N.G. Rozenko metroloogia. Füüsikaliste suuruste mõõtmise meetodid ja vahendid. Füüsikalised kogused. Füüsikaliste suuruste mõõtmine. Mõõtmise täpsus ja viga Meetod füüsikaliste suuruste mõõtmiseks töös
Peatükk 1. FÜÜSIKALISTE KOGUSTE MÕÕTMINE
Praktilistes tegevustes esinevate nähtuste mitmekesisus määrab mõõdetavate suuruste laia valiku. Metroloogia põhiliseks uurimisobjektiks on füüsikaliste suuruste mõõtmine. Kõigil mõõtmisjuhtudel, olenemata väärtusest, meetodist ja mõõtmisvahenditest, on mõõtmiste aluseks ühine asi - see on etteantud suuruse suuruse võrdlus mõõtevahendi salvestatud ühikuga. Mis tahes mõõtmise puhul kasutame eksperimenti, et määrata kvantitatiivselt füüsikaline suurus teatud arvu selle jaoks aktsepteeritud ühikute kujul, s.t. leida füüsikalise suuruse suuruse väärtus. Mõõtmine toimub skaala abil - eelnevalt koostatud tellitud komplekt füüsikaliste suuruste jadast, mis võetakse vastu kokkuleppel.
Mõõtühikute valikul on suur tähtsus erinevate meetodite, vahendite ja erinevates mõõtmistingimustes saadud tulemuste võrdlemisel. Seetõttu on tavaks kehtestada nende suurused seadusandlike vahenditega. XI kaalude ja mõõtude peakonverentsi poolt heaks kiidetud rahvusvaheline mõõtühikute süsteem lõi reaalsed väljavaated mõõtühikute täielikuks ühendamiseks kõigis maailma üldsuse riikides.
Mõõteobjektid
Mõõtekaalud
Mõõtmisskaala on selle suuruse mõõtmise algne alus. See on järjestatud väärtuste kogum.
Praktiline tegevus on viinud erinevat tüüpi füüsikaliste suuruste mõõtmiseks mõeldud skaalade moodustamiseni, millest peamised on allpool vaadeldud neli.
1. Järjekorra skaala (järgud) on järjestatud sari – kasvav või kahanev väärtuste jada, mis iseloomustab uuritavat omadust. See võimaldab teil luua järjestuse seose väärtuste suurenemise või kahanemise osas, kuid ei ole võimalik hinnata, mitu korda (või kui palju) üks väärtus on teisest suurem või väiksem. Skaalade järjekorras võib mõnel juhul olla null (nullmärk), nende jaoks on peamine mõõtühiku puudumine, sest selle suurust ei saa määrata, nendes skaalades ei saa suurustega sooritada matemaatilisi tehteid (korrutamine, liitmine).
Järjestusskaala näide on Mohsi skaala kehade kõvaduse määramiseks. See on võrdluspunktidega skaala, mis sisaldab 10 erineva tingliku kõvaduse numbriga võrdlus(referents)mineraali. Sellisteks skaaladeks on näiteks ka Beauforti skaala tuule tugevuse (kiiruse) mõõtmiseks ja Richteri maavärina skaala (seismiline skaala).
2. Intervallide skaala (erinevused) erineb järjestusskaalast selle poolest, et mõõdetavate suuruste puhul ei juurutata mitte ainult järjekorra seoseid, vaid ka intervallide (erinevuste) liitmist erinevate omaduste kvantitatiivsete ilmingute vahel. Erinevusskaaladel võivad olla tinglikud null-etalonid ja kokkuleppel kehtestatud mõõtühikud. Intervallide skaalal saate määrata, kui palju üks väärtus on teisest suurem või väiksem, kuid te ei saa öelda, mitu korda. Intervallskaalad mõõdavad aega, vahemaad (kui teekonna algus pole teada), temperatuuri Celsiuse kraadides jne.
Vaheskaalad on arenenumad kui tellimusskaalad. Nendes skaalades saab suurustega sooritada aditiivseid matemaatilisi tehteid (liitmine ja lahutamine), kuid korrutavaid (korrutamine ja jagamine) ei saa teha.
3.Suhte skaala kirjeldab suuruste omadusi, mille puhul kehtivad järjekorra, intervallide liitmise ja proportsionaalsuse seosed. Nendes skaalades on loomulik null ja kokkuleppel määratakse mõõtühik. Suhteskaala eesmärk on esindada mõõtmiste tulemusi, mis on saadud vastavalt põhimõõtmisvõrrandile (1.1), kui eksperimentaalselt võrrelda tundmatut suurust Q selle ühikuga [Q]. Suhteskaalade näideteks on massi, pikkuse, kiiruse, termodünaamilise temperatuuri skaalad.
Suhteskaala on kõigist mõõteskaaladest kõige arenenum ja enim kasutatav. See on ainuke skaala, millel saab määrata mõõdetud suuruse väärtust Suhteskaalal on määratletud kõik matemaatilised toimingud, mis võimaldab teha skaalale trükitud näitudes multiplikatiivseid ja aditiivseid parandusi.
4. Absoluutne skaala omab kõiki seoste skaala tunnuseid, kuid lisaks on sellel ka loomulik üheselt mõistetav mõõtühiku määratlus. Selliseid skaalasid kasutatakse suhteliste väärtuste mõõtmiseks (võimendus, sumbumine, efektiivsus, peegeldus, neeldumine, amplituudmodulatsioon jne). Paljudel sellistel skaaladel on piirid nulli ja ühe vahel.
Intervallide ja suhete skaalasid ühendab mõiste "meetrilised skaalad". Järjekorraskaalat nimetatakse tingimuslikeks skaaladeks, st. skaaladele, milles mõõtühik pole määratletud ja mida mõnikord nimetatakse mittemeetriliseks. Absoluut- ja meetriskaalad liigitatakse lineaarseteks. Mõõteskaalade praktiline rakendamine toimub standardiseerides nii skaalasid kui ka mõõtühikuid ise ning vajadusel nende üheselt mõistetava reprodutseerimise meetodeid ja tingimusi.
SI põhiühikud
Põhiüksus suurust nimetatakse peamise füüsikalise suuruse ühikuks, s.o. kogus, mis on tinglikult aktsepteeritud süsteemi muudest suurustest sõltumatuna. SI põhiühikute valikul lähtusime sellest, et: 1) katta süsteemiga kõik teaduse ja tehnika valdkonnad; 2) luua alus tuletatud ühikute moodustamiseks erinevatele füüsikalistele suurustele; 3) aktsepteerida juba levinud põhiüksuste praktilisi suurusi; 4) valida sellistest kogustest ühikud, mille reprodutseerimine etalonide abil on võimalik suurima täpsusega.
SI põhiühikud koos lühenditega vene ja ladina tähtedega on toodud tabelis. 1.1.
Tabel 1.1.
SI põhiühikud
Põhiühikute määratlused vastavalt kaalude ja mõõtude peakonverentsi otsustele on järgmised.
Mõõdik võrdub valguse poolt vaakumis läbitud tee pikkusega 1/299 792 458 sekundis.
Kilogramm võrdne kilogrammi rahvusvahelise prototüübi massiga.
Teiseks võrdub 9 192 631 770 kiirgusperioodiga, mis vastab üleminekule tseesium-133 aatomi põhioleku kahe ülipeen taseme vahel.
Amper on võrdne muutumatu voolu tugevusega, mis läbides vaakumis kahte paralleelset lõpmatu pikkusega ja tühise ümmarguse ristlõikepindalaga sirgjoonelist juhti, mis asuvad üksteisest 1 m kaugusel vaakumis, tekitab vastasmõju jõu 2 × 10 -7 iga 1 m pikkuse N juhtme sektsiooni kohta.
Kelvin võrdub 1/273,16 vee kolmikpunkti termodünaamilise temperatuuriga.
sünnimärk on võrdne aine kogusega süsteemis, mis sisaldab nii palju struktuurielemente, kui on aatomeid süsinik-12 massiga 0,012 kg.
Candela võrdne sagedusega 540×10 12 Hz monokromaatilist kiirgust kiirgava allika valgustugevusega antud suunas, mille valgusenergia intensiivsus selles suunas on 1/683 W/sr.
Esimesed kolm SI ühikut (meeter, kilogramm ja teine) võimaldavad moodustada tuletatud ühikuid mehaaniliste ja akustiliste suuruste mõõtmiseks. Lisades neile temperatuuriühiku (kelvin), on võimalik moodustada tuletatud ühikuid soojussuuruste mõõtmiseks.
Mõõtur, kilogramm, sekund ja amper on tuletatud ühikute moodustamise aluseks elektriliste, magnetiliste mõõtmiste ja ioniseeriva kiirguse mõõtmise valdkonnas ning mooli kasutatakse ühikute moodustamiseks füüsikalis-keemiliste mõõtmiste valdkonnas.
SI tuletatud ühikud
Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi tuletatud ühikud moodustatakse põhiühikutest, kasutades suurustevahelise seose võrrandeid, milles arvulised koefitsiendid on võrdsed ühega. Näiteks lineaarkiiruse v ühiku määramiseks tuleks kasutada ühtlase sirgjoonelise liikumise võrrandit
kus l on läbitud vahemaa pikkus (meetrites); t - aeg (sekundites).
Seetõttu on kiiruse ühikuks SI – meeter sekundis – sirgjooneliselt ja ühtlaselt liikuva punkti kiirus, mille juures see liigub 1 sekundiga 1 m kaugusele.
Tuletatud ühikud võivad olla nime saanud kuulsate teadlaste järgi. Nii sai rõhu ühik 1 N/m 2 erinimetuse – pascal (Pa) prantsuse matemaatiku ja füüsiku Blaise Pascali järgi. Erinimedega tuletatud üksused on toodud tabelis. 1.2.
Tabel 1.2.
