§1 Физические измерения. Виды измерений. Измерения и измерительные приборы

Союз Советскик

Социалистических

Республик с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 01 R 17/02, Государственный комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

В.Е. Попов

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации автоматического отображения величины влияющего на преобразователь физического параметра — температуры, давления, силы, освещенности и т.п., а также величины сопротивления преобразователя.

Известно устройство для измерения физических величин, в частности сопротивления датчика деформации (тензодатчика), выполненное на основе резистивного первичного преобразователя и двух источников тока, 15 включенных в основную и вспомогательную электрические цепи (1g .

Процедура определения величины деформации с помощью известного устройства предполагает построение для 20 каждого тенэодатчика градуировочного графика деформации как функции величины изменения сопротивления датчика. Измеряемый физический параметр находят иэ соответствующего графика, 2э поэтому общее время определения параметра оказывается значительным. Кроме того, известное устройство не может быть использовано для автоматического измерения абсолютной вели- эО чины сопротивления датчика, что требуется, например, в случае выполнения термометра сопротивления., Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения физических величин, содержащее реэистивный первичный преобразователь с тремя выводами,первый иэ которых соединен с одной из выходных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы (2).

Основной недостаток указанного устройства связан с тем, что оно может с достаточной точностью отображать измеряемую физическую величину лишь в том случае, если градуировочная характеристика перви ного преобразователя линейна. Однако характеристики преобразователей многих физических величин, например температуры (термометры сопротивления и термисторы), освещенности (фоторезисторы) и др., являются нелинейными.

В случае измерения физической величины с помощью преобразователя с нелинейной характеристикой известное. устройство настраивается на воспроизведение линейной зависимости, оптимально аппроксимирующей реальную нелинейную зависимость. Показания вто789763 ричного прибора устройства при этом оказываются приближенными с точностью аппроксимации. Эта точность зависит от степени нелинейности характеристи ки преобразователя и от интервала изменений измеряемой величины.

Цель изобретения — повышение- точности измерительного устройства. .Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения физических величин, содержащее резистивный первичный преобразователь с тремя выводами, первый иэ которых соединен с одной из выхОдных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы, введены два полевых транзистора и три операционных усилителя, причем сток одного полевого транзис:тора непосредственно а сток другого полевого транзистора через первый из резисторов соединены со вторым и третьим выводами реэистив ного первичного преобразователя, истоки полевых транзисторов через второй и третий резисторы подключены к другой выходной клемме источника тока, входы первого операционного усилителя соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, а выход через четвертый резистор — с клеммой управления источника тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя и неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключены к истоку одного полевого транзистора, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя и инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединены с истоком другого полевого транзистора, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к затворам полевых транзисторов, между стоками которых включен вторичный прибор.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения физических величин, например температуры (t),давления (P), силы (F) и т.п.

Устройство содержит источник 1 тока, резистивный первичный преобразователь 2, резистор 3 смещения, полевые транзисторы 4 и 5, вторичный прибор б, операционный усилитель 7, резистор 8 степени нелинейности, опор ные резистрры 9 и 10 и операционные усилители 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Ток источника 1 разветвляется в трехпроводнрм реэистивном первичном преобразователе 2 на две части, про текающие через полевые транзисторы

4 и 5 и опорные резисторы 9 и 10.

Выходные напряжения операционных уси лителей 11 и 12, входы которых подключены к.опорным резисторам, про- . порциональны разности падений напряжений на них. Поскольку выходные на= пряжения операционных усилителей 11 и 12 управляют проводимостью полевых транзисторов 4 и 5 в противофазе с входными напряжениями, то два полевых транзистора 4 и 5 с опорными резисторами 9 и 10 и операционными усилителями 11 и 12 образуют систему, обеспечивающую автоматическое поддержание одинаковых падений напряжений

© на опорных резисторах 9 и 10. При одинаковых значениях сопротивлений опорных резисторов 9 и 10 зто соответствует одинаковым величинам токов, протекающих в цепях полевых транзисторов 4 и 5. 5 таким образом, обеспечивается протекание равных по величине токов в двух цепях резистивного первичного преобразователя 2. Схема деления тока, однажды настроенная, осуществля1 ет автоматическое деление тока произвольной (в известных пределах) величины на две строго равные части независимо от величины сопротивлений различных преобразователей и их соединительных проводов, подключаемых в зти цепи. При высоких коэффициентах усиления, реализуемых в операционных усилителях, токи в двух цепях одинаковы с точностью, с которой подобраны опорные резисторы, и не зависят от изменений напряжения питания и окружающей температуры.

