Динамічний вимір- Вимір величини, розмір якої змінюється з часом. Швидка зміна розміру вимірюваної величини вимагає її виміру з найточнішим визначенням часу.

Наприклад, вимірювання відстані до рівня поверхні Землі з повітряної куліабо вимір постійної напруги електричного струму. Фактично динамічний вимір є виміром функціональної залежності вимірюваної величини від часу.

Ознакою, яким вимір відносять до статичного чи динамічного, є динамічна похибка при цій швидкості чи частоті зміни вимірюваної величини і заданих динамічних властивостях СИ. Припустимо, що вона дуже мала (для вирішуваної вимірювальної задачі), в цьому випадку вимір можна вважати статичним. За невиконання зазначених вимог воно є динамічним.

Динамічна похибка вимірів- похибка результату вимірів, властива умовам динамічного виміру. Динамічна похибка утворюється при вимірі змінних величин і зумовлена ​​інерційними властивостями засобів вимірів. Динамічною похибкою засобу вимірювань є різниця між похибкою засобу вимірювань у динамічних умовах та його статичною похибкою, що відповідає значенню величини на даний момент часу. При розробці або проектуванні засобу вимірювання слід враховувати, що збільшення похибки вимірювань і запізнення появи вихідного сигналу пов'язані зі зміною умов.

Статичні та динамічні похибки відносяться до похибок результату вимірювань. Більшість приладів статична і динамічна похибки виявляються пов'язані між собою, оскільки співвідношення між цими видами похибок залежить від характеристик приладу та характерного часу зміни величини.

Статичні виміри

Статичний вимір- Вимір величини, яка приймається відповідно до поставленої вимірювальною задачею за незмінну протягом періоду вимірювання.

Наприклад: 1) вимірювання розмірів тіла;

2) вимірювання постійного тиску;

3) вимірювання пульсуючих тисків, вібрацій;

4) вимірювання лінійного розміру виготовленого виробу за нормальної температури можна вважати статичним, оскільки коливання температури в цеху на рівні десятих часток градуса вносять похибку вимірювань не більше 10 мкм/м, несуттєву порівняно з похибкою виготовлення деталі. Тому в цій вимірювальній задачі можна вважати вимірювану величину незмінною. При калібруванні штрихової міри довжини державному первинному зразку термостатування забезпечує стабільність підтримки температури лише на рівні 0,005 °З. Такі коливання температури зумовлюють у тисячу разів меншу похибку вимірів - трохи більше 0,01 мкм/м. Але в даній вимірювальній задачі вона є суттєвою, і облік змін температури в процесі вимірювання стає умовою забезпечення необхідної точності вимірювань, тому ці вимірювання слід проводити за методикою динамічних вимірювань.

Статична похибка вимірів- похибка результату вимірів, властива умовам статичного виміру, тобто при вимірі постійних величинпісля завершення перехідних процесівв елементах приладів та перетворювачів.

1. Класифікація вимірів.

2. Види та методи вимірювань.

3. Види засобів вимірів та його основні метрологічні характеристики.

4. Класи точності засобів вимірів.

5. Метрологічні показники цифрових приладів.

1. Класифікація вимірів

Класифікація засобів вимірювань може проводитись за такими критеріями.

1. За характеристикою точностівимірювання діляться на рівноточні та нерівноточні.

РівноточнимиВимірами фізичної величини називається ряд вимірювань деякої величини, зроблених за допомогою засобів вимірювань (СІ), що мають однакову точність, в ідентичних вихідних умовах.

Нерівноточнимивимірюваннями фізичної величини називається ряд вимірювань деякої величини, зроблених за допомогою засобів вимірювання, що володіють різною точністю, та (або) у різних вихідних умовах.

2. За кількістюВиміри вимірювання діляться на одноразові та багаторазові.

Одноразовий вимір - вимір, зроблений один раз.

Багаторазовий вимір - вимір одного розміру величини, результат цього виміру отримують з кількох наступних одноразових вимірів (відліків).

Скільки потрібно зробити вимірювань, щоб вважати, що ми зробили багаторазові вимірювання? На це ніхто не відповість. Але ми знаємо, що за допомогою таблиць статистичних розподілів ряд вимірів може бути досліджений за правилами математичної статистики при числі вимірів п ≥ 4 . Тому вважається, що вимір можна вважати багаторазовим при числі вимірів не менше 4.

3. За типомзміни величини виміру поділяються на статичні та динамічні.

Статичні виміри- це вимірювання постійної, постійної фізичної величини.

Наприклад, вимірювання лінійного розміру виготовленого виробу при нормальній температурі можна вважати статичним, оскільки коливання температури в цеху на рівні десятих часток вносять похибку вимірювань не більше 10 мкм/м, несуттєву в порівнянні з похибкою виготовлення деталі.

Динамічнівиміри - це виміри мінливої, непостійної фізичної величини. Наприклад, вимірювання відстані до рівня поверхні Землі з повітряної кулі або вимірювання постійної напруги електричного струму. Фактично динамічний вимір є виміром функціональної залежності вимірюваної величини від часу.

