Тема 3.2. Основы технических измерений
Знание и умение применять на практике законы теории измерений обеспечивают студенту успешное усвоение методик обработки результатов экспериментальных исследований по товароведению. Закрепление навыков математической обработки результатов измерений производится на лабораторно-практических занятиях.
В теории измерений основополагающими являются следующие понятия: «измерение», «основной постулат метрологии», «основное уравнение измерения ФВ» и «правило трёх сигм».
Важнейшим элементом процесса измерения является физическая величина как свойство окружающего мира. ФВ может быть измерена количественно, т.е. имеет размер и может быть обнаружена качественно, что определяет её размерность.
Необходимо знать системные и внесистемные ФВ, а также правила образования десятичных кратных и дольных единиц, их наименования и обозначения. Следует ознакомиться с единицами системы СИ: основными, дополнительными и производными, а также внесистемными единицами (безразмерными, дробными, старорусскими и англо-американскими).
Основное уравнение измерений отражает процедуру сравнения неизвестной величины Q с известной [Q] по формуле
X = Q / [Q], (1)
где Х – размер измеряемой величины. Указанное уравнение является математической моделью измерений по шкале отношений.
Суть «основного постулата измерений» заключается в случайном характере результатов многократных измерений. Поэтому необходимо различать однократные измерения (до трёх повторений) и многократные (свыше четырёх).
Постулат формулируется в виде аксиомы– при многократном измерении одной и той же величины постоянного размера результат, называемый отсчётом по шкале отношений, получается всё время разным, т.е. отсчёт всегда является случайным числом. Причиной тому могут являться факторы: объекты измерений (предметы или явления), субъекты (операторы), условия измерений (температура, влажность, атмосферное давление, напряжение тока, освещённость и санитарное состояние помещения), средства измерений (точность, конструкция).
Исходя из этого необходимо научиться устранять возможные негативные факторы для снижения погрешности и повышения точности результата измерений, использовать в расчётах поправки измерений – аддитивные (прибавляемые) или мультипликативные (умножаемые).
Измерения повторяются для устранения причины ошибки по «правилу трёх сигм». Суть правила: если при многократном измерении сомнительный результат отдельного измерения отличается от среднего больше чем на 3σ (σ – среднее квадратическое отклонение значения измеряемой величины от среднего значения), то с вероятностью 0,997 результат является ошибочным и его следует отбросить.
Проведение измерений возможно только с использованием СИ, выполняющих роль измерительных инструментов; во-вторых, при наличии стандартных методов.
Важно знать классификацию СИ. По конструктивному исполнению различают меры (однозначные, многозначные, наборы мер), измерительные приборы, преобразователи, установки и измерительные системы. Меры и приборы делятся на образцовые и производственные (или рабочие).
По метрологическому назначению различают эталоны и рабочие средства измерений (РСИ). Эталоны – это высокоточные СИ, которые подразделяются на две группы – государственные (первичные и специальные) и вторичные (копии, сравнения и рабочие).
РСИ предназначены для проведения технических измерений. Основными отличия СИ от индикатора – умение хранить, обнаружить и воспроизводить ФВ, а также её неизменность.
По условиям применения они могут быть лабораторными, производственными и полевыми. Необходимо чётко представлять их назначение, порядок хранения и поверки, знать поверочные схемы.
В процессе измерения необходимо учитывать метрологические характеристики СИ (диапазон измерений, чувствительность, точность, погрешность, цена деления), а также условия проведения измерений (нормальные и рабочие). Технические характеристики СИ приводятся в его паспорте.
При проведении измерений используют различные методы сравнения измеряемой величины с единицей в зависимости от поставленных задач. По условиям измерений различают контактный и бесконтактный методы измерений. По условиям получения результатов измерений различают прямой и косвенный метод измерений. По способу сравнения измеряемой величины с единицей различают метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.