Лекции по "Метрологии"

1. Метрология и ее составляющая

Это наука об измерениях методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Она включает 3 состовляющие:

• Законодательная- устанавливает обязательные технические и юредические требования требования по применению физических велечин, эталонов, методов и средств измерений.
• Теоретиеская- разрабатывает фундаментальные основы этой науки.
• Практическая.

 

2. Свойства и велечина. Классификация велечин

Свойства- вырожают такую сторону объекта которая обуславливает его отличие или общность с другими объектами. Категория качества.

Велечина- это свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом.

Велечины- реальные- физические( измерения ) и нефизические( философские) идеальные( математические)

Классификация

1. по видам явлений: вещественные( физические и физико-химические св-ва емкость плотность масса) энергетические( процессы передачи и использования энергий ток, напряжение) ФВ характеризующие протекание процессов во времени( спектральные характеристики)
2. по пренодлежнасти к различным группам физическим процессам : механические, электрические, тепловые, атомные, окустические, магнитные
3. по степени условной независимости: основные, дополнительные( еденицы плоского или телесного угла) производные(Гц, Н)
4. по отношению к системе СИ: допускаемые на равнее, допускаемые в определенной области( караты, диоптрии), временно допускаемые( обороты в мин.) изъятые из употребления( мм. Ртут. Столба)
5. по наличию размерности: размерные, безразмерные.

 

3. Классификация физ. Велечин. Основное уравнение измерений.

Оценивание физ фелечин производится с помощью шкал. Шкала велечины- это упорядоченная последовательность ёё зачений принятая по согласованию на основании точных измерений.

Классификация:

• Шкала наименований- объеты св-ва которых нельзя считать физ фелечиной, отсутствие понятия нуля( атлас цветов)
• Шкала порядка- для объектов св-ва которых проявляют себя по возрастанию или убыванию, количественного проявления этих св-ев. У так может сучествовать или нет о. но едениц измерений нет( 12 бальная шкла землетрясений)
• Шкала интервалов- сост из одинаковых интервалов, имеет ед измерения и произвольно выбра начало ( 0 точку) возможно сложение и вычитание интервалов( лето исчесление)
• Ш. отношений- существует 0. и еденицы измерений. К значениям полученным применимы все арифметическеи действия.
• Абсолютная – это шкала отношений имеющая однозначное естественное определение еденицы измерений, не зависящее от принятой сист едениц измерения. Такие ш. соответствуют относительным велечинам( коэф усиления или ослобления).

Основное уравнение

Ш отношений описывае основное уравнение измерений Q=q[Q]

[Q]- физическая фелечина фиксированного размера который условно присвоено числовое значений равное еденицы, применяемое для количественного вырожения однородных физических велечин.

Q- это значение физ. Велечины, т.е оценка ее размеров виде некоторого числа принятых для нее едениц

q- числовое значение физ. Велечины отвлеченное число, вырожающее отношение значения велечны к соответствующей еденицы данной физической велечины.

 

4. Классификация видов измерений
• По характеру точности- равноточные( измерия какой либо велечены проводим на одинак условиях и оборудовании) не равноточные( производим при не одинак условиях или разными по точности средствами измерений)
• По числу измерений: однократные, многократные
• Отношение к изменению измерительнй велечины: статические, динамические
• По метрологическим назначениям: технические( не связанные с передачей размера физ вел) метрологические
• По вырожению результатов:  абсолютные, относительные допусковые
• По связи с объектами: контактные и безконтактные
• По степени достаточности: достаточные избыточные
• По точности оценки погрешности: технические, лабораторные
• По общим приемам получения результатов( по способу обработки эксперементал данных): прямые методом( непосредственной оценки, сравнения с мерой,  метод дополнения, нулевой метод, замещение, мет. Противопоставления, совпадения) косвенные методы( на основе прямых измерений с измеренной велчиной известной зависимостью ) совокупным измерением( по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных велечин при различных сочетаниях мер этих велечин . результат путем решения сист уравнений сост по езельтатам нескольких примых измерений) совместный( 2 и более не одинаковых велечин, цель – нахождение ф-ии зависимости между ними)