4. За призначеннямвимірювання поділяються на технічні та метрологічні.

ТехнічніВиміри - це вимірювання, що виконуються технічними засобами вимірів.

Приклад: для контролю та управління експериментальними розробками, контролю технологічних параметрів продукції або всіляких виробничих процесів, управління транспортними потоками, в медицині при постановці діагнозу та лікування, контролю стану екології та ін.

Метрологічнівимірювання - вимірювання для реалізації єдності та необхідної точності технічних вимірювань (вимірювання, що виконуються з використанням еталонів).

До них відносять:

Відтворення одиниць та шкал фізичних величинпервинними еталонами та передачу їх розмірів менш точним еталонам;

калібрування засобів вимірювань;

Вимірювання, що проводяться під час калібрування або перевірки засобів вимірювань;

Інші вимірювання, що виконуються з цією метою (наприклад, вимірювання при взаємних звіреннях еталонів однакового рівня точності) або задоволення інших внутрішніх потреб метрології (наприклад, вимірювання з метою уточнення фундаментальних фізичних констант та довідкових стандартних відомостей про властивості матеріалів та речовин, вимірювання для підтвердження заявлених вимірювальних можливостей лабораторій).

Метрологічні виміри проводять за допомогою стандартів.

5. За способом подання результатувимірювання поділяються на абсолютні та відносні.

Абсолютнівиміри - це виміри, які виконуються за допомогою прямого, безпосереднього виміру основної величини та (або) застосування фізичної константи. g (прискорення всесвітнього тяжіння) та мір маси (основної величини SI) – абсолютним.

Відноснівимірювання- це виміри, у яких обчислюється ставлення однорідних величин, причому чисельник є порівнюваної величиною, а знаменник - базою порівняння (одиницею). Наприклад, відносним виміром є визначення активності радіонукліда в джерелі методом виміру її ставлення до активності радіонукліда в іншому джерелі, атестованому як еталонна міра величини.

6. За методами отримання результатіввимірюванняділяться на прямі, непрямі, сукупні та спільні.

Прямий вимір- це вимірювання, проведене за допомогою засобу вимірювання, що зберігає одиницю або шкалу величини, що вимірюється. Як приклад, вимірювання довжини виробу штангенциркулем, електричної напруги вольтметром тощо.

Непрямівимірювання- це виміри, у яких значення вимірюваної величини обчислюється з допомогою значень, отриманих у вигляді прямих вимірів. Наприклад, знаходження густини однорідного тіла за його масою.

Сукупнівимірювання - вимірювання одночасно декількох однорідних величин, коли значення цих величин знаходять шляхом розв'язання системи рівнянь, одержуваних при вимірюваннях різних поєднань цих величин. за результатами трьох вимірів визначають опори резисторів.

Спільні - це вимірювання, що проводяться одночасно двох або кількох різноіменнихвеличин для знаходження функціональної залежності між ними Прикладами спільних вимірювань є визначення довжини стрижня в залежності від температури або залежності електричного опору провідника від тиску і температури.

Лекція 3. ВИМІРЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН

3.1 Вимірювання фізичних величин та їх класифікація

3.2 Принципи, методи вимірів

3.3. Методика виконання вимірювань

Вимірювання фізичних величин та їх класифікація

Достовірність вимірювальної інформації є основою для аналізу, прогнозування, планування та управління виробництвом загалом, сприяє підвищенню ефективності обліку сировини, готової продукції та енергетичних витрат, а також підвищенню якості готової продукції.

Вимірювання- Сукупність операцій, що виконуються для визначення кількісного значення величини;

Вимірювання фізичної величини -сукупність операцій із застосування технічного засобу, що зберігає одиницю фізичної величини, що забезпечують знаходження співвідношення вимірюваної величини з її одиницею та одержання значення цієї величини.

Об'єкт вимірювання- Реальний фізичний об'єкт, властивості якого характеризуються одним або декількома вимірюваними ФВ.

вимірювальна техніка– сукупність технічних засобів, службовців до виконання вимірювань.

Основний споживач вимірювальної техніки – промисловість. тут вимірювальна техніка є невід'ємною частиною технологічного процесу, так як використовується для отримання інформації про технологічні режими, що визначають хід процесів.

технологічні виміри- Сукупність вимірювальних пристроїв і методів вимірювань, що використовуються в технологічних процесах.

Об'єкт вимірювань– тіло (фізична система, процес, явище і т. д.), яке характеризується однією або декількома вимірюваними або підлягають виміру фізичними величинами.

Якість вимірів– це сукупність властивостей, що зумовлюють відповідність засобів, методу, методики, умов вимірів та стану єдності вимірів вимогам вимірювальної задачі.

