15) Метрологическая служба. Единство измерений и его обеспечение.

Метрологическая служба представляет собой одно из звеньев государственного управления, основными задачами которого являются осуществление комплекса мероприятий по метрологическому обеспечению деятельности предприятий и организаций, обеспечение единства измерений и требуемой точности измерений, повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции. Метрологическая служба подразделяется на государственную и ведомственную. В государственную службу входят НИИ стандартов и лаборатории госнадзора за состоянием измерительной техники.

Ведомственная служба занимается метрологическим обеспечением отрасли. Задачи: Поверки средств измерений, осуществляемые Государственными и ведомственными метрологическими службами, называются соответственно Государственными и ведомственными.

16) Метрологическое обеспечение (МО). Метрологический надзор и контроль. Под метрологическим обеспечением понимают установление и применение научных организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства измерений. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – комплекс нормативно технических документов, стандартов, норм, требований, относящихся к организации и методике оценивания и обеспечения точности измерений. ГСИ составляет научно-правовую основу метрологического обеспечения.

17) Классификация погрешности измерения.

Погрешность измерения - это отклонение результата измерение от истинного значения ИВ, а выраженная в единицах измеряемой величины, она называется абсолютной погрешностью измерения. Относительная погрешность измерения - это отношение абсолютной погрешности к истинному значению ИВ.

Погрешности измерений подразделяются на случайные /грубая, промах/ и систематические погрешности: метода, инструмента; от точности установки СВИ, от влияющие величин; субъективые, постоянные и переменные. Абсолютная погрешность измерения является суммой случайной и систематической погрешностей. Систематическая погрешность - это составляющая пог- решности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины. Ее можно учесть и исключить из результатов измерений при их обработке. Случайную погрешность нельзя исключить из результатов измерений, но при их обработке методами математической статистики ее можно учесть.

18) поверка СВИ и их калибровка. «Результаты калибровки средств измерений, выполненной аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридическими лицами или индивидуальными предпринимателями, могут быть использованы при поверке средств измерений... » «калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений»; «поверка средств измерений (далее также - поверка) - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям». Но как можно подтвердить соответствие средства измерений установленным требованиям, если не определены его метрологические характеристики, т.е. не проведена процедура калибровки?! Таким образом, практически любая процедура поверки может быть разделена на два этапа: первый - определение действительных значений метрологических характеристик средства измерений, т.е. осуществление калибровки, второй - сравнение полученных значений с установленными требованиями, по результатам которого делается вывод о соответствии или несоответствии средства измерений данным требованиям. При положительном выводе результаты поверки оформляются должным образом (свидетельством о поверке, либо знаком поверки).

19) Обработка результатов измерения. Повышение точности результатов измерений яв­ляется одной из важнейших задач метрологии. Од­нако в ряде случаев оно возможно лишь при исполь­зовании методов математической обработки измери­тельной информации и применении средств вычисли­тельной техники. Использование математических ме­тодов позволяет повысить точность результатов изме­рений даже в тех случаях, когда в качестве источни­ков информации применяются средства измерений, не обеспечивающие необходимой точности в обычных условиях. Максимальная точность результатов изме­рений на основе информации, полученной в процессе эксперимента, может быть достигнута путем исполь­зования при их обработке методов теории вероятно­стей и математической статистики. Одним из вопросов, связанных с повышением точности результатов измерений, является оценка влияния на них случайных погрешностей. Случайные погрешности, как известно, представляют собой по­грешности, изменяющиеся неопределенным образом как по величине, так и по знаку. Происходят они от совместного проявления многих причин. В значи­тельной степени влияние этих причин не устранимо. Вследствие случайных погрешностей истинное зна­чение измеряемой величины поэтому неизвестно. При подсчете случайных погрешностей за измеренное значение на практике часто принимают среднее арифметическое из полученных n измерений x₁, x₂, …,x_n, т.е. При n среднее арифметическое является наиболее близким к истинному значению и определяет математическое ожидание m случайной величины X. При большом числе различных независимых причин, вызывающих появление случайных погрешностей, плотность распределения их подчиняется нормальному закону распределения, или закону Гаусса, который выражается следующим уравнением: где – среднее квадратическое отклонение величины Х; m – математическое ожидание измеряемой случайной величины Х. При этом Х– некоторая непрерывная измеряемая случайная величина, а х_i (i = 1, 2, …, n) – ее частные реализации.Среднее квадратическое отклонение

отклонения называется дисперсией которая является количественной характеристикой разброса результатов измерений вокруг истинного значения.Математическое ожидание m случайной величины является истинным значением измеряемой величины при отсутствии систематических погрешностей. На практике в качестве оценок точности измерений принимают доверительный интервал с границами, равными средней квадратической погрешности , вероятной погрешности =(2/3) или предельной погрешности 3 , и соответствующие им доверительные вероятности (надежности оценки), которые используются при расчетах, поверках и градуировках.Оценка случайных погрешностей среднего арифметического значения , так же как оценки погрешностей отдельных измерений, не может служить в качестве поправки, как это возможно для систематических погрешностей. Результат многократного измерения дается в следующем виде: ,где и Е выражаются в абсолютных единицах.

