Физические величины и их квалификация.
Основным объектом измерений являются величины.
Методы измерений.
Виды измерений В зависимости от получения результата - непосредственно в процессе измерения или после измерения путем последующих расчетов - различают прямые, косвенные и совокупные измерения. Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно из опытных данных. Например, определение значения протекающего тока в цепи при помощи амперметра. Косвенные измерения - измерения, при которых измеряется не сама физическая величина, а величина, функционально связанная с ней. Измеряемая величина определяется на основе прямых измерений величины, функционально связанной с измеряемой, с последующим расчетом на основе известной функциональной зависимости. Например, измерение мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра с последующим расчетом мощности по известной зависимости Р = V*I. Совокупные измерения - измерения нескольких однородных величин, на основании которых значения искомой величины находят путем решения системы уравнений. Сущность измерения физических величин измерительными приборами заключается в сравнении (сопоставлении) их с однородной физической величиной, принятой за единицу. И прежде, чем производить измерения, необходимо в зависимости от требуемой точности и от наличия измерительных приборов выбрать соответствующий метод измерения. 2. Методы измерений Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Метод непосредственной оценки - метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки - измерение тока амперметром. Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: - дифференциальный метод, - нулевой метод, - метод замещения и др. При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой и образцовой величинами, воспроизводимой мерой. Чем меньше разность, тем точнее результат. Предельным случаем дифференциального метода является нулевой метод, при котором разность доводится до нуля. При использовании метода замещения, измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой. При этом замещение измеряемой величины производят так, что никаких измерений в схеме не происходит, то есть показания прибора будут одинаковы в обоих случаях
Виды измерений.
По характеру величины от времени (Статистические, динамические)
По числу измерений (Однократные, многократные)
По способу получения (Прямые, косвенные, совокупные)
По условию опр. Точности (Максимально-возможные, контрольно-поверочные)
По способу выражения (Абсолютные, относительные)
Устройство и принцип действия электромагнитных измерительных приборов.
Преобразователь силы электрич. тока в механич. перемещение на основе вз-ствия магн. поля катушки, по обмоткам которой протекает ток, пропорц. измеряемой величине, с ферромагн. сердечниками, образующими обычно подвижную часть механизма; применяется для измерений в цепях пост. и перем. тока.
Устройство и принцип действия электродинамических измерительных приборов.
Электродинамический измерительный механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент.
Погрешность измерений и их классификация.
Погрешности средств измерений - отклонения метрологических свойств или параметров средств измерений от номинальных, влияющие на погрешности результатов измерений (создающие так называемые инструментальные ошибки измерений). Погрешность результата измерения - отклонение результата измерения от действительного (истинного) значения измеряемой величины.
Инструментальные и методические погрешности.
Методическая погрешность обусловлена несовершенством метода измерений или упрощениями, допущенными при измерениях. Так, она возникает из-за использования приближенных формул при расчете результата или неправильной методики измерений.
Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством применяемых средств измерений. Причинами ее возникновения являются неточности, допущенные при изготовлении и регулировке приборов, изменение параметров элементов конструкции и схемы вследствие старения. В высокочувствительных приборах могут сильно проявляться их внутренние шумы.
Статическая и динамическая погрешности.
Статическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения, то есть при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей.
Динамическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения. Динамическая погрешность появляется при измерении переменных величин и обусловлена инерционными свойствами средств измерений.
Систематическая и случайная погрешности.
Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.
Случайной погрешностью называют составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
Погрешности адекватности и градуировки.
Погрешность градуировки средства измерений - погрешность действительного значения величины, приписанного той или иной отметке шкалы средства измерений в результате градуировки.
Погрешностью адекватности модели называют погрешность при выборе функциональной зависимости. Характерным примером может служить построение линейной зависимости по данным, которые лучше описываются степенным рядом с малыми нелинейными членами.
Абсолютная, относительная и приведенная погрешности.
Абсолютная погрешность - алгебраическая разность между номинальным и действительным значениями измеряемой величины.
Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается за истинное. Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах, в расчетах обозначается буквой - δ.
Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле
Аддитивные и мультипликативные погрешности.
Аддитивной погрешностью называется погрешность, постоянная в каждой точке шкалы.
Мультипликативной погрешностью называется погрешность, линейно возрастающая или убывающая с ростом измеряемой величины.