 

5.Погрешностьизмерений. Системотические  погрешности измерений

Погреш измер▲Хизм – это отклонение результата измерений Х от истенного значения измер велечины

▲Хизм = Х-Хи

• В зависимости от формы вырожения: абсолютная, относительная, приведенная
• От характера проявления причин возникновения и возможности устраниния: грубая( из-за ошибок действия оператора, технич неполадок) , случайная, систематическая

Систематическая погреш ▲С

Остается постоянной или закономерной при повторных измерениях одного и тогоже параметра. Различают следующие группы сисит погрешностей: инструментальные, метода, из-за внешнего влияния, субъективные, в результате не правильной установки измерительного устройства.

 

6.Характер проявления систематических  погрешностей измерений

По характеру проявления они условно подразделяются на постоянные и переменные. Переменные в совю очередь делятся на : прогрессивные, переодические и измен по сложному закону.

Постоянные характериз тем,что  остаются постоянным значение и знак в течен времени.

Прогрессивные- убывают или возрастают

Переодические- исзмен значение из знак, по сложному закону вырожающемуся виде кривой или виде формулы.

 

7.Исключение систематических погрешностей

Способы делятся на 4 группы

• Устранение источника погрешности( влияние температуры, магнитных полей, вибрации и др видов)
• Исключение в процессе измерений( способ замещения, исключение при вычислении среднего значения, противопоставление, способ симметричного наблюдения- измерен производятся последовательно, через равный интервалы, при этом прогрессирование погрешности вычисляется виде линейной ф-ии времени.
• Внесение известных поправок в результаты измерений. Результат исправляют путем вычисления.
• Оценка границ систематических погрешностей, если нельзя исключить.

 

8. Погрешность измерений. Случайня  погрешность измерений

Погреш измер▲Хизм – это отклонение результата измерений Х от истенного значения измер велечины.

Случайная это изменение при повтор измерении случайным образом. В качестве истенного значения принимают среднеарифметическое значение Хи=Хср=1/n ΣXi , для оценки велечины и ее воможных отклонений определяется средне квадратичное отклонение.

 

Случайные погрешности нельзя исключить полностью, но их влияние может быть устранено путем обработки результатов измерений. Для этого должны быть известны вероятностные и статестические характеристики: закон распределения, закон математического ожидания, среднеквадратичное отклонение, доверительная вероятность, доверительный интервал.

Случайая и систематическая составляющая, проявляется одновременно поэтому общая погрешность при их независимости определяется по формулам.

 

 

9. Нормирование погрешностей измерений

Основные задачи нормир заключаются в выборе показателей характеризующих погрешность и установлении допускаемых значений этих показателей. Для оценки погрешности измерений необходимо:

1. установить вид модели погрешности с ее характерными св-ми.
2. определить характер этой модели
3. оценить показатели точности измерений по характеристикам модели.

В соответствии с методич инструкциями определено ,точность измерений  должна вырожаться одним из следующих способов

1. интервал в котором установлена вероятностью нахождение суммарной погрешности измерений.
2. Интервал в котором с установленной вероятностью находится систематическая соствляющая погрешность измерений.
3. Стандартной аппроксимации функции распределения случайной и систематической составляющей и их среднеквадратичного отклонения.

 

10. Качество измерений

Это совокупность св-в обуславливающих получение результата с требуемыми точностными характеристиками в необходимом виде и в установленные сроки.

Оно характеризуется

• Точностью- близость результ к истенному значению , если систематические сост погрешности исключены, то точность результата измерения, характеризуется степенью рассеинья его значения.
• Достоверность- от степени доверия к результату и и характеризует вероятность того что истенное значение находиться в указанной окресностях действительного.
• Правильность- определяет близость к 0 систематической состовляющей.
• Сходимость- близость результатов 2 и более испыт полученных одним методом на идентичных установках в одной лаборатории
• Воспроизводимоть- оба результата должны быть получены в разных лабораториях.

