Измерения виды измерений: Виды измерений — Студопедия

Виды измерений (абсолютные и относительные, однократные и многократные)

Виды измерений (прямые и косвенные, совокупные и совместные измерения).

Видом измерений названа часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Измерение физической величины (измерение величины; измерение) – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины ( РМГ 29 – 99).

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.

Прямые измерения — искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением Q = х, где Q – измеряемая величина, х – результат измерения.

Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения Q = F (X, Y, Z ), где X, Y, Z – результаты прямых измерений.

Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера) — (нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон)

Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин.

При совокупных измерениях осуществляется измерение нескольких одноименных величин, например, длин L1, L2, L3 и т.д.

Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Подразумевают измерение нескольких не одноименных величин (X, Y, Z и т.д.) — нахождения температурного коэффициента линейного расширения.

Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы. В соответствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.

Это крайне неудачное определение сопровождается примером (измерение силы F = mg основано на измерении основной величины — массы m и использовании физической постоянной g в точке измерения массы), который подтверждает нелепость предложенной трактовки. В примечании сказано, что понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Пример — Измерение активности радионуклида в источнике по отношению к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве эталонной меры активности.

По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения, причем многократные измерения проводят или для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в пределах 10~100.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократное измерение (измерения с многократными наблюдениями) – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

3. Классификация измерений. Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций

3. Классификация измерений

Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.

1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.

Неравноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.

2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.

Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.

Многократные измерения – это измерение одной или нескольких величин, выполненное четыре и более раз. Многократное измерение представляет собой ряд однократных измерений. Минимальное число измерений, при котором измерение может считаться многократным, – четыре. Результатом многократного измерения является среднее арифметическое результатов всех проведенных измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.

3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.

Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины. Примером такой постоянной во времени физической величины может послужить длина земельного участка.

Динамические измерения – это измерения изменяющейся, непостоянной физической величины.

4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.

Технические измерения – это измерения, выполняемые техническими средствами измерений.

Метрологические измерения – это измерения, выполняемые с использованием эталонов.

5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютные измерения – это измерения, которые выполняются посредством прямого, непосредственного измерения основной величины и (или) применения физической константы.

Относительные измерения – это измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин, причем числитель является сравниваемой величиной, а знаменатель – базой сравнения (единицей). Результат измерения будет зависеть от того, какая величина принимается за базу сравнения.

6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла (мера – транспортир).

Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.

Совокупные измерения – это измерения, результатом которых является решение некоторой системы уравнений, которая составлена из уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.

Совместные измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Виды измерений

Числовое значение величины находят путем измерения, т. е. узнают, во сколько раз значение данной величины больше или меньше значений величины, принятого равным единицы. По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

Уравнение прямого измерения имеет вид

где А – значение измеряемой величины в принятых для нее единицах измерения; с – цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства в единицах измеряемой величины; х – отсчет по индикаторному устройству в делениях шкалы.

         Например, измерение диаметра вала штангенциркулем будет прямым, так как оно дает непосредственно значение диаметра вала.

Если же вал имеет диаметр, равный нескольким метрам, то измерить его штангенциркулем очень сложно. В этом случае измеряют длину окружности, т.е. диаметр вала измеряют косвенно.

         Косвенным называют измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.

         Уравнение косвенного измерения имеет вид

Где А – искомая величина, являющаяся функцией аргументов , измеренных прямым методом.

         Например, удельное электрическое сопротивление проводника можно найти по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

         Косвенные измерения широко применяют в измерительной технике: при измерении сферической поверхности оптической линзы, когда реально существует лишь часть этой поверхности, или в тех случаях, когда выполнять прямые измерения невозможно, например при измерении плотности твердого тела, определяемой обычно по результатам измерений объема и массы.

         Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких величин, при которых значения искомых величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях. Например, измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

                Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Например, измерения, при которых электрическое сопротивление при температуре 20 °C и температурные коэффициенты измерительного резистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Большинство измерений в настоящее время выполняют на производстве и используют при осуществлении контроля за качеством выпускаемой продукции и параметрами технологического процесса. Под контролем понимают измерение, в процессе которого определяют, находится ли значение измеряемой величины в заранее установленных для нее пределах. Контроль в зависимости от его непосредственного влияния на технологический процесс подразделяют на активный и пассивный.

Активный контроль оказывает воздействие на технологический процесс непосредственно в ходе изготовления контролируемых изделий. От его точности зависит качество выпускаемой продукции. Например, при шлифовании на автоматическом станке, когда прибор «следит» за размером диаметра шлифуемой детали, он связан с рабочими органами станка и с помощью промежуточных устройств управляет этими органами. Одним из видов активного контроля является подналадка, заключающаяся в том, что по показаниям контролирующего прибора устраняют рост систематической погрешности.

Пассивный контроль позволяет только констатировать факт, находятся или не находятся в заданных пределах физические параметры контролируемого объекта. Пассивный контроль осуществляют при разбраковке изделий на годные и негодные. Когда разбраковывают изделия, то часто не только отделяют годную партию от брака, но и брак сортируют на исправимый и неисправимый. Контроль осуществляют одним из двух способов: проверкой каждого из элементов или параметров, от которых зависит это свойство (поэлементный контроль), или одновременной проверкой комплекса элементов, при которой непосредственно контролируется требуемое свойство изделия (комплексный контроль).

Поэлементный контроль имеет ряд преимуществ: не требует создания специальных средств измерений; позволяет осуществлять выборочный контроль; дает возможность оценить точность каждого из элементов изделия, а следовательно, наметить пути дальнейшего совершенствования технологического процесса. Однако при использовании поэлементного контроля возможны ошибки. Например, изделие может быть забраковано по одному из элементов, хотя его отклонение компенсируется точным изготовлением других элементов и изделие обладает требуемым свойством, т. е. годно, или если разработчику не удалось выявить все элементы, от которых зависит данное свойство изделия, и часть из них не контролируется, то может быть пропущен брак.

Ценность комплексного контроля заключается в том, что его использование позволяет избежать ошибок первого и второго рода, возникающих при поэлементном контроле, так как он дает возможность непосредственно установить годность или негодность изделия.

виды измерения. Виды измерений, классификация, погрешности, методы и средства

Понятие «мера» относится к оцениванию чего-либо. В рамках метрологии это слово имеет два разных смысла. В первом случае имеется в виду создание обозначения для какой-то единицы. Во втором же мера необходима для того, чтобы воспроизвести единичное значение параметра.

Общие сведения

Показателем физической величины называют необходимое для проведения измерений средство. Оно используется для того, чтобы воспроизводить и хранить заданные физические единицы. Сюда можно отнести, например, гирю или измерительное сопротивление. Во всем мире существует единое определение для понятия «метрология». Это раздел науки, изучающий измерения, методику их объединения, а также правила получения необходимого уровня точности. Термин «метрология» образован от слов греческого языка, которые вместе обозначают «изучение мер».

Единство измерений

Существуют определенные правила записи, при которых показатели регистрируются в единицах, принятых законом. При этом для погрешностей результатов существуют пределы. В этих рамках показатели считаются допустимыми. Поэтому создаются различные виды погрешностей измерений, которые отличаются по степени отклонения. Главной задачей правил записи является преобразование всех результатов, полученных в разных точках, в разные моменты, с использованием различных приборов и методов, в единую систему. В наше время необходимо получение более точных и достоверных данных в сферах науки и экономики. Поэтому так усиленно изучаются виды измерений. Метрология имеет огромное значение.

