Метрология единицы физических величин. Система си



Скачать 427,08 Kb.
страница2/2
Дата24.08.2017
Размер427,08 Kb.
1   2
По отношению к основным единицам измерения де­лятся на абсолютные и относительные.

Абсолютные измерения основаны на прямых измере­ниях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Напри­мер, определение массы в килограммах, количества ве­щества — в молях, частоты — в Герцах.

Относительные измерения — это измерения отноше­ния величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения изменения величины по отно­шению к одноименной величине, принимаемой за исход­ную. Например, относительная влажность определяется как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре и выражается в процентах.
8. Основные характеристики и критерии качества измерений

К основным характеристикам измерений, которые оп­ределяют и качество измерений, относятся: принцип, ме­тод, погрешность результатов измерения, точность, пра­вильность, сходимость и воспроизводимость результатов измерений. Последовательность операций выполнения измерений, правила и приемы, позволяющие получить результат с требуемой точностью, излагаются в докумен­те, который называется методикой выполнения измере­ний (МВИ). МВИ должна содержать метрологические ха­рактеристики и быть аттестована соответствующими мет­рологическими службами.

Дадим определения основным характеристикам изме­рений.

Принцип измеренийфизическое явление (физиче­ский закон или эффект), положенное в основу измерений. Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости движения звезд, вращения небесных тел.

Метод измеренийприем или совокупность при­емов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом из­мерений. Например, определение структуры соединений методом ядерного магнитного резонанса или методом ин­фракрасной спектроскопии.

Погрешность измеренийотклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения из­меряемой величины. Погрешность измерений представ­ляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину.

Сходимость — это близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных по­вторно одним и тем же средством, одним и тем же мето­дом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательно­стью.

Воспроизводимость — близость результатов измере­ний одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разны­ми операторами, в разное время, но приведенных к од­ним и тем же условиям измерений (температура, давле­ние, влажность и др.).

Точность — характеристика качества измерений, от­ражающая близость к нулю значения погрешности ре­зультатов измерений. Высокая точность измерений соот­ветствует малым величинам погрешностей измерения.

В 2002 году в России введены в действие государствен­ные стандарты ГОСТ Р ИСО 5725-2002 части 1-6 под общим заголовком «Точность (правильность и прецизи­онность) методов и результатов измерений», которые яв­ляются прямым применением шести частей основопола­гающего Международного стандарта ИСО 5725. Эти стан­дарты используются в практической деятельности при разработке, аттестации и применении методик выполне­ния измерений, стандартизации методик контроля (ис­пытаний, измерений, анализа), испытаниях продукции,

в том числе для целей подтверждения соответствия, оцен­ки компетентности испытательных лабораторий соглас­но требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000. Стандар­ты ИСО 5725 могут применяться для оценки точности выполнения измерений различных физических величин, характеризующих измеряемые свойства того или иного объекта, в соответствии со стандартизованной процеду­рой. Следует отметить, что в отечественной метрологии точность и погрешность результатов измерений, как пра­вило, определяются сравнением результатов измерений с истинным или действительным (условно истинным) зна­чением измеряемой физической величины. Часто за дей­ствительное значение принимают общее среднее значение (математическое ожидание) установленной совокупности результатов измерений. В ИСО 5725 вместо термина «дей­ствительное значение» введен термин «принятое опорное значение», который и рекомендуется для использования в практике. Термины «правильность» и «прецизионность» в отечественных нормативных документах по метроло­гии до введения стандартов ГОСТ Р ИСО 5725-2002 не использовались.



Дадим определение этих терминов.

Правильность характеризует степень близости сред­него арифметического значения большого числа резуль­татов измерений к'истинному (действительному) или при­нятому опорному значению. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешно­сти.

Прецизионность — степень близости друг к другу не­зависимых результатов измерений, полученных в конк­ретных регламентированных условиях. Мера прецизион­ности обычно вычисляется как стандартное отклонение результатов измерений. Крайние показатели прецизион­ности — повторяемость (сходимость) и воспроизводимость широко используются в отечественных нормативных до­кументах, в том числе в большинстве государственных стандартов на методы контроля. Термин «точность» в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 определяется как степень близости результата измерений к применяе­мому опорному значению.

Внедрение стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 только начи­нается в России и направлено на более эффективную реа­лизацию требований Российской государственной систе­мы стандартизации при разработке стандартов на мето­ды контроля продукции различных отраслей промыш­ленности.

