Reklama na portáli

Pojem a klasifikácia meraní. Stručný popis hlavných typov meraní. Typy a metódy meraní Metódy merania a ich charakteristiky

Meranie sa vzťahuje na proces fyzického porovnávania danej veličiny s určitou hodnotou branou ako jednotka merania. Meranie je kognitívny proces spočívajúci v experimentálnom porovnávaní nameranej hodnoty s určitou hodnotou branou ako merná jednotka. parametre reálnych objektov; meranie vyžaduje experimenty; Na vykonávanie experimentov sú potrebné špeciálne technické prostriedky - meracie prístroje; 4 je výsledkom merania hodnota fyzikálnej veličiny.


Zdieľajte svoju prácu na sociálnych sieťach

Ak vám táto práca nevyhovuje, v spodnej časti stránky je zoznam podobných prác. Môžete tiež použiť tlačidlo vyhľadávania


Hlavné charakteristiky a metódy merania

1 Definície a klasifikácia meraní

3 Základné charakteristiky merania

1 Definície a klasifikácia meraní.

Meranie zistenie hodnoty fyzikálnej veličiny experimentálne pomocou špeciálnych technických prostriedkov. Meranie sa vzťahuje na proces fyzického porovnávania danej veličiny s určitou hodnotou branou ako jednotka merania.

Meranie kognitívny proces spočívajúci v experimentálnom porovnávaní nameranej hodnoty s určitou hodnotou branou ako merná jednotka.

Z definície meraní vyplývajú charakteristiky meraní:

1) merajú sa len fyzikálne veličiny, t.j. parametre reálnych objektov;

2) meranie vyžaduje experimenty;

3) na vykonávanie experimentov sú potrebné špeciálne technické prostriedky - meracie prístroje;

4) výsledkom merania je hodnota fyzikálnej veličiny.

Základná rovnica merania je nasledovná:

A = a X, (1)

kde A je nameraná hodnota a je jednotka merania; X číselná hodnota meranej veličiny so zvolenou mernou jednotkou. Z rovnice vyplývajú podmienky procesu merania:

  1. reprodukcia jednotky fyzikálnej veličiny vo forme miery;
  2. konverzia meraného signálu;
  3. porovnanie meranej veličiny s mierou;
  4. zaznamenanie výsledku merania.

Podľa spôsobu zisťovania hodnoty meranej veličiny sa merania delia na:

  1. rovný;
  2. nepriame;
  3. kumulatívne;
  4. kĺb.

Priamy Nazýva sa to meranie, keď sa požadovaná hodnota fyzikálnej veličiny zistí priamo z experimentálnych údajov. Treba poznamenať, že pod priamymi meraniami sa často rozumejú také, v ktorých sa nevykonávajú žiadne prechodné transformácie. Ide napríklad o meranie napätia a prúdu známymi elektrickými meracími prístrojmi – voltmetrami a ampérmetrami. Priame merania sú v metrologickej praxi veľmi bežné. Matematicky môžu byť priame merania charakterizované elementárnym vzorcom

A = x, (2)

kde x hodnota veličiny zistená jej meraním a tzvvýsledok merania.

Nepriame je meranie, pri ktorom sa požadovaná hodnota veličiny zisťuje na základe známeho vzťahu medzi touto veličinou a veličinami podrobenými priamym meraniam. Nepriame merania možno charakterizovať nasledujúcim vzorcom:

A = f (x 1, x 2,..., x m), (3)

kde x 1, x 2,…, x m výsledky priamych meraní veličín súvisiacich známym funkčným vzťahom f s požadovanou hodnotou meranej veličiny A.

Pre prax merania v telekomunikačných systémoch sú typické nepriame merania, napríklad meranie výkonu metódou ampérmeter-voltmeter, určenie rezonančnej frekvencie oscilačného obvodu na základe výsledkov priamych meraní kapacity a indukčnosti obvodu, určenie vzdialenosti k umiestneniu nehomogenity v optickom kábli metódou spätného rozptylu atď.

S kumulatívnymi meraniamisúčasne sa meria niekoľko veličín s rovnakým názvom a ich požadované hodnoty sa zisťujú riešením systému rovníc získaných priamym meraním rôznych kombinácií týchto veličín. Napríklad merania, pri ktorých sa zo známej hodnoty kapacity jedného kondenzátora a výsledkov priamych porovnaní veľkostí kapacít rôznych kombinácií kondenzátorov zisťuje veľkosť kapacity sústavy kondenzátorov.

Spoločné meraniaspočívajú v súčasnom meraní dvoch alebo viacerých veličín rôznych mien s cieľom nájsť medzi nimi vzťah.

Príklad spoločných meraní určenia závislosti odporu odporu od teploty.

2 Klasifikácia metód merania

Existujú dve hlavné metódy merania:

  1. Metóda priameho hodnotenia, v ktorom je veľkosť nameranej hodnoty umiestnená na stupnici, na digitálnom displeji alebo na obrazovke zariadenia, napríklad meranie napätia voltmetrom.
  2. Metóda porovnania s mierou,v ktorom sa porovnáva hodnota meranej veličiny s hodnotou veličiny reprodukovanej mierou. Táto metóda má nasledujúce odrody.

1) Kontrastná metóda, v ktorom hodnota veličín meraných a reprodukovaných mierou ovplyvňuje porovnávacie zariadenie a pomocou neho sa stanovuje vzťah medzi týmito veličinami.

2) diferenciál (rozdiel) metóda , pričom nameraná hodnota je určená rozdielom medzi požadovanou hodnotou a hodnotou reprodukovanou meraním.

3) Nulová metóda špeciálny prípad diferenciálu, keď sa rozdiel vynuluje.

4) Substitučná metóda meraná veličina sa nahradí mierou rovnakej veľkosti.

5) Metóda zápasu- hodnota meranej veličiny je určená zhodou signálov, značiek alebo iných znakov súvisiacich s meranými a známymi veličinami.

Substitučná metóda a nulová metóda vyžadujú použitie viachodnotovej miery.

Táto klasifikácia metód merania je znázornená na obr. 1.

Obrázok 1

3. Základné charakteristiky merania

Hlavné charakteristiky meraní sú: výsledok a chyba.

Výsledok merania fyzikálnej veličiny (skrátene výsledok merania alebo jednoducho výsledok) hodnoty fyzikálnej veličiny získanej jej meraním.

Získané výsledky sa často opravujú.

novela (English Correction) hodnota fyzikálnej veličiny rovnakého názvu ako je meraná, ktorá sa zapíše do výsledku merania na vylúčenie určitých, tzv.systematickýchybové komponenty (pozri kapitolu 2), čo sa odráža v terminológii:

  • neopravené výsledok merania nameraná hodnota fyzikálnej veličiny získaná pred vykonaním korekcií;
  • opravené výsledok merania nameraná hodnota fyzikálnej veličiny a spresnená zavedením potrebných zmien k nej;

Chyba meracieho prístrojarozdiel medzi údajmi meracieho prístroja a skutočnou hodnotou meranej fyzikálnej veličiny.

Kvalita meraniacharakterizované presnosťou, správnosťou, konvergenciou a reprodukovateľnosťou, spoľahlivosťou, ako aj veľkosťou dovolených chýb.Kvalita meraniasúbor vlastností, ktoré určujú príjem výsledkov s požadovanými charakteristikami presnosti, v požadovanej forme a v stanovenom časovom rámci.

Presnosť výsledku meraniajedna z charakteristík kvality merania, odrážajúca blízkosť nulovej chyby výsledku merania. Vysoká presnosť merania zodpovedá malým chybám. Presnosť sa kvantifikuje pomocou recipročnej hodnoty modulu relatívnej chyby, napríklad ak je relatívna chyba 0,01, potom je presnosť 100.

Správne meraniacharakteristika odrážajúca blízkosť nule systematických chýb výsledkov merania.

Konvergencia výsledkov meranívzájomná blízkosť výsledkov meraní tej istej veličiny, vykonaných opakovane tými istými prostriedkami, rovnakou metódou, za rovnakých podmienok a s rovnakou starostlivosťou.

