Метрология «учение о мире» - это наука об измерениях методах и средствах их единстве и способах достижения заданной точности

Стандартизация – это деятельность направленная на разработку норм, правил и характеристик и обязательных для выполнения которые обеспечивают право потребителя на приобретение услуг или товара надлежащего качества а так же право на безопасность и комфортного труда

Сертификация – процедура, посредством которой дается гарантия соответствия продукта процесса заданным требованиям

Метрология.

Измерение – это процедура, в результатах кот проводится сравнение измеряемой величины с единицей измерения или кратной (дольной) ее частью.

N=Q/[q]

Q – реальное значение физ вел q – принятые единицы измерения N – результат измерения

Измерение осуществляется с помощью спец техн средств, кот предназначены для проведения измерений имеющие нормированный метролог характер.

Единство измерений – это состояние измерений при котором результаты выраженные в узаконенных величинах и погрешность измерений не выходит за установленные границы заданной вероятности

Основной задачей метрологии является получение измерительной инф о свойствах объекта и процесса с заданной точностью

Инф – это совокупность сведений о свойствах и состоянии объекта уменьшающую изначальную неопределенность или энтропию. Как правило инф выражается на заданном алгоритм языке

Измерительная информации – инф о значениях измеряемой физ величины.

Метрологию принято делить на 3 самостоятельных взаимодополняющих раздела:

1)Теоретическая метрология (общие вопросы теории измерений, терминологии, основные понятии, вопросы теории погрешности)

2) прикладная метрология(посвящена изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности)

3)законодательная метрология (рассматривает комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм , а так же другие вопросы нуждающиеся в регламентации и контроля со стороны гос-ва)

Основным законом в области метрологии явл закон РФ кот называется «об обеспечении единства измерения»

Измерение проводится с помощью техн средств кот называются средство измерения , предназначены для получения технической информации как доп измерительная информации имеют нормированный метрологические харакеристики

Средства метрологии – совокупность средств измерений и метрологических стандартов.

Основное понятие метрологии – измерение (нахождение значений физ величины опытным путем с помощью спец техн средств)::

Значимость измерений выражается в 3х аспектах :

-филисофский

- научный

- технический

Философский аспект состоит в том что измерение явл важнейшим универсальным методом познания физ явлений и процессов. В этом смысле метро занимает особое место . Место измерения определяется не среди первичных (теор) методов познания, а среди вторичных, с помощью кот решаются задачи о формировании данных (фиксация результатов)

Научный аспект состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь в теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответ развития науки

Технический аспект: измерение обеспечивает получение коли-венной инф без кот не возможно точность воспроизведения всех заданных условий и эффективное управление объектомОбъекты измерения.

Измерение – процесс пролучения инф, заключающий в сравнении опытным путем измеренямемыми величинами или сигналов в выполнении необходим логич операций и представляя инф в числовой форме.

Объектом измерения явл а или иная физ величина

Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении ин­дивидуальное для каждого объекта, например, масса, напряжение, сила.

Термин физии величина можно рассматривать как синоним «физ свойство» Однако физ свойства не все явл физическими свойствами Разные физ свойства не могут быть измерен поэтому физ величины определяют как свойства поддающиеся измерениям

Основное уравнение измерения

Для числового представления используют единицы измерения (физ величина, кот по определению присвоено числовое значение равное 1)

Оценка физ величины в виде некотор числа принятых для нек единиц наз значения. При выборе единиц измерении физ величина как объективно характериз ее истинное значение (значение, кот идеальн образом отображает соответств свойства объекта)

Экспериментально определить истинное значение невозможно, поэтому при необходимости например при проверке вместо истинного используют ее действительное значение .

Действительное значение ф.в. – это значения которые экспериментально и настолько приближенно к истинному что для данной цели может быть использовано вместо его

Ф.в. принято делить на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые могут быть выражены количественно в виде определенного числа. Остальные ф.в. могут только оценины

Под оцениваемыми понимается операция приписывания …..

Шкала физ величн – упорядоченная последовательность значений принятых по соглашению на основании результатов точных измерений. Различают 5 основных типов шкал измерений:

1)Шкала наименований -

Самый простой тип шкал основанный на приписывании качественных свойств объектов чисел играющих роль имен. Нумерация объектов по шкале наименований осущ по принципу «не приписывай одну и туже цифру разным объектам» Числа приписанные объектам нельзя использовать для матем операция. В этих шкалах отсутствует понятие нуля, нет понятия больше или меньше и понятия единицы измерения. Для обозначения классов цифры – это только символы даже если для этого использ цифры или номера. При обработке экспер данных зафиксирован в такой шкале можно проводить операцию совпадения или не совпадения

2) Шкала порядка – (рангов)

Явл монотонно возрастающей или убывающей и уже позволяет установить отношение больше или меньше между величинами. Нет понятия ед измерения, не устано7влено отношение пропорциональности> нельзя судить во сколько раз больше или меньше конкретное проявление