Вимірювання класифікуються за наступними ознаками:

3.1.1 Залежно від вимірюваної величини від часуна статичні та динамічні ;

Статичні виміри-вимірювання фізичної величини, що приймається відповідно до вимірювальної задачі за постійну протягом часу вимірювання (наприклад, вимірювання розміру деталі за нормальної температури).

Динамічні виміри- Виміри фізичної величини, розмір якої змінюється з часом (наприклад, вимірювання масової часткиводи у продукті в процесі сушіння).

3.1.2 За способом отримання результатівна прямі, непрямі, сукупні, сумісні;

Прямий вимір- Вимір, при якому шукане значення фізичної величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних. У процесі прямого виміру об'єкт виміру наводиться у взаємодію із засобом виміру і за показаннями останнього відраховують значення вимірюваної величини. Прикладом прямих вимірювань можуть бути вимірювання довжини лінійкою, маси за допомогою ваг, температури скляним термометром і активної кислотності за допомогою рН-метра і т.д.

До прямих вимірів відносять виміри переважної більшості параметрів хіміко-технологічного процесу.

Непрямий вимір- Вимір, при якому шукане значення величини знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною і величинами, отриманими прямим виміром.

Непрямі вимірювання застосовують у двох випадках:

· Відсутній вимірювальний засіб для прямих вимірювань;

· Прямі вимірювання недостатньо точні.

При проведенні хімічних аналізівскладу та властивостей харчових речовин широко застосовуються непрямі виміри. Прикладом непрямих вимірювань можуть бути вимірювання щільності однорідного тіла за його масою та об'ємом; визначення масової частки води в рибних продуктах методом висушування при температурі 105 оС, сутність якого полягає у висушуванні продукту до постійної маси та визначенні масової частки води за формулою:

де М 1 - Маса бюкси з наважкою до висушування, г; М 2 - Маса бюкси з наважкою після висушування, г; М – маса навішування.

Сукупні виміри –вимірювання кількох однорідних величин, у яких шукані значення величин знаходять рішенням системи рівнянь, одержуваних при прямих вимірах різних поєднань цих величин (вимірювання, у яких маса окремих гир набору перебуває за відомої масі однієї з них і за результатами прямих порівнянь мас різних поєднань гир).

Спільні виміри –одночасні вимірювання двох або кількох неодноєменних величин для знаходження залежності між ними (наприклад, що проводяться одночасно вимірювання збільшення довжини зразка в залежності від змін його температури та визначення коефіцієнта лінійного розширення за формулою k= l/(l Dt)).

Спільні виміри мало відрізняються від непрямих.

3.1.3. У зв'язку з об'єктомна контактні та безконтактні , коли чутливий елемент приладу наводиться або не приводиться в контакт з об'єктом вимірювання.

3.1.4. За умовами точностіна рівноточні та нерівноточні.

Рівноточні виміри –ряд вимірів будь-якої величини, виконаних однаковими за точністю засобами вимірів в тих самих умовах.

Нерівноточні виміри– ряд вимірів будь-якої величини, виконаних різними за точністю засобами вимірів та різних умовах. Наприклад, масову частку води у в'яленій рибі визначали двома методами: сушінням при температурі 130 оС та на приладі ВЧ при температурі 150 оС, припустима помилка у першому випадку +1%, у другому – +0,5%.

3.1.5 За кількістю вимірів у ряді вимірівна одноразові та багаторазові.

Одноразовий вимір- Виміри, виконане один раз (вимірювання конкретного часу по годинах).

Багаторазовий вимір- Вимір фізичної величини одного і того ж розміру, результат якого отримано з декількох наступних один за одним вимірювань тобто. що складається з низки одноразових вимірів. Зазвичай багаторазовими вимірами вважаються ті, що виробляють більше трьох разів. За результат багаторазових вимірювань зазвичай набувають середнього арифметичного значення окремих вимірювань.

3.1.6. За метрологічним призначеннямна технічні, метрологічні;

Технічний вимір- Вимірювання, виконане за допомогою робочого засобу вимірювань з метою контролю та управління науковими експериментами, контролю параметрів виробів і т. д. (вимірювання температури в коптильні печі, визначення масової частки жиру в рибі).

Метрологічне вимірювання- Вимірювання, що проводиться за допомогою еталона та зразкових засобів вимірювань з метою введення нової одиниць фізичної величини або передачі її розміру робочим засобам вимірювань.

3.1.7 За виразом результату вимірюваньна абсолютні та відносні;

Абсолютний вимір- Вимір, заснований на прямих вимірах однієї або декількох основних величин і на використанні фізичних констант. Наприклад, вимірювання сили тяжіння грунтується на вимірі основної величини – маси (m) та використанні фізичної постійної g: F = mg.

Відносний вимір- Вимірювання, що виробляється з метою отримання відношення величини до однойменної величини, що грає роль одиниці, або вимірювання величини по відношенню до однойменної величини, прийнятої за вихідну. Наприклад, вимірювання відносної вологості повітря.