Reprodukovateľnosťblízkosť výsledkov meraní tej istej fyzikálnej veličiny, získaných na rôznych miestach, rôznymi metódami a prostriedkami, rôznymi operátormi, v rôznom čase, ale redukovaných na rovnaké podmienky (teplota, tlak, vlhkosť atď.).

Dôveryhodnosť charakteristika kvality meraní, odrážajúca dôveru v ich výsledky, ktorá je určenápravdepodobnosť dôveryα to skutočná hodnota meranej veličiny A je v nejakom danom intervale. Takýto interval sa nazýva dôverné a medzi jeho hranicami s danýmpravdepodobnosť dôvery

(3)

nájde sa skutočná hodnota A hodnotený parameter. V parametri (3). q úroveň významnosti chyby(pozri kapitolu 2); , dolná a horná hranica intervalu spoľahlivosti.

Literatúra

1. Výťahy I.M. Základy normalizácie, metrológie, certifikácie. M.: Yurayt, 2011.

2. Sergeev A.G., Latyshev M.V., Teregerya V.V. Metrológia. Štandardizácia. Certifikácia. M.: Logos, 2013.

3. Krylová G.D. Základy normalizácie, certifikácie, metrológie. M.: UNITY-DANA, 2013.

4. Výťahy I.M. Normalizácia, metrológia, certifikácia. M.: Yurayt, 2013.

5. Basakov M.I. Certifikácia produktov a služieb so základmi normalizácie a metrológie. Rostov na Done, 2012.

Ďalšie podobné diela, ktoré by vás mohli zaujímať.vshm>
6301. Klasifikácia technologických ukazovateľov katalyzátorov. Základné technologické charakteristiky heterogénnych katalyzátorov. Laboratórne metódy na ich stanovenie 23,63 kB
Pozícia prvku v Periodickej tabuľke, t.j. štruktúra elektronických obalov atómov a iónov v konečnom dôsledku určuje všetky základné chemické a množstvo fyzikálnych vlastností látky. Preto porovnanie katalytickej aktivity pevných látok s pozíciou prvkov, ktoré ich tvoria, v periodickej tabuľke viedlo k identifikácii množstva vzorov pri výbere katalyzátorov.
8955. Základné pojmy súvisiace s meracími prístrojmi 2,38 MB
Meradlá sa líšia: podľa metrologického určenia: prevádzkové a metrologické; podľa návrhu mier, meracích prístrojov, meracích inštalácií, meracích systémov a meracích komplexov; podľa úrovne automatizácie na neautomatické, automatizované a automatické; podľa úrovne štandardizácie na štandardné a neštandardné; vo vzťahu k nameranej hodnote na hlavnú a pomocnú. Typ meradiel - súprava meradiel určená na meranie jedného...
5904. HLAVNÉ CHARAKTERISTIKY SIGNÁLOV 84,87 kB
Vznik teórie elektrických a rádiových obvodov je neoddeliteľne spojený s praxou: so vznikom elektrotechniky, rádiotechniky a rádiovej elektroniky. K rozvoju týchto oblastí a ich teórií prispelo množstvo domácich i zahraničných vedcov.
19099. Kultúra, podstata a hlavné charakteristiky 7,46 kB
Pojem kultúra môže charakterizovať kultúru ľudstva v rôznych krajinách, etnických skupinách, spoločenských profesijných skupinách, alebo kultúru rôznych období, náboženskú kultúru, kresťanskú islamskú budhistickú. Slovo kultúra k nám pochádza z latinského cultur. Potom sa v nemateriálnej duševnej duchovnej činnosti človeka začalo používať slovo kultúra.
14730. Základné charakteristiky elektrických signálov 179,62 kB
Časové a spektrálne znázornenia periodického signálu. Matematický model signálu je systém matematických vzťahov, ktoré opisujú skúmaný proces alebo jav, popis funkcií distribučných vektorov atď., pomocou matematických objektov, čo umožňuje vyvodiť závery o charakteristikách signálu. Popis signálu určitej časovej funkcie úplne určuje jeho vlastnosti.
6816. Občianstvo v Ruskej federácii: hlavné charakteristiky 8 kB
Občan Ruskej federácie fyzická osoba, ktorá má ruské občianstvo a má doklad potvrdzujúci jeho ruské občianstvo. Cudzím občanom Ruskej federácie je osoba, ktorá nemá ruské občianstvo, ale má potvrdenie o občianstve iného štátu. Osoba bez štátnej príslušnosti je osoba bez štátnej príslušnosti, ktorá nie je občanom Ruskej federácie a nemá doklad o štátnom občianstve cudzieho štátu. Obsahom občianstva Ruskej federácie je súhrn vzájomných práv a povinností Ruskej federácie a občana Ruskej federácie.
1584. Pojem a hlavné charakteristiky devízového trhu 27,93 kB
Predmetom štúdia tejto kurzovej práce je devízový trh. Predmetom štúdia je devízový trh v procese realizácie spoločenských vzťahov. operácia výmena menového trhu...
21648. Ústava ZSSR z roku 1924, hlavné charakteristiky 25,53 kB
Vývoj a prijatie ústavy ZSSR z roku 1924. Ako uvidíme o niečo neskôr, práve počas formovania ZSSR mala diskusia o tom, či je potrebná ústava alebo nie, veľmi vážne praktické dôvody. Preto sa domnievam, že cieľom mojej práce je pre seba pochopiť, ako bola prijatá Ústava ZSSR z roku 1924, aké boli jej znaky, ktoré ju odlišovali od iných ústav ZSSR.
6787. Pojem a hlavné charakteristiky ústavného systému Ruska 7,54 kB
Ústavný systém v širšom zmysle je súhrn hospodárskych politických sociálnych právnych ideologických spoločenských vzťahov vznikajúcich v súvislosti s usporiadaním najvyšších orgánov štátnej štruktúry, vzťahom medzi človekom a štátom, ako aj občianskou spoločnosťou a štátom. ..
9085. Technické prostriedky spracovania informácií. Hlavné charakteristiky PC modulov 180,9 kB
Externá pamäť osobného počítača Fyzická a logická štruktúra disku Formátovanie fyzickej štruktúry disku pozostáva z vytvárania sústredných stôp na disku, ktoré sú zase rozdelené do sektorov. Za týmto účelom počas procesu formátovania magnetická hlava jednotky umiestňuje značky stopy a sektora na určité miesta na disku. Logická štruktúra disku je súbor sektorov, z ktorých každý má svoje sériové číslo. Pri logickom rozdeľovaní diskov ich OS rozdelí na dve časti: 1 Systémová oblasť...

Meranie je najdôležitejší pojem v metrológii. Ide o organizovanú ľudskú činnosť vykonávanú pre kvantitatívne poznanie vlastností fyzikálneho objektu empirickým určením hodnoty akejkoľvek fyzikálnej veličiny.

Existuje niekoľko typov meraní. Pri ich klasifikácii spravidla vychádzajú z charakteru závislosti meranej veličiny od času, druhu rovnice merania, podmienok, ktoré podmieňujú presnosť výsledku merania a spôsobov vyjadrenia týchto výsledkov.

Podľa charakteru závislosti nameranej hodnoty od času sa merania delia na:

    statické, v ktorom nameraná hodnota zostáva konštantná v priebehu času;

    dynamický, počas ktorého sa nameraná hodnota mení a nie je v čase konštantná.

Statické merania sú napríklad merania telesných rozmerov, konštantného tlaku, dynamické merania sú merania pulzujúcich tlakov, vibrácií.

Na základe počtu meraní sú rozdelené na jednoduché a viacnásobné. Jedno meranie je jednorazové meranie. Viacnásobné meranie je meranie fyzikálnej veličiny rovnakej veľkosti, ktorého výsledok sa získa z niekoľkých po sebe nasledujúcich meraní, to znamená, že pozostáva z viacerých jednotlivých meraní. Viacnásobné merania sa vykonávajú v prípade, keď náhodná zložka chyby jedného merania môže presiahnuť hodnotu požadovanú podmienkami problému. Vykonaním série po sebe idúcich jednotlivých meraní sa získa jedno viacnásobné meranie, ktorého chybu je možné znížiť metódami matematickej štatistiky.