SI-st tuletatud erinimedega ühikud
| Väärtus | Üksus | |||
| Nimi | Mõõtmed | Nimi | Määramine | Avaldis SI ühikutes |
| Sagedus | T-1 | hertsi | Hz | alates -1 |
| Jõud, kaal | LMT-2 | newton | H | m kg s -2 |
| Rõhk, mehaaniline pinge | L -1 MT -2 | pascal | Pa | m -1 kg s -2 |
| Energia, töö, soojushulk | L2MT-2 | džauli | J | m 2 kg s -2 |
| Võimsus | L2MT-3 | vatti | teisip | m 2 kg s -3 |
| Elektri kogus | TI | ripats | cl | c A |
| Elektripinge, potentsiaal | L 2 MT -3 I -1 | volt | AT | m 2 kg s -3 A -1 |
| Elektriline võimsus | L -2 M -1 T 4 I 2 | farad | F | m -2 kg -1 s 4 A 2 |
| Elektritakistus | L 2 MT-3 I-2 | ohm | Ohm | m 2 kg s -3 A -2 |
| elektrijuhtivus | L -2 M -1 T 3 I 2 | Siemens | cm | m -2 kg -1 s 3 A 2 |
| Magnetinduktsiooni voog | L 2 MT -2 I -1 | weber | wb | m 2 kg s -2 A -1 |
| Magnetiline induktsioon | MT -2 I -1 | tesla | Tl | kg s -2 A -1 |
| Induktiivsus | L 2 MT-2 I-2 | Henry | gn | m 2 kg s -2 A -2 |
| Radionukliidide aktiivsus | T-1 | becquerel | Bq | alates -1 |
| Neeldunud kiirgusdoos | L 2 T-2 | hall | Gr | m 2 s -2 |
| Samaväärne kiirgusdoos | L 2 T-2 | sievert | Sv | m 2 s -2 |
Radiaane ja steradiaane kasutatakse vastavalt lame- ja ruuminurkade mõõtmiseks SI-s.
Radiaan(rad) - tasapinna nurga ühik on nurk kahe ringi raadiuse vahel, mille vaheline kaar on raadiusega võrdne. Kraadides on radiaan 57°17"48".
Steradiaan(cp) - ruuminurga ühik on ruuminurk, mille tipp asub kera keskel ja mis lõikab sfääri pinnalt välja pindala, mis on võrdne ruudu pindalaga. külg, mille pikkus on võrdne sfääri raadiusega.
Radiaane ja steradiaane kasutatakse iseenesest peamiselt teoreetilisteks arvutusteks, praktikas mõõdetakse nurki nurgakraadides (minutites, sekundites). Just nendes ühikutes on enamik goniomeetrilisi mõõteriistu gradueeritud.
Mitmikud ja alamkorrutised
Koguseid on mitu ja mitu ühikut. Mitmiküksus on füüsikalise suuruse ühik, täisarv korda suurem kui süsteemne või mittesüsteemne ühik. Näiteks kilomeetri pikkuse ühik võrdub 10 3 m, s.o. mitmekordne meeter. mitmekordne üksus- füüsikalise suuruse ühik, mille väärtus on täisarv korda väiksem kui süsteemne või mittesüsteemne ühik. Näiteks pikkusühik millimeeter võrdub 10 -3 m, s.o. on tasane.
Füüsikaliste suuruste SI-ühikute kasutamise mugavuse huvides on kümnendkordajate ja alamkordajate nimede moodustamiseks kasutusele võetud eesliited, tabel. 1.3.
Tabel 1.3.
Kordajad ja eesliited kümnend- ja alamkordajate ning nende nimetuste moodustamiseks
| Faktor | Eesliide | Prefiksi tähistus | |
| vene keel | rahvusvaheline | ||
| 10 24 | yotta | Y | Ja |
| 10 21 | zetta | Z | Z |
| 10 18 | eks | E | E |
| 10 15 | peta | P | R |
| 10 12 | tera | T | T |
| 10 9 | giga | G | G |
| 10 6 | mega | M | M |
| 10 3 | kilo | juurde | k |
| 10 2 | hekto | G | h |
| 10 1 | helilaud | Jah | da |
| 10 -1 | detsi | d | d |
| 10 -2 | centi | koos | c |
| 10 -3 | Milli | m | m |
| 10 -6 | mikro | mk | m |
| 10 -9 | nano | n | n |
| 10 -12 | pico | P | lk |
| 10 -15 | femto | f | f |
| 10 -18 | atto | a | a |
| 10 -21 | zepto | z | h |
| 10 -24 | yokto | y | ja |
Vastavalt rahvusvahelistele reeglitele tuleks pindala- ja ruumalaühikute kordsed ja alamkorrutised moodustada, lisades algühikutele prefiksid. Seega tähistavad kraadid neid ühikuid, mis saadakse eesliidete lisamise tulemusena. Näiteks 1 km 2 \u003d 1 (km) 2 \u003d (10 3 m) 2 = 10 6 m 2.
Mõõtmiste tüübid ja meetodid
Mõõtmise mõiste
Mõõtmine on metroloogia kõige olulisem mõiste. Nagu eelpool mainitud, on see füüsikalise suuruse väärtuse leidmise protsess spetsiaalsete tehniliste vahendite (mõõteriistade) abil. Mõõtmisel viige läbi tähelepanekud mõõtmisobjekti taga, et näit õigeaegselt ja õigesti teha. Mõõtmisobjektiks võib olla tehniline seade (näiteks kamberahi), tehnoloogilised protsessid, keskkond, ainete ja materjalide tarbimine, inimese elulised näitajad jne. Mõõtmiseks valitud füüsikaline suurus on nn. mõõtmissuurus.
Mõõteobjekti ja vastavalt mõõtmistulemust mõjutavad lisaks mõõdetavale suurusele ka muud füüsikalised suurused, mida antud mõõteriistaga ei mõõdeta. Neid nimetatakse füüsikaliste suuruste mõjutamine. Mõjutavad kogused jagunevad järgmistesse rühmadesse:
klimaatiline (ümbritsev temperatuur, õhuniiskus, atmosfäärirõhk);
elektrilised ja magnetilised (elektrivoolu võnkumised, pinge elektriahelas, vahelduvvoolu sagedus, magnetväli);
väliskoormused (vibratsioonid, löökkoormused, ioniseeriv kiirgus).
Mõõtmisvea vältimatu ilmnemise põhjuseks on nii nende suuruste mõju mõõtmistulemusele kui ka mõõtevahendi valmistamise ebatäiuslikkus, operaatori subjektiivsed vead ja mitmed muud tegurid.
Mis tahes mõõtmisprobleemi lahendamise protsess hõlmab reeglina kolme etappi:
1) mõõtmiste ettevalmistamine (meetodite ja mõõtevahendite valik, mõõtmistingimuste tagamine jms);
2) mõõtmiste läbiviimine (mõõtekatse);
3) mõõtmistulemuste töötlemine.
Joonisel fig. 1.2, viiakse mõõteobjekt ja mõõtevahendid vastastikku. Sel juhul muundatakse mõõtevahendile mõjuv mõõdetud väärtus teatud signaaliks, mida tajub inimene või erinevad tehnilised seadmed - mõõteinfo tarbijad.
Riis. 1.2. Mõõtmise saamise protsessi skeem
See signaal on funktsionaalselt seotud mõõdetud füüsikalise suurusega, seega selle nimetatakse mõõtesignaaliks teavet. Kõige sagedamini kasutatavad signaalid on:
konstantse taseme signaalid (pidev elektrivool ja pinge, suruõhu rõhk, valgusvoog);
siinussignaalid (vahelduv elektrivool ja pinge);
ristkülikukujuliste impulsside jada (elektriline, valgus).
Seejärel saab vastuvõetud mõõtmisteabe signaale töödelda, et mõõtmistulemust kõige mugavamalt esitada. Selline töötlemine võib hõlmata statistilist töötlemist (koguse mitmekordseks mõõtmiseks), lisaarvutusi (kaudsete mõõtmiste jaoks), ümardamist jms. Mõõtmistulemuste töötlemisega seotud küsimusi käsitletakse allpool (jaotis 2.4).
Mõõtmiste klassifikatsioon
Mõõtmised on väga mitmekesised ja neid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi, millest olulisemad on näidatud joonisel fig. 1.3.
Riis. 1.3. Mõõtmiste klassifikatsioon
Esiteks määratakse mõõtmised nähtuste (protsesside) füüsikalise olemuse järgi, mille järgi on välja kujunenud teatud füüsikaliste suuruste kogumid, mis on olemuselt või teatud teaduse ja tehnika valdkondades – mehaanilistes, termilistes, füüsikalis-keemilistes ja muudes rakendustes omavahel seotud. mõõdud.
Teiseks jagunevad mõõtmised olenevalt mõõtmistulemuste saamise meetodist otsesteks ja kaudseteks. Otsene- Need on mõõtmised, mille käigus leitakse füüsikalise suuruse soovitud väärtus otse katseandmetest. Sel juhul viiakse mõõteobjekt mõõtevahendiga koostoimesse ja vastavalt selle näidustustele määratakse mõõdetava suuruse väärtus. Näited otsemõõtmistest: pikkuse mõõtmine joonlauaga, aja mõõtmine kellaga, massi mõõtmine kaaluga, temperatuur termomeetriga, voolutugevus ampermeetriga jne. Otsemõõtmised hõlmavad valdava enamuse protsessi parameetrite mõõtmist.
Kaudne- need on mõõtmised, mille puhul määratakse soovitud väärtus sellega funktsionaalselt seotud otseste mõõtmiste tulemuste põhjal. Q väärtus leitakse valemi järgi arvutades
Q = f (X 1 , X 2 ,…X m), (1,5)
kus X 1 , X 2 ,…X m - väärtused, mille suurus määratakse otsemõõtmistega
Kaudsete mõõtmiste näited: homogeense keha tiheduse määramine selle massi ja ruumala järgi, juhi elektritakistuse määramine pingelanguse ja voolutugevuse järgi, võimsuse määramine voolutugevuse ja pinge järgi.
Kaudsed mõõtmised on levinud juhtudel, kui soovitud väärtust on võimatu või liiga raske otse mõõta või kui otsemõõtmine annab vähem täpse tulemuse. Nende roll on eriti suur selliste suuruste mõõtmisel, mis on otseseks eksperimentaalseks võrdluseks kättesaamatud, näiteks astronoomilise või aatomisisese korra mõõtmed.
Vastavalt metroloogilisele eesmärgile jagunevad mõõtmised tehnilisteks ja metroloogilisteks. Tehniline mõõtmised viiakse läbi töötavate mõõtevahenditega mõõdetud suuruse väärtuse määramiseks, samuti selle kontrollimise ajal. Need mõõtmised on kõige levinumad ja neid tehakse kõigis tööstus- ja teadusharudes. Metroloogiline mõõtmised tehakse etalonide abil füüsikaliste suuruste ühikute reprodutseerimiseks ja nende suuruse ülekandmiseks töötavatele mõõtevahenditele (metroloogiateenistuste taatlus- ja kalibreerimistöödel).
