Міністерство освіти і науки України
Державний економіко-технологічний університет транспорту
Кафедра «Будівельні конструкції і споруди»
Завдання
На виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Метрологія, технологічні вимірювання і прилади» для спеціальності «КІКС» (денної форми навчання)
Вимоги до виконання РГР
Контрольним завданням передбачено обгрунтовані письмові відповіді на чотири запитання теоретичної частини та рішення чотирьох задач із практичної частини.
Номера контрольних запитань відповідають останній цифрі номера студента у навчальній групі.
Наприклад, якщо студенту списку навчальної групи має №1, то він відповідає на чотири запитання, що закінчуються на цифру 1, тобто відповідає на питання 1, 11,21,31, якщо на цифру 9 тоді на запитання 9, 19, 29, 39.
Номер варіанту задачі 1 визначається по номеру студента у списку навчальної групи.
Номер варіанту задачі 2 визначається за останньою цифрою номера студента у навчальній групі. Наприклад, якщо студент у списку навчальної групи має № 12, то він повинен вибирати варіант 2, якщо № 26 то варіант 6, а якщо № 20 то варіант 10.
Вибір номера варіанта для задачі 3 приведений в умові задачі.
Вибір номера варіанта задачі 4 такий самий як і для задачі 2.
Оформлення контрольного завдання повинно містити наступне:
спочатку потрібно написати запитання або умови задачі, а потім дати обгрунтовану відповідь або розв'язок задачі;
відповіді на запитання, у разі потреби, треба, ілюструвати рисунками, кресленнями або схемами, навести необхідні визначення і формули;
рішення задач слід супроводжувати короткими пояснениями;
не допускається подавати розв'язок задачі, в якому є тільки формула і кінцевий результат, або відсутня формула, а наведені тільки обчислення:
рисунки, схеми, графіки повинні виконуватися відповідно до вимог стандартів ЄСКД, а графіки, мати масштаб.
Контрольні питання
Метрологія. Розділи метрології, її основні задачі, зміст і напрямки. Предмет метрології. Засоби метрології. Короткий курс розвитку метрології.
Що таке фізична величина? Види фізичних величин. Наведіть приклади величин, що належать до різних груп фізичних величин.
Які є види фізичних величин? Дайте характеристику видам величин.
Дайте класифікацію фізичних величин.. Наведіть опис груп фізичних величин, які класифікуються за видами явищ. Дайте визначення системи фізичних величин і системи одиниць фізичних величин. Наведіть приклади основних і похідних одиниць фізичних величин.
Сформулюйте визначення одиниці фізичної величини. Наведіть приклади одиниць фізичних величин, що відносяться до механіки, електрики, оптики. Що таке розмірність фізичної величини? Запишіть розмірність наступних фізичних величин: паскаля, генрі, ома, фаради, вольта. Назвіть приведені значення фізичних величин, використовуючи кратні і часткові приставки: 5,3x1013 Ом, 10,4x1013 Гц, 2,56x108 Па, 4,67x104 Ом, 0,067 м, 0,0098 с, 7065х 10"13 с, 6,34х 10-6 Ф, 45,6х 10-9 с, 12,Зх 10-15 Ф.
Позасистемні одиниці, їх види. Позасистемні одиниці, що допускаються до використання нарівні з одиницями СІ. Наведіть приклади.
Стандартні зразки. Для чого вони використовуються? Їх метрологічні характеристики. Класифікація і типи стандартних, зразків. Наведіть приклади стандартних зразків.
Що таке метод вимірювань? За якими ознаками класифікують методи вимірювань? Які методи вимірювань найбільш поширені? В чому полягає сутність кожного методу вимірювання?
Що таке вимірювання? Дайте визначення прямих, опосередкованих і сукупних вимірювань. Їх переваги і недоліки. Наведіть приклади застосування кожного виду вимірювань.
Що таке умови вимірювання? Які вони бувають? Що таке результат вимірювання і чим він характеризується? Що таке точність вимірювання і сходження результату вимірювання?
Перерахуйте ознаки, за якими можуть бути класифіковані вимірювання. Опишіть класифікацію вимірювань за кожною з названих ознак.
Що таке еталон одиниці фізичної величини? Які типи еталонів вам відомі? Що таке повірочна схема і для чого вона призначена? Що таке повірка засобів вимірювань і якими способами вона може здійснюватись?
Метрологічні характеристики. Що вони дозволяють зробити? На які основні групи поділяються метрологічні характеристики? Основні метрологічні і характеристи ки засобів вимірювань. Нормування метрологічних характеристик.
Що таке похибка вимірювань? Опишіть класифікацію похибок за характером їх прояву. Опишіть ці види похибок.
Що таке похибка результату вимірювань? Опишіть класифікацію похибок за способом їх вираження. Опишіть ці види похибок .
Що таке похибка засобу вимірювань? Опишіть класифікацію похибок в залежності від місця їх виникнення. Опишіть ці види похибок.