3.1.8. За сформованими сукупностями вимірюваних величинна електричні (сила струму, напруга, потужність) , механічні (маса, кількість виробів, зусилля); , теплоенергетичні(температура, тиск); , фізичні(Щільність, в'язкість, каламутність); хімічні(склад, Хімічні властивості, концентрація) , радіотехнічніі т.д.

Аналіз стану вимірювань у харчовій промисловості дозволив встановити якісний та кількісний склад парку вимірювальної техніки, який характеризується наступним співвідношенням (%):

– теплотехнічні виміри – 50,7;

– механічні виміри – 30,4;

– електроенергетичні – 12,1;

– фізико-хімічні виміри – 6,2;

- Вимірювання часу і частоти - 0,6.

Принципи та методи вимірювання

Принцип вимірів– фізичне явище чи ефект, покладене основою вимірів. Наприклад, вимірювання температури рідинним термометром ґрунтується на збільшенні об'єму рідини при підвищенні температури.

Метод виміруй- прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею відповідно до принципів вимірювань, що реалізуються.

Класифікація вимірювальних методів представлена ​​рис.3.1.


Рис. 3.1. Класифікація методів вимірів

Метод безпосередньої оцінки– метод вимірювань, у якому значення вимірюваної величини визначають безпосередньо за відліковим пристроєм вимірювального приладупрямої дії (з відліком за шкалою або за шкалою ноніуса – допоміжною шкалою за якою відраховують частки поділу основної шкали). Наприклад, відлік по годинниках, лінійці.

Метод порівняння із мірою– метод вимірювання, в якому вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою.

міра- СІ, призначене для відтворення ФВ заданого розміру

Метод порівняння буває нульовий, диференціальний, заміщення.

Нульовий метод- Різновид диференціального методу, при якому результуючий ефект впливу величин на прилад порівняння доводять до нуля (чашкові ваги). У цьому випадку значення вимірюваної величини дорівнює значенню, яке відтворює міра.

При диференційному методі вимірювана величина х порівнюється безпосередньо чи опосередковано з величиною х м відтворюваною мірою. Про значення х судять по вимірюваній приладом різниці Δх = х - х м одночасно вимірюваних величин х і хм і за відомою величиною хм, що відтворюється мірою. Тоді

х = х м + Δх

Метод заміщення- метод, у якому шукану величину замінюють мірою з певним значенням.

Залежно від контакту з вимірюваною величиною методи поділяються на контактні та безконтактні , коли чутливий елемент приладу наводиться або не приводиться в контакт з об'єктом вимірювання. Прикладом контактного вимірювання може бути вимірювання температури продукту термометром, а безконтактного – вимірювання температури в доменній печі пірометром.

Залежно від принципу, покладеного в основу вимірювання, методи поділяються на фізичний, хімічний, фізико-хімічний, мікробіологічний, біологічний .

Фізичний метод– метод заснований на реєстрації аналітичного сигналу, що фіксує деяку властивість, як результат фізичного процесу.

За допомогою фізичного методувизначають фізичні властивості гідробіонтів (масу, довжину, колір) та багато параметрів контролю технологічного процесу (температуру, тиск, час і т.д.) При проведенні дослідження передбачають застосування різних вимірювальних приладів. Це метод найбільш об'єктивний та прогресивний.

Переваги – швидкість визначення, точність результату

Недоліки – неможливість визначення багатьох показників, переважно аналітичних

Хімічний метод– заснований на фіксуванні аналітичного сигналу, що виникає як результат хімічної реакції, застосовується для оцінки складу та властивостей продукту. Наприклад: титрометрія (визначення солоності, гравіметрія – визначення вмісту сульфатів у кухонній солі).

Переваги: ​​найбільш точний та об'єктивний.

Недоліки: тривалість аналізу, вимагає підготовки реактивів, великої кількостіпосуду.

Фізико-хімічний метод– заснований на реєстрації сигналу, що виникає як результат хімічної реакції, але який фіксується у вигляді вимірювання будь-якого фізичної властивості. Є зараз найбільш прогресивний. Фізико-хімічні методи поділяються на:

Про птичні методи– використовується зв'язок між оптичними властивостямисистеми та її складом.

- калориметричнийЯкщо – засновані на вимірі поглинання електромагнітної енергії у вузькому інтервалі довжини світла (визначення кількості фенолів, вмісту вітамінів тощо).

- рефрактометричний -засновані на вимірюванні показника заломлення розчину (визначення вмісту сухих речовин у томаті).

- потенціалометричний– заснований на визначенні рівноважного потенціалу (вимір ЕРС) та знаходженні залежністю між його величиною потенціаловизначальним компонентом розчину (Визначення РН розчину)

- полярографічний– заснований на визначенні залежності сили струму від збільшення напруги на електроді комірки зануреної в розчин (визначення важких металів)

- кондуктометричний– ґрунтується на визначенні електричної провідності розчинів електролітів (визначення важких металів, концентрації пов.солі в розчині).

