Метрология. Прямые и косвенные измерения

Процессы весьма разнообразны. Это объясняется множеством экспериментальных величин, различным характером измерения величин, различными требованиями точности измерения и другие.

Наиболее распространена классификация видов измерений в зависимости от способа обработки экспериментальных данных. В соответствии с этой классификацией измерения делятся на прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Прямое измерение

Прямое измерение - это измерение, при котором искомое значение физической величины находится непосредственно из опытных данных в результате сравнения измеряемой величины с эталонами.

• измерение длины линейкой .
• измерение электрического напряжения вольтметром .

Косвенное измерение

Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

• сопротивление резистора находим на основании закона Ома подстановкой значений силы тока и напряжения, получаемых в результате прямых измерений.

Совместное измерение

Совместное измерение - одновременное измерение нескольких неодноименных величин, для нахождения зависимости между ними. При этом решается система уравнений.

• определение зависимости сопротивления от температуры . При этом измеряются неодноименные величины, по результатам измерений определяется зависимость.

Совокупное измерение

Совокупное измерение - одновременное измерение нескольких одноименных величин, при котором искомые значения величин находятся решением системы уравнений, состоящих из результирующих прямых измерений различных сочетаний этих величин.

• измерение сопротивления резисторов, соединённых треугольником. При этом измеряется значение сопротивления между вершинами. По результатам определяются сопротивления резисторов.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Прямое измерение" в других словарях:

прямое измерение - Измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примечание. Термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как… … Справочник технического переводчика

прямое измерение - 3.5 прямое измерение (direct measurement): Измерение, посредством которого отдельные компоненты и/или группы компонентов определяются путем сравнения с идентичными компонентами в ГСО. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Прямое измерение - 19) прямое измерение измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений;... Источник: Федеральный закон от 26.06.2008 N 102 ФЗ (ред. от 28.07.2012) Об обеспечении единства измерений … Официальная терминология

прямое измерение - tiesioginis matavimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Matuojamojo dydžio vertės nustatymas tiesiog iš eksperimento duomenų. pavyzdys(iai) Kūno masės matavimas skaitmeninėmis svarstyklėmis. atitikmenys: angl. direct… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

прямое измерение - tiesioginis matavimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. direct measurement vok. direkte Messung, f rus. непосредственное измерение, n; прямое измерение, n pranc. mesure directe, f … Fizikos terminų žodynas - У этого термина существуют и другие значения, см. Измерение (значения). Измерение совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом… … Википедия

Измерение - операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной величине (принимаемой за единицу); число, выражающее такое отношение, называется численным значением измеряемой величины.… … Энциклопедический словарь по металлургии

Прямыми измерениями называют такие измерения, которые получены непосредственно с помощью измерительного прибора. К прямым измерениям можно отнести измерение длины линейкой, штангенциркулем, измерение напряжения вольтметром, измерение температуры термометром и т.п. На результатах прямых измерений могут оказать влияние различные факторы. Поэтому погрешность измерений имеет различный вид, т.е. имеет место погрешность прибора, систематические и случайные погрешности, ошибки округления при снятии отсчета со шкалы прибора, промахи. В связи с этим важно выявить в каждом конкретном эксперименте, какая из ошибок измерения является наибольшей, и если окажется, что одна из них на порядок превышает все остальные, то последними погрешностями можно пренебречь.

Если же все учитываемые погрешности по порядку величины одинаковы, то необходимо оценить совместный эффект нескольких различных погрешностей. В общем случае суммарная ошибка подсчитывается по формуле:

где  – случайная погрешность,  – погрешность прибора, – погрешность округления.

В большинстве экспериментальных исследований физическая величина измеряется не прямо, а через другие величины, которые в свою очередь определяются прямыми измерениями. В этих случаях измеряемая физическая величина определяется через прямо измеренные величины посредством формул. Такие измерения называются косвенными. На языке математики это означает, что искомая физическая величина f связана с другими величинами х 1, х 2, х 3, … ,. х n функциональной зависимостью, т.е

F = f (x 1 , x 2 ,….,х n )

Примером таких зависимостей может служить объем шара

.