Измерение. Виды измерения

Существуют различные взаимодействующие операции, задачей которых является установка типов отношений между величиной, которую оценивают, и той, что считают единицей. Последняя зафиксирована в устройстве для измерения. Числовое значение – это полученные данные. У них есть и другое название – показатель физической величины. Существуют различные виды средств измерений. К ним относятся и сами единицы, и приборы, и специальные преобразователи, а также системы и установки. Обширно и значение понятия «измерение». Виды измерения также очень разнообразны. Однако при этом есть некоторые общие моменты. Виды и методы измерений объединены одной структурой. Процедуры оценки состоят из двух этапов. В первую очередь нужно сравнить измеряемую величину с эталонной единицей, после чего конвертировать в нужный формат, обратившись к определенному способу.

Вариативность

Разнообразием отличаются не только виды измерений. Классификация приборов для проведения данной процедуры также предполагает наличие разных разделов. Принята систематизация по назначению, например. Одну группу приборов называют образцовыми, а другую – рабочими. Первые необходимы для того, чтобы использовать их как эталон для проверки точности других измерений. К рабочим относятся те, которые предназначаются для оценки размеров конкретных величин, используемых человеком. Можно сказать, что смысл такой классификации заключается не в точности приборов, а в различиях по предназначению. Существуют различные средства, при помощи которых осуществляется измерение. Виды измерения включают в себя и специальные меры, при помощи которых воспроизводят какую-либо величину конкретного размера.

Однозначные и многозначные меры. Различия

Также существуют однозначные и многозначные меры. К первым относятся те, что способны показывать лишь величины с одним и тем же размером. С многозначными доступно воспроизведение последовательности различных размеров. Такой мерой можно назвать, скажем, миллиметровую линейку. Существуют также своеобразные наборы, которые формируются из различных совокупностей мер. Они воссоздают промежуточные и суммарные значения величин. Кроме того, меры, взаимодействуя, могут выполнять общую работу, а могут действовать и отдельно каждая. Для того чтобы сравнить величину с мерой, необходимо воспользоваться специальным устройством – компаратором. В роли этого средства часто выступают равноплечие весы и измерительный мост.

Если подробнее изучить однозначные меры, то можно будет сказать, что к ним также причисляют образцы и вещества, выступающие в этой роли. Они имеют определенный состав и свойства. Малейшие отклонения недопустимы. Такие эталонные вещества могут помочь оценить шероховатость, твердость, выявить любые другие свойства материалов. Образцы помогают создавать точки, формирующие шкалы. Цинк и золото, например, применяют, когда требуется воссоздать определенную температуру.

Разряды

Погрешность при оценке классифицирует все меры на несколько последовательных разрядов. В случае с отклонением от эталона самих мер образуется классовое деление. Единицами определенного разряда проверяются погрешности приборов измерения, благодаря чему их причисляют к образцам.

Преобразователи. Общие сведения

Прибор для измерения, который формирует из полученной после измерения информации такие данные, которые возможно конвертировать, хранить и обрабатывать, однако не открывает к ним визуального доступа, называется измерительным преобразователем. Что собой представляет его действие? Рассмотрим это подробнее.

Суть преобразования

Когда величина только подготавливается к обработке, ее называют входным значением. А полученная информация приобретает название «выходная». Преобразователь-усилитель – это такой прибор, который не меняет физическое состояние обрабатываемых данных, а преобразование имеет вид линейной функции. Термин «усилитель» используется вместе со словом, объясняющим его действие. Например, «усилитель напряжения». Если же во время преобразования величина конвертируется в другую, то название прибор получает от нового значения – «электромеханический».

Типы преобразователей

В зависимости от того, в какой части устройства он находится, преобразователь может быть первичным. Это значит, что измеряемая величина проходит сразу через него. Он может быть и передающим. При этом значения возникают после обработки. Преобразователь может быть и промежуточным. Он располагается следом за первичным.

Приборы. Общие сведения

Измерительные приборы считаются такими средствами получения данных о величине, которые представляют их в формате, доступном для визуального изучения. В зависимости от типа оценки они объединяются в определенные группы. Так, самыми распространенными считаются приборы, проводящие прямые измерения. Их особенностью является то, что они конвертируют исходные данные, не оставляя информации об их начальном состоянии. Существуют и приспособления, при помощи которых осуществляются и косвенные измерения.

Приборы сравнения

Однако приспособления с прямым действием не являются самыми точными. Гораздо выше эта характеристика у прибора сравнения. Его работа основывается на сопоставлении данных, полученных при измерении изучаемой величины с уже известной информацией о других значениях. Этот способ и имеет название «косвенные измерения». Их получение возможно при наличии исходных данных. Другими словами, параметры формируются из показателей, которые выдает непосредственное измерение. Виды измерения имеют еще несколько категорий. Для того чтобы сравнить значения, необходимо воспользоваться компенсационными или мостовыми цепями. Первыми сравнивают те величины, которые обладают некоторой энергией или силой. Этот способ основывается на том, что сравниваемые величины подключают к контуру цепи и изучают их проявление. В том же случае, если величина считается пассивной, то есть обладает сопротивлением, применяют мостовые цепи.

Распределение по способу отсчета

У приборов существуют различные методы отсчета данных для изучаемых величин. Поэтому была создана специальная классификация. На ее основе можно сделать вывод о том, что существуют воспроизводящие приборы, к которым относятся не только аналоговые, но и цифровые. Другой вид устройств – те, что регистрируют информацию. Самыми популярными считаются аналоговые устройства. Их составляющая, отвечающая за ведение отсчета, формируется из двух деталей. Первой является шкала, которая подключена к движущейся части. Другой элемент прибора – это указатель, соединенный с корпусом устройства. Действие измерителей, работа которых основывается на цифровом принципе, является результатом действия механических и электронных элементов.

Вариативность по способу записи

Существует и другая классификация регистрирующих приборов. Например, по методу, при помощи которого записывают данные устройства регистрации. Встречаются приборы-самописцы, а также печатающие. Первые предоставляют полученную и обработанную информацию и совокупные измерения в виде графиков, схем и диаграмм. Регистраторы, работающие по второму принципу, выдают результаты работы на ленте бумаги, преобразуя их в числовые ряды. Очень часто встречаются приборы, работающие по модели сравнения, которые представляют собой комбинацию из всех указанных выше видов, то есть они представляют собой совокупность работы отсчета по шкале и цифровой методике. Регистрация данных, их обработка и печать могут производиться как в виде графиков с диаграммами, так и рядами цифровых значений и чисел.

Вспомогательные элементы оценки

Существуют также вспомогательные приборы и средства для проведения измерений. Особенностью таких устройств является то, что они не только проводят исследование величин самостоятельно. Они могут регулировать работу главного элемента, изменяя его действие в момент считывания информации, а также при ее обработке или выдаче. Данные, которые выдаются дополнительными средствами, помогают контролировать и редактировать показания устройств. Например, для более четкой работы термометров необходимо также установить манометры, измеряющие давление окружающей среды. Кроме того, вспомогательные приборы могут изменять настройки работы измерителя. Так, в случае с использованием прибора для регистрации уровня влажности нужно установить значения диапазона.

Установки

Бывают ситуации, когда, для того чтобы получить более точные данные измерения, одного устройства оказывается недостаточно. В этом случае собираются комплексные установки, состоящие из приспособлений разного назначения. Они располагаются в определенной последовательности на ограниченной территории. Некоторые из используемых устройств преобразуют совокупные измерения в единую систему. Она предоставляется ответственному за сбор, систематизацию и обработку информации наблюдателю.

Системы

На ином уровне находятся измерительные системы. Отличие таких комплексов от описанных выше установок в том, что они могут быть разбросаны по огромным территориям, а связываться посредством специальных информационных каналов. Данные в таких системах предоставляются в двух видах. Один из них доступнее для реального человека, изучающего результаты работы. Обработкой другого занимается компьютер.