Podľa spôsobu získavania výsledkov merania sa delia na:

  • nepriame;

    kumulatívne;

    kĺb.

Priame merania sú také, pri ktorých sa požadovaná hodnota fyzikálnej veličiny zistí priamo z experimentálnych údajov. Priame merania možno vyjadriť vzorcom Q = X, kde Q je požadovaná hodnota meranej veličiny a X je hodnota priamo získaná z experimentálnych údajov.

Pri priamych meraniach sa meraná veličina podrobuje experimentálnym operáciám, ktoré sa porovnávajú s mierou priamo alebo pomocou meracích prístrojov ciachovaných v požadovaných jednotkách. Príkladmi priamych meraní sú merania dĺžky tela pravítkom, hmotnosti pomocou váh a pod. Priame merania sú široko používané v strojárstve, ako aj pri riadení technologických procesov (meranie tlaku, teploty).

Nepriame sú merania, pri ktorých sa požadovaná veličina určuje na základe známeho vzťahu medzi touto veličinou a veličinami podrobenými priamym meraniam, t.j. Nemerajú skutočné množstvo, ktoré sa určuje, ale iné, ktoré s ním funkčne súvisia. Hodnota meranej veličiny sa zistí výpočtom pomocou vzorca Q = F(x 1,x 2,...,x n), kde Q je požadovaná hodnota nepriamo meranej veličiny; F je funkčná závislosť, ktorá je vopred známa, x 1,x 2,...,x n sú hodnoty priamo nameraných veličín.

Kumulatívne sú merania viacerých veličín rovnakého mena realizované súčasne, pri ktorých sa požadovaná veličina určí riešením sústavy rovníc získaných priamym meraním rôznych kombinácií týchto veličín.

Spoločné merania sú merania dvoch alebo viacerých rôznych veličín vykonávaných súčasne s cieľom nájsť medzi nimi závislosti.

Podľa podmienok, ktoré určujú presnosť výsledku, sú merania rozdelené do troch tried:

    meranie najvyššej možnej presnosti dosiahnuteľnej pri súčasnej úrovni technológií. Táto trieda zahŕňa aj niektoré špeciálne merania, ktoré vyžadujú vysokú presnosť;

    kontrolné a overovacie merania, ktorých chyba by s určitou pravdepodobnosťou nemala prekročiť určitú stanovenú hodnotu;

    technické merania, pri ktorých je chyba výsledku určená charakteristikami meracích prístrojov.

Podľa spôsobu vyjadrenia výsledkov merania sa rozlišujú absolútne a relatívne merania.

Absolútne merania sú také, ktoré sú založené na priamych meraniach jednej alebo viacerých základných veličín alebo na použití hodnôt fyzikálnych konštánt.

Relatívne sú merania pomeru veličiny k rovnomennej veličine, ktorá hrá úlohu jednotky, alebo miery veličiny vo vzťahu k rovnomennej veličine, ktorá sa berie ako počiatočná.

Existujú aj iné klasifikácie meraní, napríklad podľa spojenia s objektom (kontaktné a bezkontaktné), podľa podmienok merania (rovnako presné a nerovnako presné).

Hlavné charakteristiky meraní sú: princíp merania, metóda merania, chyba, presnosť, správnosť a spoľahlivosť.

Princíp merania– fyzikálny jav alebo súbor fyzikálnych javov, ktoré sú základom meraní. Napríklad meranie telesnej hmotnosti pomocou váženia pomocou gravitácie úmernej hmotnosti, meranie teploty pomocou termoelektrického javu.

V súčasnosti sú všetky merania v súlade s fyzikálnymi zákonitosťami použitými pri ich realizácii zoskupené do 13 typov meraní. V súlade s klasifikáciou im boli pridelené dvojmiestne kódy pre typy meraní: geometrické (27), mechanické (28), prietok, kapacita, hladina (29), tlak a vákuum (30), fyzikálno-chemické (31), teplotné a termofyzikálne (32 ), časové a frekvenčné (33), elektrické a magnetické (34), rádioelektronické (35), vibroakustické (36), optické (37), parametre ionizujúceho žiarenia (38), biomedicínske (39).

Metóda merania– súbor techník na používanie princípov a meracích prístrojov.

Metóda merania– technika alebo súbor techník na porovnávanie meranej veličiny s jej jednotkou v súlade s implementovaným princípom merania. Metóda merania je spravidla určená konštrukciou meracích prístrojov. Meradlá sú používané technické prostriedky, ktoré majú normalizované metrologické vlastnosti. Príklady bežných metód merania sú nasledujúce:

    metóda priameho hodnotenia - metóda, pri ktorej sa hodnota veličiny zisťuje priamo z indikačného meracieho prístroja. Napríklad váženie na číselníkovej stupnici alebo meranie tlaku pružinovým tlakomerom;

    diferenciálna metóda - metóda merania, pri ktorej sa meraná veličina porovnáva s homogénnou veličinou so známou hodnotou, ktorá sa mierne líši od hodnoty meranej veličiny, a pri ktorej sa meria rozdiel medzi týmito dvoma veličinami. Táto metóda môže poskytnúť veľmi presné výsledky. Takže ak je rozdiel 0,1% nameranej hodnoty a je odhadnutý prístrojom s presnosťou 1%, tak presnosť merania požadovanej hodnoty bude 0,001%. Napríklad pri porovnávaní identických lineárnych mier, kde rozdiel medzi nimi určuje okulárový mikrometer, čo umožňuje jeho odhad na desatiny mikrónu;

    nulová metóda merania - metóda porovnávania s mierou, pri ktorej sa výsledný efekt vplyvu meranej veličiny a miery na porovnávacie zariadenie vynuluje. Miera je merací prostriedok určený na reprodukciu a uloženie fyzikálnej veličiny. Napríklad meranie hmotnosti na rovnoramennej váhe pomocou závaží. Je to jedna z veľmi presných metód.

    metóda porovnávania s mierou - metóda merania, pri ktorej sa nameraná hodnota porovnáva s hodnotou reprodukovanou mierou. Napríklad meranie jednosmerného napätia na kompenzátore porovnaním so známym EMF normálneho prvku. Výsledok merania touto metódou sa vypočíta buď ako súčet hodnoty miery použitej na porovnanie a odčítania meracieho zariadenia, alebo sa berie ako rovný hodnote miery. Existujú rôzne modifikácie tejto metódy: metóda merania substitúciou (meraná veličina sa nahradí mierou so známou hodnotou veličiny, napr. pri vážení striedavým ukladaním závažia a závažia na rovnakú misku váhy) a spôsob merania sčítaním (hodnota nameranej miery je doplnená mierou rovnakej veličiny s takým výpočtom, aby na porovnávacie zariadenie pôsobil ich súčet rovný vopred určenej hodnote).

Kvalitu meraní charakterizuje presnosť, spoľahlivosť, správnosť, konvergencia a reprodukovateľnosť meraní, ako aj veľkosť chyby.

Chyba merania– rozdiel medzi hodnotou získanou počas merania a skutočnou hodnotou nameranej hodnoty. Chybu spôsobuje nedokonalosť meracích metód a prístrojov, premenlivosť pozorovacích podmienok, ako aj nedostatočná skúsenosť pozorovateľa či vlastnosti jeho zmyslov.

Presnosť meraní je charakteristika meraní, ktorá odráža blízkosť ich výsledkov k skutočnej hodnote nameranej hodnoty. Kvantitatívne možno presnosť vyjadriť ako prevrátenú hodnotu modulu relatívnej chyby.

Správne meranie je definovaná ako kvalita merania, odrážajúca blízkosť nule systematických chýb vo výsledkoch (t. j. takých chýb, ktoré zostávajú konštantné alebo sa prirodzene menia pri opakovaných meraniach rovnakej veličiny). Presnosť meraní závisí najmä od toho, nakoľko sa skutočná veľkosť jednotky, v ktorej sa meranie vykonáva, líši od jej skutočnej veľkosti (podľa definície), t.j. o tom, do akej miery boli meracie prístroje použité na daný druh merania správne (správne).