Клас точності засобу вимірювань. Як він визначається? Яку інформацію він містить? Які різноманітні способи вираження класу точності існують?
Що таке прямі багаторазові вимірювання? З якою метою вони проводяться? З яких етапів складається послідовність обробки результатів прямих багаторазових спостережень?
Які закони густини ймовірності вам відомі їх характерні особливості? Для чого необхідно ідентифікувати форму закону розподілу? Опишіть яким чином це робиться.
При яких умовах похибка вимірювання може розглядатись як випадкова величина? Що таке нормальний розподіл? Чому він грає особливу роль в метрології? Що таке довірчий інтервал, довірча ймовірність?
Що таке систематична похибка? Наведіть приклади. Яким чином класифікуються систематичні похибки? Способи виявлення і усунення систематичних похибок.
Перерахуйте можливі прояви похибок. Назвіть ознаки, за якими класифікуються похибки. Сформулюйте властивості випадкової, систематичної складових похибок вимірювань.
Що таке засоби вимірювань? ІЦо таке статистичні характеристики, функція перетворення, вимірювальиий перетворювач, засоби вимірювання ? Загальна структурна схема засобів вимірювання.
Особливості вимірювань неелектричних фізичних величин. Які основні неелектричні величини вимірюються за допомогою електричних засобів вимірювальної техніки.
У чому полягають основі переваги вимірювання неелектричних фізичних величин електричними вимірювальиими приладами?
На які групи поділяються вимірювальні перетворювачі неелектричних фізичних величин в електричні за фізичними закономірностями, покладеними в основу їх принципу дії.
Що таке метрологічне забезпечення? Мета та основні задачі метрологічного забезпечення, структура та функції метрологічної служби в Україні.
Які принципи дії та властивості мають індукційні перстворювачі? Наведіть схему з індукційним перетворювачем для вимірювання вібрацій. Які принципи дії, властивості та область застосування мають п'єзоелектричні перетворювачі?
Які принципи дії, будова та властивості мають терморезистори ? Наведіть схеми електричних термометрів опору. Які принципи дії, будова та властивості мають термоелектричні перетворювачі? Наведіть схему термоелектричного термометру.
Які принципи дії та властивості мають індуктивні перетворювачі? Опишіть конструкцію. Наведіть схеми включення індуктивних перетворювачів, схему приладу для вимірювання малих переміщень. Які принципи дії, конструкція, властивості та область застосування мають ємкісні перетворювачі?
Які принципи дії, будова та область застосування мають реостатні перетворювачі? Наведіть схеми приладів з цими перетворювачами та навести приклади їх застосування. Які принципи дії, властивост, конструкції і та область застосування мають п’езоелектричні перетворювачі?
Накресліть вимірювальний механізм, опишіть будову, принцип дії у електростатичних вольтметрів. Опишіть їх позитивні та негативні якості.
Наведіть приклади структурних схем електронних вольтметрів, схеми застосування у них перетворювачів змінної напруги у постійну. Опишіть роботу у цих перетворювачів та наведіть їх метрологічні характеристики.
Опишіть принципи дії та будови, намалюйте схеми включення магнітоелектричних амперметрів і вольтметрів. Наведіть схеми компенсацій похибок та поясніть їх роботу .
Опишіть (з малюнком) принципи дії та будову магнітоелектричних логометрів, зазначте їх основні властивості та області застосування. Накресліть та опишіть схему термоелектричного приладу. Приведіть область застосування та основні метрологічні характеристики.
Що таке нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювальної техніки? Що таке еталон, взірцевий, робочий засіб вимірювальної техніки? У чому полягає різниця між цими приладами?
Як класифікується похибки по залежності абсолютної похибки від значення вимірювальної величини, в залежності від впливу характеру вимірювальних величин?
Наведіть структурну схему і поясніть суть методу зіставлення, диференційного методу, нульового методу.
В яких випадках проводять вимірювання з багатократними незалежними спостереженнями? ІЦо приймають за результат таких спостережень? Дайте визначення таким поняттям: довірлива імовірність, довірливий інтервал.
Назвіть основні числові характеристики ряду спостережень. Що таке гістограма, навіщо і як вона будується? Які критерії згоди ви знаєте? Для чого вони служать?
Методичні рекомендації та контрольні задачі для виконання практичної частини контрольної роботи
Виконання практичної частини контрольної роботи пов 'язане з вирішенням метрологічних задач, що наведені нижче.
Задача 1
Визначити методичну похибку вимірювання опору, зроблену опосередкованим методом за допомогою амперметра та вольтметра при двох схемах їх включення, рис. 1 рис. 2. Дані схеми наведені в таблиці 1.
Варіанти завдань наведені в табл. 1
Таблиця 1
-
№
вар.
Uvн
В
Ivb.
