практикум тпу по мсис. Практикум МСиС_0-unlocked (1). Практикум по метрологии, стандартизации и сертификации рекомендовано в качестве учебного пособия
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Абсолютная погрешность средства измерений (абсолютная по- грешность) − погрешность средства измерений x , выраженная в еди- ницах измеряемой физической величины. Абсолютная погрешность определяется по формуле (1.1). 11 Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности могут быть заданы в виде: a (1.2) или a bx , (1.3) где – пределы допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в деле- ниях шкалы; x – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале; , a b – положительные числа, не зависящие от x . Приведенная погрешность средства измерения (приведенная по- грешность) − относительная погрешность, выраженная отношением аб- солютной погрешности средства измерений к условно принятому зна- чению величины (нормирующему значению), постоянному во всем диа- пазоне измерений или в части диапазона. Приведенная погрешность средства измерений определяется по формуле: 100 N x %, (1.4) где – пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %; – пределы допускаемой абсолютной основной погрешности, устанав- ливаемые по формуле (1.2); x N – нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и ∆. Пределы допускаемой приведенной основной погрешности следует устанавливать в виде: p , (1.5) где p – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда 1·10 n ; 1,5·10 n ; (1,6·10 n ); 2·10 n ; 2,5·10 n ; (3·10 n ); 4·10 n ; 5·10 n ; 6·10 n (n = 1, 0, –1, –2 и т. д.). Нормирующее значение x N принимается равным: конечному значению рабочей части шкалы (x k ), если нулевая от- метка находится на краю или вне рабочей части шкалы (равномер- ной или степенной); сумме конечных значений шкалы (без учета знака), если нулевая отметка – внутри шкалы; модулю разности пределов измерений для СИ, шкала которых име- ет условный нуль; длине шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений, если она существенно неравномерна. В этом случае абсолютную погрешность, как и длину шкалы, надо выражать в миллиметрах. 12 Относительная погрешность средства измерений (относительная погрешность) − погрешность средства измерений, выраженная отноше- нием абсолютной погрешности средства измерений к результату измере- ний или к действительному значению измеренной физической величины. Относительная погрешность средства измерений вычисляется по формуле: 100 x %, (1.6) где – пределы допускаемой относительной основной погрешно- сти, %; – пределы допускаемой абсолютной погрешности, выражен- ной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; x – значение измеряемой величины на входе (выходе) средств измерений или число делений, отсчитанных по шкале. Если bx , то пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают в виде: q , (1.7) где q – отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда, приве- денного выше; или если a bx , то в виде: 1 xk c d x , (1.8) где k x – больший (по модулю) из пределов измерений; , c d – положи- тельные числа, выбираемые из ряда, приведенного выше. В обоснованных случаях пределы допускаемой относительной ос- новной погрешности определяют по более сложным формулам либо в виде графика или таблицы. Характеристики, введенные ГОСТ 8.009, наиболее полно описыва- ют метрологические свойства СИ. Однако в настоящее время в эксплуа- тации находится достаточно большое количество СИ, метрологические характеристики которых нормированы несколько по-другому, а именно на основе классов точности. Класс точности средств измерений (класс точности) − обобщен- ная характеристика данного типа средств измерения, как правило, отра- жающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых ос- новной и дополнительной погрешностей, а также другими характери- стиками, влияющими на точность. Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно при выборе средств измерений в зависимости от заданной точности измерений. 13 Обозначение классов точности СИ присваивают в соответствии с ГОСТ 8.401 [3]. Правила построения и примеры обозначения классов точности в документации и на средствах измерений приведены в приложении Б. Обозначение класса точности наносят на циферблаты, щитки и корпуса СИ, приводят в нормативной документации на СИ. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими други- ми факторами. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в стандартах, в технических условиях (ТУ) и эксплуатаци- онной документации на СИ. 1.2. Цель работы ознакомление с технической документацией на СИ и определение по ней основных классификационных признаков и нормируемых метрологических характеристик применяемых средств измерений; приобретение навыков определения основных классификационных признаков, применяемых средств измерений и их нормируемых метро- логических характеристик непосредственно по средствам измерений; закрепление теоретических знаний по разделу «Классификация средств измерений» изучаемой дисциплины «Метрология, стандар- тизация и сертификация». 1.3. Используемое оборудование и приборы 1) осциллограф; 2) вольтметр цифровой; 3) вольтметр аналоговый; 4) генератор; 5) усилитель; 6) источник питания; 7) элемент нормальный термостатированный; 8) источник калиброванных напряжений программируемый. 