Условная шкала – шкала физ величин исходные значения кот выражены в условных единицах(например шкала вязкости Энглера) Широко распространены шкалы порядка с реперными точками(например шкала Морса определения твердости минерала)

В условных шкалах одинаковыми интервалами между размерами данной величины не соотвествуют одинаковые размерности чисел отображающие размеры, определение значения величин нельзя считать измерение, т к на этих шкалах не могут быть введены единицы измерения, называют оцениваем. Такое оценивание явл неоднозначным и ориентировочным

3)Шкала интервалов(шкала разностей)

Состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерение и произвольно выбранное начало или нулевую точку К таким шкалам относят летоисчисление, температурные шкалы. На шкале интервалов определены действия сложения и вычитания интервалов. Название шкала интервалов подчеркивает, что в этой шкале только интервалы имеют настоящий смысл и только над ними можно выполнять арифм действия

Q=Qo+n*[q]

N – числовое значение арифм величины

Qo – начало отсчета

q - ед измерения

задать шкалу можно 2 путями:

При первом пути выбирают 2 значения Qo и Q1 величины кот относительно просто реализуется физически – эти значения наз опорными точками или основными реперами, а интервал (Qo Q1) – основным, затем Qoпринимают за начало отсчета а интервал длят на n- число делений.

При втором пути задания шкалы ед измерения воспроизводят непосредственно как интервал а некотор доля или некоторое число интервалов размеров дают величины. Примером такого подхода явл шкала времени в которой 1 с равна = 9192631770 периодов излучения соответсвующ переходу между 2мя уровнями основного состояния атома цезия.

4) Шкала отношений

Сущ однозначный критерий нулевого отсчета и единицы установленной по соглашению(закон) явл шкалой интервалов с естественным началом осчета(длины, вес, эл сопротивление)Измерения по такой шкале являются полноправными числами с ними можно выполнять любые ариф действия. Считаются самыми современными. Q=n[q]

5) Абсолютная шкала

Соответствует относительным величинам(коэффициентами) Иногда шкалы наименования и порядка наз неметрическими, а шкалы интервалов и отношений наз метрическими. Практическая реализация шкал измерения осущ стандартиз самих шкал измерения так и способов их однозн воспроизведен

Система единиц физ величин

Един измерения должна быть установл для каждой из известных физ величин, Многие ф.в. связаны зависимостями это надо учитывать. Только часть ф.в. и их единиц могут определяться независимо от других – основные физ вел, остальные физ вел (к ним относят дополнительные и производные.) опрееляют в форме физ зависимостей и законов. Важной хар-кой ф.в. явл ее размерность или dim Q. Размерность выражается в форме степенного многочлена отражающего связь данной величины с основными в кот коэффициент пропорциональности принят равным единице

Над размерностями можно производить действия. Понятие размерности можно использовать для перевода единиц из одной системы в другую, для проверки правильности … формул, при вычислении зависимости между величинами в теории физического подобия. Их единицы также делятся на основные и производные. Совокупность основных и производных ф.в. наз системой физ вел

С 1961 – общепринятой явл международная система единиц СИ. Достоинства Си:

- универсальность(охват всех областей)

- унификация всех областей и видов деятельн

- возможность воспроизведен ед с высокой точностью

- конкретность формул

- малое кол-во допускаемых ед

- единая система образов кратных и дольных ед

Кроме основных сущ доп един физ вел и производн. К доп относят едини измерен угла: плоский(рад) и объемный (стерад). Для установления производной ед следует выбрать величину единицы кот принимается в качестве основных. Установить размер, выбрать определяющ уравнение связывающ величину измеряем основным един, с величиной кот устанавл .

Производные различают когерентные и некогерентные. Когерентная – поизводная ед ф.в. связанная с другими един. Систем уравнением, в кот числов множ принят равным 1. В системе Си установл десятичные кратные и дольные единиц, кот образуются с помощью множителей.

Средства измерений

Метрологич характер – свой-во средств измерения, кот позволяют судить об их пригодности для измерения определен ф.в. в заданном диапазоне ее значений и заданной точностью. Погрешность лимитирована, т е строго определена. все виды СИ по метролог на по значению делятся на образцовые и рабочие

Образцовые сред измер – предназначены для проверки по ним других, так наз рабочих СИ, менее точнее.

Рабочие средств измерен предназначены для измерен разл ФВ в различных областях человеской деятельности.

По характеру уч в процессе измерения все средства измерения можно разделить на 5 групп

- мера

- измерительные преобразователи

- измерительн приборы

- измерит установки

И – измеритель н системы

Мера

- средство измерения, предназнач для воспроизв ф.в данного размера(единицы ф в или ее кратные, дольные значения)

Меры бывают:

- однозначные(из однозначн образуют приборы)

- многозначные

- наборы мер

Если каждая мера из совокупности используется отдельно и независимо, то такие меры образуют набор мер. Если все меры из данной совокупности соединены конструктивно в 1 целое , так что каждая в отдельности использ не может они образуют магазин? мер

Многозн – это меры с переменными значениями воспроизводят любые кратные и дольные единицы значения измерений в определенном диапазоне.

