ЗМІСТ
1. Основні характеристики вимірювання
1.1Термінологія вимірювання
1.2Види і методи вимірювання
1.3Системи одиниць вимірювання
2. Класифікація і характеристика вимірювальних приладів
2.1Основна класифікація вимірювальних приладів
2.2Характеристика елементів і властивостей вимірювальних приладів
2.3Практичні аспекти при виконанні вимірювальних робіт
3. Похибки вимірювання
3.1 Характеристика похибок
3.2 Класифікація похибок
3.3 Інструментальна похибка
3.4 Класи точності приладів вимірювання
1. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИМІРЮВАННЯ
1.1 Термінологія вимірювання
У процесі виконання вимірювання, його аналізу, необхідно знати, розуміти і застосовувати прийняту термінологію, яка використовується в області знань теорії вимірювання, що є показником високої кваліфікації інженера, який виконує вимірювальні роботи.До основної термінології в теорії вимірювання відносяться наступні визначення і їхня характеристика:
Вимірювання – визначення значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.
Міра (еталон) – засіб вимірювання, що забезпечує зберігання і відтворення одиниці вимірювання.
Первинний еталон – державний еталон.
Вторинний еталон – еталон, значення якого встановлюється по первинному для метрологічних служб.
Робочий еталон – еталон, який використовується у вимірюваннях.
Засоби вимірювання – технічні засоби, які використовуються при вимірюваннях і атестовані державною метрологічною службою.
Вимірювальний прилад – технічний засіб, як правило, що не є мірою, служить для порівняння відомої і величини, яка визначається.
Точність – величина, зворотна відносній похибці.
Однократне вимірювання дає єдиний результат, що приймають за остаточний результат вимірювання шуканої величини. Однократне вимірювання являється достатнім у двох випадках. По-перше, при використанні малочутливого вимірювального приладу, коли всі вимірювання приводять до однакових результатів. По-друге, при вимірюваннях фізичної величини, що змінюється.
Багаторазові вимірювання проводять шляхом повторення однократних вимірювань однієї і тієї ж постійної фізичної величини, це приводить до одержання набору даних. Остаточний результат багаторазового вимірювання, як правило, знаходять із набору даних у вигляді середнього арифметичного результату всіх окремих вимірювань. Вимірювання, проведені в науці і техніці, звичайно прагнуть виконати як багаторазові, щоб забезпечити підвищення точності результатів вимірювання шуканих величин.
Фізичні величини, які вимірюються, відносять до наступних основних типів:
Випадкова величина - така фізична величина, яка пов'язана з випадковими процесами, тому результат окремого вимірювання не може бути однозначно передбачений заздалегідь. Разом з тим, проведення досить великої кількості вимірювань випадкової величини дозволяє встановити, що результати вимірювання відповідають певним статистичним закономірностям.
Постійна величина - фізичні постійні, наприклад, швидкість світла у вакуумі, заряд електрона, постійна Больцмана і т.п. Можна вважати постійними величинами також деякі фізичні характеристики конкретного об'єкта, що перебуває при фіксованих умовах. Постійна величина найчастіше проявляє себе як випадкова величина, а результати її вимірювання розкривають випадкову природу впливів і відповідають певним статистичним закономірностям
Змінна величина - така величина закономірно міняється із часом внаслідок процесів, що проходять у досліджуваному об'єкті. Вимірювання, проведені в різні моменти часу, фіксують величину в нових умовах. Набір результатів однократних вимірювань являє собою результати принципово неповторних вимірювань, тому що час не можна повернути назад, а вимірювання у цілому не може розцінюватися як багаторазове.
Нестабільна величина - вона безсистемна, тобто під час відсутності яких би те не було статистичних закономірностей, міняється, «пливе» або «дрейфує», із часом. До основної характеристики нестабільної величини варто віднести відсутність у експериментаторів інформації про її залежності від часу. Вимірювання такої величини дають набір даних, що не несуть скільки-небудь корисних відомостей.
Особливість процесу вимірювання, яку необхідно враховувати при обробці результатів,
пов'язана із впливом точності застосовуваних вимірювальних приладів на визначення типу досліджуваної фізичної величини. Випадковий характер величини може взагалі не виявитися, якщо використані малочутливі прилади.
1.2 Види і методи вимірювання
Вимірювання фізичних величин діляться на: промислові (технічні) і лабораторні.
Промислові вимірювання мають порівняно невисоку точність, достатню для практичних цілей, і виконуються приладами, пристрій яких відповідає їхньому призначенню і умовам роботи.
Лабораторні вимірювання відрізняються високою точністю завдяки застосуванню більше удосконалених методів і приладів і обліку можливих похибок. Цей вид вимірювання проводиться при виконанні науково-дослідних, налагоджувальних і перевірочних робіт.
