Шпаргалка по "Метрологии"

1.Основ.  определения: единство измерений,  физическая величина, системы единиц  физических величин(принципы построения), истинное и действительное значения, погрешность.

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единство  измерений – такое состояние измерений при котором результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешность известна с заданной вероятностью.

Физическая  величина – свойство общее в качественном отношении для многих физических объектов, но индивидуальное для каждого из них.

Системой  физических величин наз. совокупность физических величин, образованная в соответствии с некоторыми принятыми принципами.

Системы физ. величин состоят из основных, которые в общем случае приняты произвольно, но обоснованы и производных.

Формирование систем физ. величин  началось с момента появления  измерения и  продолжалось до появления  СИ. В результате была разработана система СИ, при построении которой используется принцип удобства применения. Этот  принцип включает различные критерии:

• простота образования производных физических величин.
• высокая точность воспроизведения физ. величины и передачи ее размеров,
• неуничтожимость единиц, сохранение их размеров и названий при разработке новых норм,
• близость размеров основных величин к наиболее встречающимся на практике.

Истинное значение физ. величины- значение которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношении данное свойство объекта.

Действительное-значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что в данных условиях может быть использовано вместо него.

Измерения как и любой экспериментальный  процесс всегда выполняется с  некоторой ошибкой, оценкой этой ошибки является погрешность, кот. определяется след. образом:      ∆ = х-х_и. Где х- результат измерений, х_и-истинное значение.

                                         ∆= х-х_и= х-х_д. х_д- действительное значение.

 

 

 

 

 

 

2. Классификация измерений. Измерения с однократными и многократными наблюдениями. Прямые и косвенные измерения.

Классификация. Измерения подразд. на статические и динамические.

По точности подразд.:

• измерения, выполняемые с max возможной точностью, достижимой при современном уровне техники.
• контрольно-поверочные- измерения, которые проводятся с погрешностью не превышающей заданное значение.
• технические- измерения, погрешность которых обусловлена погрешностью применяемых средств измерения.

По числу  наблюдений:

• однократные
• многократные.

Измерения с однократными наблюдениями используются в тех случаях, если преобладающей является систематическая погрешность. Недостаток: невысокая точность, а преимущество: малые затраты времени на измерение.

Измерения с многократными наблюдениями применяются, когда преобладающей является случайная погрешность. Недостаток: длительное время измерения, однако в последнее время созданы средства измерения, имеющие высокое быстродействие.

По способу  получения результата:

• прямые
• косвенные

Прямые – такие, при которых искомая величина определяется непосредственно из опыта.

Косвенные- такие при которых искомая величина находится на основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, которые определяются прямыми методами.

Прямые  однократные измерения. Эти измерения возможны при следующих условиях:

1. Объем априорной информации об объекте измерения таков, что модель измерений не вызывает сомнений.
2. Систематические погрешности известны и внесены соответствующие поправки.
3. Средства измерений исправны, т. е. их метрологические характеристики соответствуют нормам.

Составляющими погрешности являются погрешность  средств измерения и погрешность  вносимая оператором. Полученный результат  измерении записывают в виде:                         А=х±∆х

       х- показания прибора,  ∆х- абсолютная погрешность, определенная в соответствии с классом точности прибора.

Прямые многократные измерения. Количество наблюдений опред. исходя из следующего выражения: n ≥     Р_д- доверительная вероятность

Результат прямых многократных измерений записывается в виде:  А =

Косвенные измерения. Если измерения некоррелированы, что бывает чаще всего, погрешность косвенных измерений определяется по формуле:

                              

Косвенные измерения  представлены в виде произведения переменных, то удобно пользоваться:   δ=

3. Погрешности измерений. Систематическая и случайная погрешность: источники возникновения, характер проявления и методы уменьшения. Правила округления результатов.

Измерения как и любой экспериментальный  процесс всегда выполняется с  некоторой ошибкой, оценкой этой ошибки является погрешность, кот. определяется след. образом:      ∆ = х-х_и. Где х- результат измерений, х_и-истинное значение.

                                         ∆= х-х_и= х-х_д. х_д- действительное значение.

Т. обр. получается, что сама погрешность  находится с некоторой неопределенностью, выраженная таким образом погрешность  наз. абсолютной и выражается в единицах измеряемой величины. Такая погрешность имеет один недостаток: не всегда позволяет судитьо качестве измерений.

                                         δ= ∙100 %∙100%

   δ- относительная погрешность.

Погрешность выражается суммой 2-х  составляющих: систематической и  случайной:    ∆=+ - случайная погрешность,  - систематическая.

Случайная погрешность- составляющая погрешность измерений, которая изменяется случайным образом при проведении повторных измерений одной и той же физической величины. Причины, вызывающие случайную погрешность заранее непредсказуемы, действуют неодинаково и с различной интенсивностью. Исключить случайную погрешность из результат измерения невозможно, однако ее можно уменьшить, проводя многократные измерения и обрабатывая результаты использую методы матем. статистики.