Najdôležitejšou charakteristikou kvality meraní je ich spoľahlivosť. Charakterizuje dôveru vo výsledky meraní a rozdeľuje ich do dvoch kategórií: spoľahlivé a nespoľahlivé, v závislosti od toho, či sú pravdepodobnostné charakteristiky ich odchýlok od skutočných hodnôt zodpovedajúcich veličín známe alebo neznáme. Výsledky meraní, ktorých spoľahlivosť nie je známa, nemajú žiadnu hodnotu av niektorých prípadoch môžu slúžiť ako zdroj dezinformácií.

Konvergencia(opakovateľnosť) je kvalita meraní odrážajúca vzájomnú blízkosť výsledkov meraní toho istého parametra, vykonaných opakovane tými istými meracími prístrojmi, rovnakou metódou za rovnakých podmienok a s rovnakou starostlivosťou.

Reprodukovateľnosť– ide o kvalitu meraní, ktorá odráža vzájomnú blízkosť výsledkov meraní toho istého parametra vykonaných za rôznych podmienok (v rôznych časoch, rôznymi prostriedkami atď.).

Ako je uvedené vyššie, meranie je proces experimentálneho získavania jednej alebo viacerých hodnôt veličiny, ktoré jej možno primerane priradiť. Hodnota meranej veličiny závisí od podmienok merania, zvolenej metódy, typu meracieho prístroja a pod.

Hlavné charakteristiky merania zahŕňajú princípy merania, metódy merania a presnosť merania.

Princíp merania je fyzikálny jav (efekt), ktorý tvorí základ pre merania pomocou jedného alebo druhého typu meracieho prístroja.

Ako princípy merania sa používa veľké množstvo fyzikálnych efektov objavených vedcami počas výskumu. Napríklad pomocou Dopplerovho efektu na meranie rýchlosti; aplikácia Hallovho javu na meranie indukcie magnetického poľa; použitie gravitácie pri meraní hmotnosti vážením.

Príklady aplikácie rôznych princípov merania sú piezoelektrický jav, termoelektrický jav a fotoelektrický jav.

Piezoelektrický efekt spočíva vo výskyte EMF na povrchu (tvárach) niektorých kryštálov (kremeň, turmalín, umelé piezoelektrické materiály) vplyvom vonkajších síl. Najväčšie uplatnenie pri meraní našiel kremeň a piezokeramika (napríklad titaničitan bárnatý), ktoré majú dosť vysokú mechanickú pevnosť a teplotnú stabilitu (kremeň do teploty 200°C; piezokeramika - do 115°C).

Piezoelektrický efekt reverzibilný: emf aplikovaný na piezoelektrický kryštál spôsobuje mechanické napätie na jeho povrchu. Meracie prevodníky založené na piezoelektrickom jave sú pre dynamické merania samogenerujúce.

Termoelektrický efekt Používa sa na meranie teploty a na realizáciu tohto efektu sa používajú dva hlavné spôsoby.

V prvom prípade sa využíva vlastnosť zmeny elektrického odporu kovov a polovodičov pri teplotných zmenách. Často používané kovy sú meď (na rutinné merania) a platina (na vysoko presné merania). Príslušný merací prevodník sa nazýva termistor. Citlivé prvky polovodičového meniča - termistora - sú vyrobené z oxidov rôznych kovov. So zvyšujúcou sa teplotou sa odpor termistora znižuje, zatiaľ čo odpor termistora sa zvyšuje. Závislosť odporu termistorov so zmenami teploty je nelineárna, u medených termistorov je lineárna, u platinových termistorov je aproximovaná štvorcovou trojčlenkou.

Platinové termistory umožňujú merať teploty v rozsahu od -200°C do +1000°C.

Na účely merania sa využívajú vonkajšie a vnútorné fotoelektrické javy. Vonkajší fotoelektrický efekt nastáva vo vákuovom valci s anódou a fotokatódou. Keď je fotokatóda osvetlená, elektróny sú emitované pod vplyvom svetelných fotónov. Keď je medzi anódou a fotokatódou elektrické napätie, elektróny emitované fotokatódou tvoria elektrický prúd nazývaný fotoprúd.

Týmto spôsobom sa svetelná energia premieňa na elektrickú energiu.

Metóda merania– ide o súbor techník (metód) používaných na porovnanie meranej veličiny s jej jednotkou (alebo stupnicou) v súlade so zvoleným princípom merania.

Metódy merania sa delia na metódy priameho hodnotenia a metódy porovnávania s mierou. Metódy porovnania s mierou sa delia na kontrastné, diferenciálne, nulové, substitučné a koincidenčné metódy.

Metóda priameho hodnotenia spočíva v určení hodnoty fyzikálnej veličiny pomocou čítacieho zariadenia priamočinného meracieho zariadenia. Napríklad meranie napätia voltmetrom. Táto metóda je najbežnejšia, ale jej presnosť závisí od presnosti meracieho prístroja.

Metóda porovnávania s mierou používa porovnanie nameranej hodnoty s hodnotou reprodukovanou mierou. Presnosť merania môže byť vyššia ako presnosť priameho hodnotenia.

Kontrastná metóda je založený na súčasnom ovplyvňovaní meranej a reprodukovateľnej veličiny na porovnávacom zariadení, pomocou ktorého sa zisťuje vzťah medzi veličinami. Napríklad meranie hmotnosti pomocou pákovej váhy a sady závaží.

Kedy diferenciálna metóda meracie zariadenie je ovplyvnené rozdielom medzi meranou veličinou a známou veličinou reprodukovanou mierou. V tomto prípade sa vyrovnanie nameranej hodnoty so známou hodnotou nevykoná úplne. Napríklad meranie jednosmerného napätia pomocou diskrétneho deliča napätia, zdroja referenčného napätia a voltmetra.

Použitím nulová metóda výsledný efekt vplyvu oboch veličín na porovnávacie zariadenie je vynulovaný, čo je zaznamenané vysoko citlivým zariadením - nulovým indikátorom. Napríklad meranie odporu rezistora pomocou štvorramenného mostíka, pri ktorom je pokles napätia na rezistore neznámeho odporu vyvážený poklesom napätia na rezistore so známym odporom.

Substitučná metóda je založená na striedavom pripájaní meranej veličiny a známej veličiny na vstup prístroja a na základe dvoch odčítaní prístroja sa odhadne hodnota meranej veličiny a následne sa výberom známej veličiny zabezpečí, že obe hodnoty sa zhodujú.

Touto metódou možno dosiahnuť vysokú presnosť merania s vysokou presnosťou merania známej veličiny a vysokou citlivosťou zariadenia. Napríklad presné meranie malého napätia pomocou vysoko citlivého galvanometra, na ktorý sa najskôr pripojí zdroj neznámeho napätia a určí sa výchylka ručičky a následne pomocou nastaviteľného zdroja známeho napätia rovnaká výchylka ručičky. ukazovateľ je dosiahnutý. V tomto prípade sa známe napätie rovná neznámemu.

Metódou náhody určiť rozdiel medzi nameranou hodnotou a hodnotou reprodukovanou meraním pomocou zhody značiek stupnice alebo periodických signálov. Napríklad meranie rýchlosti otáčania dielu pomocou blikajúcej zábleskovej lampy: pozorovaním polohy značky na rotujúcej časti v momentoch bliknutia lampy sa rýchlosť dielu určí zo známej frekvencie zábleskov a posunutie značky.

Overovanie dodržiavania povinných požiadaviek a pravidiel sa vykonáva spôsobom štátnej kontroly (dozoru) nad dodržiavaním povinných požiadaviek.

Presnosť meraní je určená blízkosťou nuly chyby merania, t.j. blízkosť výsledkov merania k skutočnej hodnote veličiny.

Skutočná hodnota meranej veličiny– hodnota fyzikálnej veličiny, ktorá by v ideálnom prípade odrážala zodpovedajúcu vlastnosť objektu z kvantitatívneho a kvalitatívneho hľadiska.