Для визначення значень вимірюваної величини служать прямі і непрямі вимірювання.
Прямі вимірювання, полягають у безпосередньому порівнянні вимірюваної величини з одиницею вимірювання за допомогою міри або вимірювального приладу зі шкалою, вираженою в цих одиницях. Так, наприклад, до прямих відносяться вимірювання довжини - метром, тиску -манометром, температури - термометром і т.д. Завдяки наочності і простоті прямі вимірювання одержали в техніці велике розповсюдження.
Непрямі вимірювання передбачають визначення шуканої величини не безпосередньо, а шляхом прямого вимірювання однієї або декількох інших величин: А, В, С..., з якими вона зв'язана функціональною залежністю. При цьому обчислення вимірюваної величини виконується по формулі: Q=f(А, В, С...)...
Методом вимірювання називається сукупність прийомів використання принципів і засобів вимірювання. Існує ряд методів вимірювання, з яких найпоширенішими є: метод безпосередньої оцінки, метод порівняння з мірою і нульовий метод.
Метод безпосередньої оцінки передбачає визначення шуканої величини по відліковому пристрою вимірювального приладу, наприклад по положенню вказівної стрілки манометра щодо його шкали.
Метод порівняння з мірою полягає в тому, що вимірювана величина порівнюється зі значенням, відтвореним мірою для даної величини, наприклад: при вимірюванні довжини каліброваним метром.
Нульовий метод є різновидом методу порівняння з мірою; тут результуючий вплив двох величин (вимірювальною і відтвореною мірою) спрямованих назустріч один одному, доводить до нуля. Прикладом може служити вимірювання маси речовини на важільних вагах зі зрівноважуванням її каліброваними вантажами.
1.3 Системи одиниць вимірювання
Побудова систем одиниць вимірювання фізичних величин, що включають основні і похідні від них одиниці, обумовлено практичними потребами науки і техніки. Найменування і число основних одиниць вимірювання розкриває зміст і досконалість фізичних теорій, використовуваних на практиці.
Сучасна фізика вивчає рух і взаємодію мас і зарядів у просторі і часі. Отже, для фізичних вимірювань необхідні і достатні чотири основні, тобто незалежні одне від одного, одиниці вимірювання і чотири еталони для зберігання та відтворення цих одиниць - еталони маси, заряду, довжини і часу.
Діюча в теперішній час і обов'язкова до застосування у всіх країнах Міжнародна система одиниць SIяк основні одиниці вимірювання використовує одиниці довжини - метр (м), маси -кілограм (кг), часу - секунда (с) і сили струму - амперів (А). До основних одиниць у системі віднесена також кандела (кд) - одиниця сили світла, моль (моль) - одиниця кількості речовини і кельвін (К) - одиниця температури речовини, що мають специфічне призначення.
Інші одиниці вимірювання є похідними від основних, наприклад: частота - герц (Гц, с-1); сила - ньютон (Н, кг·м/с2); тиск - паскаль (Па, Н/м2, кг/м·с2); енергія, робота, кількість теплоти -джоуль (Дж, Н·м, м2·кг/с2); потужність, поток енергії - ватт (Вт, Дж/с, м2·кг/с3).
2. КЛАСИФІКАЦІЯ І ХАРАКТЕРИСТИКА ВИМІРЮВАЛЬНИХ
ПРИЛАДІВ
2.1 Основна класифікація вимірювальних приладів
Залежно від призначення прилади для вимірювання розділяються на ряд груп. Основна класифікація передбачає розподіл приладів по роду вимірюваних величин. Умовно прийняті наступні найменування найпоширеніших приладів, призначених для вимірювання:
температури — термометри і пірометри;
тиску — манометри, вакуумметри, мановакууметри, тягоміри, напороміри і барометри;
витрати і кількості речовини — витратоміри, лічильники і ваги;
рівня рідини і сипучих тіл — рівнеміри і покажчики рівня;
складу газових сумішей і їхньої вологості — газоаналізатори і психрометри;
густини –денсиметри;
в'язкості – віскозиметри;
теплоти згорання – калориметри;
якості води і пари — кондуктометри і вимірювачі кисню.
Додаткова класифікація підрозділяє зазначені прилади на наступні групи:
по призначенню - промислові (технічні), лабораторні, зразкові і еталонні;
за характером показань — що показують, що реєструють (самописні і друкуючі) і інтегруючі;
за формою представлення показань — аналогові і цифрові;
за принципом дії — механічні, електричні, рідинні, хімічні, радіоізотопні та ін.;
за характером використання — оперативні, облікові і розрахункові;
за місцем розташування — місцеві і з дистанційною передачею показань;