35

Введение

Научно-технический прогресс во многом определяется объемом и качеством измерительной информации, получаемой с помощью самых разнообразных средств измерительной техники. Измерения являются одним из основных путей познания природы, они служат для учета материальных ресурсов, контроля качества продукции, совершенствования технологий, автоматизации производств, охраны здоровья и природной среды, обеспечения безопасности труда и для многих других областей деятельности человека.

Совокупность технических средств, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов, принято определять понятием измерительная техника.

Наука об измерениях - метрология - является теоретической основой измерительной техники.

Повышение роли измерений в научно-техническом прогрессе обусловило тот факт, что в настоящее время курс метрологии включен в учебные планы большинства специальностей высших технических учебных заведений.

В данном практикуме обобщен опыт проведения практических занятий по метрологии, накопленный кафедрой "Автоматизация технологических процессов" Тверского государственного технического университета.

Отличительной особенностью данного практикума является то, что практические занятия по метрологии при его использовании проводятся в форме лабораторных работ. Это позволяет поставить студента в условия реального измерительного эксперимента, т. е. предоставить ему возможность самостоятельно выполнять измерения, получать и обрабатывать экспериментальные данные, а не ограничиваться только обработкой исходных данных, предоставляемых обычно преподавателем при проведении практических занятий.

Практикум содержит семь лабораторных работ и некоторые теоретические материалы, включающие сведения об основных терминах метрологии, измерительных приборах и концепции проведения измерительного эксперимента.

Рекомендации:

1. Перед выполнением лабораторных работ необходимо освоить понятия метрологии, изложенные в разделе 1.

2. В отчет по лабораторной работе следует включать: краткое изложение теоретических основ лабораторной работы, схему и описание лабораторного стенда, краткое изложение порядка выполнения лабораторной работы, экспериментальные данные и результаты их обработки (в виде таблиц или графиков).

1.Основные понятия метрологии

Метрология (от греч. metro - "мерить" и logos - "учение", "понятие") - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в различных местах, в различное время и с помощью различных устройств.

Важным понятием в метрологии является физическая величина.

Физической величиной называют свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Под физическим объектом при этом понимают физические системы, их состояние, происходящие в них процессы, а также объекты химии и других наук, в которых используют физические методы.

Физическую величину, которая выбрана для измерения, называют измеряемой физической величиной.

Размер физической величины - это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию "физическая величина".

Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Процесс измерения заключается в сравнении измеряемой физической величины с одноименной ей величиной, принятой за единицу.

Средство измерений - техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Результат измерения - это значение физической величины, найденное опытным путем.

Значение физической величины представляет собой количественную оценку этой величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

В практике измерений различают истинное и действительное значения физической величины.

Истинное значение физической величины - значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Истинное значение всегда остается неизвестным, а совершенствование измерений позволяет приблизиться к истинному значению физической величины.

Действительное значение физической величины - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

При проведении измерений получают информацию о значении измеряемой физической величины. Такая информация представляется средством измерений в виде некоторого сигнала и называется измерительной информацией.

Под сигналом понимают физический процесс, характеризующийся рядом параметров.

Сигналом измерительной информации называется сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной.

В процессе измерений на объект измерений, средство измерений и оператора воздействуют различные внешние факоры - влияющие физические величины.

Влияющая физическая величина - это физическая величина, не являющаяся измеряемой данным средством измерений, но оказывающая влияние на результат измерения этим средством.

Для измерений принято выделять следующие основные характеристики: принцип измерений, метод измерений и погрешность измерений.

Принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых основано измерение.

Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения X от истинного значения X_и измеряемой величины:

Δ = X - Xи.

(1.1)

Погрешность измерения может быть вызвана действием влияющих физических величин, несовершенством изготовления средства измерений, недостаточной изученностью физического явления, положенного в основу измерений, субъективной ошибкой оператора, осуществляющего измерения, и рядом других факторов.

Погрешность, определяемая по формуле (1.1), выражается в единицах измеряемой физической величины и называется абсолютной погрешностью измерения.

Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой физической величины, выраженное в процентах:

 =  100.

(1.2)

При определении абсолютной и относительной погрешностей измерения вместо истинного значения физической величины X_и реально используют ее действительное значение X_д.

Погрешности измерений принято выражать суммой двух составляющих, называемых случайной  и систематической  погрешностями измерений:

 =  +  .

(1.3)

Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.