Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

 

Измерение — процесс срав­нения путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения и представления информации в форме удобной для восприятия и передачи.

Объектом измерения является физическая величина.

Измерение - акт взаимодействия компонентов измерительной системы, включая и субъект измерения.

 

 

Рисунок - Операции измерения

 

Виды измерений:

- по точности - равноточные и неравноточные;

-по числу измерений - однократные и многократные;

-по изменению измеряемой величины времени - статические и динамические;

-по назначению - технические и метрологические;

-по выражению результата - абсолютные и относительные;

- по методам получения результата - прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Равноточные измерения - выполненные при одних и тех же условиях одинаковыми по точности средствами измерений, а к неравноточным те, когда хотя бы одно из вышеперечисленных условий не выполняется.

Многократные измерения производимые n ³ 4 раз.

Динамические измерения в отличие от статических характеризуются тем, что значение измеряемой величины в процессе его получения изменяет свой размер и требует точной фиксации времени в момент измерения.

 

Технические измерения - производят при помощи рабочих средств с целью контроля различных параметров.

Метрологические измерения преследуют цель воспроизведения единиц физических величин или передачи их размера рабочим средствам измерения.

Прямые измерения значение считывают непосредственно с отсчетного устройства средства измерения, а при косвенном методе искомое значение вычисляется с помощью функционального соотношения, связывающего находимую физическую величину с результатами прямых, косвенных, совокупных, совместных измерений независимых аргументов определяемой величины X₁,X₂,…..,X_n, f = F(X₁,…,X_n). Прямые измерения называют абсолютными.

Совокупные измерения измерения нескольких однородных величии в различных сочетаниях, значения которых определяют решением системы уравнений.

Совместные измерения одновременные измерения нескольких разнородных величин для установления зависимости между ними. Искомые величины при совокупных и совместных измерениях определяются из систем уравнений, связывающих значения определяемых величин со значениями величин, полученных при прямых или косвенных измерениях. Пример измерения - определение значения параметров R₀, а  зависимости сопротивления термопреобразователя от температуры

 

.

 

При этом осуществляются прямые измерения трех значений температуры Т₁, Т₂, Т₃. Затем из решения системы уравнений получают значения  и

 

;

;

.

 

температуры, измеряемое прямым мето­дом.

 

 Классификация видов измерений

Средства измерений - устройства или комплексы, предназначенные для измерений, имеющие нормированные технические характеристики, хранящие одну или несколько единиц физических величин: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительно-вычислительные комплексы.

Меры - это средства измерений, воспроизводящее и хранящее физическую величину одного или нескольких размеров.

Однозначные меры воспроизводят единицы измерения или их кратные или дольные залоги: гири, плоскопараллельная концевая мера длины.

Многозначные меры образуются из наборов однозначных мер: магазины резисторов, наборы гирь, калибров.

Измерительные преобразователи - предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения.

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования - выходной величиной; соотношение между ними задают функцией преобразования.

Преобразователи по выполняемым функциям и месту в измерительной цепи делятся на:

- первичные (преобразуют измеряемую величину в информативный сигнал; термоэлектрические, индукционные, пьезоэлектрические в т.п.);

- передающие (преобразуют измеряемую в сигнал, удобный для передачи и приема);

- промежуточные (преобразование сигналов в форму и вид, удобный для организации работы измерительных приборов, систем, комплексов и устройств).

Преобразователи широко применяются в измерительных цепях.

1-объект измерения; 2-термометр; 3-промеж. преобразователь; 4- аналого-цифровой преобразователь; 5- передатчик; 6, 15-модули; 7-канал связи; 8-наложение помехи; 9-приемник; 10-преобразователь; 11- преобразователь-дешифратор; 12-ПП; 13-цифровой-аналоговый преобразователь; 14-аналоговый ИП;

Рисунок 1.2 – Блок-схема системы измерения температуры

Источник информации о температуре 1 воздействует на первичный преобразователь - термоэлектрический преобразователь 2, в котором неэлектрическая величина (температура Т) преобразуется в электрический сигнал (т.э.д.с. Е). Электрический сигнал поступает на нормирующий промежуточный преобразователь 3 для преобразования информации о температуре в токовый сигнал I_н. Ток подается на кодирование сигнала в аналого-цифровой преобразователь 4, дискретные сигналы которого поступают в передатчик 5 и на канал связи 7. При передаче возможно наложение помехи 8. Дискретные сигналы поступают на интерфейс приемника 9 и декодирование сигнала в преобразователь 10 с последующим преобразованием сообщения в преобразователе-дешифраторе 11 из двоичного кода в десятичный. Декодированное сообщение индуцируется оператору на средстве отображения информации 12. Результат может регистрироваться на аналоговом измерительном приборе 14 после промежуточного преобразования кодовой записи в аналоговый сигнал в цифро-аналоговом преобразователе 13. Модули 6 и 15 выполнены в виде интегральных микросхем.

 

Физические величины и шкалы

ФВ делятся на следующие группы:

- вещественные - описывают физические и физико-хи­мические свойства материалов и изделий из них: масса, плотность, электрическое сопротивле­ние, емкость, индуктивность и др.

- энергетические - величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использо­вания энергии: ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть пре­образованы в сигналы измерительной информации без использо­вания вспомогательных источников энергии.

 По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на пространственно-временные, механические, теп­ловые, электрические и магнитные, акустические, световые, фи­зико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По размерности ФВ делятся на размерные и безразмерные.

