Мера служит в качестве носителя единицы величины и поэтому является основой измерения

Особым классом мер являются стандартные образцы (СО), которые применяются для калибровки средств измерений при проведении аналитических измерений.

Стандартные образцы– это мера одной или нескольких величин, характеризующих состав или свойства вещества (материала). Примером являются стандартные образцы бензойной кислоты – меры теплоты сгорания, стандартные образцы спецстали – меры свойств ферромагнитных материалов, образцы твердости, шероховатости и т. д.

Образцовое вещество –мера,представляющая собой вещество с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной спецификации (чистая вода, чистые металлы).

Возможно использование в качестве мер некоторых природных явлений (использование факта постоянства энергетических характеристик определенных звезд для поверки ультрафиолетовых фотометров) и стандартных справочных данных для калибровки оптических приборов (различные атомные константы), поскольку, например, физическая оптика опирается на поглощающие и излучающие свойства атомов и молекул.

Cредства измерений, реализующие все измерительные операции в комплексе, называются измерительными приборами.

Измерительные приборы – это средства измерений, предназначенные для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне. Они имеют устройство преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и устройство для его индикации в форме, доступной для восприятия. Устройство для индикации может иметь шкалу со стрелкой, диаграмму, цифровое устройство или дисплей, с помощью которых проводится отсчет или регистрация результата измерения.

Измерительные приборы классифицируются: на аналоговые (результат измерения является непрерывной функцией измеряемой величины) и цифровые (выходной сигнал представлен в цифровой форме); показывающие (только отсчет показаний) и регистрирующие (предусмотрена регистрация результатов измерений); суммирующие (суммируются показатели двух или нескольких величин) и интегрирующие (значение величины получают путем интегрирования других величин); приборы прямого действия и приборы сравнения.

В приборах прямого действия результат измерения снимается непосредственно с его устройства (амперметра, манометра, термометра). Во втором случае – методом сравнения с мерой с помощью измерительных приборов сравнения, называемых компараторами. Компаратор предназначен для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Примером компарирующего устройства являются двухчашечные весы, мост электрического сопротивления и т. д.

Аттестацию стандартных образцов проводят методом сличения при помощи компаратора, в роли которого могут выступать любые аналитические приборы, способные измерять величину с необходимой точностью, воспроизводимую этими образцами.

Совокупность измерительных средств, объединенных в комплексы, называют измерительными установками или измерительными системами.

Измерительные установки – это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких величин и расположенных в одном месте (стенд для диагностики исправности машин).

Измерительная система – это совокупность функцианально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или нескольких величин, свойственных этому пространству (радионавигационная система аэропортов, система мониторинга погоды, измерительная система ТЭЦ).

2.2.Показатели качества измерений

В практике для характеристики качества измерений устанавливают такие их свойства, как точность, правильность, сходимость и воспроизводимость. Главным свойством измерений является точность измерений. В средствах измерений она определяется погрешностью измерений, поскольку результаты измерений неизбежно отклоняются от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность измерений (∆) – это разность между показаниями средств измерений (x) и истинным (действительным) значением измеряемой величины (Q):

∆ = Х – Q.

Полученный путем измерений образ реальности удовлетворяет критерию объективной истины лишь в том случае, когда:

а) результаты измерений выражены в узаконенных единицах;

б) проведена оценка отклонения измеренного значения от истинного.

На практике имеют дело с приближенной оценкой погрешности, полученной как отклонение не от истинного, а от действительного значения измеряемой величины, за которое при поверке (калибровке) средств измерений принимается показание используемого эталона. При оценивании погрешности исходят из точности средств измерений, методики эксперимента (измерения) и способа обработки данных.

Различают абсолютную погрешность, выраженную в единицах измеряемой величины, и относительную, выраженную отношением абсолютной погрешности к значению измеряемой величины.