К входам операционного усилителя

7 прилагается напряжение, пропорциональное сопротивлению преобразовате- ля 2. Выходное напряжение операционного усилителя 7 через реэистор 8 степени нелинейности воздействует на чувствительный вход источника 1 тока и, наряду с имеющимся в послед4Q нем токозадающим резистором,управляет величиной тока, отдаваемого источником в нагрузку. В связи с этим в предлагаемом устройстве измерительный ток (т.е. ток преобразователя)

4 является переменной величиной, зависящей от сопротивления первичного преобразователя 2, т.е. от измеряемой физической величины. Характер зависимости — ускорение или замедление роста измерительного тока (а с ним и выходного напряжения) с рос том сопротивления преобразователя

2 и его скорость (степень) — определяется фазой входного напряжения операционного усилителя 7, его коэффициентом усиления и величиной сопротивления резистора 8, предназначенного для регулировки степени нелинейности.

Осуществление укаэанной зависимости в устройстве приводит к тому,что величина измерительного тока 3 в цепях преобразователя 2 определяется законом о(" - Ю

t0 где до — начальная величина тока, соответствующая нулевому сопротивлению преобразователя;

К= > — коэффициент управления током;

Кдр — сопротивление первичного преобразователя 2

Выходное напряжение (на клеммах вторичного прибора 6) равно алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлении преобразователя 2 и резисторе 3 смещения с сопротивлеием Ксм

0 = U + Ос.м J(Rpр+ Råì) (2)

Знак минус при Кс возникает в том случае, если для отображения конкретной характеристики преобразователя 2 резистор 3 смещения включает» ся во вспомогательную цепь преобразователя (такое включение резистора смещения показано на схеме пунктиром). Это имеет место,-например, при измерении с термометрами сопротивления температуры, выраженной в градусах Цельсия.

Подставляя в формулу (2) выражение для величины тока с учетом влияния управления, имеем ()з,x ("пР+-Ксм = о (" р (К Р+ см)) Полученное выражение (3) для выходного напряжения содержит член

К во второй степени, что свидетельствует о наличии нелинейной зависимости 0 ы от К„р или величины физического параметра от сопротивления преобразователя 2.

Принимая выражение (3) за аналитическую функцию, аппроксимирующую реальную нелинейную характеристику преобразователя 2, следует определить значения констант J k и К „, при которых реализуется наилучшее совпадение реальной кривой и аналитического выражения (3). Эти величины находят решением системы уравнений, получаемых подстановкой в выражение (3) нескольких пар значений физической величины и величины сопротивления преобразователя

2 из градуировочной кривой или таблицы. По найденным величинам констант производится затем аналитическая проверка на погрешность аппроксимации во всем рабочем интервале значений физической величины, При измерении физических величин с преобразователями, имеющими линейную градуировочную характеристику, величина измерительного тока является постоянной. Это достигается снятием управляющего сигнала с чувстви тельного входа источника 1 тока,например отключением резистора 8 степения нелинейности.

Формула изобретения

Устройство для измерения физических величин, содержащее резистивный первичный преобразователь с тремя выводами, первый из которых соединен с одной иэ выходных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы, 20 о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены два полевых транзистора и три операционных усилителя, причем сток одного полезного транзистора непосредственно, а сток другого полевого транзистора через первый из резисторов соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, истоки полевых транзисторов через второй и третий резисторы подключены к другой выходной клемме источника тока, входы первого операционного усилителя соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, а выход через четвертый резистор †.с клеммой управления источника тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя и неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подклю- .

Физика является экспериментальной наукой. Ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Однако, только экспериментальных методов физических исследований недостаточно, чтобы получить полное представление об изучаемых физикой явлениях.

Современная физика широко использует теоретические методы физических исследований, которые предусматривают анализ данных, полученных в результате экспериментов, формулировку законов природы, объяснение конкретных явлений на основе этих законов, а главное - предсказания и теоретическое обоснование (с широким использованием математических методов) новых явлений.

