гидромеханика. 1 Динамические характеристики средств измерения. Динамические характеристики
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
1)Динамические характеристики средств измерения. Динамические характеристики – характеристики инерционных свойств, которые опред зависимость выходного сигнала ср измерения от меняющийся во времени величин а именно параметров входного сигнала внешних влияющих величин. Динамические свойства влияют на динамич погрешность. Различают: полные и частные динамич характеристики. Полная динамическая хар-ка-такая динамич хар-ка которая однозначно определяет изменение выходного сигнала ср измерения при любом изменении во времени информативного или неинф параметра вх сигнала и влияющих величины,а так же нагрузки. К полным динамич хар-кам относят: переходную хар-ку, импульсную, амплитудно фазовую и совокупность частотной и фазочастотной хар- ки, а так же передаточную функцию. Дают исчерпывающее описание работы системы в динамическом режиме. Особ:-из одной можно получить все остальные.(дифуры, передат. функции, комплексные коэффициенты преобразований, весовая или импульсная.) Частная динамич хар-ка - не отражает полностью динамич свойств средств измерения. Не дают исчерпывающее описание работы системы в динамическом режиме, тем не менее наглядны. Частично-динамические нормируются по специфике прибора: время измерения, время установки показания, скорость нарастания выходного сигнала, полоса пропускания, частота единичного усиления, время установление переходной х-ки, длительность фронта, величина выброса. АЧХ, ФЧХ – полный комплексный коэффициент преобразований. 2) Единицы измерения, международная система СИ. По мере развития техники, ее широкого применения в различных странах, человечество пришло к необходимости введения и использования легко воспроизводимых единиц измерения, которые были бы по возможности долговечными. Такая система измерения долго разрабатывалась и была реализована на тех неизменных взаимосвязях, которые уже существуют в природе и к которым стремились свести единицы измерения. Международная система единиц (СИ — Система Интернациональная) была утверждена в 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам. Она основывается на базисных (основных) и дополнительных единицах, приведенных в таблице. Включает в себя 12 основных и 2 дополнительных величины, а также кратные и производные. Достоинства: 1. универсальность, все области измерений, заменяет все существовавшие ранее системы единиц.2. унифицированные единицы. 3. Разделены единицы массы и веса. Эти базисные (основные) единицы вместе с дополнительными единицами и когерентными производными единицами называются единицами СИ. При этом единицы, которые следуют из последних, согласно правилам СИ, как десятичные кратные или дробные (см. таблицу), называются кратными или дробными единицами СИ. Исключение составляет в силу причин исторического характера лишь килограмм. Особое внимание было обращено на то, чтобы при этом не играло роли отношение единиц к свойствам конкретных веществ. Так были отброшены, например, такие единицы, как атмосфера, и торр (торричелли). Роль системы СИ определяется целым рядом ее свойств, которые делают эту систему особенно удобной для применения в теории и на практике. 1. Единицы СИ универсальны и применимы во всех областях физики и техники, так как не имеют никакого отношения к свойствам конкретного материала. 2. Эти единицы могут быть реализованы с достаточной степенью точности в соответствии со своими определениями или эквивалентными им соотношениями. 3. Система СИ абсолютна: сила или энергия любой природы может быть выражена в действующих в этой системе механических единицах (соответственно силы или энергии). 4. В случае электродинамики здесь действует когерентная система четырех единиц с электрической базисной единицей (система МКСА — метр, килограмм, секунда, ампер). 5. Система СИ принята в международных масштабах и вводится во всех странах в законодательном порядке. В СССР СИ была принята к употреблению с 1963 г. 3) Аналоговые электромеханические приборы для измерения силы тока и напряжения. Магнитоэлектрические измерительные механизмы. Рассмотрим магнитоэлектрический измерительный механизм. Принцип работы магнитоэлектрического механизма состоит в использовании механического взаимодействия катушки с током (рамки) и поля постоянного магнита. Конструктивно такие механизмы выполняются с подвижной катушкой или подвижным магнитом. Наибольшее распространение получили механизмы с внешним магнитом. К достоинствам магнитоэлектрических измерительных механизмов относят: высокую чувствительность, большую точность (из-за высокой стабильности элементов, незначительного влияния внешних магнитных полей); незначительное влияние на режим измеряемой цепи, равномерность шкалы, хорошее успокоение. К недостаткам относят: сложность изготовления, плохую перегрузочную способность, обусловленную легким перегревом пружин и изменением их свойств; температурные влияния на точность измерения. В качестве другого измерительного механизма выступает электродинамический измерительный механизм. 4) Методы измерений. дифференициальный метод: сущность, достоинства и недостатки. Метод измерения – это способ экспериментального определения значения физической величины, т. е. совокупность используемых при измерениях физических явлений и средств измерений. Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами Фактически дифференциальный метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0 в выражении Q = х + Хм. Достоинства: Дифференциальный метод обеспечивает снижение погрешности измерений. 