- комбіновані методи-засновані на поділі складних сумішейна окремі компоненти та їх кількісне визначення, бувають: хроматографічні (тонкошарова – визначення жирнокислотного складу; газорідинна _ визначення амінокислотного складу, пестицидів, адсорбційна, іонообмінна).

Класифікація засобів вимірювань може проводитись за такими критеріями.

1. За характеристикою точності виміру діляться на рівноточні та нерівноточні.

Рівноточними вимірами фізичної величини називається ряд вимірів деякої величини, зроблених за допомогою засобів вимірів (СІ), що мають однакову точність, в ідентичних вихідних умовах.

Нерівноточними вимірами фізичної величини називається ряд вимірів деякої величини, зроблених за допомогою засобів вимірювання, що володіють різною точністю, та (або) у різних вихідних умовах.

2. За кількістю вимірів виміри діляться на одноразові та багаторазові.

Одноразове вимір – це вимір однієї величини, зроблений один раз. Одноразові виміри на практиці мають велику похибку, у зв'язку з цим рекомендується для зменшення похибки виконувати мінімум три рази вимірювання такого типу, а як результат брати їхнє середнє арифметичне.

Багаторазові виміри – це вимір однієї чи кількох величин, виконаний чотири і більше разів. Багаторазовий вимір є рядом одноразових вимірів. Мінімальна кількість вимірів, у якому вимір може вважатися багаторазовим, – чотири. Результатом багаторазового виміру є середнє арифметичне результатів усіх проведених вимірів. При багаторазових вимірах знижується похибка.

3. За типом зміни величини вимірювання діляться на статичні та динамічні.

Статичні виміри – це виміри постійної, постійної фізичної величини. Прикладом такої постійної у часі фізичної величини може бути довжина земельної ділянки.

Динамічні виміри – це виміри мінливої, непостійної фізичної величини.

4. За призначенням вимірювання поділяються на технічні та метрологічні.

Технічні виміри – це виміри, виконувані технічними засобами вимірів.

Метрологічні виміри – це виміри, виконувані з допомогою стандартів.

5. За способом представлення результату вимірювання поділяються на абсолютні та відносні.

Абсолютні виміри – це виміри, які виконуються за допомогою прямого, безпосереднього виміру основної величини та (або) застосування фізичної константи.

Відносні виміри – це виміри, у яких обчислюється ставлення однорідних величин, причому чисельник є порівнюваної величиною, а знаменник – базою порівняння (одиницею). Результат виміру залежатиме від того, яка величина приймається за базу порівняння.

6. За методами отримання результатів виміру поділяються на прямі, непрямі, сукупні та спільні.


Прямі виміри – це виміри, виконувані з допомогою заходів, т. е. величина, що вимірюється, зіставляється безпосередньо з її мірою. Прикладом прямих вимірів є вимір величини кута (міра – транспортир).

Непрямі виміри – це виміри, у яких значення вимірюваної величини обчислюється з допомогою значень, отриманих у вигляді прямих вимірів, і певної відомої залежності між цими значеннями і величиною.

Сукупні виміри – це виміри, результатом яких є розв'язання деякої системи рівнянь, яка складена з рівнянь, отриманих внаслідок виміру можливих поєднань вимірюваних величин.

Спільні виміри – це виміри, у ході яких вимірюється мінімум дві неоднорідні фізичні величини з встановлення існуючої з-поміж них залежності.

Похибка вимірів

У практиці використання вимірювань дуже важливим показником стає їхня точність, яка є тією мірою близькості підсумків вимірювання до деякого дійсного значення, яка використовується для якісного порівняння вимірювальних операцій. А як кількісної оцінкизазвичай використовується похибка вимірювань. Причому чим похибка менша, тим вважається вищою точність.

Згідно із законом теорії похибок, якщо необхідно підвищити точність результату (при виключеній систематичній похибці) у 2 рази, то кількість вимірів необхідно збільшити у 4 рази; якщо потрібно збільшити точність у 3 рази, то кількість вимірів збільшують у 9 разів і т.д.

Процес оцінки похибки вимірювань вважається одним із найважливіших заходів щодо забезпечення єдності вимірювань. Природно, що факторів, що впливають на точність виміру, існує безліч. Отже, будь-яка класифікація похибок виміру досить умовна, оскільки нерідко залежно та умовами вимірювального процесу похибки можуть виявлятися у різних групах. При цьому відповідно до принципу залежності від форми дані виразу похибки виміру можуть бути: абсолютними, відносними та наведеними.

Крім того, за ознакою залежності від характеру прояву, причин виникнення та можливостей усунення похибки вимірювань можуть бути складовими. При цьому розрізняють такі складові похибки: систематичні та випадкові.

Систематична складова залишається постійною або змінюється при наступних вимірах того самого параметра.

Випадкова складова змінюється при повторних змінах того самого параметра випадковим чином. Обидві складові похибки виміру (і випадкова, і систематична) виявляються одночасно. Причому значення випадкової похибки невідомо заздалегідь, оскільки воно може виникати через цілу низку неуточнених факторів. Даний вид похибки не можна виключити повністю, проте їх вплив можна дещо зменшити, опрацьовуючи результати вимірювань.