мА
Uv, В
IAH
mA
RAH
Ом
ІА, A
ƴv
ƴA
1
3
1,1
2,3
300
2
0,21
1,5
1,0
2
7,5
1,1
6,5
І50
2
0,12
1,0
0.5
3
30
1,1
10
100
2
0,07
1.5
2,5
4
15
1,1
20
50
5
0,03
2,5
1,5
5
50
1,1
35
30
5
0,02
0,05
0,5
6
7,5
1,1
50
15
5
0,01
0,5
0,05
7
15
1,25
120
10
20
0,007
1,0
1,5
8
25
1,25
200
5
5
0,003
1,5
1,O
9
30
1,25
260
1
10
0,0006
2,5
1,0
10
3
1,25
2.5
300
2
0,23
1,0
2,5
11
7,5
1,25
5,75
150
2
0,13
1,5
1,0
12
15
1,25
12
100
2
0,08
1,0
1,5
13
30
1,25
22,5
50
5
0,035
0,5
2,5
14
50
1,25
40
30
5
0,023
2,5
0,5
15
75
1,25
60
15
5
0,012
1,0
2,5
16
15
1,25
130
10
10
0,008
2,5
1,0
17
25
1,25
220
5
5
0,0035
1,0
1,0
18
30
1,25
270
1
10
0,0007
1,0
0.05
19
3
1.5
2,7
300
2
0,25
0.05
1,0
20
7,5
1.5
6,0
150
2
0,14
0,5
0,05
21
15
1.5
14
100
2
0,09
1,0
1,5
22
30
1.5
25
50
5
0.04
2,5
1,5
23
50
1.5
45
30
5
0.027
1,5
2,5
24
1.5
1.5
70
15
5
0,014
1,0
1,5
25
15
1.5
140
10
20
0,000
1,5
1,0
26
25
1.5
250
5
5
0,004
2,5
1,0
27
30
1.5
280
1
10
0,0008
1,5
2,5
28
15
1.1
10
100
2
0,07
1,0
1,5
29
30
1.1
20
50
5
0,03
1,5
1,0
30
53
1.1
35
30
5
0,02
1.0
2.5
31
75
1.1
50
15
5
0.01
2,5
1,0
32
15
1.1
120
10
20
0,007
1,5
1,0
33
25
1.1
200
5
5
0.003
1,0
1,5
34
30
1.1
260
1
10
0,0006
0,5
0.05
35
3
1.25
2,5
30
2
0,23
0,05
0,5
36
15
1.25
12
100
2
0 08
2,5
1,5
Рис.
2. Друга схема вимірювання опору за
допомогою амперметра та вольтметра
етодичні
рекомендації
Якщо вимірювання здійснюється за схемою рис, 1, то показ амперметра 1А відповідає знаменню струму I в резисторі Rх, але показ вольтметра завищений на значення спаду напруги на амперметрі. Якщо внутрішній опір амперметра КA, то спад напруги на ньому IA∙RA; тому для обчислення напруги U слід включити систематичну похибку методу – ввести поправку ∆= -Ia∙RA, тобто
U=UV - IA ∙RA
Звідси розрахункова формула для схеми рис 1.
У схемі рис. 2 показ вольтметра UV=U, але показ
Рис.
1. Перша схема вимірювання опору за
допомогою амперметра
та
вольтметра
Розрахункова формула для схеми рис. 2
Приклад розв 'язування
Покази приладів вольтметра та амперметра відповідно рівні
UV;IA.
Характеристики вольтметра: клас точності дорівнює UV шкала від 0 до UvH (UVH - номінальне значення шкали вольтметра, яке відповідає максимальному відцифрованому значенню); у разі вимірювання повної напруги номінальне значення току вольтметра. ІVH.
Характеристики амперметра: клас точності дорівнює γA шкала від 0 до ІAH; номінальний опір дорівнює RАН.
Передусім достаємо додаткові відомості про вольтметр та амперметр.
Граничне значення основної абсолютної похибки вольтметра
Звідси результат вимірювання напруги
Номінальний опір вольтметра
Оскільки граничне значення похибки обчислення цього опору
То
Граничне значення основної абсолютної похибки амперметра
Звідси, результат вимірювання струму
Оскільки граничне значення похибки обчислення опору амперметру
Обчислюємо результат опосередкованого вимірювання опору Rx за схемою рис. 1
Формула абсолютної похибки опосередкованого вимірювання, яка одержана за допомогою розкладу співвідношення в ряд Тейлора має вигляд
Величину ∆j=(δF/δXj)∙∆xj - називають частковою похибкою результату опосередкованого вимірювання.
З урахуванням наведеного загальну похибку результату об числения Uu/Iv обчислюємо за формулою
Загальна похибка результату обчислення буде
Оскільки, як правило ∆RA<<∆x
Результатами вимірювання за схемою рис.1 буде
)
Обчислюємо результат опорядкованого вимірювання опору Rx за схемою рис.2
Визначаємо загальну похибку результату обчислення UV/RV
Загальна похибка результату результату обчислення IA-UV/RV буде
Загальна похибка результату вимірювання за схемою рис. 2 буде
Результат вимірювання за цією схемою буде
Rx=(Rx±∆’’’)