В данном случае косвенно измеряемой величиной является V - шара, которая определится при прямом измерении радиуса шара R. Данная измеряемая величина V является функцией одной переменной.

Другим примером может быть плотность твердого тела

. (8)

Здесь  – является косвенно измеряемая величина, которая определяется прямым измерением массы тела m и косвенной величиной V . Данная измеряемая величина  является функцией двух переменных, т.е.

 =  (m, V)

Теория погрешностей показывает, что погрешность функции оценивается суммой погрешностей всех аргументов. Погрешность функции будет тем меньше, чем меньше погрешностей её аргументов.

4.Построение графиков по экспериментальным измерениям.

Существенным моментом экспериментального исследования является построение графиков. При построении графиков, прежде всего необходимо выбрать систему координат. Наиболее распространенной является прямоугольная система координат с координатной сеткой, образованной равностоящими друг от друга параллельными прямыми (например, миллиметровая бумага). На осях координат через определенные промежутки наносятся деления в определенном масштабе для функции и аргумента.

В лабораторных работах при изучении физических явлений приходится учитывать изменения одних величин в зависимости от изменения других. Например: при рассмотрении движения тела устанавливается функциональная зависимость пройденного пути от времени; при изучении электросопротивления проводника от температуры. Можно привести еще множество примеров.

Переменную величину У называют функцией другой переменной величины Х (аргумент), если каждому значение У будет соответствовать вполне определенное значение величины Х , то можно записать зависимость функции в виде У = У(Х) .

Из определения функции следует, что для её задания необходимо указать два множества чисел (значений аргумента Х и функции У ), а так же закон взаимозависимости и соответствия между ними (Х и У ). Экспериментально функция может быть задана четырьмя способами:

Таблицей; 2. Аналитически, в виде формулы; 3. Графически; 4. Словесно.

Например: 1. Табличный способ задания функции –зависимости величины постоянного тока I от величины напряжения U , т.е. I = f (U ) .

Таблица 2

2.Аналитический способ задания функции устанавливается формулой, при помощи которой по заданным (известным) значениям аргумента можно определить соответствующие значения функции. Например, функциональная зависимость, приведенная в таблице 2, может быть записана формулой:

(9)

3.Графический способ задания функции.

Графиком функции I = f (U ) в декартовой системе координат называется геометрическое место точек, построенное по числовым значениям координатной точки аргумента и функции.

На рис. 1 построен график зависимости I = f (U ) , заданный таблицей.

Точки, найденные на опыте и наносимые на график, отмечаются отчетливо в виде кружочков, крестиков. На графике для каждой построенной точки необходимо указывать погрешности в виде «молоточков» (см. рис 1). Размеры этих «молоточков» должны быть равны удвоенному значению абсолютных ошибок функции и аргумента.

Масштабы графиков надо выбирать так, чтобы наименьшее расстояние, отсчитываемое по графику, было бы не меньше наибольшей абсолютной погрешности измерений. Однако такой выбор масштаба не всегда удобен. В некоторых случаях удобней взять по одной из осей несколько больший или меньший масштаб.

Если исследуемый интервал значений аргумента или функции отстоит от начала координат на величину, сравнимую с величиной самого интервала, то целесообразно перенести начало координат в точку, близкую к началу исследуемого интервала, как по оси абсцисс, так и по оси ординат.

Проведение кривой (т.е. соединение экспериментальных точек) через точки обычно осуществляется в соответствии с идеями метода наименьших квадратов. В теории вероятностей показано, что наилучшим приближением к экспериментальным точкам будет такая кривая (или прямая), для которой сумма наименьших квадратов отклонений по вертикали от точки до кривой будет минимальной.