Индикаторы

Существуют приборы, задачей которых является считывание проявлений физических свойств. Их называют индикаторами. Еще из школьного курса химии всем известны лакмусовые бумажки, относящиеся к средствам индикации. Стрелка компаса тоже считается таким устройством. Более того, счетчик, отображающий уровень количества топлива в автомобильном бензобаке, также является индикатором.

27.2. Виды измерений. Стандартизация, сертификация и метрология. Г.Д. Крылова

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения — это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т.е. линейкой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью, Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной взаимосвязи всех трех названных величин можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений нескольких однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину.

Совместные измерения — это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.

Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения.

Однократные измерения — это одно измерение одной величины, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений — в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна Е=тс²масса (m) — основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (c) — физическая константа.

Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерений.

С измерениями связаны такие понятия, как «шкала измерений», «принцип измерений», «метод измерений».

Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Поясним это понятие на примере температурных шкал.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатырного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной точки взята нормальная температура тела здорового человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна + 32°F, а температура кипения воды + 212°F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере мы видим роль принятой шкалы как в количественном значении измеряемой величины, так и в аспекте обеспечения единства измерений. В данном случае требуется находить отношение размеров единиц, чтобы можно было сравнить результаты измерений, т.е. t^oF/t°C.

В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа

цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала землетрясений, силы ветра, твердости физических тел и т.п.).

Шкала интервалов (разностей) имеет условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Например, шкала массы (обычно мы говорим «веса»), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точности взвешивания. Сравните бытовые и аналитические весы.

Предыдущая — СОДЕРЖАНИЕ — Следующая

Виды измерений — Шпаргалки на экзамен по Метрологии

Измерения классифицируются по различным признакам, но в основном по следующим:

-по способу нахождения числового значения измеряемой величины;

— по способу выражения результатов измерений;

— по характеру зависимости измеряемой величины от времени;

-от условий, определяющих точность измерений

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на четыре основных вида:

—    прямые;

—    косвенные;

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

—    совокупные;

—    совместные.

Прямым
называют измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно.

Q=X,   где Q – искомое (называется также истинным) значение измеряемой величины Q; X – результат измерения.

Косвенным
называют измерение,  при котором искомое значение физической величины вычисляют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

Математически косвенные измерения можно характеризовать формулой

                                          Q=F(X1, X2,…, Xm),                      (2.3)

где X1, X2,…, Xm — результаты прямых измерений величин, связанных известной функциональной зависимостью F c искомым значением измеряемой величины Q.

Совокупные
измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Примером совокупных измерений может служить нахождение сопротивлений двух резисторов по результатам измерений сопротивлений последовательного и параллельного соединений этих резисторов. Искомое значение сопротивлений находят путем решения системы из двух уравнений.

Совместные измерения – это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними

Примером совместных измерений является определение коэффициентов в формуле, описывающей зависимость сопротивления резистора от температуры:

                      Rt= R20∙
,   где R20  — сопротивление терморезистора при t=20ºC;

α и β — температурные коэффициенты. Для определения R20, α, β производят измерения Rt1, Rt2, Rt3   при трех различных значениях температуры (t1, t2, t3), а затем решают систему из трех уравнений.

По способу выражения результатов измерения подразделяются на:

—           абсолютные;

—           относительные.

Абсолютные измерения – это измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использование значений физических констант.

Результат абсолютного измерения непосредственно выражается в единицах измеряемой величины.

Например, измерение сопротивления в омах, силы тока в амперах, емкости в фарадах, длины окружности в метрах (2πR) по результату измерения R и используя постоянную константу π.

Относительные измерения – это измерения отношения величины к одноименной величине играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Характерными примерами таких измерений являются измерения коэффициентов усиления или ослабления, отношения напряжений и мощностей и т. д.

Величина, полученная в результате относительных измерений бывает безразмерной. Для таких величин допускается применение относительных логарифмических единиц (бел, октава, декада) и других относительных единиц (процент и т.д.).

Если измеряемая величина остается в процессе измерения постоянной, такие измерения называют статическими.

Если же она изменяется, измерения будут динамическими.

Динамические измерения, в свою очередь, могут быть:

—непрерывными (применяемые СИ позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины)

—дискретными
(значения измеряемой величины фиксируются только в отдельные моменты времени).

По условиям, определяющим точность результата, измерения подразделяются на три класса.

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне развития науки и техники.

 Такие измерения проводят при создании и эксплуатации эталонов, измерениях универсальных физических констант (заряда, массы электрона; скорости света и др.), астрономических измерениях.

Характерными для таких измерений являются оценка погрешностей и анализ источников их возникновения, проводимые по специальным методикам.

2. Контрольно-поверочные измерения – измерения, выполняемые службами метрологического надзора с целью определения метрологических характеристик средств измерений в специальных лабораториях (центрах).

К таким измерениям относят измерения при метрологической аттестации, поверке и калибровке средств измерений, экспертные измерения и др. Заданная точность обеспечивается применением специальных СИ и специальных методик измерений.

3. Технические измерения – измерения, проводимые в заданных условиях по определенной методике, разработанной и исследованной заранее. К ним относятся все массовые измерения, проводимые во всех отраслях при производстве и эксплуатации различных объектов.

При технических измерениях погрешность оценивают, как правило, по метрологическим характеристикам СИ с  учетом применяемого метода измерений и условий их применения.

Условия измерения –  совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерения.

Влияющая физическая величина – физическая величина, непосредственно не измеряемая СИ, но при измерениях оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерения.

Различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений.

При нормальных условиях измерений влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения.

Нормальная область значений влияющей величины – область значений, в которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь.

Рабочими
называются условия измерений,  при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей.

Рабочая область значений влияющей величины – область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показателей средства измерения.

Предельные условия измерений характеризуют экстремальными значениями измеряемой и влияющей величин, которые СИ может выдержать без разрушений и ухудшения своих характеристик.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

2.4. Виды и методы измерений

Измерение является
важнейшим понятием в метрологии. Это
организованное действие человека,
выполняемое для количественного познания
свойств физического объекта с помощью
определения опытным путем значения
какой–либо физической величины.

Существует несколько
видов измерений. При их классификации
обычно исходят из характера зависимости
измеряемой величины от времени, вида
уравнения измерений, условий, определяющих
точность результата измерений и способов
выражения этих результатов.

По характеру
зависимости измеряемой величины от
времени измерения разделяются на:

• статические, при
  которых измеряемая величина остается
  постоянной во времени;

• динамические, в
  процессе которых измеряемая величина
  изменяется и является непостоянной во
  времени.

Статическими
измерениями являются, например, измерения
размеров тела, постоянного давления,
динамическими – измерения пульсирующих
давлений, вибраций.

По числу измерений
они делятся на однократные и многократные.
Однократным называют измерение,
выполненное один раз. Многократным
называют измерение физической величины
одного размера, результат которого
получен из нескольких следующих друг
за другом измерений, то есть состоящее
из ряда однократных измерений. Многократное
измерение выполняют в случае, когда
случайная составляющая погрешности
однократного измерения может превысить
требуемые по условиям задачи значение.
Выполнив ряд последовательных отдельных
измерений, получают одно многократное
измерение, погрешность которого может
быть уменьшена методами математической
статистики.

По способу получения
результатов измерений их разделяют на:

• прямые;

• косвенные;

• совокупные;

• совместные.

Прямые – это
измерения, при которых искомое значение
физической величины находят непосредственно
из опытных данных. Прямые измерения
можно выразить формулой Q = X,
где Q
– искомое значение измеряемой величины,
а X
– значение, непосредственно получаемое
из опытных данных.