Измерительные преобразователи

- средства измерений, предназн для выработки сигнала измерит инф в форме удобно для передачи дальн преобраз обработки или хранения, но не поддающ непосредственному восприятию наблюд(пример - термопара)

Измерительные сигналы

Явл материальн носителями инф. Наибол часто в качестве сигналов использов сигналы постоянного уровня(эл ток, напряж) Способ с помощью кот один из параметров сигнала функцион связыв с измер фв наз модуляцей

В качестве сигналов можно использов:

- давление сжатого воздуха

- трубопровод заполн жидкостью

Те параметры сигнала кот связны с изм фв называются информационными. Другие кот не использ для передачи значений фв наз неинформационными

ПИП – первичный измерительный преобразов – первый в цепочке преобразов, непосредствен кот связан с фв

ПИП иногда наз датчиками или сенсорами

Номинальная статическая характеристика зависимость выходной от входной

Способы задания :

- графический(наглядность, но занимает много места)

- алгебраический(уравнения, компактный но не видно зависимостей)

- табличный(наиболее точный)

Наиболее распространен явля ПИП

Кроме пип использ масштабирующие. Частным случаем масштабирующ преобразов явл нормирующий преобразователь, т е при заданном диапазоне изм входной величины выходная нормируется

Аналого- цифровые преобразователи – аналоговый сигнал преобр в цифровой, цифроаналого – аналогично

Цифроимпульсный преобразов - цифровой в импульсный

Измерительные приборы.

- техн средство измерения, определ для выработи сигнала измерен инф в форме доступной и удобной для использов пользов. На выходе должно быть средства отражен информации, т е измерит прибор инф по которому польз ведет значение информ, может быть аналоговым или цифровым

Ип по методу измерения:

- Прямого преобразов(измеряемая физ вел преобразов путем ряда измерит преобразователей преобразуется в аналоговый сигнал ) Пример безмен РИС 1;

плюсы: простые, надежные, не требуется доп энергии Минусы: погрешность, сложность перед инф

- компенсационный метод РИС 2

В основе компенсац метода лежит принцип уравновешивания действия на измерительн схему измерен ф.в. Уравновеш действием меры или ее эквивалента. Момент равновесия фиксир с помощью спец устройства – ноль индикатор. Силы должны быть равны и противоположно направлены.

Это приборы с обратной связью, Современная измерит приборы позвол осущ все требования (запись, хранение)

ИП по конструкции:

- щитовые, - переносные, - стационарные

По способу представл инф:

- показывающие, - регистрирующие В цифровых приборах инф выдается дискретно как по величине так и по времени

По защищенности от внешних воздействий:

- обыкновенные, - влагозащищающие, - газозащищающие, - ….

Измерительные установки:

- совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств предназ для выработки сигнала измерит инф в форме удобной непосредственно восприятия наблюдателем расположенная в одном месте

Позволяют предустмотреть опр метод измерен и определить погрешность.

Измерительные системы:

- совокупность средств измерений и вспомогательн устройств, соединенных между собой каналами связи, предназн для выработки сигналов измерен инф в форме удобной для автомат обработки , хранения и передачи и использования в автомат системах управлен… Хар признаки : большое кол-во измерит каналов причем разных физ вел но одного объекта.

Частным случаем измерит системы явл измерит вычислт комплекс и информац измерит система

Измерительные системы – наиболее современная и сложн средства измерен, осущ все необход функции сбора и обработки больших объемов измерит инфор

РИС 3

Пп – первичный преобразо, нп – нормировн преобразо, Км – коммутатор

Кс – каналы связи

Ву - … устройство, Бд – база данных, Сои – средства отображ инф, преобразуется с помощью ПП и НП и подаются в коммутатор. С помощью его сигналы подключаются ко входу АЦП потом в канал связи из выхода Кс в виде цифрового кода подается ВУ и происходит обработка сигнала. ВУ оусщ непрерывный обмен инф с БД в кот наход задан коэффициенты…….

Результаты обработки поступают в СОИ или на исполнительные механизмы, осущ функцию управлен этим объектом , осущ регулирование.