Нанесенные на координатную бумагу точки соединяют плавной кривой, причем кривая должна проходить возможно ближе ко всем экспериментальным точкам. Проводить кривую следует так, чтобы она лежала возможно ближе к точкам не превышаемые погрешности и чтобы по обе стороны кривой оказывалось приблизительно равное их количество (см. рис. 2).

Если при построении кривой одна или несколько точек выходят за пределы области допустимых значений (см. рис. 2, точки А и В ), то кривую проводят по остальным точкам, а выпавшие точки А и В как промахи не берут в учет. Затем проводят повторные измерения в этой области (точки А и В ) и устанавливается причина такого отклонения (либо это промах или законное нарушение найденной зависимости).

Если исследуемая, экспериментально построенная функция обнаруживает «особые» точки, (например, точки экстремума, перегиба, разрыва и т.д.). То увеличивается число экспериментов при малых значениях шага (аргумента) в области особых точек.

• измерение сопротивления резисторов, соединённых треугольником. При этом измеряется значение сопротивления между вершинами. По результатам определяются сопротивления резисторов.
• определение масс гирь набора гирь (1, 2, 2, 5) кг с использованием одной эталонной гири 1 кг и компаратора масс («весов», предназначенных для определения разности масс двух грузов). Компарируют, например:

Эталон с гирей 1 кг из набора; - эталон + гирю 1 кг из набора с гирей 2 кг из набора; - эталон + гирю 1 кг из набора с другой гирей 2 кг из набора; - гири 1 + 2 + 2 кг из набора с оставшейся гирей 5 кг из набора.

Напишите отзыв о статье "Виды измерений"

Отрывок, характеризующий Виды измерений

В 10 м часу вечера Вейротер с своими планами переехал на квартиру Кутузова, где и был назначен военный совет. Все начальники колонн были потребованы к главнокомандующему, и, за исключением князя Багратиона, который отказался приехать, все явились к назначенному часу.
Вейротер, бывший полным распорядителем предполагаемого сражения, представлял своею оживленностью и торопливостью резкую противоположность с недовольным и сонным Кутузовым, неохотно игравшим роль председателя и руководителя военного совета. Вейротер, очевидно, чувствовал себя во главе.движения, которое стало уже неудержимо. Он был, как запряженная лошадь, разбежавшаяся с возом под гору. Он ли вез, или его гнало, он не знал; но он несся во всю возможную быстроту, не имея времени уже обсуждать того, к чему поведет это движение. Вейротер в этот вечер был два раза для личного осмотра в цепи неприятеля и два раза у государей, русского и австрийского, для доклада и объяснений, и в своей канцелярии, где он диктовал немецкую диспозицию. Он, измученный, приехал теперь к Кутузову.
Он, видимо, так был занят, что забывал даже быть почтительным с главнокомандующим: он перебивал его, говорил быстро, неясно, не глядя в лицо собеседника, не отвечая на деланные ему вопросы, был испачкан грязью и имел вид жалкий, измученный, растерянный и вместе с тем самонадеянный и гордый.

Рис. 3. Классификация видов измерений

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений являются определения длины с помощью линейных мер или температуры термометром. Прямые измерения составляют основу более сложных косвенных измерений.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями, например, тригонометрические методы измерения углов, при которых острый угол прямого треугольника определяют по измеренным длинам катетов и гипотенузы или измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек или, мощности электрической цепи по измеренным вольтметром напряжению и амперметром силе тока, используя известную зависимость. Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые измерения. Например, погрешности прямых измерений углов угломерами на порядок выше погрешностей косвенных измерений углов с помощью синусных линеек.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин. Целью этих измерений является нахождение функциональной связи между величинами.