Skutočná hodnota meranej veličiny je experimentálne zistená hodnota, ktorá je taká blízka skutočnej hodnote, že ju možno namiesto toho použiť na daný účel.

Vzhľadom na vlastnosti našich zmyslových orgánov (zrak a sluch) a nedokonalosť meracích prístrojov, ktoré používame, nie je možné určiť skutočnú hodnotu nameranej hodnoty.

Dá sa len naznačiť, že je medzi dvomi hodnotami, z ktorých jedna sa berie s nedostatkom a druhá s nadbytkom. Čím bližšie sú tieto hodnoty k sebe, tým menší je ich rozdiel, tým je meranie presnejšie.

Chybu merania možno kvantitatívne vyjadriť v jednotkách nameranej hodnoty alebo vo vzťahu k chybe k výsledku merania, ale presnosť meraní nemožno určiť priamo z výsledkov merania. Preto väčšinou hovoria o vysokej (strednej, nízkej) presnosti merania v kvalitatívnom zmysle.

Preto je vhodnejšie kvantifikovať presnosť meraní pomocou chyby.

Úlohou experimentátora teda nie je len určiť tú či onú požadovanú hodnotu, ale tiež uviesť, aká je presnosť určenia tejto hodnoty, alebo inými slovami, aká je povolená hodnota chyby.

Rozlišujú sa tieto hlavné charakteristiky merania:

1) metóda, ktorou sa vykonávajú merania;

2) princíp merania;

3) chyba merania;

4) presnosť merania;

5) správnosť meraní;

6) spoľahlivosť meraní.

Metóda merania- je to metóda alebo súbor metód, ktorými sa meria daná veličina, t.j. porovnanie meranej veličiny s jej mierou podľa uznávaného princípu merania.

Existuje niekoľko kritérií na klasifikáciu metód merania.

1. Podľa spôsobov získania požadovanej hodnoty meranej veličiny sa rozlišujú:

1) priama metóda (vykonávaná pomocou priamych, priamych meraní);

2) nepriama metóda.

2. Podľa techník merania existujú:

1) metóda kontaktného merania;

2) bezkontaktná metóda merania.

Kontaktná metóda merania na základe priameho kontaktu ktorejkoľvek časti meracieho zariadenia s meraným objektom.

O bezkontaktná metóda merania meracie zariadenie neprichádza do priameho kontaktu s meraným predmetom.

3. Podľa metód porovnávania veličiny s jej mierou sa rozlišujú:

1) metóda priameho hodnotenia;

2) spôsob porovnania s jeho jednotkou.

Metóda priameho hodnotenia je založená na použití meracieho zariadenia, ktoré ukazuje hodnotu meranej veličiny.

Metóda porovnávania s mierou na základe porovnávania predmetu merania s jeho mierou.

Princíp merania– ide o určitý fyzikálny jav alebo ich komplex, na ktorom je meranie založené.

Chyba merania je rozdiel medzi výsledkom merania veličiny a skutočnou (skutočnou) hodnotou tejto veličiny.

Presnosť meraní– ide o charakteristiku, ktorá vyjadruje mieru zhody výsledkov merania so skutočnou hodnotou meranej veličiny.

Správne meranie– ide o kvalitatívnu charakteristiku merania, ktorá je určená tým, ako blízko k nule sa mení hodnota konštantnej alebo pevnej chyby, ktorá sa mení pri opakovaných meraniach (systematická chyba).

Spoľahlivosť meraní je charakteristika, ktorá určuje mieru spoľahlivosti získaných výsledkov meraní.

4 Pojem fyzikálnej veličiny Význam sústav fyzikálnych jednotiek

Fyzikálna veličina je pojem aspoň dvoch vied: fyziky a metrológie. Fyzikálna veličina je podľa definície určitá vlastnosť objektu alebo procesu, spoločná pre množstvo objektov z hľadiska kvalitatívnych parametrov, ale odlišná v kvantitatívnom vyjadrení (individuálna pre každý objekt). Existuje množstvo klasifikácií vytvorených podľa rôznych kritérií. Hlavné sú rozdelené na:

1) aktívne a pasívne fyzikálne veličiny - pri rozdelení vo vzťahu k informačným signálom merania. Okrem toho prvé (aktívne) sú v tomto prípade veličiny, ktoré bez použitia pomocných zdrojov energie majú pravdepodobnosť premeny na informačný signál merania. A druhé (pasívne) sú veličiny, pre ktoré je potrebné použiť pomocné zdroje energie, ktoré vytvárajú signál informácie o meraní;

2) aditívne (alebo extenzívne) a neaditívne (alebo intenzívne) fyzikálne veličiny - pri delení na základe aditivity. Predpokladá sa, že prvé (aditívne) množstvá sa merajú po častiach, navyše sa dajú presne reprodukovať pomocou viachodnotovej miery založenej na súčte veľkostí jednotlivých mier. Ale druhé (neaditívne) veličiny sa nemerajú priamo, pretože sa premieňajú na priame meranie veličiny alebo na meranie nepriamymi meraniami. V roku 1791 bol francúzskym národným zhromaždením prijatý vôbec prvý systém jednotiek fyzikálnych veličín. Bol to metrický systém mier. Zahŕňal: jednotky dĺžky, plochy, objemu, kapacity a hmotnosti. A vychádzali z dvoch dnes už dobre známych jednotiek: meter a kilogram.

Vedec založil svoju metodológiu na troch hlavných nezávislých veličinách: hmotnosť, dĺžka, čas. A matematik vzal miligram, milimeter a sekundu ako hlavné jednotky merania pre tieto množstvá, pretože všetky ostatné jednotky merania možno ľahko vypočítať pomocou minimálnych jednotiek. V súčasnej fáze vývoja sa teda rozlišujú tieto hlavné systémy jednotiek fyzikálnych veličín:

1) systém GHS(1881);

2) systém MKGSS(koniec 19. storočia);

3) systém MKSA(1901)

Pred pochopením podstaty akýchkoľvek javov je vhodné si ich najprv usporiadať, t.j. klasifikovať.

Rozmery sú rozdelené na typy meraní- časť meracej plochy,

ktoré majú svoje vlastné charakteristiky a vyznačujú sa homogenitou nameraných hodnôt, a metódy merania- časť meracieho odboru, spočívajúca v rozdielnosti spôsobov použitia princípov a meracích prístrojov.

    • Klasifikácia typov meraní

Klasifikácia typov meraní sa môže vykonávať podľa rôznych klasifikačných kritérií, medzi ktoré patria: spôsob zistenia číselnej hodnoty fyzikálnej veličiny, počet pozorovaní, povaha závislosti meranej veličiny na čase, počet nameraných okamžitých hodnôt v danom časovom intervale, podmienky určujúce presnosť výsledkov, spôsob vyjadrenia výsledkov merania (obr. 2.1).
Autor: metóda zisťovania číselnej hodnoty fyzikálnej veličiny merania sa delia na tieto typy: priame, nepriame, kumulatívne a spoločné.
Priamy meranie nazývané meranie, pri ktorom sa hodnota meranej fyzikálnej veličiny zisťuje priamo z experimentálnych údajov. Priame merania sú charakteristické tým, že experiment ako merací proces sa vykonáva na samotnej meranej veličine, teda tej či onej.
jeho ďalší prejav. Priame merania sa vykonávajú pomocou nástrojov určených na meranie týchto veličín. Číselná hodnota meranej veličiny sa vypočíta priamo z odčítania meracieho zariadenia. prostriedky, množstvá. Príklady priamych meraní: meranie prúdu ampérmetrom; napätie - kompenzátor; hmota - na pákových váhach a pod.
Vzťah medzi nameranou hodnotou X a výsledkom merania Y pri priamom meraní charakterizuje rovnica X = Y, t.j. predpokladá sa, že hodnota meranej veličiny sa rovná získanému výsledku.
Bohužiaľ, priame meranie nie je vždy možné. Niekedy vhodný merací prístroj nie je po ruke alebo je nevyhovujúci.