Tulemuse saamiseks tehtud mõõtmiste arvu järgi eristatakse üksik- ja mitmekordseid mõõtmisi. Vallaline nimetatakse ühekordseks mõõtmiseks. Näiteks kellaga aja mõõtmine. Kui vajate tulemuse suhtes rohkem usaldust, tehke seda mitmekordne sama suuruse mõõtmised, mille tulemus võetakse tavaliselt üksikute mõõtmiste aritmeetiliseks keskmiseks Tavaliselt mitme mõõtmise korral on mõõtmiste arv n ³3.
Vastavalt mõõdetud väärtuse sõltuvusele ajast jagatakse mõõtmised staatilisteks ja dünaamilisteks. Kell staatiline mõõtmisel eeldatakse, et füüsikaline suurus jääb mõõtmisaja jooksul muutumatuks (näiteks mõõdetakse detaili pikkust normaaltemperatuuril). Kui füüsikalise suuruse suurus ajas muutub, siis selliseid mõõtmisi nimetatakse dünaamiline(näiteks maapinna kauguse mõõtmine laskuvast lennukist).
Sõltuvalt kasutatavate mõõteriistade täpsusest ja mõõtmistingimustest jagatakse need võrdse täpsusega ja ebavõrdse täpsusega. Samaväärne nimetatakse suuruste mõõtmisteks, mis on tehtud mõõteriistade sama täpsusega samades tingimustes sama hoolega. Kui mõõtmised viidi läbi erineva täpsusega ja (või) erinevates tingimustes mõõtevahenditega, siis neid nimetatakse nn. ebavõrdne.
Lisaks joonisel fig. 1.3. mõõtmiste klassifikatsiooni tunnused konkreetsetel juhtudel, vajadusel saab kasutada ka muid. Näiteks võib mõõtmised jaotada olenevalt teostamiskohast labori- ja tööstuslikeks; olenevalt tulemuste esitamise vormist - absoluutseks ja suhteliseks.
Ülaltoodud mõõtmisi saab läbi viia erinevate meetoditega, s.t. mõõtmisprobleemi lahendamise viise.
Mõõtmismeetodid
Mõõtmismeetod on tehnika või tehnikate kogum mõõdetud suuruse võrdlemiseks selle ühikuga vastavalt rakendatud mõõtmispõhimõttele. Under mõõtmise põhimõte mõista mõõtmiste aluseks olevaid füüsilisi mõjusid (nähtusi). Näiteks temperatuuri mõõtmine termoelektrilise efekti abil. Mõõtmismeetodi määrab tavaliselt mõõtevahendite konstruktsioon.
Mõõtmismeetodeid on palju ning teaduse ja tehnika arenguga nende arv kasvab. Iga füüsikalist suurust saab reeglina mõõta mitme meetodi abil. Nende süstematiseerimiseks on vaja välja selgitada ühised iseloomulikud tunnused. Üks nendest tunnustest on mõõdiku olemasolu või puudumine mõõtmisel. Olenevalt sellest eristatakse kahte mõõtmismeetodit: otsehindamise meetodit ja mõõdikuga võrdlemise meetodit (joonis 1.4). mõõta nimetatakse mõõteriistaks, mis on ette nähtud ühe või mitme kindlaksmääratud mõõtmega füüsilise koguse reprodutseerimiseks ja (või) salvestamiseks, mille väärtused on väljendatud kindlaksmääratud ühikutes ja on teada vajaliku täpsusega. Lisateavet meetmete liikide kohta leiate punktist 3.1.
Riis. 1.4. Mõõtmismeetodite klassifikatsioon
Kõige tavalisem otsene hindamismeetod. Selle olemus seisneb selles, et mõõdetud väärtuse väärtuse määrab otse mõõteseadme lugemisseade, näiteks pinge mõõtmine voltmeetriga, koormuse kaalumine vedrukaalule (joonis 1.5). Sel juhul määratakse koormuse X mass mõõtmise teisenduse alusel vedru deformatsiooni d väärtusega.
Riis. 1.5. Mõõtmise skeem otsehindamise meetodil
Otsese hindamismeetodiga mõõtmised on tavaliselt lihtsad ega nõua kõrgeid operaatorioskusi, kuna pole vaja luua spetsiaalseid mõõteseadeid ja teha keerulisi arvutusi. Mõõtmiste täpsus on aga enamasti madal mõjutatavate suuruste mõju ja vajaduse tõttu mõõtesaale kalibreerida.
Kõige arvukam instrumentide rühm, mida otsehindamise teel mõõtmiseks kasutatakse, on näidikud (sh osutiriistad). Nende hulka kuuluvad manomeetrid, dünamomeetrid, baromeetrid, ampermeetrid, voltmeetrid, vattmeetrid, vooluhulgamõõturid, vedeliku termomeetrid ja paljud teised. Mõõtmisi, mis kasutavad integreerivat loendurit või salvestit, nimetatakse ka otseseks hindamismeetodiks.
Täpsemate mõõtmiste jaoks eelistatakse mõõtmise võrdlusmeetod, mille juures mõõdetud väärtus leitakse, võrreldes mõõtmisega reprodutseeritud väärtusega. Selle meetodi eripäraks on meetme otsene osalemine mõõtmisprotsessis.
Võrdlusmeetodid, olenevalt olemasolust või puudumisest, kui võrreldakse mõõdetud väärtuse ja mõõduga reprodutseeritud väärtuse erinevust, jagunevad null- ja diferentsiaalmeetoditeks. Mõlema meetodi puhul eristatakse vastandamise, asendamise ja kokkulangemise meetodeid.
Nullmõõtmise meetod - see on võrdlusmeetod mõõduga , mille puhul mõõdetava suuruse ja mõõdu netomõju võrdlusseadmele vähendatakse nullini. Sel juhul võetakse mõõdetud suuruse väärtus võrdseks mõõdiku väärtusega. Mõõdetud väärtuse ja mõõdiku väärtuste kokkulangevus märgitakse nullkursori (nullindikaatori) abil. Nullmõõtmismeetodi näited: kaalumine võrdsetel kaaludel; takistuse, induktiivsuse ja mahtuvuse mõõtmine tasakaalustatud silla abil; temperatuuri mõõtmine optilises püromeetris, kasutades tavalist hõõglambi (vastavalt kaal, galvanomeeter ja inimsilm on null osuti).
Diferentsiaalmõõtmise meetod(nimetatakse ka erinevuseks) on mõõduga võrdlemise meetod, mille puhul võrreldakse mõõdetud väärtust mõõduga ja mõõdetakse nende kahe väärtuse erinevust. Mõõdiku väärtus peab veidi erinema mõõdetava suuruse väärtusest. Näide diferentsiaalmeetodist: detaili pikkuse mõõtmine mõõdetud pikkuse ja pikkuse lõppmõõdu vahe järgi (lineaar- ja nurkmõõtmise valdkonnas nimetatakse seda meetodit suhteliseks); takistuse, induktiivsuse ja mahtuvuse mõõtmine tasakaalustamata silla abil; kaalumine ebavõrdsetel kaaludel. Selle meetodi puhul pole nullkursori kasutamine vajalik.
Kontrastne meetod seisneb selles, et mõõdetud väärtus ja mõõdikuga reprodutseeritud väärtus mõjuvad samaaegselt võrdlusseadmele, mille abil määratakse nende suuruste suhe. Null-opositsiooni meetodi näiteks on koormuse X kaalumine võrdsel skaalal (joonis 1.6, a), kui koormuse X mõõdetud mass on võrdne seda tasakaalustavate raskuste massiga. Tasakaaluseisundi määrab nullindikaatori osuti asukoht (see peab olema nullmärgi juures). Koormuse kaalumisel diferentsiaalopositsiooni meetodi korral tasakaalustatakse koormuse mass X raskuse massi ja vedru elastse deformatsiooni jõuga (joon. 1.6, b), mille väärtus on lugege välja seadme skaala. Koorma mass määratakse raskuse massi ja skaalal loetud näidiste summana.
 |
| a) |
 |
| b) |
Riis. 1.6. Mõõtmise skeem mõõduga võrreldes: a - null, b - diferentsiaal
Vastulause meetodit kasutatakse laialdaselt erinevate füüsikaliste suuruste mõõtmiseks. Reeglina annab see suurema mõõtetäpsuse kui otsehindamise meetod, vähendades mõõtevahendi vea ja mõjutavate suuruste mõju mõõtetulemusele.
Mõõtmega võrdlemise meetodi sordid hõlmavad asendusmeetod kasutatakse laialdaselt täpsete metroloogiliste uuringute praktikas. Meetodi olemus seisneb selles, et mõõdetud väärtus asendatakse mõõduga, mille väärtus on teada, s.t. mõõdetud väärtus ja mõõt mõjutavad mõõtevahendit järjestikku. Nullmeetodi puhul asendatakse mõõdetud suurus täielikult mõõduga ja mõõtmise tulemus võetakse võrdseks mõõte väärtusega. Diferentsiaalmeetodil ei ole võimalik teostada täielikku asendust ning mõõdetud suuruse väärtuse saamiseks tuleks mõõte väärtus liita väärtusele, mille võrra seadme näit on muutunud.
Tulenevalt asjaolust, et mõõdetud väärtus ja mõõt sisalduvad üksteise järel mõõteriista mõõteahela samas osas, suureneb mõõtmistäpsus oluliselt võrreldes teiste võrdlusmeetodi variantidega tehtud mõõtmistega, kus ahelate asümmeetria, milles võrreldavad kogused sisalduvad, põhjustab süstemaatilisi vigu. Asendusmeetodit kasutatakse sageli elektrilistel mõõtmistel, kasutades vahelduvvoolusildu.
Sobitamise meetod on omamoodi mõõtude võrdlusmeetod, mille puhul mõõdetakse mõõdetud väärtuse ja mõõdu abil reprodutseeritud väärtuse erinevust skaalamärkide või perioodiliste signaalide kokkulangemise abil. Kokkusattumusmeetodi põhimõttel ehitatakse noon, mis on osa paljudest mõõteriistadest (näiteks nihikutest).