Теоретические исследования проводятся не с конкретным физическим телом, а с его идеализированным аналогом - физической моделью, которая имеет небольшое количество основных свойств исследуемого тела. Например, в ходе изучения некоторых видов механического движения используют модель физического тела - материальную точку.

Эта модель применяется, если размеры тела не являются существенными для теоретического описания его движения, то есть в модели «материальная точка» учитывают только массу тела, а форму тела и его размеры во внимание не берут.

Как измерить физическую величину

Определение 1

Физическая величина - это характеристика, которая является общей для многих материальных объектов или явлений в качественном отношении, но может приобретать индивидуальное значение для каждого из них.

Измерение физических величин называют последовательность экспериментальных операций для нахождения физической величины, характеризующей объект или явление. Измерить - значит сравнить измеряемую величину с другой, однородной с ней величиной, принятой за эталон.

Завершается измерения определением степени приближения найденного значение к истинному или к истинно среднему. Истинным средним характеризуются величины, которые носят статистический характер, например, средний рост человека, средняя энергия молекул газа и тому подобное. Такие параметры, как масса тела или его объем, характеризуются истинным значением. В этом случае можно говорить о степени приближения найденного среднего значения физической величины к ее истинному значению.

Измерения могут быть как прямыми, когда искомую величину находят непосредственно по опытным данным, так и косвенным, когда окончательный ответ на вопрос находят через известные зависимости между физической величиной. Нас интересует и величины, которые можно получить экспериментально с помощью прямых измерений.

Путь, масса, время, сила, напряжение, плотность, давление, температура, освещенность - это далеко не все примеры физических величин, с которыми многие познакомились в ходе изучения физики. Измерить физическую величину - это значит сравнить ее с однородной величиной, взятой за единицу.

Измерение бывают прямые и косвенные. В случае прямых измерений величину сравнивают с ее единицей (метр, секунда, килограмм, ампер и т.д.) с помощью измерительного прибора, проградуированный в соответствующих единицах.

Основными экспериментально измеряемыми величинами являются расстояние, время и масса. Их измеряют, например, с помощью рулетки, часов и весов (или весов) соответственно. Существуют также приборы для измерения сложных величин: для измерения скорости движения тел используют спидометры, для определение силы электрического тока - амперметры и т. д.

Основные типы погрешностей измерений

Несовершенство измерительных приборов и органов чувств человека, а часто - и природа самой измеряемой величины приводят к тому, что результат при любом измерении получают с определенной точностью, то есть эксперимент дает не истинное значение измеряемой величины, а довольно близкое.

Точность измерения определяется близостью этого результата к истинному значение измеряемой величины или к истинному среднего, количественной мерой точности измерения является погрешность. В общем указывают абсолютную погрешность измерения.

Основные типы погрешностей измерений включают в себя:

1. Грубые ошибки (промахи), которые возникают в результате небрежности или невнимательности экспериментатора. Например, отсчет измеряемой величины случайно проведенный без необходимых приборов, неверно прочитана цифра на шкале и тому подобное. Этих погрешностей легко избежать.
2. Случайные ошибки возникают по разным причинам, действие которых различны в каждом из опытов, они не могут быть предусмотрены заранее. Эти погрешности подчиняются статистическим закономерностям и высчитываются с помощью методов математической статистики.
3. Систематические ошибки возникают в результате неправильного метода измерения, неисправности приборов и т.д. Один из видов систематических погрешностей – погрешности приборов, определяющих точность измерения приборов. При считывании результат измерений неизбежно округляется, учитывая цену деления и, соответственно, точность прибора. Этих видов ошибок невозможно избежать и они должны быть учтены наряду со случайными ошибками.

В предложенных методических указаниях приведены конечные формулы теории погрешностей, необходимые для математической обработки результатов измерений.

Площадь в системе СИ

Площадь, объем и скорость являются производными единицами, их размерности происходят от основных единиц измерения.

В расчетах используют также кратные единицы, в целую степень десятки превышают основную единицу измерения. К примеру: 1 км = 1000 м, 1 дм = 10 см (сантиметров), 1 м = 100 см, 1 кг = 1000 г. Или частные единицы, в целый степень десятки меньше установленной единицы измерения: 1 см = 0,01 м, 1 мм = 0,1 см.

С единицами времени несколько иначе: 1 мин. = 60 с, 1 ч. = 3600 с. Частных является лишь 1 мс (миллисекунда) = 0,001 с и 1 мкс (микросекунда) = 10-6с.