1.4. Программа работы 1.4.1. Определить классификационные признаки, указанные в табл. 1.2 из числа находящихся на рабочем месте средств измерений (СИ). 1.4.2. Ознакомиться с технической документацией на СИ (руко- водство по эксплуатации, техническое описание с инструкцией по экс- плуатации или паспорт). 14 1.4.3. Определить нормированные метрологические характеристи- ки СИ непосредственно по средствам измерений и по технической доку- ментации на них и заполнить на каждое средство измерений табл. 1.2. 1.4.4. Составить отчет о проделанной работе (пример оформления титульного листа см. в приложении А). Таблица 1.2 Классификационные признаки Средство измерения (указать тип СИ) По видам (по техническому назначению) По виду выходной величины По форме представления информации (только для измерительных приборов) По назначению По метрологическому назначению Нормированные метрологические характеристики 1.5. Контрольные вопросы 1. Назовите виды средств измерений. 2. По каким классификационным признакам подразделяются СИ. 3. Охарактеризовать каждый вид СИ. 4. На какие группы подразделяются метрологические характеристики СИ. 5. Что такое метрологические характеристики? 6. Что такое нормируемые и действительные метрологические характе- ристики и чем они отличаются от метрологических характеристик? 7. Назовите метрологические характеристики, определяющие: область применения СИ; качество измерения. 8. Назовите виды погрешностей. 9. Какая характеристика определяет точность СИ? 10. Какую функцию выполняют эталоны? 11. В чем различие в назначении рабочих СИ и рабочих эталонов? 1.6. Литература 1. РМГ 29–99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. 2. ГОСТ 8.009–84. ГСИ. Нормируемые метрологические характери- стики средств измерений. 3. ГОСТ 8.401–80. ГСИ. Классы точности средств измерений. 4. Сергеев А.Г., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и серти- фикация. − М.: Издательство Юрайт: ИД Юрайт, 2013. 15 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 КОСВЕННЫЕ ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ 2.1. Основные понятия и определения [1] Измерением называют совокупность операций по применению тех- нического средства, хранящего единицу физической величины, обеспе- чивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеря- емой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Измерения являются основным источником информации о соответ- ствии продукции требованиям нормативной документации. Только до- стоверность и точность измерительной информации обеспечивают пра- вильность принятия решений о качестве продукции, на всех уровнях производства при испытаниях изделий, в научных экспериментах и т. д. Измерения классифицируются: а) по числу наблюдений: однократное измерение – измерение, выполняемое один раз. Недостатком этих измерений является возможность грубой ошибки – промаха; многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких сле- дующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений. Обычно их число n 3. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных факторов на результат измерений; б ) по характеру точности (по условиям измерения): равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величи- ны, выполненных одинаковыми по точности СИ в одних и тех же усло- виях с одинаковой тщательностью; неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо вели- чины, выполненных несколькими различающимися по точности СИ и (или) в разных условиях; в) по выражению результата измерения : абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использо- вании значений физических констант (например, измерение силы F m g основано на измерении основной величины – массы m и ис- пользовании физической постоянной – ускорения свободного падения g (в точке измерения массы); относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изме- 16 нения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную; г) по способу получения результата измерения: прямое измерение – это измерение, при котором искомое зна- чение физической величины получают непосредственно (например, из- мерение массы на весах, измерение длины детали микрометром); косвенное измерение – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой ве- личиной; совокупные измерения – это проводимые одновременно изме- рения нескольких одноименных величин, при которых искомые значе- ния величин определяют путем решения системы уравнений, получае- мых при измерениях этих величин в различных сочетаниях (например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному зна- чению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь); совместные измерения – это проводимые одновременно изме- рения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними; д) по характеру изменения измеряемой физической величины: статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Они проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины; динамическое измерение – измерение изменяющейся по раз- меру физической величины; е) по метрологическому назначению используемых средств из- мерений: технические измерения – измерения с помощью рабочих средств измерений; метрологические измерения – измерения при помощи эталон- ных средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений. Результаты измерений представляют собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерений, так как даже самые точные приборы не могут показать действительного значения измеряе- мой величины. Обязательно существует погрешность измерений, при- чинами которой могут быть различные факторы. Они зависят от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся из- мерения, и от восприятия наблюдателя, осуществляющего измерения. 