Основные характеристики средств измерения:

Все средства измер имеют общие свойства позволяющ их сопоставлять между собой:

Метрологическими характеристиками наз свойства средств измерений кот оказывают влияние на результат измерен и его погрешность и предназначены для оценки технического уровня и качества средств измерении

Важнейш харакрист:

1)Точность – степень приближения результатов измерения, полученных с помощью данных СИ к истинному значению измеряемой величины. На практике для кол-ной оценки точности использ понятие погрешности - -отклонение показания приборов о истинных значений измеряем величин

Δ=Х изм – Хист – абсолютная погрешность Хист=Хд

В качестве деств показаний можно использов реперные точки, точность использ средств измерен для проверки осущ с помощью применения более точных чем поверяемые СИ, т е раб средства поверяются образцовыми

Для оценки приборов имеющих разный диапазон значений либо разные един измерен использ относительную погрешность выраз в процентах

δ= Δ\Хд *100,%

Приведенная погрешность: γ= Δ\N *100

2)Градуировочная характеристика

- зависимость между значениями фв на выходе и входе СИ в установившемся режиме(номин статич характер)

Градуировочная характер – индивидуальн, описывающ свойства конкретного экземпляра СИ.При серийном выпуске такую зависимость нах НСХ

3)чувствительность

- отношение измерения вел на выходе к к вызывающему его изменение входн величины

От чувствительности следует отличать Порог чувствительности – такое воздействие на входе кот изм прибора, кот вызывает на выходе мин уверено обнаруживаемый эффект

4)Диапазон измерений

- это область значений измерен фв для кот нормирован допускаем погрешность средств измерен . Диапазон измерений ограничив наиб или наим значничем величины.

Диапазон измерений может быть разбит на несколько под диапазонолениев. Для оценки влияния средств измерен на режим работы указывают входное полное сопротивление Zвх – полное комплексное сопротив

Нормированные метролог характеристики(НМХ)

Нмх нормируется в виде основн и доп допустимых погрешностей и связных с ними понятия класса точности

Класс точности по госту – это обобщенная харакер СИ определяемая пределами допустимых основных и доп погрешностей, а так же по др свойствам (хар СИ) влияющим на точность измерений

К основным относят погрешности СИ возникающие при н.у его экспериментации

Доп – кот возникают при условиях измерения выходящих за пределы нормальных условий . Для их оценки применяются уравнения связи, связывающие вел доп связей с условие окр среды

Рабочий диапазон – в кот прибор может работать и погрешность не выходит за расчетн соотношение.

Допустимые значения эксплуатации.

Пределы допускаемых основных и доп погрешностей могут быть выражены в форме абсолютн, относител или приведенной погрешности????

Абсолютн погрешность выраж в численной форме( 1) ∆=+-а (2) ∆=а+-вх

Обозначн класса точности наносят на циферблатах и щитках… Класс точности может обознач буквами лат алфавита либо римские цифры.

класса точности =∆ мах / Xn * 100

В техн ср измер под классом точности понимают допустимое значени основной приведенной погрешности

Xn – диапазон шкалы прибора

∆ = Хизм-Хдоп

Δ=∆/х *100 – дополн погрешность

Δ=+-[с+d(\Xc/X\-1)] c=b+d d=a/Xn,

Метрологическая надежность средств измерения.

Может возникать поломка средств измерения- будем называть отказом.

Метрологическая надежность средств измерения- свойства СИ сохран установивш значение метролог характер в течении определенного времени при нормал раб у…эксплуатации

Характеристика:

-Интенсивность отказов

-Вероятность безотказной работы

- наработка на отказ

Интенсивность отказов: λ =α/(N * ∆t), где α – число отказов, N – число однотипных элементов, ∆t-промежуток времени

Для СИ состоящих из n типовых элементов интенсивность отказов λсум=, где m – кол-во элементов i-того типа

Вероятность безотказной работы:

Р(t)=

Наработка на отказ: Тсредн =

Мах поверочный интервал - временной интервал в течении кот обеспечивается заданная вероятность безотказной работы: Тнп = Рмо – вероятность отказала за время между поверками

Классификация измерений. Виды измерения. Методы.

Виды измерений:

По способу получения результата: -прямые, - косвенные, - совокупные, - совместные

Прямые, при кот искомое значение измеряемой фв находят непосредственно из опытных данных

Косвенные, при кот искомое значение фв находят на основании известной зависимости между измеряемой величиной и другими связанными величинами кот находятся путем прямых измерений,

Совокупная и совместные похожи. В практике измерения требуется не 1 , а несколько фв связанных с другими системами уравнений. Число таких уравнений должно быть столько сколько фв мы измеряем иои больше. Если одновременно измеряется несколько одноименных фв, то такие величины наз совокупными. Если разноименные, то такие называются совместными.

Измерение может быть найдено путем однократного его измерения, либо путем нескольких измерений фв с последующией обработкой из результатов: в первом случаем – однократные наблюден, в 2- многократные.

По принципу работы: - статическая, - динамическая

Методы измерения:

- Любое измерение представляет собой физич эксперимент, выполнение кот основано на выполнении тех или иных физ явл. Совокупнолсть физ явлений на кот основаны измерения наз принципом измерения(физ принцип действия) Совокупность приемов при использовании принципов измерения и средств измерения составл метод измерения.