Совокупность чисел Q , отображающая различные по размеру однородные величины, должна быть совокупностью одинаково именованных чисел. Это именование является единицей ФВ или ее доли.

Значение физической величины Q — это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины q — отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей еди­нице данной ФВ.

Основное уравнение измерения:

Q = q[Q]                                                        (1.1)

 

 

 

                                                                                                                  

 

 

Рис.1.2 Классификация физических величин

 

 

1. Шкала наименований (шкала классификации) - используются для класси эмпирических объектов, свой­ства которых проявляются только в отношении эквивалентности. Эти свойства нельзя считать физическими величинами, поэтом

 

Различают пять основных типов шкал измерений.

1. Шкала наименований (шкала классификации) - используются для классификации эмпирических объектов, свой­ства которых проявляются только в отношении эквивалентности. Они не являются шкалами ФВ. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. В них отсутствуют понятия нуля, "боль­ше" или "меньше" и единицы измерения: атласы цветов, пред­назначенные для идентификации цвета.

 

2. Шкала порядка (шкала рангов).  Она является монотонно возрастающей или убывающей.

Когда невозможно установить отношения, существующие между величинами данной характеристики, либо применение шкалы удобно, используют условные (эмпирические) шкалы по­рядка.

Условная шкала — это шкала ФВ, исходные значения кото­рой выражены в условных единицах:

- шкала вязкости Энглера;

- 12-балльная шкала Бофорта для измерения силы ветра, с реперными точками;

- шкала Мооса для определения твердости минералов, которая содержит 10 опорных (реперных) минералов с различ­ными условными числами твердости: тальк — 1; гипс — 2; каль­ций — 3; флюорит — 4; аппатит — 5; ортоклаз — 6; кварц — 7; топаз — 8; корунд — 9; алмаз — 10.

3. Шкала интервалов (шкала разностей). Эти шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объектов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности. Шкала интервалов состоит из оди­наковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало — нулевую точку. К таким шкалам относится летосчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христо­во и т.д. Температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта и Реомюра.

На шкале интервалов определены действия сложения и вычи­тания интервалов. Действительно, по шкале времени интервалы можно суммировать или вычитать и сравнивать, во сколько раз один интервал больше другого, но складывать даты каких-либо событий бессмысленно.

Шкала интервалов величины Q можно представить в виде урав­нения:

 

Q = Q₀ + q[Q],

 

где q — числовое значение величины; Q₀ — начало отсчета шкалы; [Q] — единица рассматриваемой величины. Такая шкала полностью определяется заданием начала отсчета Q₀ шкалы и единицы данной величины [Q].

Пример 1.1. Шкала Фаренгейта является шкалой интервалов. На ней Q₀ — температура смеси льда, поваренной соли и наша­тыря; Q₁ — температура человеческого тела единица измере­ния — градус Фаренгейта:

Температура таяния смеси льда, соли нашатыря равна 32°F, а температура кипения воды - 212°F.

По шкале Цельсия Q ₀ — температура таяния льда, Q1 — температура кипения воды. Градус Цельсия [Q_C] = (Q₁-Q₀)/100=1^oC

Требуется получить формулу для перехода от одной шкалы к другой.

Решение. Формула для перехода определяется. Значение разности температур по шкале Фаренгейта между точкой кипения воды и точкой таяния льда со­ставляет:

 212°F — 32°F =180°F. По шкале Цельсия интервал темпе­ратур равен 100°С. Следовательно, 100°С = 180°F и отношение раз­меров единиц:

 

Числовое значение интервала между началами отсчета по рас­сматриваемым шкалам, измеренного в градусах Фаренгейта ([Q]₁ = F), равно 32. Переход от температуры по шкале Фаренгейта к температуре по шкале Цельсия производится по формуле:

.

При втором пути единица воспроизводится непосредственно как интервал, его некоторая доля или некоторое число интерва­лов размеров данной величины, а начало отсчета выбирают каж­дый раз по-разному в зависимости от конкретных условий изуча­емого явления. Пример такого подхода — шкала времени, в кото­рой 1с = 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состоя­ния атома цезия-133. За начало отсчета принимается начало изу­чаемого явления.

4. Шкала отношений - описывают свойства эмпири­ческих объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивален­тности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода — аддитив­ные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода — пропорциональные). Их примерами являются шкала мас­сы (второго рода), термодинамической температуры (первого рода).

В шкалах отношений существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и еди­ница измерений. С формальной точки зрения шкала отношений является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по этой шкале, применимы все ариф­метические действия, что имеет важное значение при измере­нии ФВ.

 Шкалы отношений — самые совершенные. Они описываются уравнением:

 

                                        Q = q[Q],

где Q — ФВ, для которой строится шкала; [Q] — ее единица измерения; q — числовое значение ФВ. Переход от одной шкалы отношений к другой происходит в соответствии с уравнением:

 q ₂ = q ₁ [Q ₁]/[Q ₂].

5. Абсолютные шкалы - обладают всеми признаками шкал отношений, но дополни­тельно имеющие естественное однозначное определение едини­цы измерения и не зависящие от принятой системы единиц изме­рения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: ко­эффициенту усиления, ослабления и др. Для образования многих производных единиц в системе СИ используются безразмерные и счетные единицы абсолютных шкал.

Шкалы наименований и порядка называют не­метрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отноше­ний — метрическими (материальными). Абсолютные и метричес­кие шкалы относятся к разряду линейных. Практическая реализа­ция шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и, в необходимых случаях, способов и условий их однозначного воспроизведения.