Рисунок 1. Список физических величин. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Измерения и измерительные приборы

Измерения и измерительные приборы включает в себя:

1. Измерительные приборы - устройства, с помощью которых измеряют физические величины.
2. Скалярные физические величины - физические величины, которые задают только числовыми значениями.
3. Физическая величина - физическое свойство материального объекта, физического явления, процесса, который может быть охарактеризовано количественно.
4. Векторные физические величины - физические величины, характеризующие числовым значением и направлением. Значение векторной величины называют ее модулем.
5. Длина - расстояние от точки до точки.
6. Площадь - величина, определяющая размер поверхности, одна из основных свойств геометрических фигур.
7. Объем - вместимость геометрического тела, или части пространства, ограниченной замкнутыми поверхностями.
8. Перемещение тела - направленный отрезок, проведенный из начального положения тела в его конечное положение.
9. Масса - физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик тела, обычно обозначается латинской буквой m.
10. Сила притяжения - сила, с которой Земля притягивает предметы.

Измерение физических величин, заключается в сопоставлении какой - либо величины с однородной величиной, принятой за единицу. В метрологии используется термин "измерение", под которым понимается нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Измерение, выполняемые с помощью специальных технических средств, называют инструментальными. Простейшим примером таких измерений является определение размера детали линейкой с делениями, то есть сравнение размера детали с единицей длины, хранимой линейкой.

Производным от термина "измерение" является термин "измерять", широко используемый на практике. Встречаются термины "мерить", "обмерять", "замерять", но применение их в метрологии недопустимо.

Для упорядочения измерительной деятельности измерения классифицируют по следующим признакам:

Общим приемам получения результатов - прямые, косвенные, совместимые, совокупные;

Числу измерений в серии – однократные и многократные;

Метрологическому назначению – технические, метрологические;

Характеристике точности – равноточные и неравноточные;

Отношению к изменению измеряемой величины – статистические и динамические;

Выражению результата измерений – абсолютные и относительные;

Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерения массы на весах, температуры термометров, длины с помощью линейных мер). При прямых измерениях объект исследования приводят во взаимодействие со средствами измерений и по показаниям последнего отсчитывают значение измеряемой величины. Иногда показания прибора умножают на коэффициент, вводят соответствующие поправки и т. д. Эти измерения можно записать в виде уравнения: Х = С · Х П,

где Х – значение измеряемой величины в принятых для нее единицах;

С – цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства в единицах измеряемой величины;

Х П – отсчет по индикаторному устройству в делениях шкалы.

Косвенные измерения- измерения, при которых искомое значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями (определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам, удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). В общем случае эту зависимость можно представить в виде функции Х = (X1,X2,....,Xn), в которой значение аргументов Х1, Х2, ….,Хn находят в результате прямых, а иногда косвенных, совместных или совокупных измерений.

Например, плотность однородного твердого тела ρ находят как отношение массы m к его объему V , а массу и объем тела измеряют непосредственно: ρ=m/V.

Для повышения точности измерений плотности ρ измерения массы m и объема V производят многократно. В этом случае плотность тела

ρ = m/V , m – результат измерения массы тела, m = 1/n Σ m i ;

V=ΣVi/n - результат измерения объема тела Π.

Совокупные измерения- измерения нескольких однородных величин, при которых искомое значение величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (измерения при которых масса отдельных гирь набора находятся по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Совместные измерения- одновременные измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними (проводимые одновременно измерения приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры и определения коэффициента линейного расширения).

Совместные и совокупные измерения по способам нахождения искомых значений измеряемых величин очень близки. Отличие же состоит в том, что при сово­купных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных - разноименных. Значения измеряемых величин х1, ..., хп определяют на основании совокупных уравнений;

F1 (X1, ..., Хm, Х11, ... , Х1n);

F2 (X1, ..., Хm, Х21, ... , Х1n);

Fn (X1, ..., Хm, Хk1, ... , Хkn),

где Х11, Х21, ……………..Хk n - величины, намеряемые прямыми методами.

Совместные измерения основываются на известных уравнениях, отражающих существующие в природе связи между свойствами объектов, т.е. между величинами.

Абсолютные измерения- измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и использовании физических констант.

Относительные измерения- получение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Однократные измерения- измерение, выполняемое один раз (измерение конкретного времени по часам).