При прямых измерениях
экспериментальным операциям подвергают
измеряемую величину, которую сравнивают
с мерой непосредственно или же с помощью
измерительных приборов, градуированных
в требуемых единицах. Примерами прямых
служат измерения длины тела линейкой,
массы при помощи весов и др. Прямые
измерения широко применяются в
машиностроении, а также при контроле
технологических процессов (измерение
давления, температуры).

Косвенные – это
измерения, при которых искомую величину
определяют на основании известной
зависимости между этой величиной и
величинами, подвергаемыми прямым
измерениям, т.е. измеряют не собственно
определяемую величину, а другие,
функционально с ней связанные. Значение
измеряемой величины находят путем
вычисления по формуле Q = F(x₁,x₂,…,x_n),
где Q
– искомое значение косвенно измеряемой
величины; F
– функциональная зависимость, которая
заранее известна, x₁,x₂,…,x_n
– значения величин, измеренных прямым
способом.

Совокупные – это
производимые одновременно измерения
нескольких одноименных величин, при
которых искомую определяют решением
системы уравнений, получаемых при прямых
измерениях различных сочетаний этих
величин.

Совместные – это
производимые одновременно измерения
двух или нескольких неодноименных
величин для нахождения зависимостей
между ними.

По условиям,
определяющим точность результата,
измерения делятся на три класса:

• измерения
  максимально возможной точности,
  достижимой при существующем уровне
  техники. К этому же классу относятся и
  некоторые специальные измерения,
  требующие высокой точности;

• контрольно–поверочные
  измерения, погрешность которых с
  определенной вероятностью не должна
  превышать некоторого заданного значения;

• технические
  измерения, в которых погрешность
  результата определяется характеристиками
  средств измерений.

По способу выражения
результатов измерений различают
абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными
называются измерения, которые основаны
на прямых измерениях одной или нескольких
основных величин или на использовании
значений физических констант.

Относительными
называются измерения отношения величины
к одноименной величине, играющей роль
единицы, или измерения величины по
отношению к одноименной величине,
принимаемой за исходную.

Существуют и другие
классификации измерений, например, по
связи с объектом (контактные и
бесконтактные), по условиям измерений
(равноточные и неравноточные).

Основными
характеристиками измерений являются:
принцип измерений, метод измерений,
погрешность, точность, правильность и
достоверность.

Принцип измерений
– физическое явление или совокупность
физических явлений, положенных в основу
измерений. Например, измерение массы
тела при помощи взвешивания с использованием
силы тяжести, пропорциональной массе,
измерение температуры с использованием
термоэлектрического эффекта.

В настоящее время
все измерения в соответствии с физическими
законами, используемыми при их проведении,
сгруппированы в 13 видов измерений. Им
в соответствии с классификацией были
присвоены двухразрядные коды видов
измерений: геометрические (27), механические
(28), расхода, вместимости, уровня (29),
давления и вакуума (30), физико–химические
(31), температурные и теплофизические
(32), времени и частоты (33), электрические
и магнитные (34), радиоэлектронные (35),
виброакустические (36), оптические (37),
параметров ионизирующих излучений
(38), биомедицинские (39).

Метод измерений
– совокупность приемов использования
принципов и средств измерений.

Метод измерений
– прием или совокупность приемов
сравнения измеряемой величины с ее
единицей в соответствии с реализованным
принципом измерений. Как правило, метод
измерений обусловлен устройством
средств измерений. Средствами измерений
являются используемые технические
средства, имеющие нормированные
метрологические свойства. Примерами
распространенных методов измерений
являются следующие методы:

• метод непосредственной
  оценки – метод, при котором значение
  величины определяют непосредственно
  по показывающему средству измерений.
  Например, взвешивание на циферблатных
  весах или измерение давления пружинным
  манометром;

• дифференциальный
  метод – метод измерений, при котором
  измеряемая величина сравнивается с
  однородной величиной, имеющей известное
  значение, незначительно отличающееся
  от значения измеряемой величины, и при
  котором измеряется разность между
  этими двумя величинами. Этот метод
  может дать очень точные результаты.
  Так, если разность составляет 0,1 %
  измеряемой величины и оценивается
  прибором с точностью до 1 %, то точность
  измерения искомой величины составит
  уже 0,001 %. Например, при сравнении
  одинаковых линейных мер, где разность
  между ними определяется окулярным
  микрометром, позволяющим ее оценить
  до десятых долей микрона;

• нулевой метод
  измерений – метод сравнения с мерой,
  в котором результирующий эффект
  воздействия измеряемой величины и меры
  на прибор сравнения доводят до нуля.
  Мера – средство измерений, предназначенное
  для воспроизведения и хранения физической
  величины. Например, измерение массы на
  равноплечных весах при помощи гирь.
  Принадлежит к числу очень точных
  методов.

• метод сравнения
  с мерой – метод измерений, в котором
  измеряемую величину сравнивают
  величиной, воспроизводимой мерой.
  Например, измерение напряжения
  постоянного тока на компенсаторе
  сравнением с известной ЭДС нормального
  элемента. Результат измерения при этом
  методе либо вычисляют как сумму значения
  используемой для сравнения меры и
  показания измерительного прибора, либо
  принимают равным значению меры.
  Существуют различные модификации этого
  метода: метод измерения замещением
  (измеряемую величину замещают мерой с
  известным значением величины, например,
  при взвешивании поочередным помещением
  массы и гирь на одну и ту же чашку весов)
  и метод измерений дополнением (значение
  измеряемой меры дополняется мерой этой
  же величины с таким расчетом, чтобы на
  прибор сравнения воздействовала их
  сумма, равная заранее заданному
  значению).

Качество измерений
характеризуется точностью, достоверностью,
правильностью, сходимостью и
воспроизводимостью измерений, а также
размером погрешности.

Погрешность
измерений
– разность между полученным при измерении
и истинным значениями измеряемой
величины. Погрешность вызывается
несовершенством методов и средств
измерений, непостоянством условий
наблюдения, а также недостаточным опытом
наблюдателя или особенностями его
органов чувств.

Точность измерений
– это характеристика измерений,
отражающая близость их результатов к
истинному значению измеряемой величины.
Количественно точность можно выразить
величиной, обратной модулю относительной
погрешности.

Правильность
измерения
определяется как качество измерения,
отражающее близость к нулю систематических
погрешностей результатов (т.е. таких
погрешностей, которые остаются постоянными
или закономерно изменяются при повторных
измерениях одной и той же величины).
Правильность измерений зависит, в
частности, от того, насколько действительный
размер единицы, в которой выполнено
измерение, отличается от ее истинного
размера (по определению), т.е. от того, в
какой степени были правильны (верны)
средства измерений, использованные для
данного вида измерений.

Важнейшей
характеристикой качества измерений
является их достоверность.
Она характеризует доверие к результатам
измерений и делит их на две категории:
достоверные и недостоверные, в зависимости
от того, известны или неизвестны
вероятностные характеристики их
отклонений от истинных значений
соответствующих величин. Результаты
измерений, достоверность которых
неизвестна, не представляют ценности
и в ряде случаев могут служить источником
дезинформации.

Сходимость
(повторяемость) – это качество измерений,
отражающее близость друг к другу
результатов измерений одного и того же
параметра, выполненных повторно одними
и теми же средствами измерений, одним
и тем же методом в одинаковых условиях
и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость
– это качество измерений, отражающее
близость друг к другу результатов
измерений одного и того же параметра,
выполняемых в различных условиях (в
различное время, различными средствами
и т.д.).

