Основы теории измерений. Основной постулат метрологии. Уравнения и шкалы измерений. Приведите примеры использования шкал измерений
Средством измерения (СИ)называется техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.
Средства измерения классифицируют по следующим признакам:
по конструктивному исполнению;
метрологическому назначению;
уровню стандартизации.
По конструктивному исполнению СИ подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.
Первым постулатом теории измерений является постулат А: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная физическая величина и ее истинное значение.
А1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).
В: истинное значение измеряемой величины постоянно.
В1:для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр – измеряемую величину.
С: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины).
С1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
С2: достижимая точность измерения определяется априорной информацией об объекте измерения.
Шкалой измерений называют порядок определения и обозначения возможных значений конкретной величины или проявлений какого-либо свойства. Понятия шкалы возникли в связи с необходимостью изучать не только количественные, но и качественные свойства природных и рукотворных объектов и явлений.
Различают несколько типов шкал.
1. Шкала наименований (классификации) – это самая простая шкала, которая основана на приписывании объекту знаков или цифр для их идентификации или нумерации.
2. Шкала порядка (ранжирования) -упорядочивает объекты относительно какого-либо их свойства в порядке убывания или возрастания, например, землетрясений, силы ветра.
3. Шкала интервалов (разностей) содержит разность значений физической величины.
4. Шкала отношений - это шкала интервалов с естественным (не условным) нулевым значением и принятые по соглашению единицы измерений.
5. Абсолютные шкалы - это шкалы отношений, в которых однозначно (а не по соглашению) присутствует определение единицы измерения.
6. Условные шкалы - шкалы, исходные значения которых выражены в условных единицах. К таким шкалам относятся шкалы наименований и порядка.
Примером из шкалы мнтервалов такой шкалы являются различные шкалы времени, начало которых выбрано по соглашению (от Рождества Христова, от переселения пророка Мухаммеда из Мекки в Медину). Другими примерами шкалы интервалов являются шкала расстояний и температурная шкала Цельсия. Результаты измерений по этой шкале (разности) можно складывать и вычитать.
29.Погрешности. Классификация. Причины возникновения, способы обнаружения, пути устранения. Приведите пример обнаружения погрешностей. (+правило трех сигм)
Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.
Классификация погрешностей по способу выражения (абс., отн., привед.) и по влиянию внешних условий (осн. и дополн.)
^ Абсолютная погрешность– это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.
^ Абсолютная погрешность меры– это значение, вычисляемое как разность между числом, являющимся номинальным значением меры, и настоящим (действительным) значением воспроизводимой мерой величины.
^ Относительная погрешность– это число, отражающее степень точности измерения.
Приведенная погрешность– это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.
^ Инструментальная погрешность– это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.
^ Методическая погрешность– это погрешность, возникающая по следующим причинам:
1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;
2) неверное применение средств измерений.
^ Субъективная погрешность– это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.
^ Статическая погрешность– это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.
Динамическая погрешность– это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).
^ Аддитивная погрешность– это погрешность, возникающая по причине суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного).
^ Мультипликативная погрешность– это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям.
Систематическая погрешность– это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся или изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины.
^ Случайная погрешность– это составная часть погрешности результата измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины.
Погрешности метода возникают также при экстраполяции свойства, измеренного на ограниченной части некоторого объекта, на весь объект, если последний не обладает однородностью измеряемого свойства. Так, считая диаметр цилиндрического вала равным результату, полученному при измерении в одном сечении и в одном направлении, мы допускаем систематическую погрешность, полностью определяемую отклонениями формы исследуемого вала. При определении плотности вещества по измерениям массы и объема некоторой пробы возникает систематическая погрешность, если проба содержала некоторое количество примесей, а результат измерения принимается за характеристику данного вещества вообще.
К погрешностям метода следует отнести также те погрешности, которые возникают вследствие влияния измерительной аппаратуры на измеряемые свойства объекта. Подобные явления возникают, например, при измерении длин, когда измерительное усилие используемых приборов достаточно велико, при регистрации быстропротекающих процессов недостаточно быстродействующей аппаратурой, при измерениях температур жидкостными или газовыми термометрами и так далее.
Способ обнаружения погрешностей:Либо математическим уравнением,либо Одним из наиболее действенных способов обнаружения систематических погрешностей в ряде результатов наблюдений является построение графика последовательности неисправленных значений случайных отклонений результатов наблюдений от средних арифметических.