20) оценка неопределенности результатов измерения Согласно концепции неопределенности, целью измерения является достоверная оценка параметров распределения вероятности, характеризующих измеряемую величину. Под этими параметрами чаще всего подразумевают среднее значение и стандартное отклонение.   Упрощенно, можно сказать, что неопределённость измерений - это неуверенность в точности результатов измерения. Наша задача численно оценить степень этой неуверенности (неопределенности). Численная оценка неопределённости включает в себя два основных аспекта: в каких пределах вокруг результата измерения может находиться истинное значение измеряемой величины и с какой вероятностью оно в эти пределы попадает.  По способу выражения неопределенность измерений подразделяют на абсолютную и относительную.

Абсолютная неопределенность измерения - неопределенность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Относительная неопределенность результата измерений - отношение абсолютной неопределенности к результату измерений.

21) методы повышения точности измерений и их классификация Для измерительных каналов и ИИС целесообразно заменять на более точные только те средства измерений, погрешности которых доминируют при расчете суммарной погрешности канала или ИИС. Данный способ повышения точности измерений оказывается доступным далеко не всегда. Возможности выбора более точных средств измерений зачастую весьма ограниченны. Чаще всего такие ограничения связаны с условиями эксплуатации средств измерений. Метод сравнения с мерой Метод сравнения с мерой основан на том, что размер измеряемой величины сравнивают с помощью компаратора с размером величины, воспроизводимой мерой, а искомое экспериментальное значение величины рассчитывают по полученным значениям показаний компаратора и номинальному значению меры. Применение этого метода является одним из наиболее эффективных способов исключения систематической составляющей погрешности измерений. Использование тестовых сигналов Тестовые методы повышения точности измерений применяются в различных измерительных системах для измерений как электрических, так и неэлектрических величин. Сущность тестовых методов повышения точности измерений заключается в определении параметров статической функции преобразования (СФП) с помощью дополнительных преобразований тестов, каждый из которых функционально связан с измеряемой величиной. Использование информационной избыточности Под информационной избыточностью понимается такое состояние измерительной информации, при котором она больше необходимой для реализации функций управления объектом. Избыточная информация может использоваться для повышения точности измерений.

22) методы повышения точности СВИ и их классификация. Их можно разделить на две группы: методы предотвращения возникновения погрешностей и методы снижения влияния погрешностей.К первой группе относятся конструктивно-технологические и защитно-предохранительные методы.Конструктивно-технологические методы заключаются в использовании материалов, элементов и узлов со стабильными параметрами, применении предварительного старения, выборе стабильных режимов использования деталей. Для уменьшения частотной зависимости применяют, например, частотно-независимые резисторы, для уменьшения температурной зависимости – манганиновые резисторы, имеющие малый температурный коэффициент сопротивления и т.п. Защитно-предохранительные методы предназначены для уменьшения влияния внешних влияющих величин и заключаются в уменьшении диапазона их изменения. Это достигается применением термостатирования, экранирования, стабилизации, фильтрации и т. п. Методы снижения влияния погрешностей включают в себя методы коррекции (обычно систематических погрешностей) и методы статистической минимизации. Методы коррекции или методы функциональной минимизации погрешностей измерительных приборов заключаются в снижении их уровня в процессе аналитического или экспериментального определения погрешностей. Статистическая минимизация заключается в снижении случайных погрешностей измерительных приборов и может осуществляться как в процессе, так и после измерения. Коррекция погрешностей может осуществляться как вручную, оператором, так и автоматически. Методы ручной коррекции можно разделить на методы калибровки, заключающиеся в регулировке прибора, и методы обработки результата измерения без воздействия оператора на прибор, путем введения поправки. Методы автоматической коррекции (структурные методы коррекции) основываются либо на использовании внешней влияющей величины или неинформативного параметра (применяется в схемах прямого преобразования), либо на использовании самой погрешности, выявленной с помощью дополнительных образцовых измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей (применяется в схемах уравновешивающего преобразования). Принцип структурного метода коррекции состоит в выработке величины, с помощью которой можно было бы создать корректирующее воздействие на прибор. Структурные методы коррекции по способу введения корректирующего воздействия разделяют на аддитивные и мультипликативные. При аддитивной коррекции величина, пропорциональная погрешности, обычно суммируется с выходной величиной. Мультипликативная коррекция осуществляется изменением коэффициента преобразования преобразователя корректирующей величиной, пропорциональной погрешности. Управление коррекцией погрешностей осуществляется схемами с микропроцессорами, а методы статистической минимизации направлены на снижение уровня уже возникших случайных погрешностей.