измерение | Определение, типы, инструменты и факты

Измерение , процесс соотнесения чисел с физическими величинами и явлениями. Измерение является фундаментальным для наук; в машиностроение, строительство и другие технические области; и почти во всех повседневных делах. По этой причине элементы, условия, ограничения и теоретические основы измерения были хорошо изучены. См. Также систему измерений для сравнения различных систем и истории их развития.

Британская викторина

Самый большой, самый высокий и самый маленький в мире

Какая площадь самая большая в мире?

Измерения могут производиться невооруженными человеческими чувствами, и в этом случае их часто называют оценками, или, что более широко, с помощью инструментов, которые могут варьироваться по сложности от простых правил измерения длины до очень сложных систем, предназначенных для обнаружения и измерения величины, полностью выходящие за пределы возможностей органов чувств, такие как радиоволны от далекой звезды или магнитный момент субатомной частицы.(См. Приборы.)

Измерение начинается с определения величины, которая должна быть измерена, и всегда включает сравнение с некоторой известной величиной того же типа. Если объект или величина, подлежащие измерению, недоступны для прямого сравнения, они преобразуются или «преобразуются» в аналогичный измерительный сигнал. Поскольку измерение всегда включает в себя некоторое взаимодействие между объектом и наблюдателем или наблюдающим инструментом, всегда происходит обмен энергией, который, хотя в повседневных приложениях незначителен, может стать значительным в некоторых типах измерений и тем самым ограничить точность.

Измерительные приборы и системы

В целом измерительные системы состоят из ряда функциональных элементов. Один элемент необходим, чтобы различать объект и определять его размеры или частоту. Затем эта информация передается по системе с помощью физических сигналов. Если объект сам по себе активен, например, поток воды, он может питать сигнал; в пассивном режиме он должен запускать сигнал посредством взаимодействия либо с энергетическим датчиком, например, источником света или рентгеновской трубкой, либо с сигналом-носителем.В конце концов, физический сигнал сравнивается с опорным сигналом известной величины, который был разделен или умножен для соответствия требуемому диапазону измерения. Опорный сигнал извлекается из объектов известного количества с помощью процесса, называемого калибровкой. Сравнение может быть аналоговым процессом, в котором сигналы в непрерывном измерении приводятся к равенству. Альтернативный процесс сравнения — это квантование путем подсчета, то есть деления сигнала на части равного и известного размера и суммирования количества частей.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

Другие функции измерительных систем облегчают описанный выше основной процесс. Усиление гарантирует, что физический сигнал будет достаточно сильным для завершения измерения. Чтобы уменьшить ухудшение результатов измерения по мере прохождения через систему, сигнал может быть преобразован в кодированную или цифровую форму. Увеличение, увеличение измерительного сигнала без увеличения его мощности, часто необходимо для согласования выхода одного элемента системы с входом другого, например, для согласования размера считывающего измерителя с различительной способностью человеческого глаза.

Одним из важных типов измерения является анализ резонанса или частоты колебаний в физической системе. Это определяется гармоническим анализом, обычно используемым при сортировке сигналов радиоприемником. Вычисления — еще один важный процесс измерения, в котором измерительные сигналы обрабатываются математически, обычно с помощью аналогового или цифрового компьютера. Компьютеры также могут выполнять функцию контроля при мониторинге производительности системы.

Измерительные системы могут также включать устройства для передачи сигналов на большие расстояния (см. Телеметрию).Все измерительные системы, даже высокоавтоматизированные, включают в себя какой-либо способ отображения сигнала наблюдателю. Системы визуального отображения могут содержать откалиброванную диаграмму и указатель, встроенный дисплей на электронно-лучевой трубке или цифровое устройство считывания. Системы измерения часто включают элементы для записи. В обычном типе используется пишущее перо, которое записывает измерения на движущейся диаграмме. Электрические регистраторы могут включать устройства считывания с обратной связью для большей точности.

Фактические характеристики измерительных приборов зависят от множества внешних и внутренних факторов.К внешним факторам относятся шум и помехи, которые имеют тенденцию маскировать или искажать сигнал измерения. Внутренние факторы включают линейность, разрешение, прецизионность и точность, все из которых характерны для данного прибора или системы, а также динамический отклик, дрейф и гистерезис, которые являются эффектами, возникающими в процессе самого измерения. Общий вопрос об ошибке измерения поднимает тему теории измерения.

Теория измерений

Теория измерений — это исследование того, как числа присваиваются объектам и явлениям, и ее интересы включают виды вещей, которые могут быть измерены, как различные меры соотносятся друг с другом, а также проблема погрешности измерения. процесс.Любая общая теория измерения должна решать три основные проблемы: ошибка; представление, которое является обоснованием присвоения номера; и уникальность, то есть степень, в которой выбранный вид представления приближается к единственно возможному для рассматриваемого объекта или явления.

Различные системы аксиом, или основных правил и допущений, были сформулированы в качестве основы для теории измерений. Некоторые из наиболее важных типов аксиом включают аксиомы порядка, аксиомы расширения, аксиомы разности, аксиомы совместности и аксиомы геометрии.Аксиомы порядка гарантируют, что порядок, налагаемый на объекты путем присвоения номеров, является таким же порядком, который достигается при реальном наблюдении или измерении. Аксиомы расширения имеют дело с представлением таких атрибутов, как продолжительность, длина и масса, которые могут быть объединены или сцеплены для нескольких объектов, демонстрирующих рассматриваемый атрибут. Аксиомы различия управляют измерением интервалов. Аксиомы конджоинтности постулируют, что атрибуты, которые нельзя измерить эмпирически (например, громкость, интеллект или голод), можно измерить, наблюдая, как их составляющие измерения меняются по отношению друг к другу.Аксиомы геометрии управляют представлением размерно сложных атрибутов парами чисел, тройками чисел или даже наборами чисел n .

Проблема ошибки — одна из центральных задач теории измерений. Когда-то считалось, что ошибки в измерениях можно в конечном итоге устранить путем совершенствования научных принципов и оборудования. Это убеждение больше не поддерживается большинством ученых, и почти все физические измерения, о которых сообщается сегодня, сопровождаются некоторыми признаками ограничения точности или вероятной степени ошибки.Среди различных типов ошибок, которые необходимо учитывать, входят ошибки наблюдения (которые включают инструментальные ошибки, личные ошибки, систематические ошибки и случайные ошибки), ошибки выборки, а также прямые и косвенные ошибки (в которых используется одно ошибочное измерение. при вычислении других измерений).

Теория измерений восходит к IV веку до нашей эры, когда теория величин, разработанная греческими математиками Евдоксом Книдским и Фаэатетом, была включена в книгу Евклида Elements .Первая систематическая работа по ошибкам наблюдений была произведена английским математиком Томасом Симпсоном в 1757 году, но фундаментальные работы по теории ошибок были выполнены двумя французскими астрономами 18-го века, Жозефом-Луи Лагранжем и Пьером-Симоном Лапласом. Первая попытка включить теорию измерения в социальные науки также была предпринята в 18 веке, когда Джереми Бентам, британский моралист-утилитарист, попытался создать теорию измерения стоимости. Современные аксиоматические теории измерения происходят из работ двух немецких ученых, Германа фон Гельмгольца и Отто Гёльдера, а современные работы по применению теории измерения в психологии и экономике во многом основаны на работах Оскара Моргенштерна и Джона фон Неймана.

Поскольку большинство социальных теорий носят спекулятивный характер, попытки установить для них стандартные измерительные последовательности или методы имели ограниченный успех. Некоторые из проблем, связанных с социальным измерением, включают отсутствие общепринятых теоретических основ и, следовательно, количественных показателей, ошибки выборки, проблемы, связанные с вторжением измерителя в измеряемый объект, и субъективный характер информации, полученной от людей. . Экономика, вероятно, является той социальной наукой, которая добилась наибольшего успеха в применении теорий измерения, прежде всего потому, что многие экономические переменные (например, цена и количество) можно легко и объективно измерить.Демография также успешно использовала методы измерения, особенно в области таблиц смертности.

