Тема 3. Загальні поняття про технічні вимірювання

3.1 Фізична величина, її види. Система одиниць фізичних величин.

Фізична величина – це властивість, яка загальна для багатьох фізичних об’єктів, але індивідуальна для кожного у кількісному відношенні. Значення фізичної величини отримують у результаті вимірювань або обчислень. В Україні держ. стандартами ДСТУ – 36510-97, ДСТУ – 3651.1-97, ДСТУ 3651.2-97. обумовлено використання одиниць міжнародної системи СИ. Міжнародні стандарти ISO 31/0: 1992, ISO 31/13: 1992, ISO 1000: 1992. Система СИ вміщує сім основних, дві додаткових, 17 похідних одиниць фізичних величин.

Основні одиниці фізичних величин : метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль,конусла.

Додаткові: радіон, стерадіан.

Кратні значення одиниць та їх частки утворюються множеням на 10 їх у відповідній степені.

Зв'язок фізичної величини з основними фізичними величинами – розмірність.

За наявністю, або відсутності розмірності поділяються на розмірні і нерозмірні: за можливістю складання: адитивні, неадитивні.

3.2 Вимірювання і класифікація видів вимірювання

Полягає у порівнянні невідомого розміру з відомим і виражені першого через другий у кратному або дольовому відношенню.

Технічне вимірювання – сукупність дій, що виконується за допомогою технічних засобів з метою знаходження числового значення даної величини, яка виражається у прийнятих одиницях. Технічні вимірювання є складовою частиною прикладної метрології з метою забезпечення їх єдності.

Сукупність методів і засобів вимірювань, яка дає повну достовірну інформацію про властивості речовин, матеріалів – вимірювальна техніка.

За допомогою вимірювальної техніки можливо однозначно визначити якість продукції та шляхи її підвищення.

Процес вимірювання у результаті якого отримують дані про значення фізичних одиниць. Визначаються точністю і достовірністю.

Головною особливістю вимірювання його є те що при повторенні відлік за шкалою відносин весь час різний, звідси сформульован основний постулат метрології «Відлік порівняння однієї і тієї ж величини і постійного розміру є випадковим числом.

Його можна описати математичним символом масивом експериментальних даних: математично, графічно або за допомогою аналітичних виразів.

Вимірювання можуть бути класифіковані: за характеристикою точністю і рівноточі і нерівноточі. За числом і кількістю вимірювань: однократні і багатократні. За відношенням до вимірювальної величини: статичні динамічні. За загальними правилами отримання результатів: прямі, непрямі, сукупні, сумісні.

Прямі – коли значення вимірювальної величини знаходять безпосередньо при вимірюванні.

Непрямі – знаходять по результатам інших методів.

Сукупні – проводяться для декількох однакових величин, значення яких знаходять рішенням системи рівнянь.

Сумісні – при двох і більше неоднакових величин, результати в результаті розв’язання одного або декількох систем рівнянь.

Усі вимірювання також можна поділити:

• органолептичні

• згідно з відчуттям

• згідно з уявленням

• евристичні (за допомогою інтуїції)

• експертні (за допомогою спеціалістів)

• інструментальні

Процес вимірювань розділяють на три основних етапів: підготовка і планування, виконання, опрацювання і аналіз отриманих результатів.

Найбільш розповсюджені є однократні та багатократні, які застосовуються в повсякденному житті.

Порядок виконання вимірювання наступний:

• Аналіз інформації про вимірювальну величину.

• Перехід значення величини в єдине значення.

• Внесення і введення поправок.

• Визначення межі в яких знаходиться значення вимірювальної величини.

• При багатократних вимірюваннях додаткова повинна враховуватись вплив об’єкта вимірювання, вплив суб’єкта вимірювання, спосіб або методика вимірювання.

3.3 Характеристика вимірювань і фактори, що впливають на результати.

До характеристик вимірювань відносять: невизначеність вимірювань – це оцінка діапазону (інтервалу) в якому знаходять істинне значення вимірювальної величини . Характеристика якості результату, розділяється на точність і достовірність, правильність, збіжність.

Точність – показник якості, що відображає близькість результату до істинного значення фізичної величини.

Достовірність – характеризує ступінь довіри до цього результату і визначається на основі законів ймовірності.

Правильність – відображає близькість до нуля середнього значення по хибкі результатів вимірювань.