Lisaks vaadeldavatele mõõtmismeetoditele on olemas ka kontakt- ja mittekontaktsed, olenevalt mõõtevahendi tundliku elemendi ja mõõteobjekti vahelise otsese kontakti olemasolust (või puudumisest). Kontaktmeetodi näiteks on võlli läbimõõdu mõõtmine nihikuga, kehatemperatuuri mõõtmine termomeetriga. Mittekontaktse meetodi näideteks on kõrgahjus temperatuuri mõõtmine püromeetriga, kauguse mõõtmine objektini radariga.
Mõõtmisvead
Suuruse mõõtmise tulemus sõltub paljudest teguritest: meetodi ja mõõtevahendi valik, selle rakendamise tingimused (näiteks temperatuur, rõhk, õhuniiskus), mõõtmistulemuste töötlemise meetod, operaatori kvalifikatsioon. mõõtmiste teostamine jne. Need tegurid põhjustavad erinevuse suuruse mõõtmistulemuse ja selle tegeliku väärtuse vahel, s.o. veale. Metroloogia üks peamisi ülesandeid on mõõtmisvigade määramise meetodite väljatöötamine.
Sõltuvalt suuruse objektiivselt olemasoleva väärtuse lähendamise astmest tuleks eristada suuruse tegelikku väärtust ja selle mõõtmise tulemust, aga ka tegelikku väärtust.
tõeline väärtus X ja suurused nimetavad väärtust, mis ideaaljuhul iseloomustab vastavat füüsikalist suurust kvalitatiivses ja kvantitatiivses mõttes. Seda on võimalik saada ainult lõputu mõõtmisprotsessi tulemusena koos meetodite ja mõõteriistade lõputu täiustamisega.
Mõõtmise tulemus X meas on väärtus, mis saadakse selle mõõtmisel kindlate meetodite ja mõõtevahenditega.
Mõõtmisviga(või mõõtmisviga) D on mõõtetulemuse kõrvalekalle mõõdetud suuruse tegelikust väärtusest, s.o.
D \u003d X mõõdab - X ja.
Aga kuna mõõdetava suuruse tegelik väärtus on teadmata, siis on teadmata ka mõõtevead, mistõttu praktikas kasutatakse vea määramiseks nn suuruse tegelikku väärtust, millega asendatakse tegelik väärtus.
Tegelik väärtus X d väärtused – see on katseliselt saadud väärtus ja nii lähedane tõelisele väärtusele, et seda saab antud mõõtmisülesandes selle asemel kasutada. Tegelik väärtus leitakse täpsemate meetodite ja mõõteriistadega. Mida suurem on X d määramise vahendite ja mõõtmismeetodi täpsus, seda kindlamalt peetakse seda tõele lähedaseks. Seetõttu leitakse praktikas mõõtmisviga D (siin peame silmas absoluutset viga) valemiga
D \u003d X mõõdud – X d (1,6)
Vigu on võimatu täielikult kõrvaldada, kuid neid saab vähendada allpool kirjeldatud meetodite abil.
Mõõtmistulemuste täpsus- see on üks olulisemaid mõõtmiskvaliteedi tunnuseid (näitajaid), mis peegeldab mõõtetulemuse vea nullilähedust. Lisaks on mõõtmiste kvaliteedi näitajateks mõõtmistulemuste konvergents, reprodutseeritavus, õigsus ja usaldusväärsus, millest tuleb juttu allpool.
Kolme sigma reegel
Normaaljaotuse iseloomulik omadus on see, et ligikaudu 68% kõigist selle mõõtmistulemustest on vahemikus ± 1s]. Intervallil ± 2s] - 95%. Intervallil ± 3s] - 99,73% (joonis 1.12). Seetõttu jäävad peaaegu kõik mõõtmistulemused vahemikku 6s (m[X]-st igas suunas kolm s). Väljaspool seda intervalli võib leida 0,27% andmete koguarvust (umbes kolm korda tuhandest mõõtmisest).
Riis. 1.12. Kolme sigma reegli illustratsioon
Siit järeldub, et kui mingi suuruse väärtus läheb üle ±3s, siis suure tõenäosusega võib seda lugeda ekslikuks.
Selle põhjal sõnastatud kolme sigma reegel: kui konstantse suuruse sama väärtuse mitme mõõtmise (n > 25 ... 30) korral erineb üksikmõõtmise (maksimaalne või minimaalne) kahtlane tulemus X som keskmisest väärtusest rohkem kui 3 s, siis tõenäosusega 99,7% on see ekslik, t .e.
kui > 3s, (1,12)
siis X kahtlus on möödalaskmine; see visatakse kõrvale ja seda ei võeta mõõtmistulemuste edasisel töötlemisel arvesse.
Normaaljaotuse seadus töötab, kui mõõtmistulemuste arv on n = ¥. Tegelikkuses saadakse piiratud arv mõõtmisi, mis järgivad Studenti jaotusseadust. Kui n>25, kipub Studenti jaotus olema normaalne.
Peatükk 2. MÕÕTEVAHENDID
Mõõtmisprotsessi üks olulisemaid elemente, mis võimaldab mõõtmisinfot otse hankida, on mõõtevahend. Iga päev tehakse tohutul hulgal mõõtmisi, kasutades tervet "armeed" erinevaid mõõteriistu. Neid on palju, neid võib olla lihtne kasutada, näiteks joonlaud, või keerukad seadmed, mis nõuavad kõrget kvalifikatsiooni, näiteks raadionavigatsioonisüsteem. Olenemata keerukusest, eesmärgist ja tööpõhimõttest täidavad nad kõik sama funktsiooni – võrdlevad füüsikalise suuruse tundmatut suurust selle ühikuga. Samas on oluline, et mõõtevahend “oskuslikult” salvestaks (ja taastoodab) füüsikalise suuruse ühiku selliselt, et oleks täidetud salvestatava ühiku suuruse ajas muutumatuse nõue. Just see "oskuslik ladustamine" eristab mõõteriistad teistest tehnilistest vahenditest. Seega mõõteriist on mõõtmiseks mõeldud tehniline tööriist (või nende kompleks), millel on normaliseeritud metroloogilised omadused ja mis reprodutseerib ja (või) salvestab füüsikalise suuruse ühikut, mille suurust eeldatakse muutumatuna (piirides).
Konkreetsel juhul kasutatava mõõtmismeetodi valiku põhikriteeriumideks on mõõdetava suuruse tüüp, selle mõõtmed, tulemuse nõutav täpsus, aga ka mõõtmisprotsessi nõutav kiirus. Praegu on välja töötatud tohutult erinevaid mõõtmismeetodeid ning nende arv kasvab koos teaduse ja tehnoloogia arenguga. Mõõdetava suuruse arvväärtuse saamise meetodina kaaluge mõõtmiste lühikest liigitamist sellise parameetri järgi. Vastavalt arvavaldise saamise meetodile võib kõik mõõtmised jagada kolme suurde rühma: otsesed, kaudsed ja kumulatiivsed, ühendades kahe eelmise meetodirühma teatud tunnused.
Otsesed mõõtmised on need, mille puhul soovitud suuruste väärtused leitakse otse katseandmetest. Tüüpiline näide otsemõõtmistest on massi mõõtmine võrdse õla või sihverplaadi tüüpi kaaluga, pikkuse mõõtmine - kasutades erinevaid lineaarseid mõõtmisi, temperatuuri - seadmega, mida nimetatakse termomeetriks.
Kaudseteks mõõtmisteks nimetatakse selliseid mõõtmisi, mille käigus leitakse suuruse väärtus, lähtudes juba teadaolevast seosest soovitud ja otsemõõdetud suuruste vahel. Näiteks hõlmavad kaudsed mõõtmised keha tiheduse mõõtmist selle geomeetriliste mõõtmete ja massi järgi või elektritakistuse mõõtmist voolutugevuse ja pingelanguse mõõtmise kaudu.
Kumulatiivne - need on mõõtmised, mille käigus mõõdetakse mitut samanimelist kogust, samas kui soovitud suuruse väärtus leitakse nende suuruste erinevate kombinatsioonide otseste mõõtmiste tulemusena saadud võrrandisüsteemi lahendamisel (me räägime näiteks mõõtmiste kohta, mille puhul ühe kaalu teadaoleva massi järgi, samuti erinevate raskuste kombinatsioonide masside võrdluse tulemuste põhjal määratakse komplekti kõigi masside massid).
Tänu teostamise lihtsusele ja suurele kiirusele kasutatakse praktikas enim otsemõõtmisi. Mõelge selliste mõõtmiste teostamise peamistele meetoditele:
Otsese hindamise meetod, mille põhiolemus on suuruse väärtuse määramine mõõteseadme spetsiaalse aruandeseadme abil (näiteks rõhu mõõtmisel on selleks aruandeseadmeks vedru manomeeter, elektrivoolu tugevus - ampermeeter, massid - sihverplaadi skaalad);
Mõõtmega võrdlemise meetod, mille puhul mõõdetud väärtust võrreldakse mõõduga reprodutseeritava väärtusega (näiteks seda meetodit kasutatakse massi mõõtmisel kangi tüüpi kaaluga, mille raskused on tasakaalustatud);
- diferentsiaalmeetod, mis põhineb mõõduga võrdlemisel ja võtab arvesse mõõdetud ja teadaolevate väärtuste erinevuse mõju mõõteseadmele, mida korratakse mis tahes mõõduga;
Kokkuleppel jagatakse SI järgmistesse rühmadesse:
- meetmed;
- mõõtemuundurid;
- mõõteriistad;
- mõõteseadmed;
- mõõtesüsteemid.
mõõta nimetatakse SI-ks, mis on ette nähtud ühe või mitme etteantud suurusega füüsilise koguse reprodutseerimiseks ja (või) salvestamiseks, mille väärtused on väljendatud kehtestatud ühikutes ja on teada vajaliku täpsusega.
Meetmed on järgmised:
üheselt mõistetav- sama suurusega (kaaluga) füüsikalise suuruse taastootmine.
polüsemantiline- mitme erineva suurusega sama nimetuse reprodutseerimine (mõõdujoonlaud).
Mõõdukomplektid- mõõtude komplekt, mida kasutatakse mitte ainult üksikult, vaid ka erinevates kombinatsioonides, et reprodutseerida mitut erineva suurusega sarnast kogust (raskuste komplekt, lõppmõõtude komplekt).
Mõõdupoed- meetmete komplekt, mis on ühendatud üheks konstruktiivseks tervikuks, lugemisseadmega seotud spetsiaalsete lülititega.