Регулировка и градуировка СИ.
Градуировкой называется процесс нанесения отметок на шкалы средств измерений, а также определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам для составления градуировочных кривых или таблиц.
Различают следующие способы градуировки.
1. Использование типовых шкал. Для подавляющего большинства рабочих и многих образцовых приборов используют типовые шкалы, которые изготовляются заранее в соответствии с уравнением статической характеристики идеального прибора. При регулировке параметрам элементов прибора экспериментально придают такие значения, при которых погрешность в точках регулировки становится равной нулю.
2. Индивидуальная градуировка шкал. Индивидуальную градуировку шкал осуществляют в тех случаях, когда статическая характеристика прибора нелинейная или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений.
3. Градуировка условной шкалы. Условной называется шкала, снабженная некоторыми условными равномерно нанесенными делениями, например через миллиметр или угловой градус. В результате определяют зависимость числа делений шкалы, пройденных указателем от значений измеряемой величины. Эту зависимость представляют в виде таблицы или графика.
Калибровка – это способ поверки измерительных средств, заключающийся в сравнении различных мер, их сочетаний или отметок шкал в различных комбинациях и вычислении по результатам сравнений значений отдельных мер или отметок шкалы исходя из известного значения одной из них. Следует отметить, что в ряде методик поверки предусматривается получение данных о действительных значениях метрологических характеристик СИ, а далее – сопоставление этих данных с установленными техническими требованиями, т. е. в поверке на определенном этапе проводится калибровка; такая методика поверки приемлема для использования в калибровке. В ряде методик подтверждение соответствия требованиям осуществляется без фиксации действительных значений метрологических характеристик, такие методики нуждаются в некоторых дополнениях. Естественно, что используемые для калибровки эталоны должны иметь подтверждение соответствия своих метрологических характеристик в четком соответствии с государственным регламентом.
Калибровка средств измерений введена Законом «Об обеспечении единства измерений»; этот термин обозначает «совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору».
Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средства измерений, или сертификатом о калибровке, в котором в обязательном порядке указываются действительные значения метрологических характеристик, а также записью в эксплуатационных документах.
Классификация средств измерений.
Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.
Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:
Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):
Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;
Значение однозначной меры;
Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
Вид выходного кода для цифровых средств измерений;
Характеристики погрешностей средств измерений;
Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;
Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.)
ГМКиН и ее функции.
Очень важное значение для развития и функционирования всего хозяйственного комплекса России имеет Государственный метрологический контроль и надзор – деятельность, осуществляемая органом государственной метрологической службы или метрологической службой юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм. Метрологический контроль и надзор осуществляют метрологические службы РФ путем:
1) утверждений типа средств измерений;
2) поверок средств измерений;
3) лицензирования деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;
4) надзора за:
а) выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;
б) количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;
в) количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций.
Первой и главной составляющей государственного метрологического контроля является утверждение типа продукции, средств измерения, систем качества и т. д. Оно проводится в целях обеспечения единства измерений в нашей стране и постановки на производство (изготовление) средств измерения или соответствия установленным требованиям действующих национальных стандартов.
Государственная метрологическая служба по контролю и надзору включает головное предприятие ВНИИМС, государственные научные метрологические центры и центры стандартизации и метрологии в субъектах Российской Федерации.
На правительственном уровне РФ принято типовое положение о метрологических службах, которые были организованы в министерствах, ведомствах, организациях и на предприятиях. Руководство деятельностью Государственной метрологической службы, Государственной службы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, Государственной службы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии на основании постановления Правительства Российской Федерации от 17 июня 2004 г. за № 294. На вышеперечисленные организации возложены обязанности по метрологическому контролю и надзору, а также по обеспечению единства измерений, независимо от времени и места их проведения.
Кроме того, они же осуществляют деятельность по выполнению функции создания государственных и вторичных эталонов, разработки систем передачи размеров единиц физических величин рабочим средствам, надзора за производством (изготовлением), состоянием, применением и ремонтом средств измерений.
Система воспроизведения систем величин.
Эталон — средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Перечень: Неизменость, Воспроизводимость, Случаемость.
Различают следующие виды эталонов: Первичный, специальный, государственный, вторичный.
По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие: эталон-копия,
эталон сравнения, эталон-свидетель, рабочий эталон