5) Метрологические характеристики средств измерений, предназначенные для определения результатов измерений. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений: − Функция преобразования – зависимость между установившимися значениями входной и выходной величины. Может быть представлена в графическом, аналитическом видах и в виде таблицы. Характеристика может быть линейная и нелинейная. Линейная характеристика позволяет создать равномерную шкалу. − Чувствительность – это отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора, к вызвавшему это изменение изменению входного сигнала. Если чувствительность постоянная, т.е. функция преобразования линейная, то шкала прибора равномерная. В противном случае шкала будет неравномерная. N S − Порог чувствительности – это изменение измеряемой величины, вызывающее наименьшее изменение выходного сигнала, которое может быть обнаружено при обычном для данного прибора способе отсчёта. − Цена деления шкалы – это разность значений величины, к соответствующему ему соседней отметкой шкалы. − Длина деления шкалы – это расстояние между центрами или осями двух соседних отметок шкалы. − Диапазон измерения – это область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений. −Диапазон показаний – это область значений измеряемой величины, в пределах которой можно снять отсчёт. − Пределы измерений – это наибольшее или наименьшее значения диапазона измерений. 6) Виды стандартов. Вид стандарта — характеристика, определяющаяся его содержанием в зависимости от объекта стандартизации. ГОСТ Р 1.0 установил следующие основные виды стандартов: - стандарты основополагающие; - стандарты на продукцию; - стандарты на услуги; - стандарты на процессы (работы); - стандарты на методы контроля; - стандарты на термины и определения. Основополагающий стандарт — стандарт, имеющий широкую область распространения и/или содержащий общие положения для определенной области. Стандарт на продукцию — стандарт, устанавливающий требования, которым должна удовлетворять продукция или группа однородной продукции, с тем чтобы обеспечить ее соответствие своему назначению. Стандарт на услугу — устанавливает требования, которым должна удовлетворять группа однородных услуг (услуги туристские, услуги транспортные) или конкретные услуги (классификация гостиниц, грузовые перевозки) с тем, чтобы обеспечить соответствие услуги ее назначению. Стандарты на процессы — устанавливают требования к выполнению различного рода работ на отдельных этапах жизненного цикла продукции (услуги) — разработка, изготовление, хранение, транспортирование, эксплуатация, утилизация для обеспечения их технического единства и оптимальности. Стандарты на методы контроля — должны в первую очередь обеспечивать всестороннюю проверку всех обязательных требований к качеству продукции (услуги). Устанавливаемые в стандартах методы контроля должны быть объективными, точными и обеспечивать воспроизводимые результаты. Стандарт на термины и определения — стандарт, устанавливающий термины, к которым даны определения, содержащие необходимые и достаточные признаки понятия. Терминологические стандарты выполняют одну из главных задач стандартизации — обеспечение взаимопонимания между всеми сторонами, заинтересованными в объекте стандартизации. 7) Разновидности измерений. Органолептические измерения. В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений. − Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических. − Экспертный метод оценки основан на использовании данных нескольких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине. − Эвристические методы оценки основаны па интуиции. Широко используется способ попарного сопоставления, 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 (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса). Часто используются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров искусств, соревнования спортсменов). Органолептическая оценка товара — это обобщённый результат оценки его качества, выполненный с помощью органов чувств человека. Особенно велико значение этой оценки для характеристики вина, чая, кофе, кондитерских товаров, табака и т. п. В ряде случаев органолептическая оценка может дать заключение о таких параметрах, как свежесть сырья, нарушения процесса производства гораздо быстрее, чем инструментальные методы. При оценке товара определяют сначала внешний вид, форму, цвет, блеск, прозрачность и другие свойства. Основной отличительной чертой органолептического исследования является отсутствие объективной регистрации результатов с использованием измерительных приборов или средств фиксации результатов, что однако не исключает использование технических средств, улучшающих восприятие или повышающих чувствительность или разрешающую способность или выполняющие вспомогательные функции (увеличительное стекло, микроскоп, стетоскоп, зеркало, фонарь, пинцет и т. п.). Значения показателей определяются путём анализа ощущений эксперта на основании имеющегося у него опыта оценки и как правило выражается в баллах или местах образцов на воображаемой шкале (в страховании как правило оценка заключается в констатации возможности ремонта, восстановления или замены повреждённых фрагментов или же в оценке времени, необходимого для проведения восстановительных работ — на основе опыта или стандартизованных производителем или сервис- центром процедур ремонта). 