3. Средства измерений. Метрологические характеристики средств измерений.
СИ–это техническое ср-во, предназначенное для воспроиз-ия или измерения ФВ, имеющее МХ, воспроизводимые или/и хранящие единицу ФВ, размер кот-ой принимают неизменным в пределах установленной погрешности в течении известного интервала времени.
Все СИ принято подразделять: мера ФВ, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные принадлежности, измерительные установки, измерительные системы.
Мера – это СИ, предназ-ые для воспроизведения и/или хранения ФВ одного или нескольких заданных значений ,которые выражены в уст-х единицах и известны с необходимой точностью.
Различают: Однозначные меры(воспроизведение ФВ одного размера(гиря)); Многозначные меры(это меры воспроизведения ФВ или ряд разных размеров(пипетка)); Набор мер(это комплект мер разного размера одной и той же ФВ ,предназначенные для применения на практике как в отдельности ,так и в различных сочетаниях (набор мер длины, набор мер массы); Магазины мер(это набор мер конструктивно объединяемых в одно устройство , в котором имеется приспособление для их соединения в различные комбинации (магазин сопротивлений).
Измер-ые преобр-ли- это СИ, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения дальнейших преобразований, индикации и передачи.(пример:пружина динамометра, микрометрическая пара–винт-гайка).
Измер-ый преобразователь выдаёт информацию в форме, не поддающейся непосредственному восприятию оператором. По форме сигнала входимого и выходного различают: аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту занимаемого в измерительной цепи преобразователи бывают первичные и промежуточные. Датчик-это конструктивно-обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы.
Измер-ые приборы-это СИ, предназ-ые для получ-я значений измер-й ФВ в установленном диапазоне в форме доступной для непосредственного восприятия человека.
В приборах устройствами для отображения измер-ой информации могут явл-ся шкала-указатель, указатель, диаграммная бумага, числовое табло. В зависимости от системы информации различают показывающие или регистрирующие приборы. В зависимости от формы выходного сигнала различают приборы с аналоговыми либо с дискретным выходом (цифровые).
Измер-ные принадлежности –это вспомогательные устройства служащие для обеспечения необходимых условий для выполнения измерения с необх-ой точностью.
При организации измерений принято выделять основные СИ и вспомогательные. Отдельную классификац-ую гр. сост-ют средства сравнения (компораторы). Компоратор -это средство сравнения, предназначенное для стечения мер однородных величин (рычажные весы). Основные и вспомогательные СИ могут быть объединены в измерительные установки или измерительные системы СИ. Основные СИ предназначены для измерения той ФВ, значение которой необходимо получить в соответствии с измеряемой задачей. Вспомогательные СИ предназначены для измерения той ФВ, влияние которой на осн-е СИ или объект измерения необходимо учитывать.
Измерительные установки -это сов-ть функционально объединённых СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких ФВ и выработки сигналов измер-ой инф-ции в форме удобной для непосредственного восприятия и расположенных в одном месте.
Измерительная система – это сов-ть функционально объедин-х СИ и вспомогательных устройств размещ-х в разных точках контролируемого объекта с целью изм-я одной или неск-х ФВ и выработки изм-х сигналов в разных целях.
В зависимости от степени участия оператора в пр-се измер-й различают : Автоматические СИ ( производящие без непосредственного уч-я чел-ка в измерениях). Автоматизированные СИ (СИ, производящие в автоматическом режиме одну или часть измеряемых операций ).
По метролог-ому наз-ю разл-ют эталонные и рабочие СИ.
Все СИ обладают рядом общих св-в, необходимых для выполнения ими их функц-ного наз-ия. Технические хар-ки, описывающие эти св-ва и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерения, наз-ся МХ. Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ 8.009 – 84 «Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые МХ СИ». 1)Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (напр-р цена деления); 2) Характеристики погрешностей СИ; 3) Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам; 4) Динамические характеристики СИ (напр. время реакции).
Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных МХ СИ от их номинальных значений. Только по средствам нормирования МХ можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в гос-ве. Реальные значения МХ определяют при изгот-ии СИ и затем поверяют периодически во время эксплуатации. Нормы на значения МХ устанавл-ют стандартами на отдельные виды СИ. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения СИ.
0,5
4Основные понятия теории погрешностей Главн особен-ю измер-ий явл то, что при многократ-х измер-ях одной и той же вел-ы пост-го разм-ра результ-т получ-я разным, т. к происх-ит влиян-е случ-ых и неслуч-х фак-ов,точ-ый учет кот-х невозм-ен, из этого вытек-ют 3 постулаты метрол-ии: 1П истинное знач-е опред-ой вел-ы сущ-ет и оно пост-но; 2П отсчет явл-я случ-ым числом; 3П истин-ое знач-е измер-ой вел-ы отыскать невоз-но, следов-о резул-т измер-я, как правило математ-и связан с измер-ой вел-ой вероятност-ой завис-тью. Погреш-ь измер-ий-это отклон-е резул-та измер-я от истин-го знач-я измер-ой вел-ы. В метрол-ии испол-ют понят-я: погреш-ь резул-та измер-я (это разность между резул-ом измер-я и истин-ым знач-ем измер-ой вел-ы) и погре-шь СИ (это разность между показ-ми СИ и истин-ым знач-ем измер-ой вел-ны; она хар-ет точность результ-а измер-й провод-х данным СИ). Погреш СИ классиф-ют 1 по хар-ру проявл-я: системат-ие (состав-я погреш-и измер-я, остающ-я постоян-ой или закономер-оизмен-я при повтор-х измер-ях одной и той же вел-ы) и случ-ые (состав-я погреш-и измер-я, измен-я случ-ым образ-ом при повтор-х измер-ях одной и той же вел-ы); 2 по месту возник-я: инструм-ые (обусл-ы погреш-ю примен-го СИ), методич-ие (обусл-ы отлич-ем принятой модели объекта измер-я от мод адекватно опис-ой его св-ва, влиян-ем спос-ов примен-я СИ, влия-ем фор-л, по кот произв-я вычисл-я), субъективные (погреш-ь обусл-а погреш-ю отсчета операт-ом по шкал-ам СИ или диаграмморегестир-м прибор-м); 3 по отнош-ю к услов-ям примен-я: основ-я (погреш-ь, опред-ая в н.у. примен-я СИ) и допол-ая (измен-ие знач-я погреш-и из-за возд-я влияющ-х вел-н, при оклон-ии усл-ий пров-я измер-ий от норм-ых); 4 по отнош к измер-ой вел-не: динам-е (погреш-и СИ возник-е допол-о при измер-ии перемн-ой ФВ и обусл-ые несоотв-ем его реакц-ии на скорость) и статич-ие (погреш-и СИ, примен-го для измер-я ФВ, приним-ой за неизмен-ую); 5 по спос-бу выраж-я: абсолют-я (откл-ие измерен-го знач-я от действ-го знач-я данной ФВ), относит-я (погреш-ь, выраж-ая отнош-ем погреш-и меры или измер-го прибора к знач-ю измер-ой вел-ы), привед-ые (погреш-ь, выраж-ая в % от какого-либо опред-го знач-я,обычно от диап-на измер-я, опред-го пред-ми раб-ей части шкалы из-го устр); 6 по спос-у суммир-я: аддитивные и мультиплик-ые. Принципы оцен-я погреш: 1 оцен-я отдел-е хар-ки и парм-ы выбр-ой модели погреш-ей; 2 оценки погреш опред-ют приближ-о с точн-ю соглас-ой с целью измер-я; 3 погреш-и оцен-я сверху, поэт погреш лучше преув-ь чем преумен-ь; 4 точность измер-й должна соотв-ть цели измер-я, поскольку всегда стрем-я получ реалист-е знач-я оценки поргеш резул-та изм-я. Все методы выявл-ия и оценки погреш-тей можно