Различные методы измерения поддаются так же систематизации:

По организации сравнения измереняемой физ вел и сед измерения: - метод непосредственной оценки, - метод сравнения

1. Значен измеряем фв определяют по отсчетному устройству прибора прямого действия

Основной недостаток:: сравнение с мерой производится не во время опыта, а до опыта или после.

Обязательн явл наличия сравнивающего устройства: либо ноль-индткатор либо шкала.

Наиболее распростран методом является компенсационный метод В общем случае в методу сравнения величиная измерен фв при отклонении …….

Метод замещения – в кот сравнение с мерой производится не одновременно а последовательно

Метод сравнения – метод сравнений с мерой в кот разность между измер величин и вел воспроизвод мерой измеряют используя совпадение отметок шкал иили периодических сигналов

Воспроизведение ед физ вел – это совокупность операций по материалу един физ вел с наивысшей в стране точностью посредством гос эталона или исходного образцового средства измерения важным явл передача размера единицы фв – это приведение размера ед фв хранимой поверяемой средств измерен и размер единиц??

Эталоны и ед фв

Эталон – средства измерений или комплекс СИ, предназначенные для воспроизведения и хранения ед фв с наивысшей точностью и для передачи ее размера ниже стоящим по поверочной схеме и утвержденная в качестве эталона в установленном порядке.

По метролог значению:

- первичные

-специальные

-государств

-национальные

-международные

-вторичные

Первычные обеспечивают воспроизведение и хранение ед с наивысшей точностью. Мпец обеспечивают воспроизведение ед в особых условиях, в кот прямая передача размера не осуществима

Международные эталон принят по международному соглашению для международн основы для соглосования с ним нац единиц

Вторичный хранит эталон полученный сличением с первичным

Поверочные схемы (пс)

ПС – это нормативный документ который устанавливает соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к раб. средству с указанием методов, погрешностей и утвержденных в некотором порядке.

ПС делятся на:

а) государственные б) ведомственные в) локальные

Государственные ПС распространяются на все СИ данной физ.величины(ФВ) имеющейся в данной стране. Она разрабатывается в виде гос. стандарта, состоящего из чертежа ПС и текстовой части.

Ведомственные ПС распространяются на СИ данной ФВ, подлежащей ведомственной проверке.

Локальные ПС распространяются на СИ, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы.

Локальные и ведомственные ПС выполняются в виде чертежа.

1

4

1

а) б) в)

На рис а) передача размера от эталона 1 к объекту 4 методом 2. на б) тоже самое, но методами 2 и 3, на в) аналогично.

Чертежи ПС состоят из полей, и имеют след. наименования: эталоны, образцовые СИ п-го разряда и рабочие СИ.

На чертежах должны быть указаны наименования СИ и методы поверки, номинальные значения ФВ, допустимое значение погрешности.

Способы поверки си.

Поверка – это операция, заключающаяся в установлении пригодности СИ, и применяется на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия к предъявляемым требованиям.

Основной метрологической характеристикой является погрешность.

Поверки: а) независимые; б) внеочередные; в) инспекционные; г) поэлементные;

СИ признанное годным к применению оформляется выдачей свидетельства о поверке, либо нанесением клейма или иным способом.

Поверка СИ проводится: 1) методом непосредственного сравнения; 2)методом непосредственного сличения показаний самого прибора и др. эталонного прибора.

Важным является погрешность между рабочим и эталонным СИ.

Калибровка си.

Это совокупность операций выполняющих калибровочной лабораторией с целью определения подтверждения значения метрологических характеристик и/или пригодности СИ в сфере неподлежащей гос. метрологическому контролю и надзору. Результаты калибровки удостоверяют калибровочным знаком. Если поверку может выполнить орган метрологической службы то калибровку может проводить люб. аккредитованная и неаккредитованая организация. Калибровка – добровольная процедура.

Погрешности си.

Классификация погрешностей:

1. По характеру проявления во времени

а) систематические б) случайные в) грубые

Систематическая погрешность – это составляющая погрешности, остающаяся постоянной и/или закономерно изменяющаяся. Систематическая: постоянная и переменная. Систематическая ошибка должна учитываться – нужно учитывать поправку. Ввести поправку значит прибавить её к результатам измерений. Метод компенсации по знаку предусматривает измерения с 2мя наблюдениями, выполняя ее так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результат с разными знаками.

Случайная погрешность – это составляющая погрешности, меняющаяся случайным образом, как по знаку, так и по величине. Не может быть исключена но может быть уменьшена.

Грубая погрешность – это случайная погрешность, результат отдельного измерения, входящего в ряд измерений которые для данного условия резко отличается от остальных измерений.