9. Средства измерений и их классификация

Измерения выполняются с помощью специальных тех­нических средств, имеющих нормированные метрологи­ческие характеристики, воспроизводящие и хранящие единицу физической величины, размер которой прини­мается неизменным в пределах установленной погрешно­сти в течение известного интервала времени. Такие тех­нические средства являются средствами измерений. Дан­ное определение раскрывает метрологическую сущность средства измерения, заключающуюся, во-первых, в «уме­нии» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и, во-вторых, в неизменности размера храни­мой единицы. К средствам измерений относятся меры, измерительные преобразователи и приборы, измеритель­ные установки и системы.

Меры предназначены для воспроизведения и (или) хра­нения физической величины одного или нескольких за­данных размеров. К мерам относятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС) и др. Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера, называются однозначными. Меры, воспроизводящие фи­зическую величину разных размеров, называются много­значными. Примером многозначной меры является мил­лиметровая линейка, воспроизводящая наряду с милли­метровыми также и сантиметровые размеры длины.

Применяются также меры в виде наборов и магазинов мер. Набор мер представляет собой комплект однород­ных мер разного размера, предназначенных для приме­нения в различных сочетаниях (например, набор конце­вых мер длины). Магазин мер — набор мер, конструк­тивно объединенных в единое устройство, в котором пре­дусмотрено ручное или автоматизированное соединение мер в необходимых комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

Часто к однозначным мерам относят стандартные об­разцы и стандартные вещества. Указанное на мере значе­ние величины является номинальным значением меры. В специальном свидетельстве, придаваемом мере, указыва­ется действительное значение, определенное при высоко­точных измерениях с помощью соответствующего этало­на. Разность между номинальным и действительным зна­чениями называется погрешностью меры. Величина, об­ратная погрешности меры по знаку, представляет собой поправку к номинальному значению меры.

Измерительные преобразователи предназначены для преобразования измеряемой величины в другую величи­ну или измерительный сигнал с целью представления из­меряемой величины в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Измерительные преобразователи входят в со­став измерительных приборов (установок, систем) или применяются вместе с каким-либо средством измерений. Самым распространенным по количеству видом средств измерений являются первичные измерительные преобра­зователи, которые служат для непосредственного (перво­го) восприятия измеряемой величины, как правило, не­электрической, и преобразования ее в другую величинуэлектрическую. Часть первичного преобразователя, вос­принимающая измерительный сигнал на его входе, назы­вается чувствительным элементом или сенсором (напри­мер, термопара).

Первичный измерительный преобразователь, от кото­рого поступают измерительные сигналы, конструктивно оформленный как обособленное средство измерений (без отсчетного устройства), называется датчиком. В подавляющем большинстве случаев датчик предназначен для преобразования неэлектрической физической величины в электрический ток, электрическое напряжение.



Промежуточными измерительными преобразователя­ми называются преобразователи, расположенные в изме­рительной цепи после первичного преобразователя и обыч­но по измеряемой (преобразуемой) физической величине однородные с ним. По характеру преобразования изме­рительные преобразователи разделяются на аналоговые, аналого-цифровые (АЦП), цифро-аналоговые (ЦАП). Ука­занные преобразователи почти всегда являются проме­жуточными.

Измерительные приборы предназначены для получе­ния значений измеряемой физической величины в уста­новленном диапазоне. Измерительные приборы представ­ляют собой конструктивно объединенную совокупность первичных и промежуточных преобразователей.

Измерительные приборы прямого действия преобра­зуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины (ампер­метры, вольтметры и др.).

Более точными являются приборы сравнения, пред­назначенные для сравнения измеряемых величин с вели­чинами, значения которых известны (например, измере­ние массы с помощью эталонных гирь на равноплечных весах) или с помощью мостовых цепей. По способу отче­та значений измеряемых величин приборы подразделя­ются на показывающие (в том числе на аналоговые и цифровые) и регистрирующие. Регистрирующие приборы по способу записи делятся на самопишущие и печатаю­щие. В самопишущих приборах запись показаний пред­ставляется в графическом виде, в печатающих — в чис­ловой форме.
представля­ют собой совокупность функционально объединенных средств измерений, мер, измерительных приборов, изме­рительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств с целью измерений одной или нескольких физи­ческих величин объекта измерений.