Систематична похибка, і в цьому її особливість, якщо порівнювати її з випадковою похибкою, яка виявляється незалежно від джерел, розглядається за складовими у зв'язку з джерелами виникнення.

Складові похибки можуть ділитися на: методичну, інструментальну і суб'єктивну. Суб'єктивні систематичні похибки пов'язані з індивідуальними особливостями оператора. Така похибка може виникати через помилки у відліку показань або недосвідченості оператора. В основному ж систематичні похибки виникають через методичну та інструментальну складові. Методична складова похибки визначається недосконалістю методу вимірювання, прийомами використання СІ, некоректністю розрахункових формул та округлення результатів. Інструментальна складова утворюється через свою похибку СІ, яка визначається класом точності, впливом СІ на результат і роздільної здатності СІ. Є також таке поняття, як "грубі похибки або промахи", які можуть з'являтися через помилкові дії оператора, несправність СІ або непередбачені зміни ситуації вимірювань. Такі похибки зазвичай виявляються в процесі розгляду результатів вимірювань за допомогою спеціальних критеріїв. Важливим елементомданої класифікації є профілактика похибки, яка розуміється як найбільш раціональний спосіб зниження похибки, полягає в усуненні впливу будь-якого фактора.

Види похибок

Вирізняють такі види похибок:

1) абсолютна похибка;

2) відносна похибка;

3) наведена похибка;

4) основна похибка;

5) додаткова похибка;

6) систематична похибка;

7) випадкова похибка;

8) інструментальна похибка;

9) методична похибка;

10) особиста похибка;

11) статична похибка;

12) динамічна похибка.

Похибки вимірів класифікуються за такими ознаками.

За способом математичного вираження похибки поділяються на абсолютні похибки та відносні похибки.

За взаємодією змін у часі та вхідної величини похибки поділяються на статичні похибки та динамічні похибки.

За характером появи похибки поділяються на систематичні похибки та випадкові похибки.

Абсолютна похибка – це значення, що обчислюється як різницю між значенням величини, отриманим у процесі вимірювань, та справжнім (дійсним) значенням даної величини.

Абсолютна похибка міри – це значення, що обчислюється як різницю між числом, що є номінальним значенням міри, і справжнім (дійсним) значенням мірою величини, що відтворюється.

Відносна похибка – це число, що відбиває ступінь точності виміру.

Наведена похибка – це значення, яке обчислюється як відношення значення абсолютної похибки до значення, що нормує.

Нормує значення визначається наступним чином:

1) для засобів вимірів, для яких затверджено номінальне значення, це номінальне значення приймається за нормуюче значення;

2) для засобів вимірювань, у яких нульове значення розташовується на краю шкали вимірювання або поза шкалою, що нормує приймається рівним кінцевому значенню з діапазону вимірювань. Винятком є ​​засоби вимірювань із суттєво нерівномірною шкалою виміру;

3) для засобів вимірювань, у яких нульова позначка розташовується всередині діапазону вимірювань, нормуюче значення приймається рівним сумікінцевих чисельних значень діапазону вимірів;

4) для засобів вимірювання (вимірювальних приладів), у яких шкала нерівномірна, нормуюче значення приймається рівним цілій довжині шкали вимірювання або довжині її частини, яка відповідає діапазону вимірювання. Абсолютна похибка виражається в одиницях довжини.

Похибка вимірювання включає інструментальну похибку, методичну похибку і похибку відрахування. Причому похибка відрахування виникає через неточність визначення часток розподілу шкали виміру.

Інструментальна похибка - це похибка, що виникає через допущені в процесі виготовлення функціональних частин засобів вимірювання помилок.

Методична похибка – це похибка, що виникає з таких причин:

1) неточність побудови моделі фізичного процесу, на якому базується засіб виміру;

2) неправильне застосування засобів вимірів.

Суб'єктивна похибка – це похибка, що виникає через низький рівень кваліфікації оператора засобу вимірювань, а також через похибку зорових органів людини, тобто причиною виникнення суб'єктивної похибки є людський фактор.

Похибки щодо взаємодії змін у часі та вхідної величини поділяються на статичні та динамічні похибки.

Статична похибка – це похибка, що виникає у процесі вимірювання постійної (не змінюється у часі) величини.

Динамічна похибка - це похибка, чисельне значення якої обчислюється як різницю між похибкою, що виникає при вимірі непостійної (змінної в часі) величини, і статичною похибкою (похибкою значення вимірюваної величини у певний момент часу).

За характером залежності похибки від величин похибки, що впливають, діляться на основні і додаткові.

Основна похибка – це похибка, отримана за нормальних умов експлуатації кошти вимірів (при нормальних значеннях впливають величин).

Додаткова похибка – це похибка, що виникає за умов невідповідності значень впливають величин їх нормальним значенням, або якщо впливає величина переходить межі області нормальних значень.