Пример 1. Построение градуировочной характеристики y = f(x) измерительного преобразователя, когда одновременно измеряются наборы значений:

X 1 , X 2 , X 3 , …, X i , …,X n

Y 1 , Y 2 , Y 3 , …, Y i , …,Y n

Пример 2 . Определение температурного коэффициента сопротивления путем одновременного измерения сопротивления R и температуры t , а затем определение зависимости a(t) = DR/Dt :

R 1 , R 2 , …, R i , …, R n

t 1 , t 2 , …, t i , …, t n

Совокупные измерения осуществляются путем одновременного измерения нескольких одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин.

Пример: значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

Имеются гири массами m 1 , m 2 , m 3 .

Масса первой гири определится следующим образом:

Масса второй гири определится как разность массы первой и второй гирь М 1,2 и измеренной массы первой гири :

Масса третьей гири определится как разность массы первой, второй и третьей гирь (M 1,2,3 ) и измеренных масс первой и второй гирь ():

Часто именно этим путем добиваются повышения точности результатов измерения.

Совокупные измерения отличаются от совместных только тем, что при совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных – разноименных.

Совокупные и совместные измерения часто применяют при измерении различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины бывают статические, динамические и статистические измерения.

Статические – измерения неизменных во времени ФВ например, измерение длины детали при нормальной температуре.

Динамические – измерения изменяющихся во времени ФВ, например измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета, или напряжение в сети переменного тока.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

По точности существуют измерения с максимально возможной точностью, контрольно-поверочные и технические.

Измерения с максимально возможной точностью – это эталонные измерения, связанные с точностью воспроизведения единиц физической величины, измерения физических констант. Эти измерения определяются существующим уровнем техники.

Контрольно–поверочные – измерения, погрешность которых не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники, измерения заводскими измерительными лабораториями и другие, осуществляемые при помощи средств и методик, гарантирующих погрешность, не превышающую заранее заданного значения.

Технические измерения – измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений (СИ). Это наиболее массовый вид измерений, проводится с помощью рабочих СИ, погрешность которых заранее известна и считается достаточной для выполнения данной практической задачи.

Измерения по способу выражения результатов измерений могут быть также абсолютными и относительными.

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин, а также на использовании значений физических констант. При линейных и угловых абсолютных измерениях, как правило, находят одну физическую величину, например, диаметр вала штангенциркулем. В некоторых случаях значения измеряемой величины определяют непосредственным отсчетом по шкале прибора, отградуированного в единицах измерения.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы. При относительном методе измерений производится оценка значения отклонения измеряемой величины относительно размера установочной меры или образца. Примером является измерение на оптиметре или миниметре.

По числу измерений различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

Приведенные виды измерений включают различные методы, т.е. способы решения измерительной задачи с теоретическим обоснованием по принятой методике.

1.Методы измерения:прямые и косвенные.Прямые -когда измеряется непосредственно сама измеряемая величина.(измерение темп ртутным термометром)Косвенное -когда измеряется не сама изм.вел. а величины функционально связанные с нею.(измеряют U и R а затем рассчитывают I) По принципу методы измерения делят на: 1Метод непосредственной оценки (измерение длины метром).2Метод сравнения с мерой (измерение массы груза с помощью образцовых гирь)Мера -тех.средство высокой точности измерения. 3Дифференциальный метод -при этом методе измеряется не сама изм.вел R x а ее отклонение от заданной величины R 0 .Для измерения используется специальная мостовая схема кот состоит из 4плеч: R x, R 0 , R 1 , R 2 . В схеме всегда R 1 =R 2 .Балластные сопротивления для повышения точности измерения: СД-диаганаль питания, АВ-измерительная диаганаль.Измерит схема находится в равновесии т.е потенциалы точек АиВ равны(φ А = φ В)Если выполняется условие R x R 2 =R 0 R 1 если R x =R 0 схема находится в равновесии.Если Rx отличается от R 0 то потенциал т.А отличается от потенциала т.В разность потенциалов= ∆φ= φ А -φ В (измеряется прибором).R 0 может состоять из нескольких последовательно включенных сопротивлений разной величины.Такое устройство наз магазином сопротивлений. 4Нулевой метод -при этом методе в качестве изм.прибора используется гальванометр,кот определяет разность потенциалов в изм.диаганале.Если измеряемой сопротивление R x отличается от R 0 то появляется разность потенциалов и перемещая ползунок R 0 добиваются чтобы гальванометр показывал 0.по положению ползунка и шкале определяют значение R x .5Компенсационные метод (является разновидностью нулевого и еще наз методом силовой компенсации)Разность потенциалов усиливается электронным усилителем и постоупает на реверсивный электродвигатель кот начинает перемещать ползунок R 0 и стрелку ук-теля до тех пор пока не сравняются потенциалы точек АиВ.