Многократные измерения- измерения одной и той же физической величины, результат которых получают из нескольких следующих друг за другом измерений. Обычно многократными измерениями считаются те, которые производятся свыше трех раз.

Технические измерения- измерения, выполняемые при помощи рабочих средств измерений с целью контроля и управления научными экспериментами, контроля параметров изделий и т.д. (измерение давления воздуха в автомобильной камере).

Метрологические измерения - измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью нововведения единиц физических величин или передачи их размеров рабочим средствам измерений.

Равноточные измерения- ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности сред­ствами измерений в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения- ряд измере­ний какой-либо величины, выполненных различными по точности с средствами измерений и в разных условиях.

Статические измерения- измерения фи­зической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения (измерения размера детали при нормальной темпера­туре).

Динамические измерения- измерения фи­зической величины, размер которой изменяется с течением време­ни (измерения расстояния до уровня земли со снижающегося само­лета) .

Средства измерений

Средства измерений - это технические сред­ства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метро­логические свойства. От средств измерений зависит правильное определение значе­ния измеряемой величины в процессе ее измерений. К средствам измерений относят: меры: измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроиз­ведения физической величины заданного размера (гиря - мера массы, генератор - мера частоты электрических колебаний). Меры, в свою очередь, подразделяют на однозначные и много­значные.

Однозначная мера- мера, воспроизводящая фи­зическую величину одного размера (плоскопараллельная концевая мера длины, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости),

многозначная мера- мера, воспроизводящая Ряд одноименных физических величин различного размера (линейка: миллиметровыми делениями, конденсатор переменной емкости).

Набор мер - специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных соче­таниях с целью воспроизведения Ряда одноименных величин различ­ного размера (набор гирь, набор плоскопараллельных концевых мер длины).

Измерительный прибор средство изме­рений, предназначенное для выработки сигнала измерительной ин­формации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Результаты измерений выдаются отсчетными устрой­ствами приборов, которые могут быть шкальными, цифровыми и регистрирующими.

Шкальные отсчетные устройства состоят из шкалы, представля­ющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд пос­ледовательных значений измеряемой величины, и указателя (стре­лки, электронного луча и других), связанного с подвижной систе­мой прибора.

Отметки шкалы с представленными числовыми значениями называ­ют числовыми отметками шкалы. Основные характеристики шкалы - длина деления шкалы, выражающаяся расстоянием между осями двух соседних штрихов шкалы, и цена деления шкалы, представ­ляющая значение измеряемой величины, вызывающей перемещение указателя на одно деление.

Принято также выделять понятия: диапазон измерений и диапа­зон показаний.

Диапазон измерений представляет собой часть диапазона пока­заний, для которого нормированы пределы допускаемых погрешно­стей средств измерений. Наименьшее и наибольшее значения диапа­зона измерений называют соответственно нижним и верхним преде­лами измерений.

Значение величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой вели­чины, называют показанием средства измерений.

Измеренное значение определяется или путем умножения количе­ства делений шкалы на цену деления шкалы или умножением число­вого значения, считанного по шкале, на постоянную шкалы.

В настоящее время широкое распространение имеют либо механи­ческие, либо световые цифровые отсчетные устройства.

Регистрирующие отсчетные устройства состоят из пишущего или печатного механизма и ленты. Простейшее пишущее устройство пре­дставляет собой перо, заполненное чернилами, фиксирующее резу­льтат измерения на бумажной ленте. В более сложных устройствах запись результата измерений может проводиться световым или электронным лучом, перемещение которого зависит от значений измеряемых величин.

Физические величины. Измерение физических величин.

Цель урока: Познакомить учащихся с понятием «физическая величина», основными единицами физических величин в СИ, научить измерять физические величины при помощи простейших измерительных средств, определять погрешность измерений.
Задачи:

Обучающие: познакомить учащихся с понятием физической величины, сущности определения физической величины, с понятием погрешности измерения, основными единицами физических величин в СИ; научить определять цену деления измерительного прибора, определять погрешность измерения, переводить величины из основных в дольные и кратные

Развивающие: расширять кругозор учащихся, развивать их творческие способности, прививать интерес к изучению физики с учетом их психологических особенностей. Развивать логическое мышление через формирование понятий: цена деления (способы и методы ее применения), шкала измерительного прибора.