Нормальні умови – це умови, у яких всі значення впливових величин є нормальними або виходять за межі області нормальних значень.

Робочі умови – це умови, у яких зміна впливових величин має ширший діапазон (значення які впливають виходять поза межі робочої області значень).

Робоча область значень впливає величини – це область значень, у якій проводиться нормування значень додаткової похибки.

За характером залежності похибки від вхідної величини похибки поділяються на адитивні та мультиплікативні.

Адитивна похибка – це похибка, що виникає внаслідок підсумовування чисельних значень і залежна від значення вимірюваної величини, взятого за модулем (абсолютного).

Мультиплікативна похибка – це похибка, що змінюється разом із зміною значень величини, що піддається вимірам.

Слід зауважити, що значення абсолютної адитивної похибки не пов'язане зі значенням вимірюваної величини та чутливістю засобу вимірювання. Абсолютні адитивні похибки незмінні по всьому діапазоні вимірів.

Значення абсолютної адитивної похибки визначає мінімальне значення величини, яке можна виміряти засобом вимірювань.

Значення мультиплікативних похибок змінюються пропорційно до змін значень вимірюваної величини. Значення мультиплікативних похибок також пропорційні чутливості засобу вимірювань. Мультиплікативна похибка виникає через вплив впливу величин на параметричні характеристики елементів приладу.

Похибки, які можуть виникнути у процесі вимірювань, класифікують характером появи. Виділяють:

1) систематичні похибки;

2) випадкові похибки.

У процесі вимірювання можуть з'явитися грубі похибки та промахи.

Систематична похибка – це складова частинавсієї похибки результату виміру, яка не змінюється або змінюється закономірно при багаторазових вимірах однієї й тієї ж величини. Зазвичай систематичну похибку намагаються виключити можливими способами (наприклад, застосуванням методів вимірювання, що знижують ймовірність її виникнення), якщо систематичну похибку неможливо виключити, то її прораховують до початку вимірювань і в результат вимірювання вносяться відповідні поправки. У процесі нормування систематичної похибки визначаються межі її допустимих значень. Систематична похибка визначає правильність вимірів засобів виміру (метрологічна властивість).

Систематичні похибки часом можна визначити експериментальним шляхом. Результат вимірювань можна уточнити за допомогою введення поправки.

Способи виключення систематичних похибок поділяються на чотири види:

1) ліквідація причин та джерел похибок до початку проведення вимірювань;

2) усунення похибок у процесі вже розпочатого виміру способами заміщення, компенсації похибок за знаком, протиставленням, симетричних спостережень;

3) коригування результатів виміру у вигляді внесення поправки (усунення похибки шляхом обчислень);

4) визначення меж систематичної похибки у разі, якщо її не можна усунути.

Ліквідація причин та джерел похибок до початку проведення вимірювань. Цей спосібє найоптимальнішим варіантом, тому що його використання спрощує подальший хід вимірів (немає необхідності виключати похибки в процесі вже розпочатого виміру або вносити виправлення в отриманий результат).

Для усунення систематичних похибок у процесі початого виміру застосовуються різні способи

Спосіб запровадження поправок базується на знанні систематичної похибки та чинних закономірностей її зміни. При використанні даного способу результат вимірювання, отриманий з систематичними похибками, вносять поправки, за величиною рівні цим похибкам, але зворотні по знаку.

Спосіб заміщення полягає в тому, що вимірювана величина замінюється мірою, поміщеною в ті ж умови, в яких знаходився об'єкт вимірювання. Спосіб заміщення застосовується при вимірі наступних електричних параметрів: опору, ємності та індуктивності.

Спосіб компенсації похибки за знаком полягає в тому, що вимірювання виконуються двічі таким чином, щоб похибка, невідома за величиною, включалася в результати вимірювань з протилежним знаком.

Спосіб протиставлення схожий спосіб компенсації по знаку. Даний спосіб полягає в тому, що вимірювання виконують двічі таким чином, щоб джерело похибки при першому вимірі протилежним чином діяв результат другого вимірювання.

Випадкова похибка – це складова частина похибки результату виміру, змінюється випадково, незакономерно під час проведення повторних вимірів однієї й тієї величини. Поява випадкової похибки не можна передбачити та передбачити. Випадкову похибку неможливо повністю усунути, вона завжди дещо спотворює кінцеві результати вимірювань. Але можна зробити результат виміру більш точним за рахунок проведення повторних вимірів. Причиною випадкової похибки може стати, наприклад, випадкова зміна зовнішніх факторів, що впливають на процес виміру. Випадкова похибка під час проведення багаторазових вимірів з досить великим ступенем точності призводить до розсіювання результатів.

Промахи та грубі похибки – це похибки, які набагато перевищують передбачувані в даних умовах проведення вимірювань систематичні та випадкові похибки. Промахи та грубі похибки можуть з'являтися через грубі помилки в процесі проведення вимірювання, технічної несправності засобу вимірювання, несподіваної зміни зовнішніх умов.