Збіжність відображає близькість результатів вимірювань до результатів вимірювань виконаних у різних умовах.

На результати вимірювань можуть впливати такі фактори:

• навколишнє середовище

• властивості вимірюваного об’єкту

• рівень кваліфікації спеціалісту

• якість підготовчих робіт

• динамічність умов вимірювань

• клас вимірювального приладу

3.4 Сучасні методи і засоби технічних вимірювань. Основні метрологічні характеристики технічних засобів вимірювань.

Метод вимірювань – сукупність принципів і засобів вимірювань, характеристик вимірювальних приладів і установчих мір, температурного режиму вимірювальних умов відліку та інших чинників, які супроводжують вимірювання.

У технічних вимірюваннях застосовують методи:

• безпосередньої оцінки – за якого значення величини визначають безпосередньо на відліковому пристрої вимірювального приладу

• порівнянні з мірою – вимірювальну величину вимірюють безпосередньо з мірою даної величини

• протиставлення – вимірювальна величини, величина яка відтворюється мірою одночасно впливають на прилад порівняння, за допомогою якого встановлюється співвідношення між ними

• диференціальний – у порівнянні вимірювальної величини з мірою в якому на вимірювальний прилад впливає різниця вимірювальної і відомої величини, що відтворюється мірою

• нульовий метр – результуючий ефект вимірювальних величин на прилад порівняння доводять до нуля

• заміщення – коли вимірювальну величну заміщують відомою величною, що відтворюється мірою

• метод збіжності – при якому різницю між вимірювальною величною і величною що відтворюється мірою визначають за збіжністю відліків або періодичністю сигналів.

Засоби технічних вимірювань – технічні засоби що використовуються під час вимірювання і які мають нормативні метрологічні характеристики.

До засобів вимірювання відносять міри, вимірювальні прилади, устаткування. Належать також вимірювальні перетворювачі, вимірювальні засоби, що не можуть застосовуватись самостійно, а служать для розширення діапазону вимірювань, підвищення точності, передачі результатів вимірювань.

Міра – це засіб вимірювання що призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру. Однозначна міра відтворює величину одного розміру, багатозначна – ряд однойменних величин різного розміру. Міри мають номінальне і дійсне значення. Номінальне вказується на мірі, або приписується їй. Дійсне - яке відтворюється мірою,або вказано в атестаті. Вимірювальний прилад – засіб вимірювання, який призначений для отримання значень вимірювальної величини в установленому діапазоні. За ступенем індикації значення вимірювальні прилади поділяють на: показуючи, що допускають лише відлік показань вимірювальної величини. Реєструючи прилади – що реєструють показання у вигляді діаграм за допомогою друкуючого засобу. Вимірювальна обстановка – сукупність функційно-обєднаних мір вимірювальних приладів і перетворювачів для вимірювання однієї або декількох фізичних величин і розміщені в одному місці.

Вимірювальна установка, яка призначена для випробувань випробувальним стендом.

Вимірювальні пристрої - використовуються для різних значень вимірювальної величини – універсально:

• мікрометричні

• оптико-механічні

• проекційні прилади

• інтерференційні

• пневматичні

• електричні

• засоби спеціального виготовлення

• кутоміри, калібри, шаблони.

Метрологічні характеристики - це характеристики їх властивостей, що впливають на результат вимірювань та їхню точність.

Залежно від умов застосування відрізняють:

• метрологічні характеристики для нормальних умов

• для робочих умов

Основні метрологічні характеристики:

• діапазон вимірювань

• поріг чутливості

• складові похибки

Для визначення метрологічних характеристик засобів вимірювань, він повинен пройти державну атестацію.

3.5 Державна атестація технічних засобів вимірювань

Це всебічне його дослідження з метою встановлення основних метрологічних характеристик і придатності для вимірювань та видачі документа про отримані результати.

Нормативні документи – документи на засоби вимірювань містять засоби (норми), які повинні відповідати метрологічній характеристиці даного типу, що випускаються серією.

Відповідність цим вимогам кожного окремого екземпляру повинна окремо перевірятися. Перевірка проводиться метрологічними органами акредитованими держспоживстандартом України – повірка.

