рмрачп. Поливанов В.В. билеты 4 сем часть 1. 1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Оглавление 1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке ........................................................ 2 2. Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции. Взаимодействие со стандартизацией и спецификацией ................................................................................................................ 2 3. Основные понятия и постулаты метрологии. Единство средств измерений. Физические величины .............................................................................................................................................................................. 3 4. Единицы физических величин. Система единиц физических величин. Кратные, дольные , основные , производные единицы .................................................................................................................. 5 5. Эталоны физических величин, их виды. Стандартные образцы , их виды ............................................. 6 6. Измерительные шкалы, их виды .................................................................................................................. 7 7. Государственный метрологический контроль и надзор .......................................................................... 8 8. Понятие метрологической надежности. Проверка и калибровка средств измерений ....................... 9 9. Метрологическое обеспечение производства и испытаний продукции .............................................10 10. Погрешности измерений и их классификация .......................................................................................10 11. Информационный аспект процесса измерения. Сигналы измерительной информации. Виды измерительных преобразователей ...............................................................................................................11 12.Структурные схемы аналоговых и цифровых средств измерений .......................................................13 13. Классификация средств измерений : меры, стандартные образцы, измерительные преобразователи ..............................................................................................................................................14 14. Электроизмерительные приборы, их классификация ..........................................................................16 15. Метрологические характеристики средств измерений : виды, нормирование, МХ влияющие на рез-т измерения ...............................................................................................................................................17 16. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения ....................18 17. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивно-мультипликативной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения .........................................................................................................................................................18 18. Нормирование чувствительности средств измерений к внешним условия. Оценка дополнительной погрешности результатов измерений. ...........................................................................20 19. Метрологические характеристики обратного влияния средств измерений на измеряемую величину ............................................................................................................................................................21 1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке Измерение – это один из основных инструментов познания реального мира. Они позволяют установить количественные соотношения и закономерности изучаемых явлений, что дает возможность объективно сравнивать результаты исследований и открытий различных ученых. Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности. В более широком плане метрология может быть определена как наука об установлении (определении) количественных характеристик физических объектов. Предметом метрологии являются методы и средства измерений, а также методы и средства достижения и обеспечения установленной точности. Теоретическая метрология – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Она представляет исходные положения, результаты анализа физических процессов и явлений, используемых при измерениях, аппарат формализованного описания объектов, условий, процедур и средств измерений, алгоритмическое обеспечение метрологического анализа и метрологического синтеза, принципы выбора и определения единиц измерений, их воспроизведения и передачи от эталонов рабочим средствам измерений. Законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимости точности измерений в интересах общества. Законодательная метрология обеспечивает формирование нормативной базы создания и использования средств измерений, гарантирующей достижение требуемых характеристик получаемых результатов измерений. Прикладная метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. Прикладная метрология обеспечивает практическую реализацию разработанных методов с помощью измерительных средств и создание системы обеспечения единства измерений. 2. Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции. Взаимодействие со стандартизацией и спецификацией В соответствии с международным стандартом терминов в области качества (ГОСТ ISO 9000:2011) качество определено как – «степень соответствия совокупности присущих характеристик требованиям» В этом определении термина качество содержится три ключевых компоненты: характеристики, требования и соответствие, которые и увязывают в единое целое такие фундаментальные области общественного производства, как метрология, стандартизация и подтверждение соответствия. Характеристика – это отличительное свойство, которое присуще продукции, процессу или системе и вытекает из требований, предъявляемых к продукции, процессу или систем Степень соответствия – результат деятельности по подтверждению соответствия, представляющей собой документальное удостоверение соответствия продукции или иных объектов, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или оказания услуг требованиям технических регламентов, положениям стандартов или условиям договоров. Взаимодействие метрологии, стандартизации и сертификации 1. Техническое регулирование — установление законодательных норм для обеспечения правового регулирование отношений в областях: 1) установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, услугам, работам (эти требования связаны с обеспечением безопасности); 2) установления и применения на добровольной основе требований к продукции, оказанию услуг, выполнению работ (область стандартизации) 3) оценки соответствия (сертификация) 2. Стандартизация — деятельность по установлению норм, правил и требований к товарам и услугам с целью защиты интересов потребителей и государства по вопросам качества продукции и услуг, обеспечения их безопасности для жизни и здоровья людей, сохранности окружающей среды. Нормы, правила, требования к товарам и услугам, а также к испытаниям при сертификации устанавливаются в нормативных документах. 3. Сертификация — форма осуществляемого органом по сертификации обязательного подтверждения соответствия продукции, услуг требованиям технических регламентов, положениям стандартов, сводов правил или условиям договоров. В процессе сертификации проводятся испытания продукции. По итогам испытаний принимается решение о выдаче или об отказе в выдаче сертификата соответствия. 4. Испытания — экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик объекта путем измерений. Научной, правовой, методической, организационной основой измерений является метрология, изучению которой посвящены предыдущие разделы этой книги. 5. Метрология обеспечивает единство и требуемую точность измерений при испытаниях и тем самым гарантирует достоверность результатов испытаний продукции при сертификации. 3. Основные понятия и постулаты метрологии. Единство средств измерений. Физические величины Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них; Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин; Система единиц физических величин – совокупность основных и произвольных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин; Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Предполагается, что размер физической величины существует объективно (вне зависимости от того, измеряем мы эту величину или нет); Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Конкретное значение физической величины является результатом ее измерения; Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину; Действительное значение физической величины – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Например, при поверке некоторого (испытуемого) вольтметра его показания сравнивают с показаниями более точного (образцового) вольтметра. В этом случае показания образцового вольтметра принимают за действительное значение напряжения; Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (установление значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств); Результат измерения физической величины – значение величины, полученное путем ее измерения – установленное значение величины, характеризующей свойство физического объекта, представляемое действительным числом с принятой размерностью (размерность определяется выбранной единицей измерений); Точность измерений – одна из характеристик измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения; Мера точности – погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины (истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях, на практике используют действительное значение); Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени; Мера физической величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; Метрологическая характеристика средства измерений – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность; Метрологическое обеспечение измерений – деятельность, направленная на создание эталонных средств измерений, а также разработку и применение метрологических правил и норм, обеспечивающих требуемое качество измерений; Метрологическая аттестация средства измерений – признание метрологической службой узаконенным для применения средства измерений единичного производства (или ввозимого единичными экземплярами из-за границы) на основании тщательных исследований его свойств; Поверка средств измерений – установление органом государственной метрологической службы (или другими официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. 