распределения вероятности результата А измерения, как:

Измеряемые величины.

Предметом познания в современном представлении являются объекты и явления окружающего нас мира, которые характеризуются совокупностью различных свойств. Например, если считать объектом пространство, то его свойством будет протяженность. Протяженность может характеризоваться различными способами. Общепринятой характеристикой пространственной протяженности является длинна. Протяженность – это сложное свойство, и она может характеризоваться не только длинной. Пространство многомерно, и в качестве его характеристик можно использовать, например протяженность по нескольким направлениям или другие характеристики: угол, площадь, объем.

Любые события и не могут произойти мгновенно, а следовательно, имеют некоторую протяженность (длительность). Общепринятой характеристикой длительности события является время.

Любое физическое тело обладает свойством инерции – способностью сохранять состояние покоя или равномерного движения при отсутствии внешних воздействий. Мерой инерции является масса. Причем свойство инерции присуще всем физическим телам, но проявляется это свойство для каждого тела по своему, то есть каждое тело имеет свою массу.