2.Погрешность измерения делится на Абсалютную,Относительную, Приведенную.1.Абсалютная погрешность -разность между значениями измеряемой величины и ее действит.значением.За дествит.значение принимается показания образцового прибора. ∆ абс =±(А изм -А дейст).2Приведенная -отношениеабсалютной погрешности к нормированному значению,выражается в %. ∆ прив = ∆ абс /N*100.3.Относительная -отношение абсолютной погрешности к измеренной величине,выражается в %.Погрешности могут систематич (обусловлена конструкцией прибора и не зависит от внешних факторов)случайная (зависит от условий измерения,изменение параметров окр.среды,питания)промах (вызвана неправильными действиями оператора)Допустимые погрешности ограничиваются классом точности прибора.Он определяетяс заводом изготовителем и указывается на шкале прибора или в его паспорте. Класс точности-обощенная хар-ка прибора,ограничивающая систематич и случайные погрешности.(1;1,5;2;2,5;3;4)10 n .n-ук-тель степени,единица илиотриц число..Чем не выше цифра класса точности,тем ниже точность измерения(ртутный термометр показвает темп 21,5 а показание образцового термометра-21,9. = ∆ абс /А изм *100%-относительная погрешность.К=∆ абс /N*100%-приведенная погрешность.

3.Автоматич контроль (АК)-задачей является измерение параметров техпроцесса и отображение инфы о текущем значении параметра показывающими и регистрирующими приборами.При автоматич контроле средства автоматизации не вмешиваются в управление техпроцессом даже при создании аварийной ситуации..АК может быть местным и дистанционным.При местном АК датчики и первич. Преобразователи устанавливаются непосредственно на тех.оборудовании.Показывающин приборы могут находиться на оборудовании а регистрирующие на местных щитах кот размещены на раб.месте ОТП. Дистанционный контроль упрощает управлениетехпроцессом.На раб.месте ОТП на щите расположены средства ДУ регулирующими органами(GLE-c этой панели оператор может изменить положение регулирующего органа и по прибору на этой панели контролировать насколько % открылся/закрылся регулирующий орган а по вторичному прибору наблюдать как изменилось значение контролируемого параметра. Автоматич сигнализация- предназначена для сигнализации отклонений значений параметра от заданного значения.Бывает световая и звуковая.Световая(выполняется пневматич или электрич лампами) Звуковая(электрич звонками,сиренами и ревунами).Сигнализация может быть технологич и аварийной.Технологич-предупреждает ОТП что параметр отклонился от нормы.Аварийная-техпроцесс приближается к аварийному состоянию.Используют сирены и ревуны.

4.Автоматич регулирование.САР предназначена для содержания регулируемого параметра на заданном уровне с заданной точностью длительное время.САР работает по след алгоритму:ПП получает онформацию о текущем значении регулируемого параметра и преобразует в унифиц сигнал.Тот поступает на ВП для отображения информации и на АР.АР сравнивает полученную инфу с заданием определяет величину и знак рассогласования и в соответствии с выбранным законом регулирования управляющее воздействие поступает на регулирующий орган кот изменяет энергетичи или технологич потоки и возвращает регулируемую величину к заданному значению.ОТП непосредственно не участчует в упралении а только наблюдает за ходом техпроцесса и при необходимости изменяет задание на АР