Физическая величина

1Физическая величина — одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

2Шкалой измерений называют упорядоченную совокупность значений физ величины, принятую по соглашению на основании результатов точных измерений.

3Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

4Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Размер единицы передаётся «сверху вниз», от более точных СИ к менее точным «по цепочке»: первичный эталон - вторичный эталон - рабочий эталон 0-го разряда - рабочий эталон 1-го разряда... - рабочее средство измерений.                                                                                                                                                                 Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Целью поверки является установление пригодности СИ к применению.

5Первым постулатом теории измерений  является постулат А: в рамках принятой модели объекта исследования существует определенная физическая величина и ее истинное значение. из постулата А вытекает следствие А1: для данной физической величины объекта измерения существует множество измеряемых величин (и соответственно их истинных значений).                    Вторым постулатом В: истинное значение измеряемой величины постоянно. Данный аспект отражается в следствии В1: для измерения переменной физической величины необходимо определить ее постоянный параметр – измеряемую величину.                                                 Принципиальный характер понятия «пороговое несоответствие» устанавливается постулатом С: существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта (пороговое несоответствие измеряемой величины). Отсюда вытекает важное следствие С1: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Основное уравнение измерений имеет вид:                                                                                               где:Q — измеряемая физическая величина;                                                                                                                            q — её числовое представление в принятых единицах измерения физической величины Q;                           v — принятая единица измерения физической величины Q.

6Прямые измерения – это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Косвенные измерения – отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.                                                                                                                              Совокупные измерения – сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин.                                    Совместные измерения – это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.                                                                                                      Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д.                                                                                                   Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.                          

По количеству измерительной информации различают  однократные и многократные измерения. Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин.                                                                                                                                   Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин.

7По используемому  методу измерения – совокупности  приемов использования принципов  и средств измерений различают:метод  непосредственной оценки;метод сравнения с мерой;метод противопоставления;метод дифференциальный;метод нулевой;метод замещения;метод совпадений.

8Измерения  производят с помощью средств  измерений — технических средств,  имеющих нормированные метрологические  характеристики.                                                                                            По функциональному назначению средства измерений делят на следующие группы: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные информационные системы и измерительные установки.

9Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Классификация погрешностей .                                                                                                                                                      По форме представления:                                                                                                                                                    Абсолютная погрешность — является оценкой абсолютной ошибки измерения.

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности  измерения к действительному  или измеренному значению измеряемой величины (РМГ 29-99):      Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности  средства измерений к условно  принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле , где — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

если шкала  прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то                          определяется равным верхнему пределу измерений;                                                                                  если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.                                                                                                                                               Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

По причине  возникновения:

Инструментальные / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями  применяемых средств измерений  и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

Методические  погрешности — погрешности, обусловленные  несовершенством метода, а также  упрощениями, положенными в основу методики.

Субъективные / операторные / личные погрешности  — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

По характеру  проявления[править]

Случайная погрешность — составляющая погрешности  измерения, изменяющаяся случайным  образом в серии повторных  измерений одной и той же величины, проведенных в одних и тех же условиях.                                                                                                                                                                                               Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором.                        Систематическую ошибку нельзя устранить повторными измерениями. Её устраняют либо с помощью поправок или «улучшением» эксперимента.                                                                  Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс.                               Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).

По способу  измерения:

Погрешность прямых измерений - вычисляется по формуле

где : ; — стандартная ошибка среднего (выборочное СКО, деленное на корень из количества измерений ), а — квантиль распределения Стьюдента для числа степеней свободы   и уровня значимости ;  — абсолютная погрешность средства измерения (обычно это число равное половине цены деления измерительного прибора).

Погрешность косвенных воспроизводимых  измерений — погрешность вычисляемой (не измеряемой непосредственно) величины:                                                                                                                   Если , ,где   — непосредственно измеряемые независимые величины, имеющие погрешность , тогда:                                                       Погрешность косвенных невоспроизводимых измерений - вычисляется по принципу прямой погрешности, но вместо   ставится значение полученное в процессе расчётов.

10Обычно  измерения являются однократными. При обычных условиях их точности  вполне достаточно.                                                                                                                                                                       Результат однократного измерения представляется в следующем виде:Qi = Yi + ?i ,                                       где Yi– значение i-го показания;?i– поправка.                                                                                               Погрешность результата однократного измерения определяется при утверждении метода проведения измерений.                                                                                                                                                       В процессе обработки результатов измерений используются различные виды закона распределения (нормальный закон распределения, равномерный закон распределения, корреляционный закон распределения) измеряемой величины (в данном случае она рассматривается как случайная).

11Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.

12Многократное измерение — измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений

13Методика получения результатов при проведении многократных прямых измерений установлена ГОСТ 8.207—76 «ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдения. Основные положения». Перед рассмотрением методики напомним, что ГОСТ 8.207 разработан и утвержден в период действия ныне отмененных ГОСТ 16263 на термины и определения в области метрологии, ГОСТ ов серии «П.», устанавливающих правила математической статистики при определении закона распределения, и отсутствия каких бы то ни было представлений о неопределенности результатов измерений.

14Погрешности средств измерений и измерительных каналов средств автоматизации могут быть выражены двумя различными способами: с помощью точечных оценок и с помощью интервальных. К точечным оценкам относится математическое ожидание погрешности и среднеквадратическое отклонение. В качестве интервальной оценки используют интервал погрешности, который охватывает все возможные значения погрешности измерений с вероятностью . Эта вероятность называется доверительной или надежностью оценки погрешности.

15Качество измерений зависит от правильности выбора средств измерений. При этом учитывается ряд факторов:измеряемая физическая величина;метод измерения, реализуемый в среде измерений;диапазон и погрешность СИ;условия проведения измерений;допускаемая погрешность измерений;стоимость средства измерений;простота их эксплуатации;ресурсы средств измерений;потери из-за погрешностей измерений (брак I и II рода).                               Основными характеристиками средств измерений являются их погрешности. Их рассматривают в первую очередь.                                                                                                                                                                                 Три основные принципа выбора точности средств измерений:                                                                     Экономический подход – учитывает почти все показатели. При этом необходимо иметь в виду:  повышение точности измерений позволяет точнее регулировать производственный процесс; более точные измерения позволяют сократить допуск на изделия;

16Метрологическая  служба — это совокупность  субъектов деятельности и видов  работ, направленных на обеспечение  единства измерений.                                                                                                            В настоящее время метрологическая служба России состоит из Государственной метрологической службы, руководство которой осуществляется Ростехрегулированием, а также из метрологических служб органов государственного управления и юридических лиц.                                                  Государственная метрологическая служба выполняет работы по обеспечению единства измерений в стране на межрегиональном и межотраслевом уровне и осуществляющая государственный метрологический контроль и надзор.                                                                  Государственная метрологическая служба включает государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) и территориальные органы, расположенные в субъектах Российской Федерации, (республиках, автономных областях, автономных округах, областях, городах Москве и Санкт-Петербурге).