В настоящее время большинство измерительных сис­тем являются автоматизированными. Несмотря на раз­личные наименования (АИС — автоматизированная из­мерительная система, ИИС — информационно-измеритель­ная система, ИВК — измерительно-вычислительный ком­плекс), все они, по существу, обеспечивают автоматиза­цию процессов измерений, обработки и отображения ре­зультатов измерений. Измерительные системы и комп­лексы широко используются для автоматизации техно­логических процессов в различных отраслях промыш­ленности.
10. Принципы выбора средств измерений

Выбор средств измерений (СИ) определяет качество измерений. Измерения, выполняемые средствами измере­ний более низкого класса, чем требуемые, приводят к росту забракованной продукции, неверным выводам по качеству продукции.

При выборе средств измерений приходится учитывать ряд факторов:



  • измеряемую физическую величину;

  • метод измерения, реализуемый в средстве измере­ний;

  • диапазон и погрешность СИ;

  • условия проведения измерений;

  • допускаемую погрешность измерений;

  • стоимость средств измерений;

  • простоту их эксплуатации;

  • ресурс средств измерений;

  • потери из-за погрешностей измерений.

Отсутствие единого фактора, по которому можно срав­нивать средства измерений, затрудняет решение задачи. Поэтому выбор средств измерений зависит от решаемой измерительной задачи, при этом приходится отдавать предпочтение одним факторам и пренебрегать другими.

Основными характеристиками средств измерений яв­ляются погрешности. Они наиболее существенно влияют на качество измерений, поэтому при выборе средств из­мерений их рассматривают в первую очередь.

Существуют три основных принципа выбора средств измерений:

1. Экономический подход (наиболее оптимальный, так как учитывает практически все показатели). При этом необходимо иметь в виду:

  • повышение точности измерений позволяет точнее регулировать производственный процесс;

  • более точные измерения позволяют сократить до­ пуски на изделия;

  • повышение точности измерений приводит к умень­шению необнаруженного и ложного брака.

Как правило, с ростом погрешности измерений потери растут, а затраты на измерения снижаются.

Экономически оптимальная точность измерений тех­нологического параметра соответствует минимуму суммы потерь из-за погрешности измерений и затрат на измере­ния, включая затраты на метрологическое обслуживание средств измерений.

Зависимость потерь от погрешности измерений и зави­симость затрат на измерения определяются на практике не точно, что вызывает неопределенность соответствующей характеристики оптимальной погрешности измерений.

Работы по оптимизации точности измерений заверша­ются разработкой мероприятий по приближению точно­сти измерений к оптимальной и оценке экономического эффекта от их реализации. Мероприятия включают в ос­новном совершенствование методик измерения и прибор­ного парка и совершенствование метрологического обслу­живания средств измерений.

2. Вероятностный подход заключается в выборе точности средств измерений по заданному допуску на контро­лируемый параметр изделия и заданным значениям брака контроля I и II рода (необнаруженный и ложный брак).

Если контроль осуществляется абсолютно точными средствами измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у которых измеряемый параметр превышает допуск, были бы признаны непригодными. Из-за существования погреш­ности измерений при контроле часть негодных изделий будет признана годными (брак контроля II рода), а часть годных изделий — негодными (брак контроля I рода). На брак контроля влияют рассеивание действительных зна­чений контролируемого параметра, установленный допуск на контролируемый параметр, закон распределения по­грешностей измерений и рассеяния действительного зна­чения контролируемого параметра.

Зависимости вероятности брака контроля от технологи­ческого рассеяния контролируемого параметра, погрешно­сти измерений, допуска на контролируемый параметр пред­ставляются в виде графиков. С помощью этих графиков при заданных значениях вероятности брака контроля, сред­неквадратичного отклонения рассеяния действительных значений контролируемого параметра и допуска на измеря­емый параметр можно оценить границы погрешности изме­рений и необходимую точность средств измерений.

3.Директивный подход позволяет установить соотно­шения между допуском на контролируемый параметр и пре­дельно допускаемой погрешностью измерений. Однако такой подход не учитывает важности измеряемого параметра и эко­номических последствий от недостоверного контроля.

11. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологическая характеристика средства измере­ния — это характеристика одного из свойств средства изме­рения, влияющая на результат измерения и на его погреш­ность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Метрологические ха­рактеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими ха­рактеристиками, а определяемые экспериментально — дей­ствительными метрологическими характеристиками. Пере­чень метрологических характеристик, правила выбора ком­плекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические харак­теристики средств измерений».
12. Погрешности измерений и средств измерений

В настоящее время измерение является неотъемлемой частью практически любой деятельности человека. Фак­тически измерения — это процесс, завершающим этапом которого является «результат измерения». Любой резуль­тат измерения содержит погрешность, которая склады­вается из ряда факторов. Это может быть несовершен­ство средств измерений, выбранного метода измерений, методики измерений, недостаточная тщательность выпол­нения измерений или обработки результатов, влияние внешних условий (температура, давление, влажность) и др.