4. Единицы физических величин. Система единиц физических величин. Кратные, дольные , основные , производные единицы Впервые понятие системы единиц физических величин ввел К.Гаусс. Согласно его методу сначала устанавливаются (выбираются) несколько произвольных величин, независящих от других. Единицы этих величин называются основными. Основные единицы выбираются таким образом, чтобы, используя физические законы, можно было получить другие – производные единицы. Полная совокупность основных и производных единиц образуют систему единиц ФВ. Основные единицы. Важным является выбор основных единиц. С одной стороны, выбор может быть произвольным, с другой, желательно, чтобы количество таких единиц было минимальным. Такая неоднозначность заставляет ввести в закон Кулона дополнительный коэффициент, получивший название диэлектрическая проницаемость вакуума: Очевидно, что новая независимая физическая величина введена в новой области физических знаний из соображения удобства. При этом из необходимости соблюдения единства описания всех физических процессов с помощью физических величин требуется введение физических констант – коэффициентов, обеспечивающих это единство. Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью известных физических законов. Размерность производной единицы определяется математическим выражением, связывающим эту единицу с основными и показывающим во сколько раз изменится производная единица при изменении основных единиц. Размерности обладают следующими свойствами: 1. Если числовое значение величины А равно произведению величин B и С, то размерность А равна произведению размерностей В и С – [А]=[В]·[С]; 2. Если числовое значение величины А равно отношению величин B и С, то размерность А равна отношению размерностей В и С – [А]=[В]/[С]; 3. Если числовое значение величины А равно степени n числового значения величины B, то размерность А равна степени n размерности В – [А]=[𝐵] 𝑛 Кратные и дольные единицы В десятичной системе исчисления кратные или дольные единицы получаются путем умножения или деление исходной единицы на число 10 в соответствующей степени. (мили, мега, гекса, пико и т.д.) Относительные величины и единицы Безразмерные : томные и молекулярные массы Отношения величин выражаются: в безразмерных единицах, когда отношение равно единицам; в процентах, когда отношение находится в диапазоне до 10-2; в промилле, когда отношение находится в диапазоне до 10-3; в миллионных долях, при отношении в диапазоне до 10-6 и т.д. Логарифмические величины и единицы Единицей логарифмической величины является бел (Б), который выражается через логарифм отношения одноименных физических величин: 1Б = lg(Р1/Р2). Для образования логарифмической единицы может использоваться не только десятичный логарифм, а также натуральный или по основанию 2, если это удобно для решения практической задачи. 5. Эталоны физических величин, их виды. Стандартные образцы , их виды В 1875 г. была созвана дипломатическая конференция, на которой 17 государств подписали Метрическую конвенцию. Были изготовлены образцы метра и килограмма из сплава платины и иридия. Прототип метра представлял собой платиноиридиевую штриховую меру общей длиной 102 см, на расстояниях 1 см от концов которой были нанесены штрихи, определяющие единицу длины – метр. Единица длины. В 1983 г. на XVIII Генеральной конференции по мерам и весам было принято определение метра. По этому определению единица длины– метр – представляет собой расстояние, проходимое светом за 1/299792458 долю секунды. Единица массы. В качестве основной механической единицы XI Генеральной конференцией по мерам и весам была утверждена единица массы – килограмм. Килограмм – масса вещества, равная массе прототипа килограмма. Прототип килограмма находится в Международном бюро по мерам и весам в Севре под Парижем. Он представляет собой цилиндр из сплава 90% платины и 10% иридия диаметром 39 мм и такой же высоты. Эталон единицы физической величины (эталон) – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются физической величиной, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать следующими свойствами: неизменность, воспроизводимость, сличаемость. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой единицы в течение длительного интервала времени. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Сличаемость – возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерения, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития измерительной техники. Различают первичный и вторичные эталоны. Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Это уникальное средство измерений, часто представляющее собой сложный измерительный комплекс, созданное на основе новейших достижений науки и техники. Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, предназначены для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. Государственный эталон – первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства. Утверждение производит главный метрологический орган страны. Точность воспроизведение единицы физической величины соответствует уровню новейших достижений науки и техники. Государственные эталоны подлежат периодическому сличению с первичным эталоном и государственными эталонами других стран Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению делятся на: Эталон сравнения – эталон, предназначенный для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом; Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности первичного или государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты; Рабочий эталон – эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах, лабораториях министерств и ведомств. 6. Измерительные шкалы, их виды Неметрические шкалы – важны логич. Соотношения 1. Эквивалентность (шкала наименований, цвет) 2. Порядок (ранжирование) – шкала порядка , больше/меньше Метрические шкалы – совокупность значений физической величины, полученной на основании точных измерений Свойства : 1. Эквивалентность 2. Порядок 3. Пропорциональность 4. Наличие нуля 5. Возможность совершать арифметические действия Шкалами наименований являются любые классификационные системы, например: шкалы- классификации растений и животных по К. Линнею, шкала запахов, шкала классификации кристаллов по группам симметрии, шкала групп крови (в медицине), шкала видов яда (в криминалистике) и многие другие. Шкала порядка описывает свойство, для которого имеет смысл не только отношение эквивалентности, но и отношение порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства. Шкала разностей описывает свойство, для которого имеют смысл не только отношения эквивалентности и порядка, но и отношения аддитивности, т.е. суммирования интервалов (разностей между количественными проявлениями свойства). Шкала разностей имеет условную (принятую, как правило, в международных соглашениях) единицу измерения и условный нуль, опирающийся на какую-либо реперную точку. С разностями отсчетов по шкале интервалов допустимо выполнять любые линейные преобразования (арифметические операции). Шкала отношений описывает свойство, к множеству количественных проявлений которого применимы отношения эквивалентности и порядка. В шкале отношений существует начало отсчета (нулевое значение), соответствующее пределу бесконечно малого проявления количественного свойства, и условная (принятая, обычно, международными соглашениями) единица измерения. В шкалах отношений допустимы все арифметические и статистические операции. Абсолютная шкала обладает всеми признаками шкалы отношений, но дополнительно имеет однозначное определение единицы измерения. Она используется для измерения относительных величин — безразмерного отношения одноименных величин. Единицы абсолютных шкал безразмерны (разы, проценты, доли и т.п.), поэтому они не являются производными и сочетаются с любыми системами единиц. Единицы абсолютных шкал можно называть надсистемными. 7. Государственный метрологический контроль и надзор Для неметрических тоже 8. Понятие метрологической надежности. Проверка и калибровка средств измерений Метрологическая надежность – свойство СИ сохранять установленные значения метрологических характеристик. в течение определенного времени при рабочих условиях эксплуатации. Она характеризуется интенсивностью отказов, вероятностью безотказной работы и наработкой на отказ. Интенсивность отказов определяется выражением: L – число отказов N -количество однотипных элементов t -временной промежуток Показатели метрологической надежности Статическая характеристика (вероятностная) – вероятность исправности за время T Проверка – проверка соответствия СИ обязательным характеристикам (требованиям) в соответствии с действующим законодательством . Калибровка – определение действительных (текущих) значений метрологических характеристик отдельно взятого прибора. Виды проверки : 1. Первичная – на заводе изготовителя после выпуска 2. Периодическая – по определенному графику 3. Внеочередная – какое-то происш. 4. Инспекционная – организов. гос. метр. надзором 5. Экстренная – по решению следственного ком. Проверка Калибровка Общее Определение характеристик средств измерений Технически одинакова Разное Сфера государств. регулировки Определение метрологических характ. Обязательная Нет конкретной методики Проводится аккредит. юр. лицами Добровольна Периодичность устанавл. проверяющим Проверкаа конкр. экз. Проводится для типа СИ Требование передачи физ. величины Итог : годен / не годен , свидетельство о проверке Итог : сертификат калибровки с указанием действ. значений 9. Метрологическое обеспечение производства и испытаний продукции 1. Метрологическая экспертиза (конструкц. и технологич. документация) 2. Определение номенклатуры средств измерений 3. Рацион. проведение измерений , испытаний оборудования 4. Хранение и применение рабочих эталонов и стандартных образцов 5. Обеспечение периодической проверки 6. Сервисное обслуживание СИ 7. Оптимизация проведения измер. и испытаний 10. Погрешности измерений и их классификация Полная погрешность или погрешность результата измерения – это разница между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. Так как, истинное значение измеряемой величины не известно, используют действительное значение этой