Joone mõõdud- need on mõõdud, mille suuruse määrab kahe mõõtekäigu telgede vaheline kaugus.
Mõõtemõõtmised- need on mõõdud, mille suuruse määrab metallist rööptahuka kahe tasase, üksteisega paralleelse pinna vaheline kaugus.
Standardsed proovid kujutavad endast mõõtühikut ainete ja materjalide omadusi või koostist iseloomustava väärtusühiku taasesitamiseks (näiteks kõvaduse, kareduse proovid, sertifitseeritud keemiliste elementide sisaldusega teraseproovid).
Mudelained- need on meetmed, mis on teadaolevate omadustega ained, mis on reprodutseeritavad heakskiidetud spetsifikatsioonis määratletud valmistamistingimustes ("puhas" vesi, "puhtad" gaasid, "puhtad" metallid).
Mõõteandur- see on MI, mille eesmärk on genereerida mõõtmisteavet kujul, mis on mugav vahemaa tagant edastamiseks, salvestamiseks, töötlemiseks, kuid mida vaatleja ei saa otseselt tajuda.
Mõõtemuundurid klassifitseeritakse mitmete tunnuste järgi.
Mõõteahelas paiknemise järgi jagatakse muundurid primaarseteks ja vahepealseteks. Kui anduri sisendväärtus on mõõdetud füüsikaline suurus, siis nimetatakse mõõtemuundurit primaarseks. Struktuurselt isoleeritud primaarmuundurit, millelt võetakse vastu mõõtesignaale, nimetatakse anduriks. Anduri saab paigutada selle signaale vastuvõtvast mõõtevahendist märkimisväärsele kaugusele. Vahemuundurid asuvad mõõteahelas pärast esmast.
Sisend- ja väljundväärtuste tüübi järgi jagunevad mõõtemuundurid:
- analoog, ühe analoogväärtuse teisendamine teiseks analoogväärtuseks;
- analoog-digitaaliks (ADC), mis on ette nähtud analoogmõõtesignaali teisendamiseks digitaalseks koodiks;
- digitaal-analoogiks (DAC), mis on loodud digitaalse koodi teisendamiseks analoogväärtuseks.
Mõõtemuundurit nimetatakse edastavaks muunduriks, kui see on ette nähtud mõõteinfo signaali kaugedastamiseks. Näiteks induktiivsed või pneumaatilised saatjad. Mõõtemuundurit, mis on ette nähtud väärtust teatud arvu kordi muutma, nimetatakse skaalaks (näiteks mõõtevoolutrafo, pingejagur, mõõtevõimendi).
Mõõteseade- see on mõõteriist, mis on ette nähtud mõõtmisteabe signaali genereerimiseks vaatlejale kättesaadaval kujul.
Mõõteriistad esindavad suurimat SI rühma ja klassifitseeritakse erinevate kriteeriumide alusel. Levinumad on klassifikatsioonid plokkskeemi tüübi ja mõõtmisteabe väljastamise meetodi järgi.
Plokkskeemi tüübi järgi jagunevad seadmed otsetoimeseadmeteks ja võrdlusseadmeteks.
Otsese toimega seadmetes on ette nähtud üks või mitu mõõtmisteabe signaali teisendust X väljundväärtusele Yühes suunas sisendist väljundini, st. ilma tagasisideta. Otsese toimega seadmed on näiteks manomeetrid, elavhõbeklaasist termomeetrid, ampermeetrid jne.
Võrdlusseadmed on mõõteseadmed, mis on mõeldud mõõdetud väärtuse vahetuks võrdlemiseks X väärtusega x0, ja erinevuse väärtus DX = X - X 0 kasutatakse mõõtmistulemuse saamiseks. Võrdlusseadmeteks on näiteks võrdse õlaga kaalud, elektriline mõõtepotentsiomeeter (kompensaator), lineaarsete mõõtude komparaator jne. Võrdlusseadmetes on mõõt iga mõõtmise protsessis.
Mõõteinfo väljastamise meetodi järgi jagunevad mõõteriistad näidavateks ja salvestavateks.
Näidikud võimaldavad näitude lugemist; registreerimine - loendamine, samuti mõõdetud väärtuse registreerimine kas aja funktsioonina või mõne muu suuruse funktsioonina.
Näidikute hulka kuuluvad analoog- ja digitaalinstrumendid.
Analoogseadmete lugemisseadmed koosnevad skaalast ja noolenäidist, nende seadmete näidud on mõõdetud väärtuse pidev funktsioon.
Mõõteriistade skaala- osa SI-indikaatorist, mis on järjestatud märkide seeria koos nendega seotud numeratsiooniga. Skaalamärk on märk SI skaalal (kriips, hammas, punkt jne), mis vastab mõnele füüsikalise suuruse väärtusele. Digitaalkaalude puhul on numbrid ise samaväärsed skaala märkidega.
Skaalajaotuse väärtus on SI-skaala kahele kõrvutisele märgile vastavate suurusjärkude erinevus. Märgid kantakse skaalale seadme kalibreerimisel, st. kui selle sisendisse rakendatakse signaal näitliku mitme väärtusega mõõdiku väljundist. Mõned skaalamärgid on kinnitatud mõõte väljundist saadud koguse arvväärtustega. Need märgid muutuvad numbriteks.
SI skaalal on alg- ja lõppväärtus. Need vastavad mõõdetud suuruse väikseimale ja suurimale väärtusele, mida saab lugeda SI-skaalal. Mõõtmisel loetakse näit näidikuseadmelt. Iga SI-d iseloomustavad mitmed näidud ja mõõtmisvahemik. Näidustusvahemik on SI skaala väärtuste vahemik, mis on piiratud selle esialgse ja viimase jaotusega . Mõõtevahemik nimetatakse füüsikalise suuruse (PV) väärtuste vahemikku, mille piires SI lubatud veapiirid normaliseeritakse. Suuruse väärtusi, mis piiravad vahemikku alt ja ülevalt (vasak ja parem), nimetatakse vastavalt mõõtmise alumiseks ja ülemiseks piiriks. Mõõtevahemik on alati väiksem või võrdne näiduvahemikuga.
Mõõtmise seadistus- see on funktsionaalselt integreeritud mõõtevahendite komplekt (mõõdud, mõõtemuundurid, mõõteriistad), mis on mõeldud mõõtmisteabe signaalide genereerimiseks ja paiknevad kompaktselt.
Mõõteseadmeid kasutatakse laborites teadusuuringuteks, materjalide kvaliteedikontrolliks.
Mõõtmise seadistus- sidekanalitega omavahel ühendatud mõõtemuundurite, mõõteriistade ja abiseadmete komplekt, mis on loodud automaatseks töötlemiseks, edastamiseks ja juhtimissüsteemides kasutamiseks mugava teabe genereerimiseks.
Kõik SI vastavalt teostatud metroloogilistele funktsioonidele jagunevad standarditeks, tööstandarditeks ja töötavateks SI-deks.
Füüsikalise suuruse standardühik- see on SI (või SI komplekt), mis tagab ühiku reprodutseerimise ja säilitamise, et selle suurus üle kanda madalama taseme mõõtevahenditele vastavalt taatlusskeemile, mis on ametlikult kinnitatud ettenähtud viisil. Tööstandard on SI, mille eesmärk on kontrollida või kalibreerida teisi mõõtevahendeid nende suhtes ja mis on heaks kiidetud tööstandardina.
Kontrollimine- see on mõõteriistade vea tuvastamine ja kasutussobivuse tuvastamine metroloogilise asutuse poolt.
Töötavad mõõteriistad on tehnilistel mõõtmistel kasutatav SI.
Kontrollimise skeem- see on nõuetekohaselt kinnitatud dokument, mis kehtestab ühikute suuruse standardist töösse SI ülekandmise vahendid, meetodid ja täpsus. Taatlusskeemi põhiosa on metroloogiline ahel, mille käigus edastatakse ühikute suurused esmasest standardist töötava mõõteriistaga.
Mõõtmismeetodid.
Mõõtmismeetodid (MI)- viis mõõtmistulemuse saamiseks mõõtmispõhimõtete ja -vahendite abil.
MI jaguneb järgmisteks osadeks:
· Otsene hindamismeetod - mõõdetud suuruse väärtus võetakse otse otsetoimega mõõteseadme lugemisseadmest.
Eeliseks on mõõtmise kiirus, mis muudab selle praktilisel kasutamisel asendamatuks. Puuduseks on piiratud täpsus.
· Mõõtmiste võrdlusmeetod – mõõdetud väärtust võrreldakse mõõte abil reprodutseeritud väärtusega. Näide: pikkuse mõõtmine joonlauaga.
Eeliseks on suurem mõõtmistäpsus kui otsese hindamismeetodi puhul. Puuduseks on meetmete valikule kuluv suur aeg.
· opositsiooni meetod - mõõdetud väärtus ja mõõdikuga reprodutseeritud väärtus toimivad samaaegselt võrdlusseadmel, mille abil määratakse nende suuruste suhe.
Näiteks kaalumine võrdsetel kaaludel, mille käigus mõõdetakse massi, on defineeritud seda tasakaalustavate raskuste masside ja kaalude skaalal olevate näitude summana.
Eeliseks on mõõteinfo signaalide moonutusi mõjutavate tegurite mõju vähendamine mõõtmistulemustele. Puuduseks on kaalumisaja pikenemine.
· Diferentsiaal (erinevus) meetod - mida iseloomustab mõõdetud ja teadaolevate (korduvmõõte) väärtuste erinevus. Näiteks mõõtmine võrdlusseadme tööstandardiga, mis tehakse pikkusmõõtude kontrollimisel.
Eeliseks on see, et tulemused saadakse suure täpsusega isegi suhteliselt töötlemata vahenditega erinevuse mõõtmiseks.
· Null meetod - võrdlusmeetod mõõduga, mille puhul võrdlusaine kokkupuute mõju nullitakse.
· Sobitamise meetod - mõõduga võrdlemise meetod, mille puhul mõõdetakse skaalamärkide või perioodiliste signaalide kokkulangemise abil vajalike ja reprodutseeritavate suuruste väärtuste erinevust.
Eelis - meetod võimaldab teil mõõtmisega võrdlemise täpsust oluliselt suurendada. Puuduseks on keerulisema meedia soetamise hind, operaatori professionaalsete oskuste vajadus.