разд-ть на аналит-кие (теор-ие), эксперимент-ые и смеш-ые. Базой аналит-их мет-ов выяв-ия и оценки погреш-ей явл-ся функц-льный анализ МВИ. Функц-ый анализ МВИ приме-ют для аналит-го опред-ия погреш-ти измер-ий по ее состав-щим. Он базир-ся на объед-нии известных знач-ий всех значимых состав-щих. Его испол-ют для оценки интегральных погреш-тей от выбран-го источника или от неск-их источ-ков, либо для оценки погреш-ти измер-ия в целом. Для расчетов погреш-тей строят спец-ые аналит-кие модели. Моделир-ие обычно прим-ют для расчета составл-щих инструм-ых и метод-их погреш-ей, также погрешностей из-за несоотв-ия условий измер-ий нормал-ым. Наивысшим ур-ем оценок погреш-ей будет получ-ие их числ-ых знач-ий. Возм-ые уровни полноты оценки погреш-ей опред-ся в ходе исслед-ий на след-х этапах: 1 обосн-ие наличия погреш-и от некот-го источ-ка (определ-е погреш-ей, происх-их от любого источ-ка, пров-т анализ условий измер-ия, выяв-т влияющие велич-ы. Наряду с очевид-ми воздейст-ми на объект прих-ся оцен-ть более тонкие возд-ия, напр, влияние атмосф-го давл-ия и влаж-ти воздуха на емкостные СИ; пров-т исслед-ие возмож-и возник-ия метод-их погреш-ей из-за идеализации измерит-го преобраз-ия, также выяв-е составл-их субъект-ой погреш-ти); 2 оценка характера погреш-ти (может основ-ся как на аналит-ом подходе, так и на эксперим-ых данных; можно только констат-ть систем-ий хар-р выявл-ой состав-щей погреш-ти или допол-ть описание более конкр-ми дан-ми, напр «пост-я систем-ая погреш-ть использ-ой меры»; для случ-ой погреш-ти кроме конст-ции ее стохастического характера важно опред-ть вид распред-ия ); получ-ие оценок порядка погреш-ей и/или оценок конкр-ых числ-ых знач-ий (более полная инфор-ия позволяет получать оценки конкр-ых значений систем-ой составл-ей, функцию ее измен-ия, необх-мые вероятн-ные характ-ки случ-ой состав-щей погреш-ти). Общие методы для выявл-ия и оценки погреш-тей измер-ия незав-мо от их характера и источ-ов возникн-ия, базир-ся на реш урав-ия ∆= X – Q,где ∆ - абсол-ое знач погреш-ти, X – резул-т изм-ия, Q – истинное знач-ие измер-ой вел-ны. Для получ-я удовлетвор-го решения необх-мо заменить одно из неизв-ых его приближ-ым знач-ем. Получ-е таких знач-ий и состав-ет суть общих мет-в выяв-ия и оценки погреш-ей. Эксперим-ые методы оценки погреш-тей измер-ий основаны на замене истин-го знач-ия измер-ой величины Q действ-ым значением Хд настолько близким к нему, что разность между ними (погреш-ть ∆д) может рассматр-ся как пренебр-мо малая по сравнению с искомой погрешн-ю. Эсперимент-е методы чаще всего реал-ют путем измер-яФВ, воспроизв-ой «точной» мерой, также с помощью «точных» измерений той же величины с использ-ем новой МВИ. В любом из этих случаев получают колич-ую оценку погреш-ти за счет испол-ия более точной информ-ии об измеряемой ФВ. Метод опред-ия значения погрешти по резул-ам измерения точной меры применяют для получ-я оценки реализ-ой погреш-ти измерений или оценки инструмент-ой состав-щей погреш-ти, если погреш-ти от остал-ых источ-ов удается свести к пренебр-мо малым значениям. Опред-ие значения погреш-ти измерения возможно только в том