 

11.Средства измерения. Виды средств  измерений

Это технические средства предназначенные для измерения имеющихся нормированных метрологических характеристик, воспроизводящих и хранящих физ велечину , размер которой принимается неизменным в течении известного интервала времени.

В отличии от ср измер, приборы и вещества не имеющие метрорлогических характеристик называются индекаторами.

Виды:

1. Меры-это ср изм воспроизводящие или хранящие велечину заданного размера. Они могут быть однозначные или многозначные( калибры, шероховатость, измерит линейки)
2. Измерительные преобразователи- предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи дальнейшему преобразователю обработки и хранения,  но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателя.( термопары, усилит, трансформаторы )
3. Измерительные приборы- для передачи информации сигнала в другие доступные для восприятия формы
4. Измерительные установки- совокупность функционально объединённых средств измерений и вспомогательных устройств в одном месте.
5. Измерительная система это комплекс ср измерений и вспомогательных устройств с компонентами связей, предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для автоматической обработки , передачи и использования в автоматической системе управления.

 

12.Классификация средств измерений

1. по универсальности: универсальные, специальные
2. по виду оценки параметров: допусковые измерительные, комбинированные
3. по дазначению: диогнастические, прогнозирующие, контрольные, испытательные
4. по измередым велечинам: механические, электрические, гидравлические
5. по связи с объектом: втроеные, внешние, контактные, безконтактные
6. по режиму работы: статические, динамические
7. по характеру использование: технические динамические
8. по виду ригестрации сигнала: показывающие, регестрирующие, печатающие, самописцы
9. по виду выходного сигнала: аналоговые, цифровые, аналогово- цифровые
10. по виду шкалы: с равномерной, не равномерной, с 0 внутри, с 0 на краю или вне шкалы
11. по поверочной схеме: рабочие, образцовые, рабочие эталоны

 

13.метрологические характеристики средств измерений.

Их вводят для оценки пригодности ср измер. Они позволяют обеспечить возможность установить точность измерений, обеспечить достижение взаимозаменяемости, определить погрешность измерительной системы и установок на основе измерений, а также оценить техническое состояние ср изм при поверке.

На практи распределяют следующие характеристики:

1. диопазонизмерений
2. пределы измерений
3. цена деления- разность велечин соответсвующая двум соседним отметкам
4. чувствительность- это отношение измения сигнала на выходе к вызвавшему его сигналу на входе.
5. вариация- разность между показаниями ср измер в данной точке диопазона измерений при возрастании и убывании измерений велечины и неизменных внешних условиях
6. погрешность- разность между показателями ср измерения и истенным значением физ велечины.

 

14.Погрешность средств измерений. Основные и дополнительные погрешности  и их нормирование.

В зависимости от внешних условии погрешности деляться на основные и дополнительные. Основные возникают при нормальных условиях эксплуатации. T=20C влажности 65 +- 15%, напряжению 220 В, атмосфер давлению 97,4-104 кПа, частоте 50 Гц, а также отсутствие электрических и магнитных поелй.

Дополнительные могут быть случайными или прогрессирующими. Случайные зависят от нестабильности режима работ ыобъекта колебания параметров источника питания, электромагнитных полей

Прогрессирующие от температуры, давления, влажности.

В соответствии с гостом предусмотрино различные способы вырожения виде абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

 

 

15. Погрешность средств измерений. Абсолютная, относительная, приведённая

В соответствии с гостом предусмотрино различные способы вырожения виде абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

Абсолютная- разность между паказателями ср измерения и истенным значением. Она может быть задана либо одним числом либо виде линейной зависимости, либо виде функции, графика или таблицы.

Если значение не изменяется во всем диопазоне то такая погрешность-аддективная, если изменятся пропорционально измеренной велечине,то мультипликативная. В большенстве случаев обе эти состовляющие присутствуют одновременно.

Относительная-  отношение абсолютной погрешности к действительному значению измер велечины выраженная в процентах.

Указания только абсолютной погрешности не позволяет сравнивать между собой средства измерений с разным пределом измерений, а указания относительной погрешности ограничено из-за непостоянства действительного значения, поэтому получило большое распространение приведена погрешность.