Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология, стандартизация и сертификация. Учебное пособие-1
.pdf
милли м m 0,001=10
-
3
-
6
-
9
-
12
-
15
-
18
микро мк
µ
0,000001=10
нано н n 0,000000001=10
пико п p 0,000000000001=10
фемто ф f 0,000000000000001=10
атто а a 0,000000000000000001=10
одна тысячная
одна миллионная
одна миллиардная
одна триллионная
одна квадриллионная
одна квинтиллионная
Распространены в информационно-измерительных системах также единицы количества
информации.
1.5. Виды и мето ды измерений
Вид измерений: часть области измерений, имеющая свои особенности и
отличающаяся однородностью измеряемых величин. Пример - в области электрических и
магнитных измерений могут быть выделены как виды измерений: измерения электрического
сопротивления, электрического напряжения, магнитной индукции и др.
Принята следующая классификация измерений:
По числу измерений:
• однократные;
• многократные.
По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения:
• статическое измерение: измерение величины, принимаемой в соответствии с конкретной
измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
• динамическое измерение: измерение, при котором средства измерений используют в
динамическом режиме. Динамический режим использования средства измерений –режим
использования средства измерений, связанный с изменениями условий (факторов) за время
проведения измерительного эксперимента, которые влияют на результат измерения (оценку
измеряемой величины), в т.ч. изменение измеряемой величины за время измерения.
По способу получения результатов измерений (или по виду уравнения измерения):
• прямое измерение: измерение, при котором искомое значение величины получают
непосредственно от средства измерений;
• косвенное измерение: измерение, при котором искомое значение величины определяют на
основании результатов прямых измерений других величин, функционально связанных с
искомой величиной;
• совокупные измерения –проводимые одновременно измерения нескольких одноименных
величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы
уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Примечания:
для определения значений искомых величин число уравнений должно быть не меньше числа
величин; как правило, в модели совокупных измерений несколько выходных величин.
Пример – значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению
массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний
гирь;
• совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких не
одноименных величин для определения зависимости между ними. Как правило, модель
совместных измерений объединяет параметрическую зависимость между измеряемыми
11
величинами и алгоритм оценки параметров данной зависимости на основе результатов
измерений.
По условиям, определяющим точность результата измерения:
• измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне
техники (эталонные измерения);
• контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью
не должна превышать некоторое заданное значение. Измерения метрологического контроля
и надзора;
• технические измерения, в которых погрешность результата определяется
характеристиками средств измерений.
По способу выражения результатов измерений:
• абсолютное измерение – это измерение, основанное на прямых измерениях одной или
нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.Пример
–измерение силы . Масса измеряется, гравитационная постоянная – константа.
• относительное измерение –измерение отношения одноименных величин или функций
этого отношения. Пример – измерение активности радионуклида в источнике по отношению
к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве эталонной
меры активности.
В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают
поэлементный и комплексный виды измерения:
поэлементный характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности
•
(эксцентриситета, овальности, огранки);
12
• комплексный характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который
оказывают влияние отдельные его составляющие (измерение радиального биения).
Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины
с ее единицей, в соответствии с реализованным принципом измерения. Принцип измерений –
физическое явление, или совокупность физических явлений, положенных в основу
измерений (сила тяжести, термоэлектрический эффект).
Классификация методов измерений. По способу получения значения измеряемой
величины различают Метод непосредственной оценки и метод сравнения.
Метод сравнения с мерой разделяют на следующие разновидности:
• метод замещения: метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают
мерой с известным значением величины. Пример – взвешивание с поочередным помещением
измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).
• дифференциальный метод измерений – это метод измерений, при котором измеряемая
величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение,
незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, при котором измеряется
разность между этими двумя величинами. Пример – измерения, выполняемые при поверке
мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе;
• метод измерений дополнением (метод дополнения) – метод сравнения с мерой, в котором
значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом,
чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;
• нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор
сравнения доводят до нуля (измерительный мост);
• метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной,
воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или
периодических сигналов (штангенциркуль, стробоскоп).
13
При измерении линейных величин различают контактный и бесконтактный методы
измерений.
В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения,
различают инструментальный, экспертный (эвристический и органолептический) методы
измерения.
Инструментальный метод основан на использовании специальных технических
средств, в т.ч. автоматизированных и автоматических;
Экспертный метод оценки основан на использовании данных нескольких специалистов,
применяется в квалиметрии, спорте, искусстве. Эвристические методы оценки основаны на
интуиции, используется метод попарного противопоставления, когда измеряемые величины
сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на
основании результатов этого сравнения. Органолептические методы оценки основаны на
использовании органов чувств человека, или впечатлений.