величины, под которым подразумевается значение, найденное экспериментально настолько близко к истинному, что может использоваться вместо него. Погрешность результата измерения - это абсолютная погрешность, которая выражается в единицах измеряемой физической величины. ∆= 𝑥 − 𝑥 0 x – результат измерения, 𝑥 0 − действительное значение ∆ - характеризует погрешность средства измерения равную разности между показаниями средства измерения и действительным значением измеряемой физической величины Неопределенность принимает форму интервала значений. Значение неопределенности не может быть использовано для исправления результатов измерения. Из сказанного следует, что неопределенность есть интервальная оценка, которая чаще всего использует стандартное отклонение для описания интервала оценки измеренной величины. Классификация погрешностей 11. Информационный аспект процесса измерения. Сигналы измерительной информации. Виды измерительных преобразователей Измерительный преобразователь – техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи и имеющее нормированные метрологические характеристики. В зависимости от вида выходного сигнала различают генераторные и параметрические измерительные преобразователи. К генераторным относятся преобразователи, выходные сигналы которых обладают энергетическими свойствами (эдс, электрический ток, механическая сила, давление). Параметрическими называются преобразователи, в которых изменение входного сигнала приводит к изменению их определенных параметров – активного сопротивления, емкости, индуктивности, упругости и др. По месту в функциональной схеме измерения различают первичные измерительные преобразователи, на которые непосредственно воздействует преобразуемая величина, и промежуточные, стоящие в цепи преобразования после первичного. По характеру преобразования промежуточные измерительные преобразователи различают на: аналоговый, аналого-цифровой и цифро- аналоговый. Аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал). Аналого-цифровой измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код. Цифро-аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину. 12.Структурные схемы аналоговых и цифровых средств измерений 13. Классификация средств измерений : меры, стандартные образцы, измерительные преобразователи Средство измерения (СИ) - это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена. Средства измерения классифицируются по следующим критериям: 1) по способам конструктивной реализации; 2) по метрологическому предназначению. По способам конструктивной реализации средства измерения делятся : 1) меры величины; 2) измерительные преобразователи; 3) измерительные приборы; 4) измерительные установки; 5) измерительные системы. Меры величины - это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют: 1) однозначные меры; 2) многозначные меры; 3) наборы мер. К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов: 1) стандартные образцы состава; 2) стандартные образцы свойств. Стандартный образец состава или материала - это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей. Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют: 1) межгосударственные СО; 2) государственные СО; 3) отраслевые СО; 4) СО организации (предприятия). Измерительные преобразователи (ИП) - это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи могут преобразовывать измеряемую величину по-разному. Выделяют: 1) аналоговые преобразователи (АП); 2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП); 3) аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют: 1) первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения; 2) промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы. 14. Электроизмерительные приборы, их классификация Измерительный прибор - это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей. В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют: 1) измерительные приборы прямого действия; 2) измерительные приборы сравнения. Измерительные приборы прямого действия - это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве. Измерительный прибор сравнения - это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере. Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по-разному. Выделяют: 1) показывающие измерительные приборы; 2) регистрирующие измерительные приборы. Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например посредством диаграммы или нанесения на какой-либо носитель информации. 15. Метрологические характеристики средств измерений : виды, нормирование, МХ влияющие на рез-т измерения Метрологическая характеристика – хар-ка одного из св-ств СИ, влияющая на результат и его погрешность. Группы МХ : 1. Предназначены для определения результатов 2. МХ погрешности (основной) 3. МХ чувствительности СИ к влияющим величинам 4. МХ влияния СИ на измеряемую величину 5. Динамические характеристики 6. Неинформативные параметры сигналов Нормирование МХ – задание номинальной МХ для данного типа СИ и границ допускаемых отклонений от нее для конкретного экземпляра Для чего применяют МХ? 1. Оценка результата и погрешности 𝑥 𝑝 ± ∆𝑥 п 2. Для оптимального выбора СИ Функция преобразования а) 𝑌 н = 𝐹(𝑥) б) график в) таблица Метрологические характеристики результата 1. х вых = 𝐹(х вх ) 2. х вх 𝑚𝑖𝑛 х вх 𝑚𝑎𝑥 х вых 𝑚𝑖𝑛 х вых 𝑚𝑎𝑥 3. 