Воспитательные: формировать познавательный интерес обучающихся через исторические и современные сведения об измерении физических величин; научить культуре общения учащихся, партнерству, работе в группах.

Оборудование: компьютер, проектор, лабораторные, демонстрационные и бытовые измерительные приборы (термометр, линейка, рулетка, весы, часы, секундомер, мензурка, другие измерительные приборы).

Ход урока:

Актуализация опорных знаний

Объяснение нового материала I(слайд4 – 10)

Практическое задание I.

измерьте размеры своего учебника. Рассчитайте площадь его обложки. Рассчитайте объем учебника.

Объяснение нового материала II (слайд 11-13)

Что общего у всех приборов? Ответ: шкала Характеристики любой шкалы: пределы измерения и цена деления. Узнаем что это такое. Пределы измерения определяются числами у первого и последнего деления шкалы. Нельзя пользоваться прибором, пытаясь измерить величину, превышающую предел его измерения! Цена деления – это численное значение измеряемой величины, которое соответствует одному (самому маленькому) делению шкалы
5.Практическое задание II (слайд14) Определите цену деления своей линейки и приборов на демонстрационном столе и экране.

Практическое задание III. (слайд 15)

Подведение итогов. Анонсирование работы на следующем уроке – будем измерять объемы жидкостей (с учетом погрешностей!) .

Представление о физической величине является полным только тогда, когда она измерена. Потребность в измерении ФВ возникла на ранней стадии познания природы и возрастала по мере развития и усложнения производственной и научной деятельности человека. Требования к точности измерения ФВ постоянно возрастают.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения.

Измерить неизвестную физическую величину можно двумя способами:

а) Прямым измерением называют измерение, при котором значение ФВ определяют непосредственно из опыта. К прямым измерениям относятся, например, измерение массы с помощью весов, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой.

б) Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение ФВ находят путем прямого измерения других ФВ на основании известной зависимости между ними. Косвенным измерением является, например, определение плотности ρ вещества путем прямых измерений объема V и массы m тела.

Конкретные реализации одной и той же ФВ называются однородными величинами. Например, расстояние между зрачками ваших глаз и высота Останкинской башни есть конкретные реализации одной и той же ФВ – длины и поэтому они являются однородными величинами. Масса сотового телефона и масса атомного ледокола также однородные физические величины.

Однородные ФВ отличаются друг от друга размером. Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Размеры однородных физических величин различных объектов можно сравнивать между собой.

Подчеркнем существенное отличие физических величин от единиц их измерения . Если измеренное значение ФВ отвечает на вопрос «сколько?», то единица измерения отвечает на вопрос «чего?». Некоторые единицы измерения удается воспроизвести в виде каких-то тел или образцов (гири, линейки и т.п.). Такие образцы называются мерами . Меры, выполненные с наивысшей достижимой в настоящее время точностью, называются эталонами .

Значением физической величины является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Основными единицами измерения называют произвольные единицы измерения для немногих величин (независимых друг от друга), с которыми все остальные находятся в определенной связи. Следует различать истинное и действительное значения физической величины.

Истинное значение ФВ – это идеальное значение ФВ, существующее объективно независимо от человека и методов его измерения. Однако истинное значение ФВ нам, как правило, неизвестно. И узнать его можно лишь приблизительно с определенной точностью путем измерения.

Действительное значение ФВ – есть значение, найденное экспериментальным путем – измерением. Степень приближения действительного значения ФВ к истинному зависит от совершенства применяемых технических средств измерения.

Измерения ФВ основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения .

К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и др.

Измерительный прибор – это средство измерения, предназначенное для формирования сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. К измерительным приборам относятся амперметр, динамометр, линейка, весы, манометр и др.

Кроме основных физических величин в физике существуют производные физические величины, которые можно выразить через основные. Для этого необходимо ввести два понятия: размерность производной величины и определяющее уравнение. Производные единицы получаются из основных при помощи уравнений связи между соответствующими величинами.

Чувствительность измерительных приборов – Измерительные приборы характеризуются чувствительностью . Чувствительность измерительного прибора равна отношению линейного (Dl) или углового (Da) перемещения указателя сигнала по шкале прибора к вызвавшему его изменению DX измеряемой величины X. Чувствительность определяет минимальное измеряемое значение ФВ с помощью данного прибора.