- средне квадратичное отклонение

- дисперсия- разброс

- случайная погрешность

- величина случайной погрешности

- грубая погрешность

По причине возникновения погрешности можно отнести к 3 типам

1. ∆instr – инструментальная погрешность связана с несовершенством средств измерения ,

Рис 4

Погрешность: - неточность нанесенной шкалы, - смещение шкалы относительно сосуда, - неточность изготовл болона

2. Методическая погрешность ∆met

tср = Погрешность связанная с необход усреднением меняющ фв

3. Субъективная погрешность ∆sub

Связана с участием человека в процессе измерения. Погрешность связана с неправильности положения оператора наз погрешностью паралапса

Итоговая погрешность : ∆=∆instr*∆met*∆sub «*» - объединение погрешностей.

Однако ввиду сложности этот метод распространения не получил. Для расчета погрешности ∆ используют возможность определения дисперсии суммы статич независимых величин D∆=

+

Показателем точности явл интервал (доверительный) от нижнего ∆ до верхнего ∆ в кот ∆ находится с заданной вероятностью Р

Оценка инструментальной погрешности

Матем модель инстр составл можно записать в виде

∆instr=∆0* , где ∆0 – основная погрешность, кот включает в себя системат случайную погрешность и вариацию , – объединение доп погрешностей с обусловленных действием ??? величин и неопределенных параметров входного сигнала, - учитывает инерционность измерений (выходное отставание от входного), - погрешность обусловленная взаимодейств средств измерения с объектом измерения.

Для единичных измерений ∆0 можно найти через понятие класса точности

∆0=∆мах, γкл точн =(∆мах/ ХN)*100

ℇ=кδ, где ℇ - доверительный интервал, δ – ско, к – квантильный множитель

«К» определ законом распределения и заданной вероятностью Р

2 закона распределения: - Кормольн???? (задают р=0,95 к=2 =>ℇ=2δ, σ=∆мах/2)- Равномерное (задают р=1 к= =>ℇ=2δ σ=∆мах/)

можно найти по след приближенной формуле

σ = , где Хn – диапазон измерений, То – постоянная времения, Т – период колебаний

Методическая погрешность:

Погрешность измерительного канала :

, где- коэффициент корреляции , для некоррелированных

Измерение температуры:

Температура – физ величина. Кот характер степень нагретости тела

Е=3/2кТ Е=

Основные способы измерения температуры

1. Термо электрич преобразов ЭДС

Основана на зависимости ЭДС, развиваемой термопарой от температуры ее спаев

РИС 5

2 проводника с разными хим составом и t1 не= t2

Е12(t)=E21(t0)+E12(t)

E12=E12(t-e12(t0)) – основное уравнение термопары

Эдс возникающ в замкнутой цепи термопары равно алгебраической сумме или разности ЭДС, кот возникает в проводн термопары

РИС 6

Практическая схема

РИС 7

Нужно включить измерительный прибор в разрыв одного из электродов. Наиболее часто используют бвариант.

Введение 3-его провода в холодный спай не меняет значения суммарного термоЭДС

Большинство промышленных термопар обладающ рядом свойств

- они должны развивать достаточную ЭДС в измерит диапазоне температур

- они должны сохранять свои эл свойства достаточно длительное время(несколько лет) в диапазоне раб температур

Наибольшее распространение получили след градуировки:

А – вольфрам-рейпелевая

В- латинородий-платинородиевая

Платинородий – платина – ТТП(SR)

ТХК – хромель – копелевая – L

ТХА – хромель-алюменевая

ТНН

Различают понятие термопары и термоэлектрич элемент. Термопара это сам чувствительный элемент, а термоэл преобразов кроме термопары включает в себя защитный чехол, бусы

РИС 8

Измерительные приборы: - аналогов - цифровые

Пирометрические милливольтметры.

Милливольметры – прибор – магнито-это системы .ю предназначены для измерения малых напряжений.

Пирометрич милливольтметр – это м, предназ для измерения температур в комплекте или с термопарам или др

РИС 9

…тут у меня хз че….

Для уменьшения погрешности измерения связанные с измерениями t0 надо вынести холодный спай термопары из головки термопары в область постоянных температур, те выносят к выходным клеммам прибора. Это делается с помощью спец проводников, В самом простом случает такими проводниками могут быть провода выполненные из тех же материалов что и электроды термопары

В случае электродов выполнен из платины и других дорогостоящих метал сплавов применяют компенсационные проводники выполненные из других металлов сплавов, кот по своим термоэлектр свойствам аналогичны .

Устранить погрешность, связанную с измерением t0 можно с помощью спец компенсационных устройств, кот назыв коробками холодн спаев.

РИС 10

КХС представляет собой мост. Измерит устройст, состоящ из 4 сопротивлний – R1 R2 R3 R4 И диагональ питания cd позв напр питание Vп=const через переменный резистр Rn, А с вершин а и в снимает напряжение Uав кот последов соед в разрыв между проводников.