Эта статья была последней отредактирована и обновлена ​​Адамом Августином, управляющим редактором, Справочное содержание.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• измерительная система

  … понятие мер и весов сегодня включает такие факторы, как температура, светимость, давление и электрический ток, когда-то оно состояло только из четырех основных измерений: массы (веса), расстояния или длины, площади и объема (мера жидкости или зерна ).Последние три, конечно, тесно связаны.…

• приборы

  Контрольно-измерительные приборы, в технологии, разработка и использование точного измерительного оборудования. Хотя органы чувств человеческого тела могут быть чрезвычайно чувствительными и отзывчивыми, современная наука и техника полагаются на разработку гораздо более точных измерительных и аналитических инструментов для изучения, мониторинга или управления всеми видами явлений.Некоторые…

• телеметрия

  Телеметрия, высокоавтоматизированный процесс связи, с помощью которого производятся измерения и другие данные, собираемые в удаленных или недоступных точках и передающиеся на принимающее оборудование для мониторинга, отображения и записи. Первоначально информация передавалась по проводам, но современная телеметрия чаще использует радиопередачу.В принципе, процесс такой же…

.

Типы шкал измерения — номинальные, порядковые, интервальные, относительные

Операции, применяемые к различным переменным из вопросников в SPSS, зависят от шкалы, присвоенной переменным. Назначение конкретной шкалы измерения зависит от числовых свойств переменной, как обсуждалось в последней статье «Шкалы измерения».

Операции, применяемые к различным переменным из вопросников в SPSS, зависят от шкалы, присвоенной переменным.Назначение конкретной шкалы измерения зависит от числовых свойств переменной, как обсуждалось в последней статье «Шкалы измерения».

В сегодняшней статье обсуждаются различные шкалы, которые используются при анализе данных.

Имеется 4 шкалы измерения, а именно номинальная, порядковая, интервальная и относительная, все переменные попадают в одну из этих шкал. Понимание математических свойств и присвоение переменным правильного масштаба важно, потому что они определяют, какие математические операции разрешены.Это определяет статистические операции, которые мы можем использовать. Операции, применяемые к различным переменным из вопросников в SPSS, зависят от шкалы, присвоенной переменным. Назначение конкретной шкалы измерения зависит от числовых свойств переменной, как обсуждалось в последней статье «Шкалы измерения».

В сегодняшней статье обсуждаются различные шкалы, которые используются при анализе данных. Существует 4 шкалы измерения, а именно номинальная, порядковая, интервальная и относительная, все переменные попадают в одну из этих шкал.Понимание математических свойств и присвоение переменным правильного масштаба важно, потому что они определяют, какие математические операции разрешены. Это определяет статистические операции, которые мы можем использовать.

Четыре шкалы расположены в следующем порядке: Номинальная, Порядковая, Интервальная и Относительная шкала. Номинальная шкала имеет наименьшие математические свойства, за ней следуют Порядковый номер и Интервал, тогда как Отношение имеет наибольшее количество математических свойств.

Номинальная шкала

Со статистической точки зрения это самый низкий уровень измерения.Номинальная шкала присваивается элементам, которые разделены на категории без какого-либо порядка или структуры, например, цвета не имеют назначенного порядка, у нас может быть 5 цветов, таких как красный, синий, оранжевый, зеленый и желтый, и можно пронумеровать их от 1 до 5 или 5 — 1 или пронумеровать их в смеси, здесь номера присвоены цвету только с целью идентификации, и их упорядочение по возрастанию или убыванию не означает, что цвета имеют порядок. Номер указывает нам присвоенную категорию.Единственная математическая операция, которую мы можем выполнить с номинальными данными, — это подсчет. Другой пример из исследовательской деятельности — шкала ДА / НЕТ, которая является номинальной. В нем нет порядка и нет дистанции между ДА и НЕТ.

Порядковая шкала

Следующим в списке идет порядковая шкала. Порядковая шкала — это ранжирование ответов, например, ранжирование велосипедиста в конце гонки на позиции 1, 2 и 3. Это не ранг, и временное расстояние между 1 и 2 может быть не таким, как между 2 и 3, поэтому расстояние между точками не то же самое, но присутствует порядок, когда ответы имеют порядок, но расстояние между ответами не обязательно одинаковое, элементы учитываются или помещаются в порядковую шкалу.Следовательно, порядковая шкала позволяет исследователю интерпретировать общий порядок, а не относительные позиционные расстояния.

Переменные

Порядковой шкалы имеют свойство Идентичность и Величину. Цифры представляют собой измеряемое качество (идентичность) и могут сказать нам, имеет ли дело больше измеряемого качества или меньше измеряемого качества, чем другое дело (величина). Расстояние между точками шкалы не одинаковое. Ранжированные предпочтения представлены в качестве примера порядковых шкал, встречающихся в повседневной жизни.

Интервальная шкала

Обычная рейтинговая шкала опроса представляет собой интервальную шкалу, например, когда вас просят оценить удовлетворенность тренингом по 5-балльной шкале, от Полностью согласен, Согласен, Нейтрально, Не согласен и Полностью не согласен, используется интервальная шкала. Это интервальная шкала, потому что предполагается, что расстояние между каждым из элементов шкалы одинаковое, т.е. величина между Полностью согласен и Согласен, как предполагается, такая же, как Согласен и Полностью согласен. Это означает, что мы можем интерпретировать разницу в расстоянии по шкале.Мы сравниваем это с порядковой шкалой, где мы можем говорить только о различиях по порядку, а не о различиях в степени порядка, т.е. расстоянии между ответами.

Свойства интервальных шкал

Интервальные шкалы обладают свойствами:

• Личность
• Величина
• Равное расстояние

Переменные, удовлетворяющие указанным выше свойствам, помещаются в эту шкалу. Равное расстояние между точками шкалы помогает узнать, сколько единиц больше или меньше одного случая из другого.Значение расстояния между 25 и 35 такое же, как и расстояние между 65 и 75.

Коэффициент масштабирования

Шкала отношения находится на верхнем уровне измерения. Фактором, который четко определяет шкалу отношения, является то, что она имеет истинную нулевую точку. Простейшим примером шкалы соотношений является измерение длины (без учета каких-либо философских соображений о том, как определить нулевую длину) или денег. Наличие нулевой длины или нулевых денег означает, что нет ни длины, ни денег, но нулевая временная оплата не является абсолютным нулем, поскольку она, безусловно, имеет свой эффект.Масштабы измерения соотношения обладают всеми свойствами абстрактной системы счисления.

Свойства шкалы отношения

• Личность
• Величина
• Равное расстояние
• Абсолютный / истинный ноль

Эти свойства позволяют применять все возможные математические операции, включая сложение, вычитание, умножение и деление. Абсолютный / истинный ноль позволяет нам узнать, во сколько раз один случай превышает другой.Переменные, попадающие в эту категорию и имеющие все вышеупомянутые числовые свойства, попадают в шкалу отношений.

.