8) Регрессионный анализ. Критерии проверки достоверности гипотезы о виде уравнения регрессии. Регрессионный анализ - раздел математической статистики, объединяющий практические методы исследования регрессионной зависимости между величинами по статистическим данным. Цель регрессионного анализа состоит в определении общего вида уравнения регрессии, построении оценок неизвестных параметров, входящих в уравнение регрессии, и проверке статистических гипотез о регрессии. При изучении связи между двумя величинами по результатам наблюдений (x1, y1), ..., (xn, yn) в соответствии с теорией регрессии предполагается, что одна из них Y имеет некоторое распределение вероятностей при фиксированном значении х другой, так что Е(Y | х) = g(x, β) и D(Y | х) = σ2h2(x), где β обозначает совокупность неизвестных параметров, определяющих функцию g(х), a h(x) есть известная функция х (в частности, тождественно равная 1). Выбор модели регрессии определяется предположениями о форме зависимости g(х, β) от х и β. Наиболее естественной с точки зрения единого метода оценки неизвестных параметров β является модель регрессии, линейная относительно β: g(x, β) = β0g0(x) + ... + βkgk(x). Уравнение регрессии. у = Му + Ry/x (х - Мx) где у — средняя величина признака, которую следует определять при изменении средней величины другого признака (х); х — известная средняя величина другого признака; Ry/x — коэффициент регрессии; Мх, Му — известные средние величины признаков x и у. Например, среднее число инфекционно-простудных заболеваний (у) можно определить без специальных измерений при любом среднем значении среднемесячной температуры воздуха (х). Так, если х = - 9°, Rу/х = 1,8 заболеваний, Мх = -7°, Му = 20 заболеваний, то у = 20 + 1,8 х (9-7) = 20 + 3,6 = 23,6 заболеваний. Данное уравнение применяется в случае прямолинейной связи между двумя признаками (х и у). 9) Общая характеристика системы стандартизации и направление её реформирования. Государственная система стандартизации (ГСС) Российской Федерации — это совокупность организационно- технических мер, осуществляемых под управлением федерального органа исполнительной власти по стандартизации и направленных на разработку и применение нормативных документов в области стандартизации с целью защиты потребителей и государства. С принятием Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании» началось реформирование ГСС, в котором можно выделить два этапа: 1 — начальный (2002г.) — состояние Государственной системы стандартизации (ГСС), функционирующей с 1992 г., к моменту принятия названного закона; 2 — переходный (2003 — 2010гг.) — преобразование Государственной системы стандартизации (ГСС) в национальную систему стандартизации (НСС) с изменением правового статуса системы с государственного на добровольный. Двойное название (данное в заголовке) отражает факт сосуществования государственной и национальной систем стандартизации; 3 — окончание формирования национальной системы стандартизации — системы, возглавляемой негосударственной организацией и базирующейся на национальных стандартах только добровольного применения. 10) Определение доверительного материала. Неравенство Чебышева 5. Смысл оценки результата измерения с помощью интервалов заключается в нахождении интервалов, называемых доверительными, между границами которых с определенной вероятностью (доверительной вероятностью) находится значение измеряемой величины. 6. Определение доверительного интервала. 6.1. При нормальном законе распределения вероятности результата измерения доверительный интервал определяется, как изложено в п.1.9.4: при n>40..50 определяется через функцию вероятности; при n<30..40 – по распределению Стьюдента. 6.2. При отклонении гипотезы о нормальности закона распределения по виду гистограммы можно выдвинуть гипотезу хотя бы о симметричности закона. Гипотезы о симметричности закона распределения проверяются по тем же критериям. При этом в качестве теоретического закона выбирают одну из стандартных аппроксимирующих функций, вид которой можно определить по гистограмме или по априорной информации. 2,4 а 2,3 1,7 1,4 1,2 а 2а/3 Пример: при измерении частоты на электронно-счетном частотомере заранее известно, что результат измерения распределен по треугольному закону, поэтому при малом влиянии других факторов можно принять именно эту функцию. По критерию согласия проверяется, согласуется ли характер экспериментальных данных с гипотезой о том, что результат измерения подчиняется выбранному закону распределения. Особенность стандартных аппроксимирующих функций заключается в том, что они усеченные. Поэтому смысл доверительного интервала для них теряется. Вместо него по «МИ 1317-86 ГСИ. Результаты измерений и характеристики погрешностей измерений. Формы представлений …» используется аналог доверительного интервала, определяемый как ±a·S, где a – аналог коэффициента t, он берется из соответствующих таблиц (см. рисунок). В случае, когда по гистограмме явно видно, что закон распределения несимметричный, то поступают следующим образом: устанавливают пределы, за которыми не может оказаться значение измеряемой величины при любом законе распределения (точность при этом, конечно, ниже). Для несимметричных законов среднее арифметическое и СКО уже не являются оценками результата измерения как ранее. Неравенство Чебышева устанавливает, что вероятность того, что значение случайного числа при любом законе распределения не будет отличаться от среднего значения больше, чем на половину доверительного интервала: S t E E Q Q E Q t S t X X S t X P X X , 1 1 2 В данном случае S определяется как: n i i Q Q n S 1 2 2 1 По таблице определяют для доверительной вероятности значение t, по которому вычисляют доверительный интервал. Если закон не нормальный, но симметричный, то значение Q можно оставить прежним (как при нормальном законе). Неравенство Чебышева в данном случае будет иметь вид: 2 1 9 4 1 t S t X X t S X P x X При этом точность измерения более высокая. |