E(t t0)+Uab-Emb Emb=e12(t)-e12(t0)+Uab

e12(t’0)-e12(t0)=Uab

Emb=e12(t)-e12(t0)+Uab=E(t t0)+Uab

R1 R2 R3 = const, R4 зависит от температуры.

R4 – медь, теR4 растет, R1 R2 R3 остаются постоянными. Мост будет разбалансирован и появляться напряжение Uав

e12(t t0’)=Uab

Uав=

РИС 12

Rt – сопротивление полупроводника резистора

Rt=Rt0(1-αt)

Rшунта снижают до Rt’

Rt’=

∆rp=r1+Rt’=const

Компенсационные методы измерен термо ЭДС

Лабораторные потенциометры

В компенс методе действия измеряем величин (термоЭДС) уравновеш действием такой же фв действующ в противоположном направлен от эталонного источника и велич этой компенсац ЭДС мн точно знаем. Компенсац проводится вручную или автоматически до момента равенства этих сил, те суммарный эффект должен быть равен нулю. Момент компенсации должен фиксиров с высокой точностью с помощью спец устройств, кот называются – ноль-индикаторы(ни)

Рассмотрим принцип действия лаб потенциометра

РИС 13

Измерит схема лаб потенциометром:

Енэ –

Rт – резистр уст раб тока

Rн – контрольн сопротивление

Rр – сопротивление реохорда

ШУ – шкальное устройство

НИ – ноль индикатор

П – переключатель

1)установка производ в1-м контуре

Енэ=Ip Rk

Ip =

Правильность проверяется во 2 контуре НИ – это высокочувствит милливольтм

I2=0 если Енэ=Iр Rk – условие компенасации

Енэ-Uku=0 Urk=Ip Ru

Номинальное эл это спец батарея ЭДС которого сохран постоянн в течении длит времени

Если НИ не показывает 0, то это означ что Iр изменяется и его нужно изменить с помощью Rr

2. Измерен напряжение постоянного тока

I3 =

I3=0 если Eх-Uab=0 => Ех=Uab – условие компенсации для 3ого контура

Достоинства таких потенциометров:

-высокая точность измерений

-класс точности 0,05…0,001

- простота конструкции

- невысокая стоимость

- автономность питания

Недостатки:

Все манипуляции по установке Iр проводятся вручную, что очень неудобно для автоматизации, непригодна для массовых измерений не предусмотрено автоматич компенсации температ холодн спаев термопары

Указанные недостатки устраняются в автоматическом потенциометре

Автоматический потенциомерт

Автоматические потенциометры служат для автоматического измерения температуры в комплекте с термоэлектрическим преобразователем ЭДС (термопарой).

РИС 14

E(t t0)-Uab=0 – условие компенсации

Компенсация Е(t,t₀) осуществляется напряжением U_аb, снимаемым с измерительной диагонали (вершины "а" и "b") моста "аbcd". Мост "abcd" питается от стабилизированного источника постоянного тока "ИПС", включенного в диагональ (вершины "c" и "d") питания моста.

Возможны 3 режима:

Режим 1. Если Е(t,t₀)>U_аb, ∆Е= Е(t,t₀₎ - U_аb.

Режим 2. Если Е(t,t₀)<U_аb, то ∆Е= - Е(t,t₀₎ + U_аb.

Режим 3. Если Е(t,t₀)=U_аb,

Вибропреобразователь (ВП) предназначен для преобразования тока в измерительной схеме I_ис в пропорциональное напряжение U_вп переменного тока

В дальнейшем U_вп пост в ФЧУ где усилив до нескольк десятков вольт. Усиленное напряжениеподается в УО реверсивного ддвигателся. Реверсивный двигатель будет вращаться в ту стороду до тех пора пока Uав не сравняется Е(t t0). Компенсац измерит схемы достигается путем автомат перемещения движка реохорды Rа. С помощью реверсивного двигателя Uав меняется до тех пор пока не поступят условия компенсации и Iизмерит схемы не станет = 0

Вибропреобразователь.

- поляризованное реле.

К обмотке подведено напряжение переменного тока. Поддействием тока переменного тока до …ВП будет вибрировать с частотой 50Гц и замыкать средкий контакт на 3 или 4 тем самым изменяя направл тока в полуобмотках трансформатока в результате чего во вторичной обмотке в трансформаторе Тр в один полупериод будет + в др –

…

Такое преобразование необходимо для дальнейшего усилинения сигнала, усиливается ФЧУ. ВП вибрирующее реле к обмотки питания кот подведено напряжение постоянного тока. Uп - снимается с одной из обмоток. Счастотой сети 50 Гц вибрирует подвидный контакт 2 либо с верхним контактом 1 ллибо с нимжним 3. При этом направлен тока Iис в полуобмотках первичной обмотки трансформатора Тр меняется на противоположное как показано стрелками.

