Оформление работы и анализ результатов
Результаты работы оформляют с использованием таблиц 1.1 – 1.5 (рекомендуемые формы таблиц даны с примерами заполнения), схем (примеры оформления на рисунках 1.1 – 1.3) и необходимых текстовых описаний. При отсутствии данных в клетке таблицы ставят прочерк, а при отсутствии оцениваемого элемента записывают «нет», «отсутствует» и т.д.
Таблица 1.1 – Характеристики однозначных мер
| Наименование меры | Воспроизводимая величина | Номинальное значение | Уровень точности/погрешность |
| Мера угловая концевая тип II | Плоский угол | 30о 15' | 2 класс/ ±30'' |
| Образцовый резистор | Сопротивление | 200 Ом | 1 разряд/ – |
Таблица 1.2 – Характеристики многозначных мер
| Наименование меры | Воспроизводимая величина | Номинальные значения | Цена деления | Уровень точности/ погрешность |
| Мера угловая штриховая (транспортир) | Плоский угол | (0 … 180)о | 1о | не нормирован |
| Мера угловая концевая тип III (с четырьмя рабочими углами) | Плоский угол | 89о50'; 89о59'30²; 90о00'30²; 90о10' | нет | 1 класс/ ±10² |
Таблица 1.3 – Общие характеристики преобразующих средств измерений
| Средство измерений | Принцип преобразования | Чувствительный элемент | Первичный преобразователь | Выходной сигнал | Устройство отображения информации | |
| вид | изменение | |||||
| Весы напольные | механический | платформа | – | визуальн | непрерывн | шкала-указатель |
| Реле размерное | электрический | измерительный наконечник | шток в направляющих | визуальн звуковой | дискретн | сигнальные лампочки, зуммер |
| Индикатор фазы | электрический | контактные элементы | провода с контактными элементами | визуальн | дискретн | сигнальная лампочка |
Таблица 1.4 – Устройства отображения информации типа шкала-указатель
| Наименование прибора | Характеристики устройства отображения измерительной информации | |||
| Вид шкалы | Пределы показаний | Цена деления | Вид указателя | |
| Нутромер микрометрический | 1 Прямолинейная равномерная 2 Круговая равномерная | (40…50) мм (0…0,5) мм | 0,5 мм 0,01 мм | 1 Край барабана 2 Линия на стебле |
Таблица 1.5 – Устройства отображения информации с числовым табло
| Наименование прибора | Характеристики числового табло | ||||
| Вид выходного кода | Число разрядов кода | Номинальная ступень квантования | Запятая (точка) | Другие символы | |
| Длиномер цифровой | десятиричный | 0,001 мм | фиксированная | «плюс», «минус» |
Лабораторная работа № 2 ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Общие положения
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.
Здесь и далее курсивом выделены определения из РМГ 29 – 99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Метрология. Основные термины и определения».
Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием определенного физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип измерения. Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.Например, при измерении температуры с помощью термопары используют термоэлектрический эффект, измерение массы взвешиванием на пружинных весах основано на принципе пропорциональной деформации упругого элемента под действием приложенной нагрузки. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на механических, оптических, электрических, магнитных и других (в том числе комбинированных) принципах преобразования измерительной информации.
Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. В соответствии с определением можно выделить ряд областей, например, измерения механические, электрические, магнитные, акустические, измерения ионизирующих излучений и др.
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Так измерения электрического сопротивления или напряжения относятся к области электрических измерений. Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.). Примеры подвидов измерений длины: измерения больших длин, имеющих порядок десятков, сотен, тысяч километров.
Более широкая трактовка видов измерений позволяет отнести к ним измерения, характеризуемые следующими альтернативными парами терминов:
· прямые и косвенные измерения,
· совокупные и совместные измерения,
· абсолютные и относительные измерения,
· однократные и многократные измерения,
· статические и динамические измерения,
· равноточные и неравноточные измерения.
Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений. Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примеры: измерение длины детали штангенциркулем, измерение силы электрического тока амперметром. Поскольку при прямых измерениях искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений, формально (без учета погрешности) они могут быть описаны выражением
Q = х, (2.1)
где Q – измеряемая величина,
х – результат измерения.
Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. При косвенных измерениях значение измеряемой величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения
Q = F (x, y, z,…), (2.2)
где x, y, z,… – результаты прямых измерений.
Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимостьобработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классические примеры косвенных измерений – нахождение по измеренным длинам сторон прямоугольного треугольника значений его углов и площади. Один из часто встречающихся случаев косвенных измерений – определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы т, высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением
ρ = 4т/π d2 h.
Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Пример – определение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь. Вторая часть определения, подкрепленная примером, фактически выходит за рамки собственно измерений и относится к задаче исследований точности мер. Если ограничиться первой частью определения, то к совокупным можно отнести, например, измерения ряда геометрических параметров деталей (длин L1, L2, L3,…) на специальных измерительных установках.
Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Пример: одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. По аналогии с предыдущим определением в более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Пример таких измерений – комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортного средства (скорость, температура двигателя, запас горючего и др.).
Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том числе градуированные в единицах измеряемой физической величины, либо в некоторых относительных единицах, в том числе и в неименованных. В соответствии с этим принято различать абсолютные иотносительныеизмерения.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Примечание. Понятие «абсолютное измерение» применяется как противоположное понятию «относительное измерение» и рассматривается как измерение величины в ее единицах.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Пример – Измерение активности радионуклида в источнике по отношению к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве эталонной меры активности.
По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения. 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.
Фактически многократные измерения («измерения с многократными наблюдениями»)проводят для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). В зависимости от поставленной цели число наблюдений при многократных измерениях может колебаться в широких пределах (от двух до ста и более наблюдений).
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.
Широко используются также понятия измерений в статическом и динамическом режимах. При измерении в динамическом режиме запаздывание преобразования входного сигнала измерительной информации, поступающего от объекта измерения, может привести к появлению дополнительных динамических погрешностей. При измерении в статическом (или квазистатическом) режиме скорость преобразования сигнала в измерительной цепи настолько высока (например, по отношению к скорости изменения входного сигнала), что результаты фиксируются без динамических искажений.
По реализованной точности и по степени рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и той же величины различают равноточные и неравноточные, а также равнорассеянные и неравнорассеянные измерения.
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. Кроме того, измерения в двух сериях могут быть равнорассеяннымиили неравнорассеянными.
Фактически оценки равноточности и равнорассеянности результатов измерений зависят от выбранных критериев расхождения мер точности или оценок рассеяния. Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых однотипные оценки погрешностей (например Di) можно считать практически одинаковыми
(D1 » D2),
а к неравноточным относят измерения с различающимися погрешностями