1.6. Классифика ция средств изме рений
Средства измерительной техники – это обобщающее понятие, охватывающее
технические средства, специально предназначенные для измерений. К средствам
измерительной техники относят средства измерений, эталоны, измерительные системы,
измерительные установки, измерительные принадлежности, средства сравнения,
стандартные образцы и др.
Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений и
имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.
Тип средства измерений – совокупность средств измерений одного и того же
назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую
конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации.
Измерительная система (ИС) –совокупность средств измерений и других средств
измерительной техники, размещенных в разных точках объекта измерения, функционально
объединенных с целью измерений одной или нескольких величин, свойственных этому
объекту.
Установка (измерительная) – совокупность функционально объединенных и
расположенных в одном месте мер, измерительных приборов, измерительных
преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или
нескольких величин.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки
сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия.
Измерительный прибор, в котором сигнал измерительной информации представлен в
визуальной форме, называют показывающим измерительным прибором.
Шкала средства измерений, шкала измерительного прибора – это часть средства
измерений, представляющая собой упорядоченный набор меток вместе со значениями
соответствующей величины.
Мера (материальная) – средство измерений, которое воспроизводит в процессе
использования или постоянно хранит величины одного или более данных родов, с
приписанными им значениями. Пример – эталонная гиря, мера вместимости (которая
сохраняет одно или несколько значений величины, со шкалой значений величины или без
14
нее), эталонный резистор, линейная шкала (линейка), концевая мера длины, эталонный
генератор сигналов, меры твердости (минералы различной твердости по шкале Мооса),
аттестованный стандартный образец.
Стандартный образец состава или свойств вещества (материала) – средство измерений
в виде определенного количества вещества или материала, предназначенное для
воспроизведения и хранения размеров величин, характеризующих состав или свойства этого
вещества (материала), значения которых установлены в результате метрологической
аттестации, используемое для передачи размера единицы при поверке, калибровке,
градуировке средств измерений, аттестации методик выполнения измерений и утвержденное
в качестве стандартного образца в установленном порядке.
Тип стандартных образцов – совокупность стандартных образцов одного и того же
назначения, изготавливаемых из одного и того же вещества (материала) по одной и той же
технической документации.
Измерительный преобразователь (ИП) – средство измерений или его часть, служащее
для получения и преобразования информации об измеряемой величине в форму, удобную
для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Пример Термопара, трансформатор электрического тока, тензодатчик, электрод для измерения pH,
трубка Бурдона, биметаллическая пластина.
Чувствительный элемент; первичный измерительный преобразователь;
преобразователь; датчик – измерительный преобразователь, преобразователь, на который
непосредственно носителем воздействует материальный объект или явление, являющееся
носителем величины, подлежащей измерению. Пример – чувствительная катушка
платинового термометра сопротивления, ротор турбинного расходомера, трубка Бурдона в
манометре, поплавок уровнемера, фотоэлемент спектрометра, термотропный жидкий
кристалл, который изменяет цвет в зависимости от температуры.
Детектор – техническое средство или вещество, которое указывает на наличие
определенного свойства объекта измерения при превышении порогового значения
соответствующей величиной. Пример - галогенный течеискатель, лакмусовая бумага.
Примечание: в химии для этого понятия часто используют термин индикатор.
Средство сравнения – техническое средство или определенная среда, посредством
которых возможно выполнять сравнение друг с другом мер однородных величин или
показания измерительных приборов.
Компаратор – средство измерений, предназначенное для сличения мер однородных
величин, измерительных преобразователей и измерительных приборов.
Измерительные принадлежности – вспомогательные средства, служащие для
обеспечения необходимых условий для выполнения измерений с требуемой точностью.
15
Для оценки пригодности средств измерений к измерениям в известном диапазоне с
известной точностью вводят метрологические характеристики средств измерений с целью:
• обеспечения возможной оценки точности средств измерений;
• достижения взаимозаменяемости средств измерений;
• сравнения средств измерений между собой и выбора нужных средств измерений по
точности и другим характеристикам;
• оценки погрешностей измерительных систем и установок на основе метрологических
характеристик входящих в них средств измерений;
• оценки технического состояния средств измерений при поверке.