Похибки засобів вимірювань

Похибки засобів вимірювань класифікуються за такими критеріями:

1) за способом вираження;

2) характером прояви;

3) стосовно умов застосування. За способом вираження виділяють абсолютну та відносну похибки.

Відносна похибка – це число, що відбиває ступінь точності засобу виміру.

Відносна похибка виражається у відсотках.

За характером прояви похибки поділяють на випадкові та систематичні.

По відношенню до умов застосування похибки поділяються на основні та додаткові.

Основна похибка засобів виміру – це похибка, що визначається у разі, якщо засоби виміру застосовують у нормальних умовах.

Додаткова похибка засобів вимірювання – це складова частина похибки засобу вимірювання, що виникає додатково, якщо яка-небудь із величин, що впливають, вийде за межі свого нормального значення.

Уявлення про фізичну величину є повним лише тоді, коли вона виміряна. Потреба у вимірі ФВ виникла на ранній стадії пізнання природи і зростала в міру розвитку та ускладнення виробничої та наукової діяльностілюдини. Вимоги до точності виміру ФВ постійно зростають.

Виміряти фізичну величину- Отже порівняти її з однорідною величиною, умовно прийнятою за одиницю виміру.

Виміряти невідому фізичну величину можна двома способами:

а) Прямим виміром називають вимір, у якому значення ФВ визначають безпосередньо з досвіду. До прямих вимірів відносяться, наприклад, вимір маси за допомогою ваг, температури – термометром, довжини – масштабною лінійкою.

б) Непрямим виміром називають вимір, у якому шукане значення ФВ знаходять шляхом прямого виміру інших ФВ виходячи з відомої залежності з-поміж них. Непрямим виміром є, наприклад, визначення густини ρ речовини шляхом прямих вимірювань об'єму Vта маси mтіла.

Конкретні реалізації однієї і тієї ж ФВ називаються однорідними величинами. Наприклад, відстань між зіницями ваших очей та висота Останкінської вежі є конкретні реалізації однієї й тієї ж ФВ – довжини і тому вони є однорідними величинами. Маса стільникового телефону та маса атомного криголама також однорідні фізичні величини.

Однорідні ФВ відрізняються одна від одної розміром. Розмір ФВ – це кількісне зміст у цьому об'єкті якості, відповідного поняттю «фізична величина». Розміри однорідних фізичних величин різних об'єктів порівнювати між собою.

Підкреслимо суттєву відмінність фізичних величин від одиниць їх виміру. Якщо виміряне значення ФВ відповідає питанням «скільки?», то одиниця виміру відповідає питанням «чого?». Деякі одиниці виміру вдається відтворити як якихось тіл чи зразків (гирі, лінійки тощо.). Такі зразки називаються заходами. Заходи, виконані з найвищою досяжною в даний час точністю, називаються зразками.

Значенням фізичної величини є оцінка фізичної величини як деякого числа прийнятих нею одиниць. Основними одиницями виміру називають довільні одиниці виміру для небагатьох величин (незалежних друг від друга), із якими решта перебувають у певному зв'язку. Слід розрізняти справжнє і дійсне значення фізичної величини

Справжнє значенняФВ – це ідеальне значення ФВ, що існує об'єктивно незалежно від людини та методів її вимірювання. Однак справжнє значенняФВ нам, як правило, невідомо. І впізнати його можна лише приблизно з певною точністю шляхом виміру.


Справжнє значенняФВ – є значення, знайдене експериментальним шляхом – виміром. Ступінь наближення дійсного значення ФВ до істинного залежить від досконалості технічних засобів вимірювання, що застосовуються.

Вимірювання ФВ ґрунтуються на різних фізичних явищах. Наприклад, для вимірювання температури використовується теплове розширення тіл, для вимірювання маси тіл зважуванням – явище тяжіння тощо. Сукупність фізичних явищ, на яких засновані виміри, називають принципом виміру .

До засобів вимірювання відносяться заходи, вимірювальні прилади та ін.

Вимірювальний пристрій– це засіб виміру, призначений на формування сигналу вимірювальної інформації у формі, доступної безпосереднього сприйняття людиною. До вимірювальних приладів відносяться амперметр, динамометр, лінійка, ваги, манометр та ін.

Крім основних фізичних величин, у фізиці існують похідні фізичні величини, які можна виразити через основні. Для цього необхідно запровадити два поняття: розмірність похідної величини та визначальне рівняння. Похідні одиницівиходять із основних за допомогою рівнянь зв'язку між відповідними величинами.

Чутливість вимірювальних приладів – Вимірювальні прилади характеризуються чутливістю. Чутливість вимірювального приладу дорівнює відношенню лінійного (Dl) або кутового (Da) переміщення покажчика сигналу за шкалою приладу до зміни DX вимірюваної величини X, що викликав його зміни. Чутливість визначає мінімальне вимірюване значення ФВ за допомогою даного приладу.