· asendusmeetod - põhineb võrdlusel mõõdikuga, mille puhul mõõdetud väärtus asendatakse teadaoleva väärtusega, korratava mõõdikuga, jättes kõik tingimused muutumatuks. Näiteks kaalumine koos mõõdetud massi ja kaalude vahelduva asetamisega samale kaalualusele.
Eelised - mõõtmisviga on väike, kuna selle määrab peamiselt mõõtmise viga ja seadme surnud tsoon (null - indikaator). Puuduseks on vajadus rakendada mitmeväärtuslikke meetmeid.
· Kaudne mõõtmismeetod - ühe eseme füüsikalise koguse mõõtmine, mis on seotud teise soovitud kogusega, teatud funktsionaalne sõltuvus, millele järgneb arvutamine kontrolli lahendamise teel. Kaudseid meetodeid kasutatakse keemilistes katsemeetodites laialdaselt.
Eelised - võimalus mõõta koguseid, mille jaoks puuduvad otsese hindamise meetodid või need ei anna usaldusväärseid tulemusi või on seotud märkimisväärsete kuludega. Puudused - mõõtmise aja ja kulu suurenemine.
Füüsilised veenid. Füüsikaliste suuruste ühikud
Metroloogia meetodite ja vahendite laiaulatuslik areng ja levik tõi kaasa tervete riiklike ja rahvusvaheliste organisatsioonide mõõtühikute süsteemide loomise. Universaalse globaliseerumise hetkel suureneb metroloogia roll ja ülesannete keerukus märkimisväärselt. Füüsikalise objekti iga kvalitatiivset tunnust nimetatakse füüsikaliseks suuruseks (pikkus, mass, kiirus). Füüsikalisel suurusel on teatud suurus, mida väljendatakse mõõtühikutes. Füüsikaliste suuruste hulgas on põhisuurused ja põhisuurustest teisendatud. Mõlemad füüsikalised suurused moodustavad ühikute süsteemi. Erinevatel aegadel olid erinevad mõõtühikute süsteemid. ISS süsteem - meeter, kilogramm, sekund. CGS-süsteem hõlmas sentimeetrit, grammi, sekundit jne. Nende põhjal ehitati rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI), mis võeti vastu XI rahvusvahelisel kaalude ja mõõtude konverentsil 1960. aastal, et kehtestada mõõtühikute ühtsus kogu maailmas.
SI-l on seitse põhiühikut, millega saab mõõta kõiki mehaanilisi, elektrilisi, magnetilisi, akustilisi, valgus- ja keemilisi parameetreid ning ioniseeriva kiirguse omadusi. SI põhiühikud on järgmised:
meeter (m) - pikkuse mõõtmiseks;
kilogramm (kg) - massi mõõtmiseks;
teine (s) - aja mõõtmiseks;
amper (A) - elektrivoolu tugevuse mõõtmiseks;
kelvin (K) - termodünaamilise temperatuuri mõõtmiseks;
mol (mol) - aine koguse mõõtmiseks;
candela (cd) - valguse intensiivsuse mõõtmiseks.
SI võttis kasutusele uue pikkuseühiku määratluse – meeter. Enne SI kasutuselevõttu kasutati arvesti rahvusvaheliste ja riiklike standarditena plaatina-iriidiumi sulamist ja X-kujulise ristlõikega joonmõõte. Mõõtur määrati temperatuuril 20 ° C mõõte kahe keskmise löögi telgede vahel täpsusega ± 0,1 mikronit.
Uues ühikute süsteemis väljendatakse 1 m krüptoni aatomi valguslainete lainepikkustel, s.t see on seotud loodusliku suurusega. Nüüd on meeter pikkus, mis võrdub 1 650 763, 73 vaakumkiirguse lainepikkusega, mis vastab krüptoon-86 spektri oranžile joonele. Uue standardiga reprodutseeritakse 1 m pikkust nüüd veaga 0,002 mikronit, mis on 50 korda väiksem kui arvesti vana tehisetalon viga.
Mõõtmismeetod– vastuvõtt või meetodite kogum mõõdetud füüsikalise suuruse ja selle ühiku võrdlemiseks vastavalt realiseeritud mõõtmispõhimõttele.
Mõõtmismeetodi määrab tavaliselt mõõtevahendite konstruktsioon. Põhilisi mõõtmismeetodeid on mitu: otsene hindamine, võrdlus mõõduga, diferentsiaal ehk erinevus, null, kontakt ja mittekontaktne.
Mõõtevahend ja selle kasutamise meetodid moodustavad koos mõõtmismeetodi. Mõõdetud suuruste väärtuste saamise meetodi järgi eristatakse kahte peamist mõõtmismeetodit: otsese hindamise meetod ja mõõtmismeetodiga võrdlemise meetod.
Otsene hindamismeetod- mõõtmismeetod, mille puhul suuruse väärtus määratakse otse otsetoimega mõõteseadme lugemisseadmest.
Näiteks mõõtes pikkust joonlauaga, osade mõõtmeid - mikromeetri, nihikuga, saime suuruse väärtuse
Joonis 7.1– Mõõtmiste skeem võrdluse mõõtmisega
Mõõtmiste võrdlusmeetod– mõõtmismeetod, mille puhul mõõdetud väärtust võrreldakse mõõte abil reprodutseeritud väärtusega. Näiteks kõrguse mõõtmiseks Lüksikasjad 1 (joon.7.1) minimeeter 2 riiulisse kinnitatud. Minimeetri nool seatakse nulli vastavalt mis tahes näidisele (lõppmõõtude komplekt 3), pikk N, võrdne nimikõrgusega L mõõdetud osa. Seejärel jätkake osade partiide mõõtmisega. Mõõtmete täpsusest L hinnatakse minimeetri noole kõrvalekalde ±∆ järgi nullasendi suhtes.
Sõltuvalt instrumendi näitude seosest mõõdetud füüsikalise suurusega jagatakse mõõtmised otseseks ja kaudseks, absoluutseks ja suhteliseks.
Kell otsene mõõtmisel leitakse suuruse soovitud väärtus otse mõõtmisprotsessis, näiteks nurga mõõtmine goniomeetriga, läbimõõt - nihikuga, mass - sihverplaadi skaalal.
Kell kaudne mõõtmisel määratakse suuruse väärtus selle suuruse ja otsemõõtmisele allutatud suuruste vahelise seose alusel, näiteks määratakse keerme keskmine läbimõõt kolme juhtme abil vertikaalsel pikkusmõõturil, nurk siinusjoonlaua abil jne.
Lineaarsete suuruste mõõtmisel, olenemata vaadeldavatest meetoditest, on kontakt- ja mittekontaktmõõtmismeetodid.
kontakti meetod toimub kokkupuutel tööriista või seadme mõõtepindade ja kontrollitava osa vahel. Selle puuduseks on vajadus teatud pingutuse järele mõõtmise ajal, mis põhjustab lisavigu (näiteks mõõtmised nihikuga, mikromeetriga, kang-mehaaniliste seadmetega).
kontaktivaba meetod see on vaba kontakti puudusest, kuna mõõtmisprotsessi ajal puudub juhtseadme ja toote vahel kontakt. See on test projektoritel, mikroskoopidel, kasutades pneumaatilisi seadmeid.
Keerulise geomeetrilise kujuga detailide (keermed, splainühendused) pindade mõõtmist saab teostada kas elemendi kaupa või kompleksmeetodil.
elementmeetodil, näiteks keskmise läbimõõduga keerme kontrollitakse kolme traadi meetodil, välisläbimõõtu kontrollitakse mikromeetriga, profiili nurka kontrollitakse universaalse mikroskoobiga.
Kompleksne meetod Neid kasutatakse keermete juhtimisel keermestatud pistikute ja kruvimiseks mõeldud rõngaste abil, samal ajal kontrollivad nad keerme sammu, profiili nurka ja keskmist läbimõõtu.
Mõõteriistad (instrumendid) klassifitseeritakse nende otstarbe, ehituslike ja funktsionaalsete omaduste ning valmistamise tehnoloogiliste iseärasuste järgi. Tehastes toodavad spetsiaalsed töökojad ja sektsioonid järgmisi mõõteriistade rühmi.
1. Optilised seadmed:
a) pikkuste ja nurkade mõõtmise instrumendid - pikkusemõõturid, profileerijad, sferomeetrid, instrumentaalsed ja universaalsed mõõtemikroskoobid, lineaarsed mõõtemasinad, optilised jaotuspead, goniomeetrid,
refraktomeetrid, autokollimatsioonitorud, katetomeetrid jne;
b) mikroskoobid (binokulaarsed, interferents-, bioloogilised jne);
c) vaatlusseadmed - Galilei ja prisma binoklid, stereotorud, periskoobid;
d) geodeetilised instrumendid - lood, teodoliidid, valguskaugusmõõturid;
e) prisma- ja difraktsioonispektri instrumendid - mikrofotomeetrid, interferomeetrid, spektroprojektorid.
2. Kangi-optilised seadmed: optimomeetrid, ultraoptimetrid jne.
3. Kangi mehaanilised seadmed:
a) tegelikult kang (minimeetrid jne);
b) käik (kellatüübi näidikud jne);
c) hoobhammastega (mikromeetrid jne);
d) kang-kruvi (indikaator-mikromeeter);
e) vedruülekandega (mikrokaatorid jne).
4. Pneumaatilised instrumendid manomeetri ja rotameetriga.
5. Mehaanilised seadmed:
a) kriips, varustatud nooniumiga (kaliibriga tööriistad ja universaalsed goniomeetrid);
b) mikromeetriline, mis põhineb kruviülekande kasutamisel (mikromeetrid, mikromeetrilised sisemõõturid, sügavusmõõturid jne).
6. Elektrifitseeritud seadmed (induktiivsed, mahtuvuslikud, fotoelektrilised jne).
7. Automaatseadmed: juhtimis- ja juhtimissorteerimismasinad, aktiivjuhtimisseadmed jne.
Mõõtevahendite tüüp- see on seda tüüpi füüsikaliste suuruste mõõtmiseks mõeldud mõõteriistade komplekt.
Mõõtevahendite tüüp võib sisaldada mitut tüüpi. Näiteks ampermeetrid ja voltmeetrid (üldiselt) on vastavalt elektrivoolu ja pinge tugevuse mõõteriistade tüübid.