v presnosti, alebo dokonca ešte neboli vytvorené vôbec. V tomto prípade sa musíte uchýliť k nepriamemu meraniu.
Nepriame merania Ide o merania, pri ktorých sa zistí hodnota požadovanej veličiny na základe známeho vzťahu medzi touto veličinou a veličinami podrobenými priamym meraniam. Pri nepriamych meraniach sa nemeria skutočná veličina, ktorá sa určuje, ale iné veličiny, ktoré s ňou funkčne súvisia. Hodnota nepriamo meranej veličiny X zistené výpočtom pomocou vzorca
X = F(Y1 , Y2 , … , Yn),
Kde Y1, Y2, …Yn- hodnoty veličín získaných priamym meraním.
Príkladom nepriameho merania je určenie elektrického odporu pomocou ampérmetra a voltmetra. Tu sa priamymi meraniami zistia hodnoty poklesu napätia U na odpore R a aktuálne ja cez ňu a požadovaný odpor R sa nájde podľa vzorca
R = U/ ja .
Operáciu výpočtu nameranej hodnoty je možné vykonávať manuálne alebo pomocou výpočtového zariadenia umiestneného v zariadení.
Priame a nepriame merania sú v súčasnosti široko používané v praxi a sú najbežnejšími typmi meraní.
Súhrnné merania- ide o merania viacerých veličín s rovnakým názvom vykonávané súčasne, v ktorých sa požadované hodnoty veličín zisťujú riešením sústavy rovníc získaných priamym meraním rôznych kombinácií týchto veličín.
Napríklad na určenie hodnôt odporu rezistorov spojených trojuholníkom (obr. 2.2) zmerajte odpor na každom
dvojice vrcholov trojuholníka a získajte sústavu rovníc
;
;
.
Z riešenia tohto systému rovníc sa získajú hodnoty odporu

, , ,
Kde .
Spoločné merania- ide o merania dvoch alebo viacerých rôznych veličín vykonávaných súčasne X1, X2,…,Xn, ktorých hodnoty sa nachádzajú riešením sústavy rovníc:
Fi(X1, X2, …,Xn; Yi1, Yi2, …,Yim) = 0,
Kde i = 1, 2, ..., m> n; Yi1, Yi2, …,Yim- výsledky priamych alebo nepriamych meraní; X1, X2, …,Xn- hodnoty požadovaných množstiev.
Napríklad indukčnosť cievky L = L0× (1 + w2 × C× L0), Kde L0- indukčnosť pri frekvencii w = 2 × p× f sklon k nule; C - medzizávitová kapacita. hodnoty L0 A S nemožno zistiť priamym ani nepriamym meraním. Preto v najjednoduchšom prípade meriame L1 pri w1 , a potom L2 pri w2 a vytvorte sústavu rovníc:
L1 = L0× (1 + w1 2 × C× L0);
L2 = L0× (1 + w2 2 × C× L0),
pri riešení ktorých nájdeme požadované hodnoty indukčnosti L0 a kontajnery S:
; .
Kumulatívne a spoločné merania sú zovšeobecnením nepriamych meraní na prípad viacerých veličín.
Pre zvýšenie presnosti súhrnných a spoločných meraní je zabezpečená podmienka m ³ n, t.j. počet rovníc musí byť väčší alebo rovný počtu požadovaných veličín. Výsledný nekonzistentný systém rovníc sa rieši metódou najmenších štvorcov.
Autor: počet pozorovaní meraní sa delia na (obr. 2.1):
- bežné merania - merania vykonávané s jedným pozorovaním;
- štatistické merania - merania s viacnásobným pozorovaním.
Pozorovanie počas merania je experimentálna operácia vykonávaná počas procesu merania, v dôsledku ktorej sa získa jedna hodnota zo skupiny hodnôt veličín, ktoré sú predmetom spoločného spracovania na získanie výsledkov merania.
Výsledok pozorovania je výsledkom množstva získaného zo samostatného pozorovania.
Autor: charakter závislosti meranej veličiny od času rozmery sú rozdelené:
- statický, v ktorom nameraná hodnota zostáva počas procesu merania konštantná;
- dynamický, pri ktorom sa nameraná hodnota počas procesu merania mení a nie je v čase konštantná.
Pri dynamických meraniach treba na získanie výsledku merania brať túto zmenu do úvahy. A na posúdenie presnosti výsledkov dynamických meraní je nevyhnutná znalosť dynamických vlastností meracích prístrojov.
Autor: počet nameraných okamžitých hodnôt v danom časovom intervale merania sa delia na diskrétne A nepretržitý(analógové).
Diskrétne merania sú merania, pri ktorých je v danom časovom intervale počet nameraných okamžitých hodnôt konečný.
Kontinuálne (analógové) merania sú merania, pri ktorých je v danom časovom intervale počet nameraných okamžitých hodnôt nekonečný.
Podľa podmienok určujúcich presnosť výsledkov, miery sú:

  • najvyššia možná presnosť dosiahnutá s existujúcou úrovňou technológie;
  • kontrolné a overovacie skúšky, ktorých chyba by nemala presiahnuť

nejaká daná hodnota;
- technický, pri ktorom je chyba výsledku určená charakteristikami meracích prístrojov.
Podľa spôsobu vyjadrenia výsledkov merania rozlišovať medzi absolútnymi a relatívnymi meraniami.
Absolútne miery- merania založené na priamych meraniach jednej alebo viacerých základných veličín a (alebo) použití hodnôt fyzikálnych konštánt.
Relatívne merania- meranie pomeru veličiny k rovnomennej veličine, ktorá hrá úlohu jednotky, alebo meranie veličiny vo vzťahu k rovnomennej veličine, branej ako začiatočná.

2.2. Metódy merania a ich klasifikácia

Všetky merania je možné vykonať pomocou rôznych metód. Rozlišujú sa tieto hlavné metódy merania: metóda priameho hodnotenia A porovnávacie metódycopatrenie .
2.2.1. Metóda priameho hodnotenia vyznačujúci sa tým, že hodnota meranej veličiny sa zisťuje priamo z čítacieho zariadenia meracieho zariadenia, vopred ciachovaného v jednotkách meranej veličiny. Táto metóda je najjednoduchšia, a preto je široko používaná pri meraní rôznych veličín, napr.: meranie telesnej hmotnosti na pružinovej váhe, elektrického prúdu číselníkovým ampérmetrom, fázového rozdielu digitálnym fázovým meračom atď.

Funkčný diagram merania metódou priameho hodnotenia je na obr. 2.3.