случае, когда погреш-ть изм-ой «точной» меры ∆м пренебрежимо мала по сравнению с искомой погрешностью ∆; ∆ = X – Хм , где Х – результат измерения меры, Хм – «точное» значение меры. Пример прим-я такого метода в быту – испол-ие точных гирь для проверки домашних весов; разнов-ь метод замещения. Метод опред-я значения погреш-ти по резул-ам повт-го измерения той же ФВ с использ-ем заведомо более точной МВИ, применяют для оцен-ия погреш-ти измерений в целом, а не отдельных ее составл-их. Метод основан на том, что погрешность измерения при использовании «точной» МВИ (∆МВИ2) пренебрежимо мала по сравнению с искомой погрешностью ∆. Искомую погреш-ть в этом случае опред-ют ∆= ХМВИ1 – ХМВИ2, где ХМВИ1 – результат измерения при использ-ии исследуемой МВИ, ХМВИ2 – результат измерения при испол-ии «точной» МВИ. Еще одна специф-ая группа эксперим-ых методов оценивания погреш-ей измерений основана на анализе массивов резул-ов многокр-ых измерений одной и той же ФВ. Для реализации этих методов можно использовать математическую обработку серий измерений и/или графо-аналитические исследования точечных диаграмм. Грубая погреш (промах) - погреш результ отдел измер, кот для дан усл-й резко отлич от отсальн результ-в этого ряда. Источ дан поргеш -резкие измен и ошибки, допущ операт-ом. Для вявл груб погреш зад вероят-ь q. 1 крит исключ груб погреш: крит 3σ примен для результ измер, распред по нормал з-у, счит q≤0,003 маловер-ен и его счит промохом, если ,σ-ско, дан крит надеж при числе измер от 20 до 50, правило жест-ое поэт реком выбир границу цензурир-я в завис от объема выб-ки: до 100- 4σ и т.д но это только для нормал распред! 2 кр Ромнановского прим если число изм-ий < 20,вычисл соотнош ,расчит β срав-я с табл знач крит Роман-го, если β≥ β, то результ счит промахом и отбрас-я. 3 кр Шарлье испол если число набл в ряду больше 20, по теор Бернулли число результ превыш-х по абсол знач-ю среднеариф на вел-у будет вычисл
где - знач нормир-ой ф-ии Лапласа. Если сомнит-м в ряду набл-ий явл один результ, то , знач крит Шарлье табулир-о для разл n, польз-ь им отбрас результ для знач кот выпол нерав-о , если это так результ отбрас. 4 вариац-ый крит Диксона, результ набл запис в вариац возраст ряд, кр Дикс опред , критич обл крит-я запис
знач крит Дикс привед в табл. Прав-ла округл: 1) если получ число погреш начи с цифр = или > 3 в нем сохран 1 знак, если начи с 1,2,0 то в нем сохр 2 знака (3,5689=3,6);
2) округл-ть числ знач результ измер-я след в соответ-ии с числ разрядом значащей цифры погреш, т.е числ числ-е знач результ измер-я долж оканчив цифрой того же разряда,что и знач погреш (24,657 с погреш 3,5689 – 24,7±3,6); 3) окгругл произв-я в окончат результ, предвар-е вычисл-я провод с 1 или 2 знаками; 4) если цифра старшего из отбрас-х разрядов < 5, то остающ-ся цифры числа не меняют ( ); 5) если цифра старш из отбрас разр ≥5 но за ней следует отлич от нуля цифры,то послед-ю оставл цифру увел на еденицу (152,153-152,2); 6) если отбрас цифра =5, а след за ней цифры неизвестны, то последнюю сохран цифру неизм-ют, если она четная и увел на еденицу если она нечетная (22,5=22; 23,5=24).