Lugemisseade näidikuseadmel võib olla skaala ja osuti. Osuti see on valmistatud noole, valgusvihu jne kujul. Praegu kasutatakse laialdaselt digitaalse näiduga lugemisseadmeid. Kaal tähistab märkide komplekti ja mõnel neist on viitenumbrid või muud sümbolid, mis vastavad hulga järjestikustele väärtustele. Kahe kõrvuti asetseva skaalamärgi vahet nimetatakse skaala jaotus.
Skaala intervall on kahe kõrvuti asetseva skaalamärgi vaheline kaugus. Enamiku mõõteriistade jaotusvahemik on 1–2,5 mm.
Joonis 7.2– Skaalavahemikud
Skaalajaotuse väärtus on skaala kahele kõrvutisele märgile vastavate suuruste väärtuste erinevus. Näiteks (vt joonist) on indikaatori jaotusväärtus 0,002 mm.
Esmane ja skaala lõppväärtus (mõõtmispiir)- vastavalt skaalal näidatud mõõdetud suuruse väikseimad ja suurimad väärtused, mis iseloomustavad mõõtevahendi skaala võimalusi ja määravad näidustuste ulatuse.
1.5 Mõõtmisviga ja selle allikad
Mõõtmise analüüsimisel võrreldakse füüsikaliste suuruste tegelikke väärtusi mõõtmistulemustega. Mõõtmistulemuse hälve ∆ X tõelisest väärtusest K mõõdetud suurust nimetatakse mõõtmisviga:
∆ = X-K.
Mõõtmisvead liigitatakse tavaliselt nende esinemise põhjuse ja vigade tüübi järgi. Sõltuvalt esinemise põhjustest eristatakse järgmisi mõõtmisvigu.
Meetodi viga on mõõtmisvea komponent, mis on mõõtmismeetodi ebatäiuslikkuse tagajärg. Mõõtmismeetodi koguvea määrab selle üksikute komponentide vigade kogusumma (instrumendi näidud, otsamõõturid, temperatuurimuutused jne).
Loendamise viga- mõõtevea komponent, mis tuleneb mõõtevahendi näitude ebapiisavalt täpsest lugemisest ja sõltub vaatleja individuaalsetest võimetest.
Instrumentaalne viga on mõõtevea komponent, mis sõltub kasutatavate mõõtevahendite vigadest. Mõõteriistal on põhi- ja lisavead. Taga põhiline viga aktsepteerima tavatingimustes kasutatava mõõtevahendi viga. Täiendav viga on mõõtemuunduri lisavigade ja normaaltingimustest kõrvalekaldumise põhjustatud mõõdu summa.
Kui testitava toote temperatuur erineb temperatuurist, mille juures kontrolli teostatakse, põhjustab see soojuspaisumisest tulenevaid vigu. Nende väljanägemise vältimiseks tuleks kõik mõõtmised läbi viia normaaltemperatuuril (+20°C).
Osade paigaldamise ebatäpsus kontrolli all ja seadme paigaldamise vead mõjutab ka mõõtmise täpsust. Näiteks tuleks mõõtmisel seada nihik mõõdetava pinnaga risti. Mõõtmisprotsessis võib aga esineda moonutusi, mis põhjustavad mõõtmisvigu.
Loetletud vigadele võib lisada vead, mis tekivad teostaja poolt suuruse arvutamisel oma subjektiivsete andmete tõttu, vead mõõtepindade ja toote vahelise kontakttiheduse puudumisest.
Kõik mõõtmisvead jagunevad tüübi järgi süstemaatiliseks, juhuslikuks ja jämedaks.
Under süstemaatiline mõista vigu, mis on püsivad või muutuvad sama koguse korduvate mõõtmiste käigus regulaarselt. Juhuslik vead - mõõtmisvigade komponendid, mis muutuvad juhuslikult sama väärtuse korduvate mõõtmiste käigus. To ebaviisakas sisaldama juhuslikke vigu, mis on oluliselt suuremad kui antud mõõtmistingimustes eeldatud (näiteks vale näit skaalal, löögid ja seadme löögid).
Kalibreerimine - riikliku metroloogilise järelevalve alla mittekuuluvate mõõteseadmete metroloogiliste karakteristikute kehtestamine; kalibreerimist viivad läbi kalibreerimislaborid.
Tundlikkuse (vastuse) lävi on sisendväärtuse väikseim tõus, mis põhjustab märgatava muutuse väljundväärtuses.
Elementaarviga on selline vea komponent, mida antud analüüsis ei ole vaja täiendavalt komponentideks jagada. Universaalseid meetodeid süstemaatiliste vigade tuvastamiseks ei ole. Seetõttu kasutatakse nende vähendamiseks või kõrvaldamiseks erinevaid meetodeid. Mõõtmistulemuste jämedad vead on välistatud, kasutades ebanormaalsete tulemuste kriteeriumi, mille puhul võtan jaotuskeskme vahelise intervalli standardhälbe murdosades. Tavaliselt, kui mõõteväärtus on suurem kui 3 σ, nimetatakse sellist kõrvalekallet anomaalseks.
Mõõtmiste metroloogilise ühtsuse tagamiseks viiakse mõõtelaborites läbi mõõteseadmete metroloogiline sertifitseerimine.
Kontrollimine- mõõtevahendi kasutussobivuse määramine katseliselt määratud metroloogiliste karakteristikute ja kontrolli vastavuse alusel kehtestatud nõuetele.
Taatluse käigus kindlaks määratud mõõtevahendi peamine metroloogiline omadus on selle viga. Reeglina leitakse see kalibreeritud mõõtevahendi võrdluse alusel näitliku mõõtevahendi või etaloniga, s.o taatlemiseks mõeldud täpsema instrumendiga.
Taatlusi on: riiklik ja osakondlik, perioodiline ja iseseisev, erakorraline ja ülevaatus, kompleksne, elemendihaaval jne Taatlust teostavad metroloogiateenistused, kellele on antud õigus selleks ettenähtud korras. Kontrolli viivad läbi spetsiaalselt koolitatud spetsialistid, kellel on selle teostamise õiguse sertifikaat.
Kasutuskõlblikuks tunnistatud mõõtevahendite taatlemise tulemused vormistatakse taatlustunnistuste väljastamise, taatlusmärgi kandmise jms abil. Taatlemisele kuuluvad kõik rahvamajanduses kasutatavad mõõtevahendid.
Ettevõtetes on peamisteks vahenditeks pikkusmõõtude säilitamiseks lõppmõõdud. Kõik töökoja mõõteriistad kuuluvad kontroll- ja mõõtelaborites taatlemisele eeskujulike mõõteriistadega.
Füüsikalised kogused. Ühikud
Füüsiline kogus on omadus, mis on paljudele füüsilistele objektidele kvalitatiivselt ühine, kuid igaühe puhul kvantitatiivselt individuaalne.
Füüsikalise suuruse väärtus- see on füüsikalise suuruse suuruse kvantitatiivne hinnang, mis on esitatud teatud arvu selle jaoks aktsepteeritud ühikutena (näiteks juhi takistuse väärtus on 5 oomi).
Eristama tõsi füüsikalise suuruse väärtus, mis ideaalis peegeldab objekti omadust ja kehtiv, mis leiti katseliselt piisavalt lähedal tegelikule väärtusele, et selle asemel kasutada, ja mõõdetud mõõtevahendi lugemisseadme poolt loetud väärtus.
Sõltuvustega omavahel seotud suuruste kogum moodustab füüsikaliste suuruste süsteemi, milles on põhi- ja tuletatud suurused.
Peamine füüsikaline suurus on süsteemis sisalduv suurus, mis on tinglikult aktsepteeritud selle süsteemi teistest suurustest sõltumatuna.
Tuletis füüsikaline suurus on kogus, mis sisaldub süsteemis ja määratakse selle süsteemi põhisuuruste kaudu.
Füüsikalise suuruse oluline tunnus on selle mõõde (dim). Mõõtmed- see on avaldis võimsusmonoomi kujul, mis koosneb peamiste füüsikaliste suuruste sümbolite korrutistest ja peegeldab antud füüsikalise suuruse suhet füüsikaliste suurustega, mis on selles suurussüsteemis aktsepteeritud proportsionaalsuskoefitsiendiga peamistena. võrdne ühega.
Füüsikalise koguse ühik - see on konkreetne, kokkuleppeliselt määratletud ja aktsepteeritud füüsikaline suurus, millega võrreldakse teisi samalaadseid suurusi.
Vastavalt kehtestatud korrale on lubatud kasutada Rahvusvahelise Legaalse Metroloogia Organisatsiooni soovitatud masside ja mõõtude peakonverentsi poolt vastu võetud rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi (SI) koguste ühikuid.
Seal on põhi-, tuletis-, mitme-, osa-, koherentsed, süsteemsed ja mittesüsteemsed üksused.
Mõõtühikute süsteemi põhiühik- ühikute süsteemi ehitamisel valitud peamise füüsikalise suuruse ühik.
Mõõdik on tee pikkus, mille valgus läbib vaakumis ajaintervalliga 1/299792458 sekundi murdosa.
Kilogramm- massiühik, mis on võrdne kilogrammi rahvusvahelise prototüübi massiga.
Teiseks- aeg, mis võrdub 9192631770 kiirgusperioodiga, mis vastab üleminekule tseesium-133 aatomi põhioleku kahe ülipeen taseme vahel.
Amper- muutumatu voolu tugevus, mis kahe paralleelse lõpmatu pikkusega ja ebaoluliselt väikese ringikujulise ristlõikega sirgjoonelise juhtme läbimisel, mis asuvad vaakumis üksteisest 1 m kaugusel, põhjustaks interaktsioonijõud, mis on võrdne 2 ∙ 10 juhtme igale 1 m pikkusele osale -7 N.
Kelvin- termodünaamilise temperatuuri ühik, mis on võrdne 1/273,16 vee kolmikpunkti termodünaamilise temperatuuriga.
sünnimärk- süsteemi aine kogus, mis sisaldab nii palju struktuurielemente, kui on aatomeid süsinik-12 massis 0,012 kg.
Candela- 540 ∙ 10 12 Hz sagedusega monokromaatilist kiirgust kiirgava allika valgustugevus antud suunas, mille energiatugevus selles suunas on 1/683 W/sr.
Pakutakse ka kaks lisaüksust.
Radiaan- nurk kahe ringi raadiuse vahel, mille vahelise kaare pikkus võrdub raadiusega.
Steradiaan- täisnurk, mille tipp on kera keskel, mis lõikab sfääri pinnalt välja ala, mis on võrdne ruudu pindalaga, mille külg on võrdne kera raadiusega.