Под систематической погрешностью понимается погрешность,кот. остается постоянной или изменяется по известному закону при проведении повторных измерений. Со временем выяснили, что определяемым т. обр. погрешностям присущи некоторые свойства случайных величин, поэт. сегодня систематическая погрешность трактуется как специфическая случайная величина, для которой могут быть определены мат. ожидание и   среднеквадратическое отклонение (СКО).

Для исключения систематической погрешности  используют следующие методы:

1 Метод рандомизации. Этот метод основан на том, что одна и та же физ. величина измеряется разными приборами или разными методами. Систематические погрешности каждого из методов или приборов в совокупности является случайной величиной. При увеличении числа приборов систематические погрешности взаимно компенсируются.

2 Анализ знаков неисправленных  случайных  погрешностей. Если например случайные погрешности имели чередующиеся знаки, то можно говорить о периодически изменяющейся систематической погрешности.

3 Графический метод. Он заключается  в построении последовательности  неисправленных результатов измерений.  Полученные результат соединяют  плавной линией, которая позволяет  определить тенденцию изменения  погрешности.

4 Статистический метод.

Правило округления.  Количество значащих цифр в результате измерений должно давать представление о погрешности измерения. Большое количество знаков не целесообразно, т. к. не превышает точность, а меньшее не допустимо, т. к. ухудшает результат. Результат должен оканчиваться тем же разрядом, что и абсолютная погрешность. Если из старшая из отбрасываемых цифр 5, а за ней следует 0 или неизвестная величина, то остающаяся цифра увеличивается на единицу, если она нечетная и не изменяется, если она четная. Если же после 5 следуют цифры отличные от 0, то остающиеся цифры увеличиваются на 1.

4.Методы измерений: непосредственной оценки и сравнения с мерой (противопоставления и замещения) – преимущества и недостатки. Средства измерений(СИ):классификация. СИ прямого и компенсационного действия. Статическая и астатическая компенсация.

Все методы измерений можно разделить  на 2 группы.

1Метод непосредственной оценки.

2 Метод сравнения с мерой

1-й – метод. В котором значении физической величины определяют непосредственно по отчетному устройству прибора прямого действия.

Прибор  прямого действия – такой, в котором сигнал измерительной информации передается в одном направлении: с входа на выход.

В состав приборов прямого действия входят  ПП – ИС – ИМ – ОУ

ПП- первичный измерительный преобразователь, ИС- измерительная схема, кот. предназ. для преобразования ПП в более мощный, ИМ- измерительный механизм – часть прибора, взаимодействие элементов которого вызывает их относительное перемещение, ОУ- отчетное устройство.

Достоинства: простота реализации, высокая скорость. Поэтому этот метод в основном используется в технологиях, при автоматическом контроле и т.д.

Недостаток – невысокая точность.

2-й – метод, в котором неизвестная измеряемая величина сравнивается с другой величиной, воспроизводимой мерой.

Этот метод можно на нулевой и дифференциальный.

Нулевой- метод, при котором результат сравнения доводят до нуля.  Недостаток: требуется большое количество разнокалиберных мер.

Дифференц.- метод, при котором на элемент сравнения действует разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой.

Каждый из этих методов включает метод противопоставления и метод  замещения.

Метод противопоставления – метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, действуют на элемент сравнения одновременно.

Метод замещения - метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, действуют на элемент сравнения по очереди.

Метод замещения – самый точный из существующих методов измерения.

Разновидностью метода сравнения  с мерой является компенсационный, когда в приборе создается воздействие, равное воздействию измеряемой величины, но направленное на встречу ему.

Средства  измерения. Классифицируются по назначению, принципу действия и виду. По виду бывают:

Мера – средство измерения, предназначенное воспроизведения размера физической величины.

Измерительный преобразователь - средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для преобразования, хранении и передачи на расстояния, но не удобной для непосредственного восприятия для оператором.

Преобразователь, находящийся под  непосредственным воздействием измеряемой величины наз. первичным преобразователем.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме удобной для оператора.

Измерительная установка – совокупность средств измерений и вспомогательного оборудования, расположенная в одном месте и предназначенная для выработки измерительной информации  в форме удобной для оператору.

Измерительная система - совокупность средств измерений и вспомогательного оборудования, расположенных в разных местах, объединенных каналами связи и предназначенная для выработки измерительной информации  в форме удобной для передачи, хранения и преобразования.

По  метрологическому назначению:

• Образцовые или эталонные средства измерения
• Рабочие

В зависимости от метода преобразования сигнала различают приборы прямого  действия и компенсационные.

У компенсационных присутствует элемент обратной связи. На вход измерительной схемы кроме сигнала пропорционального входной величине действует сигнал пропорциональный выходной величине. Компенсационные бывают со статической и астатической компенсацией.  Если элемент обратной связи – усилительное звено, то такая компенсация наз статической, если интегрирующее звено – астатической.