Лекции по "Метрология"

Метод замещения - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой

Метод совпадений - разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов

РАЗЛИЧАТЬ!!!

Метод измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений (научная основа метода измерений).

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

A=k*A0

где А – значение измеряемой физической величины (обозначают часто за Х);

А0 – значение величины, принятой за образец;

k- отношение измеряемой величины к образцу (зависит от метода измерения и единицы измерения)

Размерность – общее равнение

dimQ=Lα Mβ Tγ……

где L, M, T – условные обозначения основных физических величин данной системы;

 α, β, γ - целые или дробные, положительные или отрицательные вещественные числа; - наз. Показателем размерности

Аксиомы метрологии

Без изначальной информации измерение невозможно

Измерение есть ничто, как сравнение

Результат измерения без округления считается случайным

 

Средство измерений (СИ)

- техническое средство, предназначенное  для измерений, имеющее нормированные  метрологические характеристики (НМХ), воспроизводящее и/или хранящее  единицу физической величины, размер  которой принимается неизменным в течении известного интервала времени в пределах установленной погрешности.

МХ – характеристика одного из свойств СИ, влияющая на результат измерений и на его погрешность.

Основные МХ – погрешность измерения, диапазон измерения и т.д.

НМХ – это МХ устанавливаемые нормативно-техничекими документами.

КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ (СИ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭТАЛОНЫ И ОБРАЗЦОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Эталон единицы – средство измерений (или комплекс средств) обеспечивающее воспроизведение и(или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным

Специальный эталон - воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условия первичный эталон.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным

Примеры: государственный первичный эталон единицы ЭДС (ГОСТ 8.027-75); специальный эталон единицы напряжения - тока в диапазонах частот 100...1500 Мгц (ГОСТ 8072-73 и 8075-73).

В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.

Вторичные эталоны по своему назначению делятся на:

Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (пример : т.н. нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта Международного бюро мер и весов).

Рабочий эталон - применяют для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях – наиболее точным средствам измерений. 
*Образцовое средство измерения (устарело!!!)– мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащий для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых. 
Поверка средств измерений – определение метрологическим органом погрешности средств измерений и установления его пригодности к применению. 
Рабочее средство измерений – применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

Поверка - периодический контроль погрешностей показаний средств измерения по средствам измерения более высокого класса точности (образцовым приборам или образцовой мере). Как правило, поверка заканчивается выдачей свидетельства о поверке или клеймлением измерительного прибора или поверяемой меры. 
Градуировка - нанесение отметок на шкалу прибора или получение зависимости показаний цифрового индикатора от значения измеряемой физической величины. Часто в технических измерениях под градуировкой понимают периодический контроль работоспособности прибора по мерам, не имеющим метрологического статуса или по встроенным в прибор специальным устройствам. Иногда такую процедуру называют калибровкой и это слово пишется на рабочей панели прибора. 
Этот термин на самом деле в метрологии занят, и калибровкой согласно стандартам называют несколько иную процедуру. 
Калибровка меры или набора мер - поверка совокупности однозначных мер или многозначной меры на различных отметках шкалы. Другими словами, калибровка - это поверка меры посредством совокупных измерений. Иногда термин «калибровка» употребляют как синоним поверки, однако калибровкой можно называть только такую поверку, при которой сравниваются несколько мер или деления шкалы между собой в различных сочетаниях.

Поверка – определение специальным органом метрологической службы метрологических характеристик средства измерения и установление его пригодности к применению по результатам контроля их соответствия предъявляемым требованиям.

Калибровка – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и/или пригодности к применению средства измерения, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору.

Обобщенный вид поверочной схемы

Первичный эталон-рабочие эталоны-рабочие приборы или меры высокой точности-обрзцовые приборы или меры 1го разряда-рабочие приборы или меры средней точности-образцовые приборы или меры 2го разряда-рабочие приборы или меры низкой точности-рабочие приборы или меры 3го разряда.

 

ТИПЫ ШКАЛ

ПРЯМОЛИНЕЙНАЯ, КРИВОЛИНЕЙНАЯ, КРУГОВАЯ, БАРАБАННАЯ

ВИДЫ ШКАЛ

РАВНОМЕРНЫЕ (L1-L2)/L1≤1/3, НЕРАВНОМЕРНЫЕ >1/3

ОДНОСТОРОННИЕ, БЕЗНУЛЕВАЯ, ДВУСТОРОНЯЯ

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ

ДЛИНА ШКАЛЫ – РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ НАЧАЛЬНОЙ И КОНЕЧНОЙ МЕТКАМИ, ПРОВЕДЕННОЕ ЧЕРЕЗ СЕРЕДИНЫ САМЫХ КОРОТКИХ ОТМЕТОК

ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ – С=Х/n

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ – S=1/C

ПОРОГ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ – ВЕЛИЧИНА СИГНАЛА, ПРИ КОТОРОЙ ВИДНА НА ГЛАЗ РЕАКЦИЯ СИГНАЛА

ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (статическая хар-ка) ПОКАЗЫВАЕТ ВЗАИМОСВЯЗЬ СИГНАЛА НА ВХОДЕ С СИГНАЛОМ НА ВЫХОДЕ y=f(x) пример: термопара – для неё это завис-сть E от Т-ры

Динамические – определяют инерционные свойства СИ; зависимость информативного параметра выходного сигнала от меняющихся во времени параметров входного сигнала: импульсная, переходная, диф. уравнение СИ, передаточная f, АЧХ и ФЧХ.