Ühikute süsteemi tuletatud ühik- ühikusüsteemi füüsikalise suuruse tuletise ühik, mis on moodustatud võrrandi alusel, mis ühendab seda põhiühikutega või põhi- ja juba määratletud tuletistega. Näiteks võimsuse ühik, väljendatuna SI ühikutes, on 1W = m 2 ∙ kg ∙ s -3.
Koos SI ühikutega lubab "Mõõtmiste ühtsuse tagamise seadus" kasutada mittesüsteemseid ühikuid, s.o. üksused, mis ei sisaldu üheski olemasolevas süsteemis. On tavaks eristada mitut tüüpi süsteemivälineühikud:
Lubatud ühikud koos SI ühikutega (minut, tund, päev, liiter jne);
Teaduse ja tehnoloogia erivaldkondades kasutatavad üksused
(valgusaasta, parsek, diopter, elektronvolt jne);
Kasutamata ühikud (elavhõbeda millimeeter,
hobujõud jne)
Mittesüsteemsete ühikute hulka kuuluvad ka mitmik- ja osamõõtühikud, millel on mõnikord ka oma nimed, näiteks massiühikuks on tonn (t). Üldjuhul moodustatakse kümnend-, mitmik- ja osaühikud kordajate ja eesliidete abil.
Mõõteriistad
Under mõõteriist(SI) all mõistetakse seadet, mis on mõeldud mõõtmiseks ja millel on normaliseeritud metroloogiline omadused.
Vastavalt funktsionaalsele otstarbele jagunevad SI-d: meetmeteks, mõõteriistadeks, mõõtemuunduriteks, mõõtepaigaldisteks, mõõtesüsteemideks.
Mõõtke- mõõtevahend, mis on ette nähtud ühe või mitme mõõtmega füüsikalise suuruse nõutava täpsusega reprodutseerimiseks ja salvestamiseks. Mõõde võib kujutada keha või seadmena.
Mõõteseade(IP) - mõõtevahend, mis on loodud mõõtmisteabe eraldamiseks ja teisendamiseks
vormi, mida operaator saab vahetult tajuda. Mõõteriistad sisaldavad tavaliselt
mõõta. Vastavalt tööpõhimõttele eristatakse analoog- ja digitaalset IP-d. Mõõteinfo esitusviisi järgi on mõõteriistad kas näitlikud või registreerivad.
Sõltuvalt mõõtmisteabe signaali teisendamise meetodist eristatakse otsemuundamisseadmeid (otsetoime) ja tasakaalustusmuundamisseadmeid (võrdlus). Otsese muundamise seadmetes teisendatakse mõõteinfo signaal vajalik arv kordi ühes suunas ilma tagasisidet kasutamata. Tasakaalustavates muundusseadmetes on koos otsemuundamisahelaga ka pöördmuundusahel ja mõõdetud väärtust võrreldakse teadaoleva väärtusega, mis on mõõdetud väärtusega homogeenne.
Sõltuvalt mõõdetud väärtuse keskmistamise astmest eristatakse seadmeid, mis näitavad mõõdetud väärtuse hetkeväärtusi, ja integreerivaid seadmeid, mille näidud määratakse mõõdetud väärtuse ajaintegraaliga.
Mõõteandur- mõõtevahend, mis on ette nähtud mõõdetud suuruse teisendamiseks muuks suuruseks või mõõtesignaaliks, mis on mugav töötlemiseks, salvestamiseks, edasiseks teisendamiseks, näitamiseks või edastamiseks.
Sõltuvalt kohast mõõteahelas eristatakse primaar- ja vahemuundureid. Primaarmuundurid on need, millele mõõdetud väärtus antakse. Kui primaarmuundurid asetatakse otse uurimisobjektile, töötlemiskohast eemale, nimetatakse neid mõnikord andurid.
Sõltuvalt sisendsignaali tüübist jagatakse muundurid analoog-, analoog-digitaal- ja digitaal-analoogmuunduriteks. Laialdaselt kasutatakse skaala mõõtemuundureid, mis on mõeldud koguse suuruse muutmiseks etteantud arv kordi.
Mõõtmise seadistus- see on funktsionaalselt integreeritud mõõteriistade (mõõdud, mõõteriistad, mõõtemuundurid) ja abiseadmete (liidesed, toiteallikad jne) komplekt, mis on ette nähtud ühele või mitmele füüsilisele suurusele ja asuvad ühes kohas.
Mõõtesüsteem- funktsionaalselt kombineeritud mõõtekomplekt, mõõtemuundurid, arvutid ja muud tehnilised vahendid, mis asuvad kontrollitava objekti erinevates punktides, ühe või mitme füüsikalise suuruse mõõtmiseks.
Mõõtmiste tüübid ja meetodid
Mõõtmist defineeritakse metroloogias tehniliste + - vahendite abil tehtavate toimingute kogumina, mis salvestab füüsikalise suuruse ühiku, mis võimaldab võrrelda mõõdetavat suurust selle ühikuga ja saada selle suuruse väärtus.
Mõõtmistüüpide klassifikatsioon põhiliste klassifitseerimistunnuste järgi on toodud tabelis 2.1.
Tabel 2.1 – Mõõtmiste tüübid
Otsene mõõtmine- mõõtmine, mille puhul leitakse mõõtmise tulemusena otse katseandmetest suuruse algväärtus. Näiteks voolu mõõtmine ampermeetriga.
kaudne mõõtmine - mõõtmine, mille käigus leitakse suuruse soovitud väärtus selle suuruse ja otsemõõdetavate suuruste vahelise teadaoleva seose alusel. Näiteks takisti takistuse mõõtmine ampermeetri ja voltmeetri abil, kasutades seost, mis seob takistuse pinge ja vooluga.
Ühine mõõtmised on kahe või enama erineva suuruse mõõtmised nendevahelise seose leidmiseks. Klassikaline näide ühendatud mõõtmistest on takisti takistuse temperatuurisõltuvuse leidmine;
Kumulatiivne mõõtmised - need on mitme samanimelise suuruse mõõtmised, milles suuruste soovitud väärtused leitakse otsemõõtmiste ja nende suuruste erinevate kombinatsioonide abil saadud võrrandisüsteemi lahendamise teel.
Näiteks kahe takisti takistuste leidmine nende takistite jada- ja paralleelühenduste takistuste mõõtmise tulemuste põhjal.
Absoluutne mõõtmised - mõõtmised, mis põhinevad ühe või mitme suuruse vahetul mõõtmisel ja füüsikaliste konstantsete väärtuste kasutamisel, näiteks voolu mõõtmised amprites.
sugulane mõõtmised - füüsikalise suuruse ja samanimelise suuruse suhte mõõtmised või suuruse väärtuse muutused algseks võetud samanimelise suuruse suhtes.
To staatiline mõõtmised hõlmavad mõõtmist, mille puhul SI töötab staatilises režiimis, st. kui selle väljund (näiteks osuti läbipaine) jääb mõõtmise ajal muutumatuks.
To dünaamiline mõõtmised hõlmavad mõõtmisi, mida SI teostab dünaamilises režiimis, st. kui selle näidud sõltuvad dünaamilistest omadustest. MI dünaamilised omadused avalduvad selles, et sellele avalduva muutuva mõju tase igal ajahetkel määrab MI väljundsignaali järgmisel ajahetkel.
Suurima võimaliku täpsusega mõõtmised saavutatud teaduse ja tehnoloogia praegusel arengutasemel. Selliseid mõõtmisi tehakse standardite loomisel ja füüsikaliste konstantide mõõtmisel. Selliste mõõtmiste puhul on tüüpiline vigade hindamine ja nende allikate analüüs.
Tehniline mõõtmised on etteantud tingimustel kindla metoodika järgi tehtud mõõtmised, mida tehakse kõigis rahvamajanduse sektorites, välja arvatud teadusuuringud.
Põhimõtte ja mõõteriistade kasutamise meetodite kogumit nimetatakse mõõtmismeetod(joon.2.1).
Eranditult põhinevad kõik mõõtmismeetodid mõõdetud väärtuse võrdlemisel mõõte abil reprodutseeritud väärtusega (ühe- või mitmeväärtuseline).
Otsese hindamise meetodit iseloomustab asjaolu, et mõõdetud suuruse väärtused loetakse otse otsemõõteriista lugemisseadmest. Seadme skaala on eelnevalt kalibreeritud mitme väärtusega mõõte abil mõõdetud väärtuse ühikutes.
Mõõtmega võrdlemise meetodid hõlmavad mõõdetud väärtuse ja meetmega reprodutseeritud väärtuse võrdlemist. Kõige levinumad on järgmised võrdlusmeetodid: diferentsiaal, null, asendus, kokkusattumus.
Joonis 2.1 – Mõõtmismeetodite klassifikatsioon
Nullmõõtmismeetodi puhul vähendatakse mõõtmisprotsessi käigus mõõdetud väärtuse ja teadaoleva väärtuse erinevus nullini, mille salvestab ülitundlik nullindikaator.
Diferentsiaalmeetodi puhul loetakse mõõtevahendi skaalal mõõdetud väärtuse ja mõõtmisega reprodutseeritud väärtuse vahe. Tundmatu väärtus määratakse teadaoleva väärtuse ja mõõdetud erinevuse põhjal.
Asendusmeetod näeb ette mõõdetud ja teadaolevate väärtuste vahelduva ühendamise indikaatori sisendiga, st. mõõtmised viiakse läbi kahes etapis. Väikseim mõõtmisviga saadakse siis, kui teadaoleva väärtuse valimise tulemusena annab indikaator sama näidu, mis tundmatu väärtuse korral.
Sobitamismeetod põhineb mõõdetud väärtuse ja mõõte abil reprodutseeritud väärtuse erinevuse mõõtmisel. Mõõtmisel kasutatakse skaalamärkide või perioodiliste signaalide kokkulangevusi. Meetodit kasutatakse näiteks sageduse ja aja mõõtmisel tugisignaalide abil.
Mõõtmised tehakse ühe või mitme vaatlusega. Vaatluse all mõistetakse siin mõõtmisprotsessis teostatavat eksperimentaalset toimingut, mille tulemusena saadakse suuruse üks väärtus, mis on alati juhuslik. Mitme vaatlusega mõõtmiste puhul on mõõtmistulemuse saamiseks vajalik vaatlustulemuste statistiline töötlemine.