Розрізняють види повірок:

• первинна - підлягають засоби вимірювальної техніки при випуску їх з виробництва, або після ремонту

• періодична повірка – проводиться таким чином, щоб забезпечувалась придатність засобу вимірювань для застосування протягом провір очного інтервалу

• позачергова – за необхідності

• інспекційна – держконтроль

• експертна – кількома експертами

Позитивні результати повірки засвідчуються знаком повір очного клейма, сертифікатом про повірку.

Засіб вимірювання визнається непридатним для використання, якщо знак повірочного клейма пошкоджено або втрачено сертифікат.

З метою контролю за своєчасне проведення повірок передбачається обов’язкове складання переліку засобів вимірювальної техніки, що знаходиться в експлуатації. Порядок складання переліків затверджено наказом держспоживстандарту України від 15.09.2005р.

3.6 Основні види, методи і засоби вимірювань у водному господарстві

У галузях водного господарства, меліораціях с/г водопостачання і водовідведення найбільш поширено застосовується наступні види вимірювань:

• лінійні і кутові

• вимірювання швидкості і витрат води у природних водотоках і закритих каналах різного призначення

• вимірювання пов’язані з визначенням якості води, що призначена для потреб і яка відводиться після використання

• вимірювання для визначення фізико-механічних, фізико-хімічних, водно-фізичних властивостей грунтів.

Лінійні і кутові вимірювання в меліорації в великих обсягах виконуються при топографічних зйомках території майбутнього будівництва систем і споруд, а також у процесі будівництва і експлуатації.

Визначення витрат води у створах річок найчастіше проводиться методом «площа – швидкість».

Витрати води, що проходять у створи, визначається як добуток площі живого поперечного перерізу потоку і його середньої швидкості. Середньої швидкості потоку при цьому визначають за допомогою гідрометричних вертушок.

Для визначення витрат води застосовують методи і без вимірювань швидкості течії. А саме

• гідравлічний метод – коли витрати води визначається за формулами гідравліки

• змішування – полягає в тому, що у створі змішування рівномірно з певними витратами і конструкціями у річку виливається розчин речовин

• об’ємний метод – застосовується для вимірювання малих витрат води.

Для вимірювання витрат води у невеликих відкритих каналах проводиться за допомогою водомірних пристроїв,які поділяються на: водозливи, лотки, насадки.

Водозливи – це трапецоїдні водозливи Чипалетті, Іванова, Трикутний водозбір Томсона.

Лотки – це прилади для вимірювання витрат води в закритих трубопроводах: крильчасті лічильника, тубільні, витратоміри з напірними трубками, витратоміри з звужуючими пристроями, електромагнітні витратоміри, ультразвукові, теплові.

Для визначення фізико-механічних та інших властивостей грунтів з метою визначення об’ємної маси, шаруватості, водопроникності грунтів застосовуються велика кількість польових і лабораторних методів і засобів дослідження.

Для визначення вологості грунту на зрошувальних і осушувальних системах найбільш поширеним і єдиним прямим методом є термос точно-ваговий. Непрямі методи: тепзіаметричний, електричний, радіаційний.

Для вимірювання температури повітря використовують: термометри, термографи.

Вологість повітря – це психрометри, гігрометри, гігрографи.

Для вимірювання опадів: опадоміри, дощоміри.

Кількість і тривалість дощу: плювіографи.

Атмосферний тиск – барографи, барометри.

Швидкість вітру – анемометри.

3.7 Вимірювання і контроль показників якості води у водному господарстві.

Природні води вміщують розчинені неорганічні і органічні сполуки, колоїди, мікроорганізми, гази і тому часто непридатні для використання без попередньої обробки.

Якість води визначаються нормативними документами: ДСнЛІН 404-12 «Вода. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого водогосподарського водопостачання» відповідно п 2.1 цього документу вимоги що визначають придатність води для питних цілей включають безпеку в спіделічному відношенню, нешкідливість хімічного складу, сприятливі органолептичні властивості.

Радіаційна безпека.

В лабораторії територіальних органів державної епідеміологічної служби здійснюють контрольні дослідження контроль якості води з періодичністю, що визначається типом конкретного джерела, об’ємами води, що надається на потреби і місце знаходження під час контролю.

Типи контролю:

• повний (повний контроль всіх компонентів)

• загальний фізико-хімічний – визначення речовин, які характеризують показники нешкідливості її складу

• скорочений – для визначення деяких показників

• спеціальний – епідемічної безпеки

• спеціальний токсикологічний

• спеціальний радіаційної безпеки.