пер или величина напряжения 3 вольта являются неправильными, так как в данном случае ток и напряжение являются физическими величинами, следовательно, получается тавтология (величина величины).

Часто вместо термина величина пользуются термином параметр сигнала , понимая под сигналом некоторый физический процесс.

Поскольку физическая величина применяется для количественной оценки интенсивности проявления определенного свойства, то оиа должна обладать размером. Размер физической величины - это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию физическая величина .

Для определения размера физической величины вводится понятие единица физической величины - это физическая величина, размеру которой, по определению, присвоено числовое значение 1. Единицы физических величин воспроизводятся посредством эталонов и .мер.

Физические величины подразделяются на основные и производные.

Под основной понимается величина, которая определяется независимо от других величин.

Производными называются величины, определяемые через основные, т. е. связанные с основными определенными соотношениями.

Оценка конкретной физической величины в виде произведения отвлеченного числа на принятую для нее единицу называется значением физической величины.

В измерительной технике важную роль играет понятие истинного значения физической величины, под которым понимается значение физической величины, которое стремятся найти в соответствии с поставленной задачей и которое абсолютно верно отражало бы эту величину. Определить экспериментальным, путем истинное значение физической величины невозможно. Дело в том, что как бы тщательно ни организовывался эксперимент, условия, в которых он производится, принципиально не могут быть абсолютно неизменными и они будут влиять на результат определения числового значения физической величины. Кроме того, всегда остается некоторая неопределенность, присущая самой физической величине в каждом конкретном случае. Таким образом, истинное значение физической величины является идеализацией и часто не только не известно экспериментатору, но и физически не существует. Тем не менее этим понятием широко пользуются в теории измерений.

На практике вместо истинного значения физической величины часто пользуются понятием действительного значения физической величины, под которым понимается значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что- для поставленной измери-

тельной задачи может его заменить. Практически действительное значение физической величины определяется посредством образцовых мер и приборов, погрешностями которых в результате измерения можно пренебречь.

В зависимости от поведения во времени физическая величина может быть статической или динамической.

Значение физической величины, найденное путем ее измерения, называют результатом измерения. Важной характеристикой любого результата измерения является его точность, которая отражает близость результата измерения к истинному значению измеряемой величины. На практике понятием точность обычно пользуются только для качественной характеристики измерений - низкая точность, высокая точность и т. п. Общепринятого количественного способа выражения точности в настоящее время не существует, для этой цели пользуются понятием погрешности - измерения.

Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

5-2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

На практике интересующая нас величина не всегда поддается непосредственному измерению. Числовые значения таких величин обычно определяются путем обработки результатов измерения других величин, поддающихся непосредственному измерению.

В зависимости от вида функциональной связи между искомой и непосредственно измеряемыми величинами и от способа получения числового значения измеряемой величины все измерения классифицируются на четыре вида: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором входной измерительный сигнал содержит информацию о физической величине, подлежит измерению в соответствии с поставленной измерительной задачей. Примером прямых измерений может служить измерение напряжения вольтметром. При этом не учитывается простота или сложность-измерительного эксперимента. Прямое измерение может содержать ряд наблюдений, а результат измерения вычисляется по определенным формулам. Прямые измерения лежат в основе других видов измерений.

Косвенным называют измерение, при котором искомое значение вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Примером косвенного измерения может служить определение удельного сопротивления материала путем прямых измерений длины, площади поперечного сечения и электрического сопротивления образца из данного материала.

Совокупные измерения - измерения нескольких одноименных физических вели-

чин путем выполнения прямых измерении различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения - измерения, состоящие из прямых измерений нескольких физических величии в изменяющихся условиях и последующего нахождения зависимости между этими величинами. Примером совместных измерений может служить экспериментальное определение электрического сопротивления и температурного коэффициента сопротивления при различных температурах.

По зависимости от режима изменения величины различают статическое и динамическое измерение.

Под статическим измерением понимают измерение постоянной и пренебрежимо мало изменяющейся физической величины либо параметра стационарного процесса, при котором искомое значение находят по установившемуся выходному измерительному сигналу.

Под динамическим измерением понимают измерение переменной во времени, кратковременной или постоянной физической величины, при.котором одно или ряд искомых значений находят по изменяющемуся во времени выходному измерительному сигналу.

Организация измерительного эксперимента может основываться на различных приемах сравнения измеряемой величины с мерой. При этом учитываются требуемые точность, удобство и быстрота измерения. Метод решения измерительной задачи, характеризуемый используемыми физичесга-ми явлениями и средствами измерений, а также приемами их использования, называется методом измерений.

Различают следующие методы измерений: прямым преобразованием и сравнения с мерой. Метод сравнения с мерой в свою очередь подразделяется на методы дифференциальный, нулевой, замещения, перестановки, дополнения, совпадений.

Дифференциальный метод - это метод сравнения, при котором образуют и оценивают измерительный сигнал, являющийся разностью измерительных сигналов, поступающих от исследуемого объекта и меры. Этот метод позволяет получить результат измерения с высокой точностью даже в случае применения сравнительно неточных измерительных приборов при условии, что точность применяемых мер достаточна высока. Например, если разность между значением измеряемой величины и меры составляет 17о и оценивается измерительным прибором с погрешностью 1%, то погрешность измерения этой величины будет 0,01%. Дифференциальный метод широко используется в измерительной технике -на нем основана работа неуравновешенных мостов постоянного тока и др.