Фазочувствительный усилитель (ФЧУ) обеспечивает усиление напряжения U вых

Работа РД происходит следующим образом. В сетевую обмотку РД подается напряжение U_C от сети через фазосдвигающий конденсатор C₂, включенный последовательно с сетевой обмоткой. Этот конденсатор сдвигает напряжение в сетевой обмотке РД на величину _с=-90.

В управляющую обмотку, как было показано, поступает напряжение U_уп с выхода ФЧУ. Фаза этого напряжения зависит от направления тока в измерительной схеме и может иметь либо фазу сети (=0), либо противоположную ей (=-180). Таким образом, при отсутствии компенсации между напряжениями в измерительной схеме напряжение U_уп либо опережает напряжение в сетевой обмотке на 90, либо отстает по фазе на -90 , что вызывает вращение РД, либо по часовой стрелке, либо в обратном направлении, но всегда так, что движок реохорда R_р перемещается в направлении компенсации измерительной схемы.

При наличии компенсации ИС напряжение U_уп в управляющей обмотке РД равно нулю и РД не вращается, а стрелка на шкале потенциометра показывает значение измеряемой температуры или измеряемое напряжение Е_х в милливольтах.

Термоэлектрические преобразователи измерения:

- датчики предназначен для преобразования измерен температуры в сопротивление

Чувствительный элемент представл собой металлы сопротивления выполненные из меди или платины.

Характер зависимости:

Rt=R0(1 +αt+βt^2)

Чувствит элемент медн преобразов представл собой катешку толщиной dn=0.1 мм

1-катушка, 2-проводник,3-выводы

Платиновый преобразователь

Электронный автоматический мост

Автоматические мосты служат для автоматического измерения температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями сопротивления (термосопротивления).

Не из лекций, но похоже(Измерительная схема представляет собой четырехплечий уравновешенный мост с вершинами a,b,c и d, в диагональ питания которого (вершины "c" и "d") подведено напряжение питания U от источника напряжения переменного тока (одной из обмоток силового трансформатора, непоказанного на схеме). Напряжение разбаланса моста U_ab в переходных режимах снимается с измерительной диагонали (вершины "a" и "b"). Плечи моста образованы сопротивлениями, соединенными последовательно между двумя соседними вершинами моста. Таких плеч в мосте "a,b,c,d" четыре, а именно плечо R_ad=R₄; плечо R_ac=R₂+R_л+r_л; плечо R_cb=R_t+r_л+R_л+x R_p; R_bd=(1-x)R_p+R₃, где r_л – сопротивление линии проводов подключения термосопротивления R_t к измерительной схеме автоматического моста, R_л – подгоночное сопротивление линии до стандартного значения (2,5 Ома), R_p – сопротивление реохорда, шунтированного сопротивлением Rм, определяющим диапазон измерения температуры; R₂, R₃, R₄ – термонезависимые сопротивления, определяемые расчетом измерительной схемы моста.

Так как сопротивление реохорда R_p входит в смежные плечи R_cb и R_bd, то часть реохорда, входящую в плечо "cd" обозначим через x R_p и, соответственно, часть реохорда, входящую в плечо "bd" обозначим (1-x)R_p, где

.

Сопротивление R_Т служит для удобства съема напряжения с подвижного контакта реохорда R_p и в расчетах ИС не участвует.

Измерительная схема работает по принципу "уравновешенного моста", т.е. в момент равновесия моста "abcd" напряжение в его измерительной диагонали "a-b" отсутствует или U_ab=0.

Уравновешивание моста при различных значениях R_t производится автоматически с помощью фазочувствительного усилителя (ФУ) и реверсного двигателя РД.

Условие баланса моста записывается как

R_adR_cb=R_acR_bd. (4.1)

Если условие (4.1) выполняется, то U_ab=0 и, соответственно, в управляющую оболочку РД подается напряжение U_уп=0 и он не вращается. При этом стрелка на шкале автоматического моста должна показывать значение измеряемой температуры в соответствии с номинальной статической характеристикой (НСХ) термометра сопротивления R_t заданной градуировки.)

Нормирующие преобразователи.

Это масштабирующие преобразователи у которых входные физические величины (температура или сигнал от ПИП) преобразуется на входе в сигнал тока или напряжение. Сигнал меняется в заданном диапазоне поэтому называется нормированным.

1. усиление сигнала от ПИП

2. уменьшение помех(наводок)

3. для подачи на вход ЭВМ

Рассмотрим работу нормирующего преобразователя на вход которого подается термоЭДС.

Усилитель входа нормирует входной сигнал и нормирует напряжение, диапазон изменения 0-1В.

УГР – устройство гармонического разделения, он повышает помехозащищенность

ф – фильтр, обеспечивает подавление помех переменного напряжения

на вход «1»УСвых подается напряжение с Ф равное а на вход «2» напряжение обратной связи ,

Такое напряжение подают до тех пор пока

Класс точности от0.1% до 1%