17 Точность результата измерений – это одна из характеристик каче- ства измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность. Погрешность измерения x – отклонение результата измерения x от истинного или действительного значения ( i x или d x ) измеряемой величины: i d x x x . (2.1) Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Оно не зависит от средств нашего познания и является абсолютной истиной. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений. Действительное значение физической величины – значение фи- зической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной за- даче может быть использовано вместо него. Погрешности измерения также могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: а) по способу числового выражения; б) по характеру проявления; в) по виду источника возникновения (причин возникновения). По способу числового выражения погрешность измерения может быть: Абсолютная погрешность измерения ( x ) представляет собой разность между измеренной величиной и действительным значением этой величины, т. е. d x x x (2.2) Относительная погрешность измерения ( ) представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины. Относительная погрешность может выражаться в относительных единицах (в долях) или в процентах: x x или 100 % x x (2.3) Относительная погрешность показывает точность проведенного измерения. 18 В зависимости от характера проявления различают систематиче- скую ( с ) и случайную ( 0 ) составляющие погрешности измерений, а также грубые погрешности (промахи). Систематическая погрешность измерения ( с ) – это составля- ющая погрешности результата измерений, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Случайная погрешность измерения ( 0 ) – составляющая погреш- ности результата измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинако- вой тщательностью, одной и той же физической величины. Грубые погрешности (промахи) возникают из-за ошибочных дей- ствий оператора, неисправности СИ или резких изменений условий изме- рений (например, внезапное падение напряжения в сети электропитания). В зависимости от вида источника возникновения погрешности рас- сматриваются следующие составляющие общей погрешности измерений: Погрешности метода – это погрешности, обусловленные несо- вершенством метода измерений, приемами использования средств из- мерения, некорректностью расчетных формул и округления результа- тов, проистекающие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений в целом или от допущенных упро- щений при проведении измерений. Инструментальные составляющие погрешности – это погреш- ности, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. Исследование инструментальных погрешностей является предметом специальной дисциплины – теории точности измерительных устройств. Субъективные составляющие погрешности – это погрешности, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателя. Такого рода погрешности вызываются, например, запаздыванием или опереже- нием при регистрации сигнала, неправильным отсчетом десятых долей деления шкалы, асимметрией, возникающей при установке штриха по- середине между двумя рисками и т. д. 2.2. Приближенное оценивание погрешности Однократные измерения. Подавляющее большинство техниче- ских измерений являются однократными. Выполнение однократных из- мерений обосновывают следующими факторами [2]: производственной необходимостью (разрушение образца, невозмож- ность повторения измерения, экономическая целесообразность и т. д.); 19 возможностью пренебрежения случайными погрешностями; случайные погрешности существенны, но доверительная граница погрешности результата измерения не превышает допускаемой по- грешности измерений. За результат однократного измерения принимают одно- единственное значение отсчета показания прибора. Будучи по сути дела случайным, однократный отсчет х включает в себя инструментальную, методическую и личную составляющие погрешности измерения, в каж- дой из которой могут быть выделены систематические и случайные со- ставляющие погрешности. Составляющими погрешности результата однократного измерения являются погрешности СИ, метода, оператора, а также погрешности, обусловленные изменением условий измерения. Погрешность результата однократного измерения чаще всего пред- ставлена систематическими и случайными погрешностями. Погрешность СИ определяют на основании их метрологических характеристик, которые должны быть указаны в нормативных и техни- ческих документах, и в соответствии с РД 50-453. Погрешности метода и оператора должны быть определены при разработке и аттестации конкретной МВИ. Личные погрешности при однократных измерениях обычно предполагаются малыми и не учиты- ваются. |