Измерения и анализ ошибок

«Лучше быть примерно правым, чем совершенно неправым». — Алан Гринспен

Неопределенность измерений

Некоторые числовые утверждения точны: у Мэри 3 брата, и 2 + 2 = 4. Однако все измерений имеют некоторую степень неопределенности, которая может быть получена из разных источников. Процесс оценки неопределенности, связанной с результатом измерения, часто называют анализом неопределенности или анализом ошибки .Полный отчет об измеренном значении должен включать оценку уровня
уверенность, связанная с ценностью. Правильное сообщение экспериментального результата
с его неопределенностью позволяет другим людям делать суждения о качестве
экспериментируйте, и это облегчает значимые сравнения с другими аналогичными значениями или
теоретическое предсказание. Без оценки неопределенности невозможно ответить на
основной научный вопрос: «Согласуется ли мой результат с теоретическим предсказанием или результатами
из других экспериментов? »Этот вопрос является основополагающим для принятия решения о том,
гипотеза подтверждена или опровергнута.Когда мы проводим измерения, мы обычно предполагаем, что существует какое-то точное или истинное значение в зависимости от того, как мы определяем, что измеряется. Хотя мы, возможно, никогда не узнаем это истинное значение точно, мы пытаемся найти это идеальное количество в меру наших возможностей с помощью
время и ресурсы. Поскольку мы проводим измерения разными методами или даже при выполнении нескольких измерений одним и тем же методом, мы можем получить немного разные результаты. Итак, как мы сообщаем о наших результатах для нашей наилучшей оценки этого неуловимого истинного значения ? Самый распространенный способ показать диапазон значений, который, по нашему мнению, включает
истинное значение:

(1)

измерение = (наилучшая оценка ± неопределенность) единиц

Возьмем пример.Предположим, вы хотите найти массу золотого кольца, которое вы
хотел бы продать другу. Вы не хотите подвергать опасности свою дружбу, поэтому вы хотите
чтобы получить точную массу кольца по справедливой рыночной цене. Вы оцениваете
масса должна составлять от 10 до 20 граммов в зависимости от того, насколько тяжелой она ощущается в руке, но это не
очень точная оценка. После некоторого поиска вы найдете электронные весы, которые
массовое чтение 17,43 грамма. Хотя это измерение намного точнее , чем
исходная оценка, откуда вы знаете, что это , точная , и насколько вы уверены, что
это измерение представляет собой истинное значение массы кольца? Поскольку цифровой дисплей
баланс ограничен двумя знаками после запятой, вы можете указать массу как

м = 17.43 ± 0,01 г.

Предположим, вы используете те же электронные весы и получили еще несколько показаний: 17,46
г, 17,42 г, 17,44 г, так что средняя масса находится в диапазоне

17,44 ± 0,02 г.

Теперь вы можете быть уверены, что знаете массу этого кольца с точностью до ближайшего
сотые доли грамма, но откуда вы знаете, что истинная ценность определенно лежит между
17,43 г и 17,45 г? Если честно, вы решили использовать другой баланс, который
дает значение 17.22 г. Это значение явно ниже диапазона значений, найденных на
первый баланс, и при нормальных обстоятельствах вам может быть все равно, но вы хотите быть справедливым
своему другу. Так что вы будете делать теперь? Ответ заключается в том, чтобы знать кое-что о
точность каждого инструмента.

Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны сначала определить термины точность и точность :

Точность — это степень соответствия измеренного значения истинному или принятому значению.Ошибка измерения — это величина неточности.

Точность — это мера того, насколько хорошо может быть определен результат (без привязки к теоретическому или истинному значению). Это степень согласованности и согласия между независимыми измерениями одной и той же величины; а также надежность или воспроизводимость результата.

Неопределенность Оценка , связанная с измерением, должна учитывать как точность, так и прецизионность измерения.

Примечание: К сожалению, термины ошибка и неопределенность часто используются как взаимозаменяемые для обозначения
описать как неточность, так и неточность. Это использование настолько распространено, что невозможно
чтобы полностью избежать. Когда вы сталкиваетесь с этими условиями, убедитесь, что вы понимаете
относятся ли они к точности или точности, или к тому и другому.

Обратите внимание, что для определения точности конкретного измерения мы имеем
знать идеальную, истинную ценность.Иногда у нас есть «учебник» измеренное значение, которое
хорошо известно, и мы предполагаем, что это наше «идеальное» значение, и используем его для оценки
точность нашего результата. В других случаях мы знаем теоретическое значение, которое рассчитывается из
основные принципы, и это тоже можно принять за «идеальное» значение. Но физика — это
эмпирическая наука, что означает, что теория должна быть подтверждена экспериментом, а не
наоборот. Мы можем избежать этих трудностей и сохранить полезное определение понятия
точность , если предположить, что даже когда мы не знаем истинного значения, мы можем полагаться на
наилучшее из имеющихся принятое значение , с которым сравнивается наше экспериментальное значение.В нашем примере с золотым кольцом нет приемлемого значения для сравнения,
и оба измеренных значения имеют одинаковую точность, поэтому у нас нет оснований полагать, что
больше, чем другие. Мы могли бы найти характеристики точности для каждого весов как
предоставленные производителем (приложение в конце этого лабораторного руководства содержит данные о точности для большинства инструментов, которые вы будете использовать), но лучший способ оценить точность
измерения следует сравнить с известным стандартом .В этой ситуации это может быть
возможность калибровки весов с помощью стандартной массы, которая является точной в узком
допуска и прослеживается до стандарта первичной массы в Национальном институте
Стандарты и технологии (NIST). Калибровка весов должна устранить
несоответствие показаний и более точного измерения массы.

Прецизионность часто выражается количественно с использованием относительной или дробной неопределенности :

(2)

Относительная неопределенность =

Пример:

м = 75.5 ± 0,5 г

имеет дробную погрешность:

Точность часто выражается количественно с помощью относительной ошибки :

(3)

Относительная ошибка =

Если ожидаемое значение для м составляет 80,0 г, то относительная погрешность составляет:

Примечание: Знак минус означает, что измеренное значение на меньше , чем ожидаемое.
ценность.

При анализе экспериментальных данных важно понимать разницу между точностью и точностью. Точность указывает качество измерения без какой-либо гарантии, что измерение «правильное». Точность , с другой стороны, предполагает, что существует идеальное значение, и показывает, насколько ваш ответ далек от этого идеального, «правильного» ответа. Эти концепции напрямую связаны с случайными и систематическими ошибками измерения.

Типы ошибок

Ошибки измерения могут быть классифицированы как случайных или систематических , в зависимости от того, как было получено измерение (прибор может вызвать случайную ошибку в одной ситуации и систематическую ошибку в другой).

Случайные ошибки — это статистические колебания (в любом направлении) измеренных данных из-за ограничений точности измерительного устройства. Случайные ошибки можно оценить с помощью статистического анализа, и их можно уменьшить путем усреднения по большому количеству наблюдений (см. Стандартную ошибку).

Систематические ошибки — это воспроизводимые неточности, которые имеют одно и то же направление. Эти ошибки трудно обнаружить и не поддаются статистическому анализу. Если систематическая ошибка обнаружена при калибровке по стандарту, применение поправки или поправочного коэффициента к
компенсировать эффект можно уменьшить смещение. В отличие от случайных ошибок, систематические ошибки невозможно обнаружить или уменьшить путем увеличения количества наблюдений.

При проведении тщательных измерений наша цель — уменьшить как можно больше источников ошибок и отслеживать те ошибки, которые мы не можем устранить.Полезно знать типы ошибок, которые могут возникнуть, чтобы мы могли распознавать их, когда они возникают. Общие источники ошибок в лабораторных экспериментах по физике:

Неполное определение (может быть систематическим или случайным) — Одна из причин, по которой это невозможно
делать точные измерения — это то, что измерения не всегда четко определены. За
Например, если два разных человека измеряют длину одной и той же строки, они
вероятно, получат разные результаты, потому что каждый человек может натягивать веревку по-своему
напряжение.Лучший способ минимизировать ошибки определения — это внимательно рассмотреть и указать
условия, которые могут повлиять на измерение.

Неспособность учесть фактор (обычно систематический) — самая сложная часть
при разработке эксперимента пытаются контролировать или учитывать все возможные факторы, кроме
одна независимая переменная, которая анализируется. Например, вы можете случайно
игнорируйте сопротивление воздуха при измерении ускорения свободного падения, иначе вы можете не учитывать
влияние магнитного поля Земли при измерении поля вблизи небольшого магнита.Лучший способ учесть эти источники ошибок — провести мозговой штурм с коллегами по поводу
все факторы, которые могут повлиять на ваш результат. Этот мозговой штурм нужно провести
до начало эксперимента, чтобы спланировать и учесть вмешивающиеся факторы
перед снятием данных. Иногда коррекция может применяться к результату после того, как принимает данные в
учтите ошибку, которая не была обнаружена ранее.

Факторы окружающей среды (систематические или случайные) — помните об ошибках, допущенных вашим
непосредственная рабочая среда.Возможно, вам придется принять во внимание или защитить свои
экспериментируйте с вибрациями, сквозняками, перепадами температуры, электронным шумом или другими
эффекты от близлежащего оборудования.

Разрешение прибора (случайное) — все инструменты имеют конечную точность, которая ограничивает
способность устранять небольшие различия в измерениях. Например, измеритель не может быть
используется для различения расстояний с точностью намного лучше, чем примерно половина его наименьшего
деление шкалы (в данном случае 0,5 мм).Один из лучших способов получить более точную
измерений — использовать метод нулевой разницы вместо непосредственного измерения количества.
Null или balance методы включают использование inst.

типов измерения уровня | Типы датчиков уровня

Два метода измерения уровня;

1. Прямой или механический метод и
2. Косвенные или логические методы.

1. Механический или прямой метод

Прямое измерение уровня просто, почти прямолинейно и экономично; он использует прямое измерение расстояния (обычно высоту) от базовой линии, и используется в основном для местной индикации. Его нелегко адаптировать к методам передачи сигналов для дистанционной индикации или управления.

а. Щупы и проводники

Гибкие тросы с концевыми грузами, называемые цепями или свинцовыми тросами, веками использовались мореплавателями для измерения глубины воды под своими кораблями. Стальная лента с пухлым грузом, похожим на боб и удобно хранящаяся на катушке, до сих пор широко используется для измерения уровня в бункерах мазута и резервуарах для хранения нефти. (см. рисунки ниже)

Несмотря на то, что этот метод кажется грубым, он дает точность примерно до 0.1% с диапазонами примерно до 20 футов.

Хотя метод измерения уровня с помощью щупа и выводной линии не имеет себе равных по точности, надежности и надежности, у этого метода есть недостатки.

Во-первых, это требует выполнения действия, которое заставляет оператора прервать свои обязанности для выполнения этого измерения. Не может быть непрерывного представления измерения процесса.

Еще одним ограничением этого принципа измерения является невозможность успешного и удобного измерения значений уровня в сосудах под давлением.Эти недостатки ограничивают эффективность этих средств визуального измерения уровня.

г. Смотровое стекло

Другой простой метод называется смотровым окошком (или стеклом уровня). Он довольно прост в использовании; уровень в стакане стремится к тому же положению, что и уровень в резервуарах. Он обеспечивает непрерывную визуальную индикацию уровня жидкости в технологической емкости или небольшом резервуаре и более удобен, чем щуп для измерения уровня, стержень для измерения уровня и ручные измерительные ленты.

Смотровое стекло А больше подходит для измерения открытого резервуара.В трубке используется металлический шарик для предотвращения вытекания жидкости из манометра. Трубчатое стекло такого типа доступно длиной до 70 дюймов и для давления до 600 фунтов на квадратный дюйм. Сейчас он редко используется.

Смотровое стекло закрытого резервуара B, иногда называемое «отражающим стеклом», используется во многих процессах под давлением и атмосферным давлением. Наибольшее применение находят в емкостях под давлением, таких как барабаны котлов, испарители, конденсаторы, кубы, резервуары, дистилляционные колонны и другие подобные применения.Длина датчиков из отражающего стекла составляет от нескольких дюймов до восьми футов, но, как и датчики трубчатого типа, их можно измерять вместе, чтобы обеспечить практически любую длину измерения уровня.

Простота и надежность измерения уровня манометрического типа обуславливает возможность использования таких устройств для локальной индикации. Когда датчики уровня выходят из строя или должны быть выведены из строя для обслуживания, или во время сбоя питания, этот метод позволяет измерять и контролировать процесс вручную.

Однако стеклянные элементы могут загрязняться и ломаться, что создает угрозу безопасности, особенно при работе с горячими, едкими или легковоспламеняющимися жидкостями.

г. Цепной или поплавковый манометр

Рассмотренные ранее визуальные средства измерения уровня по простоте и надежности могут соперничать с поплавковыми измерительными устройствами. Доступны многие формы инструментов поплавкового типа, но в каждой из них используется принцип плавучего элемента, который плавает на поверхности жидкости и меняет положение при изменении уровня жидкости.

Для определения уровня из поплавкового положения использовалось множество методов, наиболее распространенными из которых являются поплавок и расположение кабеля.Принцип действия поплавка и троса показан на следующей диаграмме;

Поплавок соединен со шкивом цепью или гибким тросом, а вращающийся элемент шкива, в свою очередь, соединен с показывающим устройством с измерительной шкалой. Как видно, по мере движения поплавка вверх противовес удерживает трос натянутым, а индикатор перемещается по круговой шкале.

Б. Выводные или косвенные методы

Косвенные или предполагаемые методы измерения уровня зависят от материала, имеющего физические свойства, которые можно измерить и связать с уровнем.Для этой цели были использованы многие физические и электрические свойства, которые хорошо подходят для создания пропорциональных выходных сигналов для дистанционной передачи. В этом методе измерения используются даже самые современные технологии.

В эти методы входят:

A. Плавучесть: —

— сила, создаваемая погруженным телом, равная весу вытесняемой им жидкости.

B. Гидростатический напор: —

сила или вес, создаваемый высотой жидкости.

C. Гидролокатор или ультразвуковой: —

материалов, подлежащих измерению, отражают или воздействуют ощутимым образом высокочастотные звуковые сигналы, генерируемые в соответствующих местах рядом с измеряемым материалом.

D. Микроволновая печь: —

похож на ультразвуковой, но использует микроволновую печь вместо ультразвукового луча.

E. Поведение: —

в желаемых точках определения уровня измеряемый материал проводит (или перестает проводить) электричество между двумя фиксированными точками зонда или между зондом и стенкой сосуда.

F. Емкость: —

измеряемый материал служит переменным диэлектриком между двумя обкладками фиксированного конденсатора. В действительности, есть два вещества, которые образуют диэлектрик — материал, измерение которого требуется, и паровое пространство над ним.

Общее значение диэлектрической проницаемости изменяется по мере увеличения количества одного материала при уменьшении количества другого.

г. Излучение: —

измеряемый материал поглощает излучаемую энергию. Как и в емкостном методе, паровое пространство над измеряемым материалом также имеет характеристики поглощения, но разница в поглощении между ними достаточно велика, чтобы измерение можно было довольно точно связать с измеряемым материалом.

H. Вес:: —

сила веса может быть очень тесно связана с уровнем, когда его плотность постоянна. Однако компоненты с переменной концентрацией или колебаниями температуры представляют трудности.

I. Сопротивление: —

Давление измеряемого материала сжимает два узко разделенных проводника вместе, уменьшая общее сопротивление цепи на величину, пропорциональную уровню.

Дж. Микроимпульс: —

«время пролета», электрические импульсы запускаются и возвращаются с частотой, прямо пропорциональной уровню жидкости.

Статья Источник: Асииддин Н.

.