Zariadenia na priame vyhodnocovanie vždy obsahujú merací prevodník, ktorý prevádza nameranú hodnotu na inú, dostupnú na porovnanie pozorovateľom alebo automatickým zariadením. V ukazovacích prístrojoch sa teda nameraná hodnota prepočítava na uhol natočenia pohyblivej časti, ktorý je označený šípkou. Podľa polohy šípky, t.j. Porovnaním uhla natočenia s dielikmi na stupnici sa zistí hodnota meranej veličiny. Mierou v nástrojoch priameho hodnotenia je delenie stupnice čítacieho zariadenia. Neumiestňujú sa ľubovoľne, ale na základe kalibrácie zariadenia. Kalibrácia prístroja na priame vyhodnocovanie spočíva v tom, že sa na jeho vstup privedie hodnota danej veľkosti z miery a údaj prístroja sa zaznamená. Tomuto odčítaniu sa potom priradí hodnota známej veličiny. Diely stupnice čítacieho zariadenia sú teda akoby náhradou („odtlačok prsta“) za hodnotu skutočnej fyzikálnej veličiny, a preto sa dajú použiť priamo na nájdenie hodnôt veličín nameraných zariadením. . V dôsledku toho všetky zariadenia na priame hodnotenie skutočne implementujú princíp porovnávania s fyzikálnymi veličinami. Toto porovnanie je však viacčasové a vykonáva sa nepriamo, pomocou medziľahlého prostriedku - dielikov stupnice čítacieho zariadenia.
2.2.2. Metódy porovnania s mierou - metódy merania, pri ktorých sa známa veličina porovnáva s hodnotou reprodukovanou mierou. Tieto metódy sú presnejšie ako metóda priameho hodnotenia, ale sú trochu zložité. Do skupiny metód na porovnanie s mierou patria metódy: opozičná, nulová, diferenciálna, koincidencia a substitučná.
Definujúca charakteristika porovnávacie metódy je, že v procese každého meracieho experimentu dochádza k porovnávaniu dvoch navzájom nezávislých homogénnych veličín - známej (reprodukovateľná miera) a meranej. Pri meraní porovnávacími metódami sa používajú skutočné fyzikálne miery a nie ich „odtlačky“.
Porovnanie môže byť simultánne keď miera a meraná veličina pôsobia na merací prístroj súčasne a viacčasový, kedy je časovo oddelený vplyv meranej veličiny a miery na meracie zariadenie. Okrem toho môže byť porovnanie priamy A nepriamy. V prvom prípade meraná veličina a meranie priamo ovplyvňujú porovnávacie zariadenie av druhom - prostredníctvom iných veličín, ktoré jednoznačne súvisia so známymi a meranými veličinami.
Simultánne porovnanie sa zvyčajne vykonáva pomocou metód opozícií, nula, diferenciál A náhody a viacčasové - metóda substitúcia.
Kontrastná metóda- spôsob porovnávania s mierou, pri ktorej meraná veličina a veličina reprodukovaná mierou súčasne ovplyvňujú porovnávacie zariadenie, pomocou ktorého sa zisťuje vzťah medzi týmito veličinami. Funkčný diagram opozičnej metódy je na obr. 2.4.
Pri tejto metóde pôsobí meraná veličina X a miera X0 na dva vstupy porovnávacieho zariadenia. Výsledný vplyv nárazu je určený rozdielom týchto hodnôt, t.j. e = X - X0 a odstráni sa z čítacieho zariadenia porovnávacieho zariadenia. Výsledok merania sa zistí ako
Y = X0 + e.
Táto metóda je vhodná, ak existuje presná viachodnotová miera a jednoduchá

porovnávacie zariadenia. Príkladom tejto metódy je váženie bremena na rovnoramennej váhe, položenie meranej hmoty a závažia na dve váhy a úplné vyváženie váhy. V tomto prípade je nameraná hmotnosť definovaná ako súčet hmotnosti závaží, ktoré ju vyvažujú, a údajov na stupnici. Kontrastná metóda umožňuje výrazne znížiť vplyv ovplyvňujúcich veličín na výsledok merania, pretože tieto viac-menej rovnako skresľujú signály ako v obvode prevodu meranej veličiny, tak aj v reťazci prevodu veličiny reprodukovanej meraním. . Čítacie zariadenie porovnávacieho zariadenia reaguje na rozdiel v signáloch, v dôsledku čoho sa tieto skreslenia do určitej miery navzájom kompenzujú. Táto metóda sa používa aj pri meraní EMF, napätia, prúdu a odporu.
Nulová metóda je typ kontrastnej metódy, pri ktorej je výsledný efekt vplyvu veličín na porovnávacie zariadenie vynulovaný. Funkčný diagram metódy nulového merania je na obr. 2.5.
Tu pôsobí meraná veličina X a miera X0 na dva vstupy porovnávacieho meracieho zariadenia. Výsledný vplyv nárazu je určený rozdielom týchto hodnôt, t.j. e = X - Xo. Zmenou hodnoty reprodukovanej mierou (na obrázku je to schematicky znázornené šípkou) môžete hodnotu e nastaviť na 0. Táto okolnosť je indikovaná nulovým indikátorom. Ak e = 0, potom X = Xo, výsledkom merania Y je získaná hodnota
opatrenia, t.j. Y = X0.

Keďže nulový indikátor je ovplyvnený rozdielom hodnôt, jeho medza merania môže byť zvolená menšia a citlivosť väčšia ako u zariadenia na meranie X metódou priameho hodnotenia. Presnosť označenia rovnosti dvoch veličín môže byť veľmi vysoká. A to vedie k zvýšeniu presnosti merania. Chyba merania nulovou metódou je určená chybou merania a chybou indikácie nuly. Druhá zložka je zvyčajne oveľa menšia ako prvá, prakticky sa presnosť merania nulovou metódou rovná presnosti merania.
Príklady metód merania nuly sú: meranie hmotnosti na rovnoramennej váhe s umiestnením meranej hmotnosti a závažia na dve váhy a úplné vyváženie váh, alebo meranie napätia jeho kompenzáciou napätím referenčného zdroja (v oboch prípadoch vykoná sa priame porovnanie); ako aj meranie elektrického odporu mosta s jeho úplným vyvážením (nepriame porovnanie).
Metóda nulového merania vyžaduje povinné používanie viachodnotových meraní. Presnosť takýchto mier je vždy horšia ako jednoznačné miery, navyše nemusíme mať premennú mieru. V tomto prípade nie je možné použiť nulovú metódu.
Diferenciálna metóda je metóda porovnávania s mierou, pri ktorej je meracie zariadenie (nevyhnutne porovnávacie zariadenie) ovplyvnené rozdielom medzi nameranou hodnotou a známou hodnotou reprodukovanou mierou, pričom tento rozdiel sa nevynuluje, ale zmeria sa priamo pôsobiacim meracím zariadením.
Na obr. Obrázok 2.6 zobrazuje funkčný diagram diferenciálnej metódy.
Tu má miera konštantnú hodnotu X0, rozdiel medzi nameranou hodnotou X a mierou X0, t.j. e = X - X0, nie je nula a meria sa meracím zariadením. Výsledok merania sa zistí ako
Y = X0 + e.

Skutočnosť, že tu meracie zariadenie nemeria celú hodnotu X, ale len jej časť e, umožňuje znížiť vplyv chyby meracieho zariadenia na výsledok merania a čím menší je rozdiel e, tým menší je vplyv. chyby meracieho zariadenia.
Pri meraní napätia U = 97 V priamym hodnotiacim voltmetrom s limitom merania 100 V a predpokladanou relatívnou chybou merania tohto napätia 1 % (0,01) dostaneme absolútnu chybu merania D1 = 97 × 0,01 = 0,97 » 1 V Ak toto napätie meriame diferenciálnou metódou pomocou referenčného zdroja napätia U0 = 100 V, tak rozdiel napätia U - U0 = (97 - 100)V = - 3 V môžeme merať voltmetrom s meraním limit len ​​3 V. Nech relatívna chyba merania tohto napätia bude tiež rovná 1%. To dáva absolútnu chybu merania napätia 3 V: D2 = 3 × 0,01 = 0,03 V. Ak sa táto chyba zníži na namerané napätie U, dostaneme relatívnu chybu merania napätia: D2/U = 0,03/97 » 0, 0003 (0,03 %), t.j. približne 30-krát menej ako pri meraní napätia U metódou priameho odhadu. Toto zvýšenie presnosti merania nastalo tým, že v prvom prípade prístroj nameral takmer celú hodnotu s relatívnou chybou 1% a v druhom prípade nebola nameraná celá hodnota, ale len 1/30 z nej.
Tieto výpočty nezohľadnili chybu merania, ktorá je plne zahrnutá vo výsledku merania. V dôsledku toho sa pri malých rozdielových hodnotách e presnosť merania diferenciálnou metódou približuje presnosti merania nulovou metódou a je určená iba chybou merania. Okrem toho, diferenciálna metóda nevyžaduje meranie premennej veličiny.
Vo vyššie uvedenom príklade merania rozdielového napätia sa použilo priame porovnanie.
Ďalším príkladom metódy diferenciálneho merania je určenie odchýlky odporu odporu od menovitej hodnoty nevyváženým (percentuálnym) mostíkom (tu je implementované nepriame porovnanie).
Metóda zápasu(alebo nóniová metóda) je metóda porovnávania s mierou, pri ktorej sa rozdiel medzi meranou veličinou a hodnotou reprodukovanou mierou meria pomocou zhody značiek stupnice alebo periodických signálov.
Táto metóda sa používa v prípadoch, keď je meraná veličina menšia ako deliaca hodnota danej miery. V tomto prípade sa používajú dve miery s rôznymi cenami delenia, ktoré sa líšia veľkosťou odhadovanej číslice vzoriek.
Majme jednu kalibrovanú mieru s deliacou cenou Dxk1 a nameraná hodnota DX,čo je menej ako cena divízie. V tomto prípade použite druhú mieru s deliacou cenou Dxk2. Ak teda treba zvýšiť citlivosť o Pčasy, potom bude mať vzťah medzi nimi formu
Dxk2 =Dxk1×( 1 - 1/ n).
Najmä vtedy, keď n = 10 Dxk2 = 0,9× Dxk1.
Merané množstvo DX nastavte medzi nulové značky mier a nájdite číslo NX, ktorý sa rovná počtu zhodných dielikov mier (obr. 2.7). V tomto prípade je vzťah platný Nx× Dxk1 =Dx+Nx× Dxk2, kde
Dx = Nx×(Dxk1 – Dxk2) = Nx×(Dxk1 – 0,9×Dxk1) = Nx×0,1×Dxk1.
Príkladom koincidenčného merania je meranie dĺžky súčiastky pomocou posuvného meradla, ďalším príkladom je meranie rýchlosti otáčania súčiastky pomocou zábleskovej lampy: pozorovanie polohy značky na rotujúcej časti, keď lampa bliká, rýchlosť dielu je určená frekvenciou zábleskov a posunom značky. Metóda nonia je široko používaná aj pri meraní časových intervalov dvoch blízkych frekvencií (úderov) a v iných prípadoch.