Нулевой метод - метод сравнения, при котором уравнивают измерительные сигналы, поступающие от исследуемого объекта и меры. Нулевой метод является предельным случаем дифференциального метода и 12-288

сохраняет преимущества последнего; применяется в уравновешенных мостах, компенсаторах, цифровых приборах и т. д.

Метод замещения-метод сравнения, при котором измерительный сигнал, поступающий от исследуемого объекта, замещают сигналом, поступающим от меры. Метод замещения позволяет исключить многие источники погрешностей измерительных приборов, обусловленные смещением нулевых уровней и нестабильностью коэффициентов преобразования функциональных узлов. Метод замещения применяется в цифровых вольтметрах, аналого-цифровых преобразователях и т. д.

Метод перестановки - метод сравиения, при котором измерительные сигналы, поступающие от исследуемого объекта и меры, сравнивают до и после их взаимной перестановки.

Метод дополнения - метод сравнения, при котором измерительный сигнал, поступающий от исследуемого объекта, дополняют измерительным сигналом, поступающим от меры, и получают заданный суммарный измерительный сигнал. ;

Метод совпадений-метод сравнения, при котором образуют разность измерительных сигналов, поступающих от исследуемого объекта и меры, и оценивают ее по совпадениям или биениям.

5-3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Средство измерений - это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

По характеру участия в измерительном процессе все средства можно разделить на следующие группы: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные каналы, измерительные установки, измерительные системы, измерительная аппаратура.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения одной или не- скольких конкретных физических величин,; заданных по значению.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для преобразова-. ния измерительного сигнала в форму, позволяющую наблюдателю воспринять значение измеряемой физической величины.

Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для преобразования измерительного сигнала в промежуточную форму.

Меры, измерительные приборы или измерительные преобразователи, признанные метрологической службой пригодными для поверки по ним других средств измерений, называются образцовыми средствами измерения. Особенность образцовых средств измерения заключается в том, что они предназначены только для поверки по ним -других средств измерений. Поэтому они должны

храниться в отдельных помещениях и применение их для выполнения технических измерений не допускается.

Измерительный канал - функционально объединенная совокупность средств измерений и других технических средств, предназначенная для последовательного преобразования одного измерительного сигнала.

Измерительная установка - функционально объединенная совокупность средств измерений нескольких физических величин и вспомогательных устройств, предназначенная для получения измерительной информации об исследуемом объекте в условиях, измецяемых в соответствии с поставленной измерительной задачей. Если измерительная установка содержит средства автоматизации операций, которые полностью исключают участие наблюдателя, то ее называют автоматической, не полностью - полуавтоматической.

Измерительная система - функционально объединенная совокупность средств измерений нескольких физических величин и вспомогательных устройств, предназначенная для получения измерительной информации об исследуемом объекте в условиях его функционирования или хранения. Измерительная система, в состав которой входят средства автоматизации операций и контроля ее исправности, называется автоматизированной.

Измерительная аппаратура - совокупность отдельных средств измерений, вспомогательных устройств и (или) их функционально объединенных совокупностей.

Точность является основным качеством средства измерения, отражающим близость к нулю его погрешностей. Точность средства измерений характеризуют нормируемыми метрологическими характеристика.ади в соответствии с ГОСТ 8009-72.

Погрешности средств измерения классифицируются по следующим признакам: способу выражения, характеру проявления, зависимости от значения измеряемой величины, режиму изменения измеряемой величины, причине и условиям возникновения (рис. 5-1).

По способу выражения погрешности делятся на абсолютные, приведенные и относительные.

Абсолютная погрешность меры Ал; - это разность между номинальным значением меры Хвом и истинным значением воспроизводимой ею величины х:

Ах = TjjoM -

Абсолютная погрешность измерительного прибора Д - это разность между показанием прибора А и истинным значением измеряемой величины А и:

Л = Л -Ли.

Приведенная погрешность измерительного прибора Y определяется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему

значению Лц и выражается обычно в процентах:

Признан Мйсса-tpuKimixu.

Погрешности средств измерения

По шрак-

ЛоспосвВ}/

Выражении Абсолютные Приведенные Относительные

ления

Позавитшс-ти от змиче-ния измеряемой Величины

Систематические

Случайные

Аддитивные

Мультипликативные

По режиму измерения измеряемой величины

По причине и условиям

Статические

Динамические

Основные

Дополнительные]

Рис. 6-1. Систематизация погрешностей средств измерения.

Нормирующее значение - условно принятое значение, которое принимается равным:

а) для средств измерений с равномерной или степенной шкалой, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы,- конечному значению рабочей части шкалы;

б) для средств измерения с равномерной или степенной шкалой, если нулевая отметка находится внутри шкалы, - арифметической сумме конечных значений рабочей части шкал (без учета их знака);

в) для средств измерений с логарифмической или гиперболической шкалой - всей длине шкалы.

Относительная погрешность меры (измерительного прибора) выражается отношением абсолютной погрешности меры (измерительного прибора) к истинному значению воспроизводимой (измеряемой) ею (им) величины:

6 = Л/Л.

Относительная погрешность может быть выражена в процентах.

По характеру проявления погрешности делятся на систематические и случайные. Систематическая погрешность средства измерений - это составляющая погрешности средства измерений, остающаяся постоянной или изменяющаяся как детерминированная функция некоторых аргументов. Случайная погрешность средства измерений - это составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся как центрированная случайная величина.