23) Первичные измерительные преобразователи (ПИП) и их классификация. Измерительные преобразователи (датчики) предназначены для получения измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. ПИП – преобразователи, к которым подводится ИВ (измеряемая величина). Они являются первыми в измеряемой цепи и предназначены для первичного преобразования физической ИВ (ФИВ) в форму, удобную для дальнейшего использования. ПИП классифицируются по ИВ и по параметру, в который преобразуется сигнал измерения. ПИП могут быть контактными и бесконтактными, а также параметрическими (преобразующими изменение неэлектрической контролируемой величины (КВ) в изменение параметров электрической цепи) и генераторными (преобразующими изменение КВ в э.д.с.).Требования, предъявляемые к ПИП: высокая чувствительность, линейность, малая инерционность. Омические реостатные ПИП: служат для преобразования линейного или углового перемещений в соответствующее изменение сопротивления, напряжения или силу тока. При этом сопротивление ПИП между зажимом и движком двигающимся под действием усилия перемещения изменяется по закону: R_x = Rf(x), где f(x) – функция перемещения (линейного или углового) движка ПИП. Выходное напряжение (U_н), которое может быть измерено электроизмерительным

24) Физические основы ПИП, принцип их работы и характеристики (омические, индуктивные, емкостные) Измерительные преобразователи (датчики) предназначены для получения измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. ПИП – преобразователи, к которым подводится ИВ (измеряемая величина). Омические реостатные ПИП: служат для преобразования линейного или углового перемещений в соответствующее изменение сопротивления, напряжения или силу тока. При этом сопротивление ПИП между зажимом и движком двигающимся под действием усилия перемещения изменяется по закону: Rx = Rf(x), где f(x) – функция перемещения (линейного или углового) движка ПИП. Выходное напряжение (Uн), которое может быть измерено электроизмерительным прибором Rн, будет изиеняться по закону: Uн = U*(x/R) (*), где x – перемещение движка. Оно пропорционально перемещению х движка. Тензопреобразователи: принцип действия основан на изменении активного сопротивления упругого тела при его деформации. В качестве подобных устройств используются проволочные и фольговые металлические, а также полупроводниковые резисторы – тензопреобразователи, которые устанавливаются в местах для измерения деформаций упругих элементов, подвергающимся постоянным или переменным нагрузкам. Активное сопротивление проволочного металлического преобразователя: R=*l/s.  - удельное электрическое сопротивление; l – длина проволоки; s – площадь поперечного сечения. Индуктивные: под действием измеряемой величины мембрана, являющаяся подвижным якорем электромагнита, перемещается, что вызывает изменение электрического сопротивления преобразовательного элемента. Можно вывести закон изменения индуктивности от перемещения мембраны. Измерение индуктивности осуществляется мостами переменного тока или резонансными LC-контурами. Емкостные преобразователи: изменяется расстояние между пластинами, что приводит к изменению емкости. Зависимость емкости С преобразовательного элемента от перемещения  мембраны 1 имеет вид С=*S/(+0).  - диэлектрическая проницаемость среды. Для преобразования С в сигнал измерительной информации обычно используются мосты переменного тока либо резонансные LC-контуры.

25) ПИП пьезоэлектрические, электромашинные, фотоэлектрические, пневматические. . ПИП – преобразователи, к которым подводится ИВ (измеряемая величина). Они являются первыми в измеряемой цепи и предназначены для первичного преобразования физической ИВ (ФИВ) в форму, удобную для дальнейшего использования. Пьезоэлектрические: в основу работы этих преобразователей положено преобразование действия ИВ в усилие посредством деформационного чувствительного элемента. Принцип действия пьезоэлектрического преобразовательного элемента основан на пьезоэлектрическом эффекте, наблюдаемом у ряда кристаллов (кварц, турмалин и т. д.). Суть эффекта – когда кварцевые пластины подвергаются сжатию, то на их поверхности возникают заряды разных знаков. Например, значение заряда Q связано с измеряемым давлением P зависимостью: Q=kFP. k – коэффициент, связанный с природой крисстала. Фотоэлектрические: превращают световую энергию в электрический ток посредством фотоэлементов. Iф=kфФ.м Пневматический датчик: преобразователь сопло и заслонка.