Погрешность результатов измерения является важной характеристикой измерения, она вычисляется или оце­нивается и приписывается полученному результату.



Погрешность результата измерения — это откло­нение результата измерений (Хиам) от истинного (действи­тельного) значения (Хист(действ)) измеряемой величины. Чаще всего она указывает границы неопределенности зна­чения измеряемой величины. Погрешность средства измерения — это разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением из­меряемой физической величины. Она характеризует точ­ность результатов измерений, проводимых данным.сред­ством. Эти два понятия во многом близки друг другу и классифицируются по одинаковым признакам. Но форме представления погрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.

Погрешность измерений, как правило, представля­ют в виде абсолютной погрешности, выраженной в еди­ницах измеряемой величины



или в виде относительной погрешности — отноше­ния абсолютной погрешности к истинному (действитель­ному) значению измеряемой величины или принятому опорному значению (ГОСТ Р ИСО 5725-2002)



Необходимо отметить, что истинное значение физи­ческой величины неизвестно и применяется в теоретиче­ских исследованиях, а действительное значение величи­ны определяется экспериментально из предположения, что результат эксперимента (измерения) наиболее близок к истинному значению величины.

Погрешность средств измерений вычисляется по фор­муле:



где Хп — показания прибора; Хист(действ) — истинное (действи­тельное) значение измеряемой величины.

Для указания и нормирования погрешности средств измерений используется еще одна разновидность погреш­ности — приведенная. Приведенная погрешность сред­ства измерений — это относительная погрешность, выра­женная отношением абсолютной погрешности средства из­мерений к условно принятому значению величины, по­стоянному во всем диапазоне измерений или в части диа­пазона


Верхний



предел

измерений

Условно принятое значение величины Хн называют нормирующим значением. Нормирующее значение при­бора чаще всего принимается равным верхнему пределу


Нижний



предел измерений




Диапазон измерений



измерений для данного средства измерений (в случае, если нижний предел — нулевое значение односторонней шка­лы прибора). В случае двузначного отсчетного устрой­ства (шкалы) прибора нормирующее значение отнесено к диапазону измерений.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений делятся на основные и дополнитель­ные.

Основной называется погрешность средства измере­ний, применяемого в нормальных условиях. Эти условия устанавливаются в нормативно-технических документах на данный вид или тип средств измерений (температура окружающей среды, влажность, давление, напряжение питающей электрической сети и др.) и при них нормиру­ется погрешность. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих вели­чин от нормального его значения или вследствие ее вы­хода за пределы нормальной области значений, называ­ется дополнительной погрешностью.

В большинстве нормативно-технических документов на средства измерений за нормальные значения принимают­ся следующие:

температура окружающей среды (293+5) К;

относительная влажность (65+15) %;

атмосферное давление (100+4) кПа (750+30 мм рт. ст.);

напряжение питающей электрической сети (220+4,4) В с частотой (50+0,5)Гц.

По причине возникновения погрешности разделяются на инструментальные, методические и субъективные.



Инструментальная погрешность обусловлена несо­вершенством средств измерений и их конструктивными особенностями. Иногда эту погрешность называют при­борной или аппаратурной.

Методическая погрешность обусловлена несовершен­ством и недостатками применяемого в средстве измере­ний метода измерений и упрощений при разработке кон­струкции средства измерений, а такж^ возможными не­достатками методик измерений.

Субъективная (личная) погрешность измерения обус­ловлена погрешностью отсчета оператором показаний по шкале средства измерений вследствие индивидуальных особенностей оператора (внимание, зрение, подготовка и др.). Эти погрешности практически отсутствуют при ис­пользовании автоматических или автоматизированных средств измерений.

По характеру измерения физической величины погреш­ности средства измерений разделяются на статические и динамические.

Погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, которая за время изме­рений не изменяется, носит название статической погреш­ности, а погрешность, возникающая при измерении из­меняющейся в процессе измерений физической величи­ны, — динамической погрешности.

Классификация погрешностей по различным призна­кам позволяет оценивать и учитывать вклад каждой из них в общую погрешность измерения и таким образом получать объективные данные о точности результатов измерения.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница