Каждая вещь известна лишь в той степени,
в какой её можно измерить.
Т. Кельвин
Лекция 1-2. Основные понятия и определения ИИТ
(ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»)
Теория измерений
Измерение представляет
собой отображение элементов эмпирического (основанного на опыте)
исходного множества на элементы воображаемого абстрактного множества, осуществляемое
по определенному правилу преобразования (рис. 1.1).
Например, измеряется величина тока (исходное множество) в определенном диапазоне значений (элементы множества).
Результат измерения: величине тока приписывается определенное число (элемент) из множества действительных чисел (множества образов). Преобразование осуществляется с помощью измерительных систем согласно существующим алгоритмам, правилам и процедурам для представления эмпирических количеств абстрактными символами.
Предположим, что множество S
состоит из n элементов si
, так что 
и существует k
эмпирических соотношений Rj между
элементами 
. Пусть абстрактное множество I состоит из m элементов ii , так что 
и
существует l соотношений Nj
между элементами 
. Если:
· l > k, то в результате измерения больше информации, чем содержится в измеряемой величине;
· n > m, то разрешающая способность процесса отображения неадекватна, например, два напряжения различной величины отображаются в один результат.
Пусть k = l, m = n; множество S отображается на множество I с помощью функции f.
Данная функция должна быть
однозначной и монотонной (неубывающей или не возрастающей) функцией si. Это гарантирует единственность отображения
в I. Две системы отношений 
и 
изоморфны
(взаимно однозначное отображение совокупностей с сохранением их структурных
свойств), если:
. (1.1)
Таким образом, информация, которую содержат соотношения между элементами множества S, не теряется при измерении. Требованием изоморфизма не задается единственная форма представления результатов измерения, им определяется группа конгруэнтных (соответствующих, совместимых) представлений. Информация, содержащаяся в результатах измерения, инвариантна (неизменна) по отношению к разрешенным преобразованиям (например, различие в известной смене постоянных коэффициентов).
Основные понятия ИИТ
Физическая величина (ФВ): физическое свойство, поддающееся измерению.
Качественно свойственно многим объектам, различается количественно. Например, температура, масса, объём.
Измерение, как вид человеческой деятельности, предполагает проведение опыта.
Измерение: нахождение значений ФВ опытным путем.
Для определения результата опыта используются единицы измерения.
Единица измерения: ФВ, которой по определению присвоено численное значение, равное единице. Например, 1 А, 1 кВ, 1 МВт, 1 мкФ.
Международная система метрических единиц SI (SystemeInternationald¢Unites) состоит из семи основных (П.1.1), двух дополнительных и многочисленных производных величин измерения. ГОСТ 8.417 – 81 «ГСИ. Единицы физических величин».
Метрические единицы SIсогласованы, т. е. взаимосвязаны с числовым множителем, равным 1 [1 с.23-27]. Недостаток – некоторые единицы слишком большие (фарад). Поэтому используют кратные и дольные единицы (П.1.2).
Основное уравнение измерения
X = [x]×a, (1.2)
где X – измеряемая величина; [x]- единица; a– численное значение измеряемой величины.
Величина X не зависит от размера [x], а численное значение измеряемой величины определяется выбором размера единиц измерения (1 Вт, 1 кВт, 1 МВт и др.).
Уравнение (1.2) задаёт соотношение между единицей измерения и результатом измерения через коэффициент пропорциональности.
Например, U= 220 В = [1 В]×220 = [1 кВ]×0,22.
Результат измерения: сравнение измеряемой величины с единицей измерения.
Однако, в уравнении (1.2) не учитываются погрешности технических средств измерения (СИ). Для их определения используются следующие термины.
Погрешность измерения: отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
D = Xизм – Xист » Xизм – Xд, (1.3)
где D - абсолютная погрешность измерения; Xизм - измеренное значение ФВ; Xист - истинное значение ФВ; Xд - действительное значение измеряемой ФВ.
Значения физической величины:
- истинное значение: всегда неизвестно и недоступно, т. к. любое СИ имеет погрешность измерения, исключить которую не представляется возможным;
- действительное значение: найденное экспериментальным путем и близкое к истинному значению настолько, что может быть использовано вместо него. Определяется с помощью приборов с высокой точностью измерения, используется при поверке СИ;
- измеренное значение: результат оценки ФВ измерительным прибором.
Уравнение (1.3) используется для записи результатов измерений в именованных единицах, но не удобно при характеристике погрешности измерительного прибора.
Так, утверждение D = 5 В обязательно требует указания величины Uизм (например, 220 В, 1000 В и т. д.): U = 220 В ± 5 В.
Поэтому, кроме того, применяется относительная форма записи погрешности:
δ = 100% ∙Δ/Xист » 100% ∙Δ/Xд » 100% ∙Δ/Xизм, (1.4)
где δ - относительная погрешность измерения.
Величина погрешности δ позволяет сравнить точность измерения различных СИ для одной и той же величины и судить о возможности их использования.
Поверка: определение погрешности СИ и установление его пригодности к применению.
Поверка СИ обычно осуществляется путем сличения его показаний с показаниями более точного прибора.
Всякая область технической деятельности человека имеет научную и методическую основу. При проведении измерений этой основой является метрология.
Метрология: раздел физики, для установки единиц измерения; создания их эталонов; разработки методик точных измерений.
Практические вопросы в этой области решаются метрологическими службами.
Метрологическая служба России подразделяется на государственную (Госкомитет по стандартам) и ведомственные службы. Задача Госкомитета – обеспечение единства и правильности измерений в стране. Все СИ, предназначенные для серийного выпуска или ввозимые из-за границы партиями, в обязательном порядке подлежат гос. испытаниям на безопасность использования и соответствие техническим условиям, сертификации и занесению в гос. реестр. Ведомственные службы предприятий проводят испытания, поверку и метрологическую аттестацию основной массы СИ, находящихся в эксплуатации. Эти задачи в энергетике обычно решаются электротехнической лабораторией (ЭТЛ) в составе электроцеха предприятия.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.