Результирующая погрешность измерения складывается из сравнительно большого числа частных погрешностей, каждая из которых обусловлена своей причиной (операцией настройки средств измерений или смещением уровня настройки средств измерения во время эксплуатации; установкой объекта измерения на измерительную позицию; процессом получения, преобразования и выдачи информации в измерительной цепи средства измерения; внешними воздействиями на средство и объект измерения, такими, как изменения температуры, влияние магнитных и электрических полей, космического излучения; свойствами самого объекта измерения; квалификацией или состоянием оператора). Некоторые из причин обусловливают частные погрешности, которые в одинаковых условиях остаются постоянными при повторных измерениях, а другие обусловливают частные погрешности, появляющиеся случайно при повторных измерениях. Таким образом, по характеру проявления различают: а) случайную погрешность, составляющую погрешности измерения и изменяющуюся случайным образом от измерения (наблюдения) к измерению по знаку и размеру; б) систематическую, составляющую погрешности измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся в ходе выполнения ряда измерений; в) грубую погрешность, или промах,которая существенно превышает ожидаемую при данных условиях погрешность (ошибки оператора, неисправность средств измерений, резкое изменение условий измерений). Результаты измерений, содержащие грубые погрешности, при обработке должны быть исключены.

По источникам возникновения различают методические погрешности, обусловленные несовершенством принятой модели, метода измерений, и инструментальные, обусловленные несовершенством средств измерений.

Различают также основную погрешность, возникающую при проведении измерений в нормальных условиях, и дополнительную, возникающую при отклонении от нормальных условий.

В зависимости от условий и режимов измерения различают статическую и динамическую погрешности. Статическая погрешность средства измерений возникает при измерении с его помощью постоянной величины. Если в паспорте на средство измерений указывают предельные погрешности измерений, определенные в статических условиях, то они не могут характеризовать точность его работы в динамических условиях. Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения, измеряемой во времени. Возникновение динамической погрешности обусловлено инерционностью элементов измерительной цепи средств измерений, т. е. тем, что преобразования в измерительной цепи не происходят мгновенно, а требуют некоторого времени.

Погрешность указывает границы неопределенности значения измеряемой физической величины. Термином «неопределенность результата измерений»определяется область(участок) шкалы измерений, в котором предположительно находится истинная оценка свойства или истинное значение измеряемой физической величины.

Точность измерений характеризует их качество и является свойством, отображающим близость результатов к истинным значениям измеряемой величины. Высокая точность соответствует малым как систематическим, так и случайным погрешностям.

Кроме точности, близость результатов измерений к истинному значению измеряемой физической величины характеризуется такими свойствами, как правильность, сходимость и воспроизводимость.

Правильность измерений характеризует отклонение полученного результата от истинного значения измеряемой физической величины. Правильность измерений – это свойство измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны, когда они не искажены систематическими погрешностями. Одним из показателей (характеристик) точности выполнения бросков в игре в дартс будет расстояние от центра мишени до центра, вокруг которого оказались разбросанными стрелки. В стрельбе эта характеристика называется меткостью, в СТБ ИСО 5725 – правильностью. Мерой правильности является смещение,которое показываетрасстояние от цели (центра мишени) до того центра, вокруг которого при игре в дартс расположились стрелки, а в стрельбе – пули. Синонимом термина «смещение» является термин «погрешность». Второй характеристикой точности выполнения бросков в игре в дартс будет кучность расположения стрелок на мишени или иначе их разброс. Данный показатель точности измерений называется прецизионностью.

Прецизионность – близость между независимыми результатами испытаний (измерений). Количественной мерой прецизионности является стандартное отклонение, обозначаемое символом S:

(Бк/кг), (2.1)

где при радиометрических измерениях – сумма квадратов отклонений значений удельной активности образца;

n – число измерений образца.

Сходимость – это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов независимых измерений, выполненных в одинаковых условиях, одним и тем же оператором, одним и тем же средством измерений. Для методик выполнения измерений – это одна из важнейших характеристик.

Воспроизводимость– это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях, в различное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений. В практике измерений обычно сходимость в 1,4–1,5 раза меньше воспроизводимости. Численной характеристикой воспроизводимости служит среднее квадратичное отклонение результатов измерений (наблюдений).

(СКО) . (2.2)