16
По ГОСТ 8.009-84 устанавливают перечень таких метрологических характеристик,
способы их нормирования и формы представления. Каждая из видов метрологических
характеристик по назначению может быть представлена более детально с учетом видов
самих измерений и средств измерений в зависимости от изменений влияющих величин или
неинформативных (не связанным функционально с измеряемым параметром) параметров
входного сигнала.
Метрологическая характеристика средства измерений – характеристика одного из
свойств средства измерений, влияющая на результат измерений.
1.7. Номенкл ат ура метрол ог иче ских характер ист ик с ре дств измерений
Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без
введения поправки):
• функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного
прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных
от единиц входной величины ;
• значение однозначной или значения многозначной меры ;
• цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры – это разность
значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы или единице
наименьшего разряда цифрового указателя;
• вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода
средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.
Характеристики погрешностей средств измерений:
• Характеристики систематической составляющей
выбирают из числа следующих: значение систематической составляющей
систематической составляющей , математическое ожидание
квадратическое отклонение
систематической составляющей погрешности.
погрешности средств измерений
или значение
и среднее
Примечания:
• систематическая составляющая погрешности средств измерений рассматривается как
случайная величина на множестве средств измерений данного типа;
• устанавливать математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение
систематической составляющей погрешности целесообразно, если можно пренебречь их
изменениями как во времени, так и в зависимости от изменения влияющих величин, или при
возможности одновременного нормирования изменений данных характеристик как функции
времени и условий применения.
Характеристики случайной составляющей погрешности средств измерений выбирают
из числа следующих:
• среднее квадратическое отклонение
• среднее квадратическое отклонение
нормализованная автокорреляционная функция
сл
случайной составляющей погрешности.
Δ
случайной составляющей погрешности;
сл
Δ
случайной составляющей погрешности и
сл
или функции спектральной плотности
сл
• характеристика случайной составляющей погрешности от гистерезиса – вариация
выходного сигнала (показания) средства измерений;
• характеристика погрешности средств измерений – значение погрешности.
17
Погрешность средств измерений рассматривается как случайная величина на
множестве средств измерений данного типа. В НТД на средства измерений конкретных
видов или типов допускается нормировать функции или плотности распределения
вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности.
Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:
• функция влияния Ψ
• изменения
;
значений метрологических характеристик средства измерения, вызванное
изменением влияющих величин в установленных пределах.
Динамические характеристики средств измерений
Полная динамическая характеристика аналоговых средств измерений, которые можно
рассматривать как линейные. Полную динамическую характеристику выбирают из числа
следующих:
• переходная характеристика ;
• импульсная переходная характеристика ;
• амплитудно-фазовая характеристика ;
• амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств
измерений;
• совокупность амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик;
• передаточная функция .
Частные динамические характеристики аналоговых средств измерений, которые
можно рассматривать как линейные. К частным динамическим характеристикам относят
любые функционалы или параметры полных динамических характеристик. Примерами
таких характеристик являются:
• время реакции
• коэффициент демпфирования "
;
!
;
#$%
• постоянная времени &;
• значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте ';
• значение резонансной собственной круговой частоты
.
'
Частные динамические характеристики аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и
цифровых измерительных приборов (ЦИП), время реакции которых не превышает
интервала времени между двумя измерениями, соответствующего максимальной частоте
(скорости)
измерений, а также цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).Примерами
%$(
частных динамических характеристик АЦП являются:
• время реакции
• погрешность датирования отсчета
• максимальная частота (скорость) измерений
;
!
;
#
.
%$(
Примером частных динамических характеристик ЦАП является время реакции
преобразователя
.
!
Динамические характеристики аналого-цифровых средств измерений (в том числе
измерительных каналов измерительных систем и измерительно-вычислительных
комплексов, оканчивающихся АЦП), время реакции которых больше интервала времени
между двумя измерениями, соответствующего максимально возможной для данного типа
средств измерений частоте (скорости)
измерений:
%$(
18
• полные динамические характеристики эквивалентной аналоговой части аналого-
цифровых средств измерений;
• погрешность датирования отсчета
• максимальная частота (скорость) измерений
#
.
%$(
Примечания:
• если время реакции превышает интервал времени между двумя измерениями,
соответствующий максимальной для данного типа средств измерений частоте (скорости)
измерений, более чем в три раза, то погрешность датирования не нормируется.
• если время реакции превышает интервал времени между двумя измерениями,
соответствующий максимальной для данного типа средств измерений частоте (скорости)
измерений, менее чем в три раза, то полная динамическая характеристика эквивалентной
аналоговой части аналого-цифровых средств измерений не нормируется.
