1.4. Основные понятия об измерениях и средствах измерений
Под термином "измерение" понимают совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины (Федеральный закон "Об обеспечении единства измерений").
Задачей любого измерения является нахождение значения измеряемой величины с определенной точностью.
Объект измерения - это система (процесс, явление и т.д.), которая характеризуется одной или несколькими измеряемыми величинами.
Процесс измерения состоит из ряда взаимосвязанных и последовательных этапов (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Основные элементы и этапы процесса измерения
1.4.1. Классификация измерений
Все измерения классифицируют:
- по способу получения информации;
- по характеру изменения получаемой информации в процессе измерения;
- по количеству измерительной информации;
- по отношению к основным единицам.
По способу получения информации измерения разделяются на следующие виды:
1. Прямые измерения, при которых искомое значение измеряемой величины получают непосредственно (сравнением величины с ее единицей).
При прямых измерениях объект исследования приводят во взаимодействие со средством измерений и по его показаниям отсчитывают значение измеряемой величины.
К прямым измерениям относятся измерение массы при помощи весов и гирь, силы тока - амперметром, температуры - термометром, измерение длины - линейкой.
2. Косвенные измерения, при которых искомое значение величины определяют на основании прямых измерений других величин, функционально связанных известной зависимостью с искомой величиной.
Например, плотность тела можно определить по результатам измерений массы m и объема V:
ρ = m/V,
а скорость при равномерном движении - по результатам измерений пройденного пути S и времени τ:
V = S/τ.
3. Совокупные измерения, при которых одновременно проводятся измерения нескольких одноименных величин, и искомое значение величины определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях; при этом число уравнений должно быть не меньше числа величин.
Например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.
4. Совместные измерения, при которых одновременно проводятся измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними; например, зависимость длины объекта от температуры.
По характеру изменения получаемой информации в процессе измерений измерения подразделяются на статические и динамические.
Статические измерения - это такие измерения, когда измеряемая величина принимается за неизменную на протяжении времени измерения; например, измерение размеров земельного участка.
Динамические измерения - это измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется.
Развитие средств измерений и повышение их чувствительности позволяет сегодня обнаружить изменение величин, ранее считавшихся постоянными, поэтому разделение измерений на динамические и статические можно считать условным.
По количеству измерительной информации измерения делятся на однократные и многократные.
Однократные измерения выполняются один раз, а многократные позволяют получить результат из нескольких следующих друг за другом измерений одного и того же объекта.
При однократных измерениях показания средств измерений являются результатом измерений, погрешность используемого средства измерений определяет погрешность результата измерения.
Применение многократных измерений позволяет повысить точность измерения до определенного предела.
По отношению к основным единицам измерения делятся на абсолютные и относительные.
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или использовании значений физических констант.
Например, определение массы в килограммах, количества вещества - в молях, частоты - в герцах.
Относительные измерения - это измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
Например, относительная влажность определяется как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре, и выражается в процентах.