Динамические свойства СИ характеризуются также быстродействием– скоростью и временем измерения (временем установления показаний). Скорость измерения (преобразования) определяется максимальным числом измерений (преобразований) в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью. Время измерения (преобразования) – время, прошедшее с момента начала измерения (преобразования) до получения результата с нормированной погрешностью.

Чувствительность, порог чувствительности, разрешающая способность СИ.

Чувствительностью СИ называется отношение изменения выходной величины (информативного параметра) к вызывающему его изменению входной величины (информативного параметра входного сигнала).

Разрешающей способностью СИ называется наименьшее различаемое с помощью данного СИ изменение измеряемой величины, или наименьшее различимое отличие друг от друга двух одноименных величин.

Порог чувствительности и разрешающая способность имеют размерность измеряемой величины и обычно определяются уровнем его внутренних шумов и нестабильностью элементов. У цифровых приборов порог чувствительности и разрешающая способность, как правило, равны цене единицы младшего разряда.

ПОГРЕШНОСТИ

По способу выражения различают погрешности :

Разница между результатами измерения Xизм и истинным значением Хист измеряемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:

DХ=Хизм-Хист

Или DХ=Хизм-Хд

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой измерительного прибора  С = - DХ.

Относительная погрешность измерений: - отношение абсолютной погрешности к истинной величине. Определяется, как правило, в %.

d= (Δ/Хизм)*100%

Приведенная погрешность  измерения: - отношение абсолютной погрешности к некоторому нормированному значению Хn

g= (Δ/Хn)*100%

ПОГРЕШНОСТИ

Основная погрешность измерительного прибора - погрешность, возникающая при нормальном использовании прибора. Её можно представить в виде суммы погрешностей - аддитивной и мультипликативной.

Δa+b*X, где а – аддитивная погрешность; b – мультипликативная погрешность; Х – текущее значение измерений.

ПОГРЕШНОСТИ

По причине возникновения:

1.ПОГРЕШНОСТИ ПО ОТНОШЕНИЮ К УСЛОВИЯМ ИЗМЕРЕНИЯ:

основная   погрешность   СИ   -   погрешность   СИ,   применяемого   в нормальных условиях;

дополнительная   погрешность   -   составляющая   погрешности   СИ,которая вызвана отклонением условий измерения от нормальных.

2.ПОГРЕШНОСТИ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ХАРАКТЕРУ ПРОЯВЛЕНИЯ:

-Систематические (постоянные) погрешности - постоянны во времени или меняются в зависимости от какой-либо функции, т.е. ∆X=const или ∆X =f(x).

Погрешность зависит от принципа, который заложен в СИ. Могут быть: аддитивная или мультипликативная погрешности. Аддитивная погрешность появляется при сдвиге нуля, т.е. прибавляется, и не зависит от измеряемой величины. Если в СИ ввести корректор нуля, то погрешность исчезает. Мультипликативная погрешность увеличивается с ростом измеряемой величины.

-СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ - не являются постоянными или меняются по случайному закону.

Причины случайных погрешностей: неправильная установка, быстро изменяющиеся внешние условия (например, от тепла рук возможны микронные изменения), параллакс (т.к. нет фиксатора глаза положение глаза относительно нормали случайно).

Характеристиками случайной погрешности являются среднеквадратическое отклонение (S) и размах (R). Чем больше размах, тем больше величина случайной погрешности.

Погрешности по отношению к измеряемой величине:

статические погрешности (если ФВ не меняется в процессе измерения);

динамические погрешности (ФВ изменяется в процессе измерения);

дрейфовые или прогрессирующие (из-за старения объектов).

погрешность по причине возникновения

1. погрешность  СИ (инструментальная)

2. погрешность  оператора (параллакс)

3. методическая  погрешность. (const, объект измерения)

4. грубая, ошибка.

ПОГРЕШНОСТИ

У цифровых измерительных приборов погрешность определяется из выражения:

d= ±[c+d(|Хк/Хизм|-1)] , %

где Хк – конечное значение диапазона измерения, Х – текущее значение измеряемой величины, c и d – составляющие погрешности, приведенные на шкале или в паспорте цифрового прибора

 

Классы точности средств измерений

Класс точности — обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в соответствующих стандартах.

В стандартах есть такое примечание: «Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств».

Отметим, что класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но не характеризует точности измерений, выполняемых этими средствами, так как погрешность зависит и от метода измерений, и от условий измерений и т. д. Последнее важно учитывать при выборе средства измерения в зависимости от заданной точности измерений.

Средство измерений может иметь два и более класса точности. Например, при наличии у средства измерений нескольких диапазонов измерений одной и той же физической величины ему можно присвоить два или более класса точности. Приборы, предназначенные для измерения нескольких физических величин, также могут иметь различные классы точности для каждой измеряемой величины.

К.Т. – это МХ СИ, выраженная пределами его допустимых основной и дополнительной погрешностей. К.Т. выражается:

если ∆X=±а, то к.т. – 1, 2, 3, 4….

В НТД пишется к.т. 1±а1, к.т. 2±а2, к.т. 3±а3,… а1<a2<a3р