В НТД на цифровые средства измерений конкретных видов или типов, наряду с
установлением времени реакции или погрешности датирования отсчета, можно
устанавливать их отдельные составляющие, такие как время задержки запуска, время
ожидания, время преобразования, время задержки выдачи результата и т.д.
Для АЦП и ЦАП динамические характеристики следует указывать с учетом времени
выполнения служебных операций, предусмотренных интерфейсом, в котором выполнены
устройства обмена информацией этих средств измерений.
Характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на
инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия
средств измерений с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких
как объект измерений, средство измерений и т.п.).
Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной импедансы
линейного измерительного преобразователя.
Нормируемые метрологические характеристики средств измерений – наиболее
рациональная совокупность метрологических характеристик конкретного типа средства
измерения, устанавливаемая нормативно-техническими документами на средства
измерений.ГОСТ 8.009-84 устанавливает два комплекса погрешностей средств измерений:
1
• в первый комплекс )*+,++-
.
/2)
/
3 включаются:
0
+,4 систематическая составляющая основной погрешности средства измерений;
+4 случайная составляющая основной погрешности средства измерений;
+-4 случайная составляющая основной погрешности, обусловленная гистерезисом;
1
.
/4
/2)
сумма дополнительных погрешностей
средства измерений, возникновение
/
которых обусловлено действием влияющих величин;
04 динамическая погрешность средства измерений, появление которой обусловлено
изменением входного измерительного сигнала.
• во второй комплекс 5+
.
/2)
включаются:
/
1
+4основная погрешность средства измерений без разделения на составляющие;
1
.
/4
/2)
сумма дополнительных погрешностей
средства измерений, возникновение
/
которых обусловлено действием влияющих величин;
Второй комплекс применяется для средств измерений, у которых случайная
составляющая основной погрешности пренебрежимо мала. В зависимости от свойств средств
19
измерений и условий их применения отдельные составляющие первого и второго
комплексов могут отсутствовать.
1.8. Классы точн ости средств измерений
Класс точности – это обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как
правило, отражающая их уровень точности и выражаемая точностными характеристиками
средств измерений. Класс точности дает возможность судить о значениях инструментальных
погрешностей или инструментальных неопределенностей средств измерений данного типа
при выполнении измерений. Например, у показывающих электроизмерительных приборов
класс точности помимо основной погрешности включает также вариацию показаний, а у мер
электрических величин – величину нестабильности (процентное изменение значения меры в
течение года). Класс точности СИ уже включает в себя систематическую и случайную
погрешности. Однако он не является непосредственной характеристикой точности
измерений, поскольку точность измерений зависит еще от ряда факторов (метода измерений,
взаимодействия СИ с объектом, условий измерения и т.д.).
В связи с большим разнообразием как самих средств измерений, так и их
метрологических характеристик, ГОСТ 8.401-80 устанавливает несколько способов
назначения классов точности. При этом в основу заложены следующие положения:
• в качестве норм служат пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя
систематические и случайные составляющие. Это свидетельствует о необходимости
разрабатывать СИ с учетом однократного отсчета показаний по величине общей
погрешности;
• основная 6
и все виды дополнительных 6
+,-
погрешностей нормируются порознь. Это
0+7
направлено на обеспечение максимальной однородности однотипных СИ.
Определяя класс точности, нормируют прежде всего пределы допускаемой основной
погрешности 6
виде дольного (кратного) значения
. Переделы допускаемой дополнительной погрешности устанавливают в
+,-
6
.
+,-
Классы точности присваиваются СИ при их разработке по результатам
государственных приемочных испытаний. Если СИ предназначены для измерения одной и
той же физической величины, но в разных диапазонах, или для измерения разных
физических величин, то этим СИ могут присваиваться разные классы точности как по
диапазонам, так и по измеряемым физическим величинам.
В эксплуатации СИ должны соответствовать этим классам точности. Однако, при
наличии соответствующих эксплуатационных требований класс точности, присвоенный на
производстве, в эксплуатации может понижаться.
Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешности выражают в форме
абсолютной, относительной или приведенной погрешностей (таблица 3). Способ выражения
класса точности зависит от характера изменения погрешностей по диапазону измерения,
назначения и условий применения СИ.
Если погрешность результатов измерений в данной области измерений принято
выражать в единицах измеряемой величины или делениях шкалы, то принимается форма
абсолютных погрешностей (меры, магазины номинальных физических величин). Если
границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений практически
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]