РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

ГЛАВА ПЕРВАЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

1-1. Понятие об измерении, виды и методы измерений

Измерением называется процесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины; оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, принятое за единицу измерения, называется размером этой единицы.

Если х - измеряемая величина, и — единица измерения, числовое значение измеряемой величины в принятой единице, то результат измерения величины х может быть представлен следующим равенством:

Уравнение (1-1-1) называют основным уравнением измерения. Из этого уравнения следует, что значение А зависит от размера выбранной единицш измерения и. Чем меньше выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое значение. Результат всякого измерения является именованным числом. Вследствие этого для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой величины ставится сокращенное обозначение принятой единицы.

Если при измерении величины х вместо единицы и взять другую единицу то выражение (1-1-1) примет вид:

Учитывая уравнение (1-1-1), получаем:

или

Из этой формулы следует, что для перехода от результата измерения А, выраженного в одной единице и, к результату выраженному в другой единице необходимо А умножить на отношение принятых единиц,

При выборе единиц измерения необходимо учитывать фактор «удобства» — результат измерений по возможности должен выражаться «удобным» числом: не слишком большим и не слишком малым.

Если единица измерения представлена в виде конкретного образца, называемого мерой, то процесс измерения сводится к непосредственному сравнению измеряемой величины с мерой, как материальным выражением единицы измерения.

В тех же случаях, когда непосредственное сравнение невозможно или трудно осуществить, измеряемая величина преобразуется в некоторую другую физическую величину, однозначно связанную с измеряемой и болеё удобную для измерения. Например, измерение температуры жидкостно-стеклянным термометром (§ 3-1) сводится к определению длины жидкостного столбика, выраженной в делениях шкалы, а измерение температуры с помощью термометра сопротивления (§ 5-1) к определению электрического сопротивления и т. п.

По способу получения числового значения искомой величины измерения можно разделить на два вида: прямые и косвенные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. При этом значение искомой величины получается либо путем непосредственного сравнения ее с мерами, либо посредством измерительных приборов, градуированных в соответствующих единицах.

При прямых измерениях результат выражается непосредственно в тех же единицах, что и измеряемая величина. Измеряемая величина х и результат ее непосредственного измерения z связаны простым соотношением

Прямые измерения являются весьма распространенным видом технических измерений. К ним относятся измерения длины — метром, температуры — термометром, давления — манометром и т. п.

К косвенным измерениям относятся те, результат которых получается на основании прямых измерений нескольких других величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью.

В общем виде искомая величина у может быть определена некоторой функциональной зависимостью

где — значения величин, измеряемых прямым способом.

К косвенным измерениям относится определение расхода жидкости, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве и т. п.

Косвенные измерения применяются в технике и научных исследованиях в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения или когда косвенное измерение позволяет получить более точные результаты.

В метрологическом практике кроме рассмотренных видов измерений применяют совокупные и совместные виды измерения [6].

В зависимости от назначения и от предъявляемой к ним точности измерения делятся на лабораторные (точные) и технические. Способы оценки точности лабораторных и технических измерений будут рассмотрены ниже.

Под принципом измерения понимается совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта измерение расхода жидкостей по перепаду давления в сужающем устройстве Под методом измерений понимается совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Процесс измерения, способы проведения его и средства измерений, при помощи которых он осуществляется, зависят от измеряемой величины, существующих методов и условий измерения. При выполнении теплотехнических измерений широко применяют метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.

Под методом непосредственной оценки понимается метод измерения, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерение давления манометром измерение температуры термометром и т. п. Он является самым распространенным, особенно в промышленных условиях.

Метод сравнения с мерой - метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры, например измерение э. д. с. термоэлектрического термометра - (гл. 4) или напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с э. д. с. нормального элемента. Его часто называют компенсационным.

Нулевым называется метод, при котором эффект действия измеряемой величины полностью уравновешивается эффектом известной величины, так что в результате их взаимное действие сводится к нулю. Применяемый при этом прибор служит только для установления факта достижения уравновешивания и в этот момент показание прибора становится равным нулю. Прибор, применяемый при нулевом методе, сам по себе ничего не измеряет и поэтому его обычно называют нулевым. Нулевой метод обладает высокой точностью измерения. Нулевые приборы, применяемые для осуществления данного метода, должны обладать высокой чувствительностью. Понятие точность к нулевым приборам неприложимо. Точность же результата измерения, производимого по нулевому методу, определяется в основном точностью применяемой образцовой меры и чувствительностью нулевого прибора.