Funkčná schéma zariadenia pracujúceho pomocou koincidenčnej metódy s transformáciou škálovania iba hodnoty reprodukovanej mierou je na obr. 2.8. Tu sa hodnota X0 jednohodnotovej miery podrobí transformácii stupnice, aby sa získali hodnoty n1X0, n2X0, … njX0, … nkX0. Tieto hodnoty sa dodávajú do porovnávacích zariadení k a nameraná hodnota X sa na ne aplikuje aj Logický prvok udáva číslo porovnávacieho zariadenia, pre ktoré je X njX0 = min a určuje nameranú hodnotu na základe približného vzťahu X = njX0. Táto metóda merania našla uplatnenie aj v digitálnych prístrojoch, ktoré merajú uhlové a lineárne posuny. Koincidencia vyžaduje prítomnosť viachodnotových mier alebo konvertorov magnitúdy a magnitúdy reprodukovaných mierou. Preto sa v meracej technike používa pomerne zriedkavo.
Substitučná metóda existuje metóda porovnávania s mierou, pri ktorej sa nameraná veličina nahradí známou veličinou reprodukovanou mierou.
Funkčný diagram substitučnej metódy je na obr. 2.9. Používa priamy vyhodnocovací merací prístroj.

Technika merania je nasledovná. Najprv sa nameraná hodnota X privedie na vstup meracieho zariadenia a zaznamenajú sa hodnoty zariadenia (odčítanie) Y1. Potom namiesto nameranej hodnoty o rovnakú


Vstup (to je veľmi dôležité) zariadenia je dodávaný s hodnotou X0, reprodukovanou mierou. V tomto prípade sa údaj prístroja rovná Y2. Zmenou hodnoty reprodukovanej mierou sa dosiahne rovnosť odčítaní, t.j. Y1=Y2. V tomto prípade možno tvrdiť, že X = X0, bez ohľadu na chybu meracieho zariadenia. V prvom prípade skutočne dostaneme Y1= X + D1,
kde D1 je chyba meracieho zariadenia pri príjme hodnoty Y1.
Keď je zariadenie vystavené meraniu Y2= X + D2. Tu D2 je chyba meracieho zariadenia pri príjme hodnoty Y2.
Keďže dosiahneme rovnaké hodnoty (Y1 = Y2), a časový interval medzi dvoma meraniami je malý, tak pri rovnakej značke na stupnici prístroja je chyba rovnaká, t.j. D1 = D2. Z rovnosti Y1 = Y2 alebo X + D1 = X + D2 teda vyplýva, že X = X0.
Novou výhodou substitučnej metódy je vylúčenie chyby meracieho prístroja z výsledku merania. Pri nulovej metóde merania sa chyba meracieho zariadenia prejavuje tak, že nulový údaj nemusí zodpovedať rovnosti nameranej hodnoty a miery a pri diferenciálnej metóde predstavuje chybu merania rozdielu medzi mierou a mierou. nameranú hodnotu. Na získanie vysokej presnosti merania pomocou nulovej a diferenciálnej metódy je potrebné, aby chyby meracích prístrojov boli malé. Metóda výmeny však túto podmienku nevyžaduje! Aj keď je chyba meracieho zariadenia dostatočne veľká, neovplyvní to výsledok merania. Pomocou substitučnej metódy je teda možné vykonať presné meranie so zariadením s veľkou chybou. Nie je ťažké pochopiť, že presnosť merania substitučnou metódou je určená chybou merania. Pravda, pri prísnejšom prístupe k substitučnej metóde treba brať do úvahy dve okolnosti.
Po prvé, tu sa porovnáva v rôznych časoch a počas doby medzi dvoma meraniami sa môže chyba meracieho zariadenia mierne zmeniť, takže rovnosť D1 = D2 je trochu narušená. Teraz je jasné, prečo sa meraná veličina a miera musia privádzať na rovnaký vstup zariadenia. Je to spôsobené predovšetkým tým, že chyba meracieho zariadenia na rôznych vstupoch, dokonca aj pri rovnakých údajoch, môže byť odlišná!
Po druhé, substitučná metóda spočíva v získaní identických hodnôt prístroja. Samotná rovnosť indikácií môže byť stanovená s konečnou presnosťou. A to tiež vedie k chybe merania. Presnosť stanovenia rovnosti údajov bude väčšia v zariadení s vyššou citlivosťou.
Preto by ste pri meraní substitučnou metódou mali používať prístroj, ktorý nie je presný, ale citlivý a rýchlo pôsobiaci. Potom bude zvyšková chyba spôsobená meracím zariadením malá.
Substitučná metóda je najpresnejšia zo všetkých známych metód a zvyčajne sa používa na vykonávanie čo najpresnejších (presnejších) meraní. Pozoruhodným príkladom substitučnej metódy je váženie so striedavým ukladaním meranej hmotnosti a závaží na rovnakú misku váhy (pamätajte - na rovnaký vstup zariadenia). Je známe, že pomocou tejto metódy môžete správne zmerať telesnú hmotnosť, ak máte nesprávne váhy (chyba nástroja), ale nie váhy! (chyba merania).
Porovnaním substitučnej metódy a metódy priameho hodnotenia zistíme ich nápadné podobnosti. Priama metóda hodnotenia je totiž v podstate substitučnou metódou. Prečo je to rozdelené do samostatnej metódy? Ide o to, že pri meraní metódou priameho hodnotenia vykonávame iba prvú operáciu - stanovenie hodnôt. Druhá operácia - kalibrácia (porovnanie s mierou) sa nevykonáva pri každom meraní, ale až pri procese výroby zariadenia a jeho periodickom overovaní. Medzi použitím prístroja a jeho predchádzajúcim overením môže byť veľký časový interval a chyba meracieho prístroja sa môže počas tejto doby výrazne zmeniť. To vedie k tomu, že metóda priameho hodnotenia zvyčajne poskytuje menšiu presnosť merania ako metóda porovnávania.
Uvažovaná klasifikácia metód merania je znázornená na obr. 2.10.

Ryža. 2.10. Klasifikácia metód merania

Uvažované metódy určujú princípy konštrukcie meracích prístrojov. Nemali by sa zamieňať s meracou technikou a meracím algoritmom.
Technika merania- podrobný postup procesu merania, regulujúci metódy, prostriedky a algoritmy na vykonávanie meraní, ktoré za určitých (normovaných) podmienok poskytujú merania s danou presnosťou.
Merania sa musia vykonávať v súlade s riadne certifikovanými metódami. Postup vývoja a certifikácie metód merania je určený štátnym štandardom Ruska.
Algoritmus merania- presný pokyn vykonať v určitom poradí súbor operácií, ktoré zabezpečia meranie hodnoty fyzikálnej veličiny.
.