𝑆 = 𝑑𝑋 вых 𝑑𝑋 вх 𝑋 вых = 𝐾 ∗ 𝑋 вх → 𝐾 = 𝑋 вых 𝑋 вх = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 4. Порог чувствительности 16. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения При эксплуатации средств измерения в нормальных условиях его погрешность принято классифицировать как основную погрешность. Систематическая погрешность – это составляющая погрешности измерения, величина которой остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Систематическая погрешность может иметь постоянную составляющую – аддитивная составляющая систематической погрешности и погрешность, изменяющуюся с изменением измеряемой величины – мультипликативная составляющая систематической погрешности Класс точности средства измерений – обобщенная метрологическая характеристика, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средства измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Кл. т = |𝛾|, 𝛾 = ∆𝑥 𝑥норм ∗ 100% Обобщенная МХ средств измерений, определяющая пределы допускаемых значений основной и дополнительной погрешностей СИ Как выбирают нормирующее значение? 1. Если от 0 до 𝑋 𝑘 значит 𝑋 норм = 𝑋 𝑘 2. Если от -X1 до X2 значит 𝑋 норм равняется сумме модулей X1 и X2 3. Если предельные значение не известны, но даны какие-то промежуточные – берем среднее 4. Если от -∞ до +∞ 𝛾 = ∆𝑙 𝑙 шк 17. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивно-мультипликативной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения ∆𝑥 = ±(𝑎 + 𝑏𝑥) a – аддитивная bx – мультипликативная Кл. т. = 𝑐 𝑑 (числа берутся из ряда 𝑘) В данном случае нормализуется 𝜎 = ± [𝑐 + 𝑑( 𝑋 𝑘 𝑋 − 1)] Допускаемая относительная погрешность , X k − предел , X − показания Физический смысл c и d : 𝑐 = 𝑎+𝑏𝑋 𝑘 𝑋 𝑘 100% абсолютная погрешность в конце шкалы (полная) 𝑑 = 𝑎 𝑋 𝑘 100% аддитивная сост. погр. a – абсолютная погрешность при 𝑥 = 0 , 𝑐 > 𝑑 Класс точности нужен для получе- ния рез-та в нужном виде: 𝑥 = 𝑥 𝑝 ± ∆𝑥 Правила округления погрешностей 1. Погрешность результата измерения указывается двумя значащими цифрами, если первая из них равна 1 или 2, и одной - если первая цифра есть 3 и более. Значащими цифрами числа считаются все цифры от первой слева, не равной нулю, до последней справа цифры, при этом нули, записанные в виде множителя 10n, не учитываются. ±0,010125 до ±0,010 ±0,00234125 до ±0,0023 ±0,041234 до ±0,04 2. Результат измерения округляется до того же десятичного разряда, которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности. Результат: 85,6342, погрешность: ±0,010 Итог: 85,634 ± 0,010 Если погрешность: ±0,03 Итог: 85,63 ± 0,03 3. Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления проводят с одним - двумя лишними знаками. 4. Округление следует выполнять сразу до желаемого числа значащих цифр, поэтапное округление приводит к ошибкам. Лишние цифры в целых числах заменяются нулями, а в десятичных дробях отбрасываются. 165245 при сохранении четырех значащих до 165200, а число 165,245 - до 165,2 Если десятичная дробь оканчивается нулями, они отбрасываются только до разряда, который соответствует разряду погрешности. Результат: 235,200, погрешность: ±0,05 Итог: 235,20 ± 0,05 Если погрешность: ±0,015 Итог: 235,200 ± 0,015 Если первая (считая слева направо) из заменяемых нулями или отбрасываемых цифр меньше 5, остающиеся цифры не изменяются. Если первая из этих цифр равна 5, а за ней не следует никаких цифр, или идут нули, то, если последняя цифра в округляемом числе четная или нуль, она остается без изменения, если нечетная - увеличивается на единицу. Число 1234,50 округляют до 1234, а число 8765,50 - до 8766. 18. Нормирование чувствительности средств измерений к внешним условия. Оценка дополнительной погрешности результатов измерений. МХ чувствительности СИ к внешним условиям 𝑙 𝜑1 + 𝑙 𝜑2 + 𝑙 𝜑𝑛 – внешние условия Если изменится некоторый фактор, то и ∆𝑥 𝑝 изменится 𝑙 𝜑𝑖 + ∆𝑙 𝜑𝑖 → 𝑥 𝑝 + ∆𝑥 𝜑𝑖 Пусть Y – выходной сигнал 𝑌 = 𝐹(𝑥, 𝑙 𝜑1 … 𝑙 𝜑𝑛 ) Найдем приращение 𝑑𝑥 = 𝛿𝐹 𝛿𝑥 𝑑𝑥 + 𝛿𝐹 𝛿𝑙 𝜑 𝑑𝑙 𝜑 + ⋯ + 𝛿𝐹 𝛿𝑙 𝜑𝑛 𝑑𝑙 𝜑𝑛 (все с 𝑙 𝜑 несет ошибку) Влияние i – ого фактора ∆𝑌 = ± ( 𝛿𝐹 𝛿𝑙 𝜑𝑖 (𝑙 𝜑𝑖 − 𝑙 𝜑𝑖 норм )) = ±𝑘вл. (𝑙 𝜑𝑖 − 𝑙 𝜑𝑖 норм ) 𝑘вл – коэф. влияния 𝑙 𝜑𝑖 – текущее значение фактора 𝑙 𝜑𝑖 норм – нормальное значение фактора Абсолютная дополнительна погрешность от i – ого фактора 1. 𝐾 вл 𝑖 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 2. 𝑙 𝜑𝑖 норм 3. 𝑙 𝜑𝑖 Нормирование МХ чувствительности 1. Рабочий диапазон внешних условий → диапазон внешних усл. для которых нормализированы МХ (рабочие условия) 2. Диапазон нормальных условий (нормальные условия) 𝑇 = [−40 ; +50] °𝐶 – рабочие условия 𝑇 = 20°𝐶– нормальные условия 3. Задать коэффициент влияния – сможем оценить дополнительную погрешность *упрошенный подход оценки дополнительной погрешности При рабочих условиях эксплуатации дополнительная погрешность не превышает класса точности (или некоторой доли от класса точности) 19. Метрологические характеристики обратного влияния средств измерений на измеряемую величину 𝑈 𝑥 = 𝐸 𝑥 𝑅 𝑥 + 𝑅 𝑅 𝑥 ∆𝑈 𝑅 = 𝑈 𝑥 − 𝐸 𝑥 = − 𝐸 𝑥 𝑅 𝑥 + 𝑅 𝑅 𝛿 𝑅 = ∆𝑈 𝑅 𝐸 𝑥 100% ≅ − 𝑅 𝑅 𝑥 100% 𝑅 𝑉 ≫ 𝑅 𝑅 𝑉 → ∞ 𝑅 𝐴 = 0 Нормирование 𝑹 вх - ? 𝑅 вх ≥ 𝑅 типовое 𝑅 вх ≤ 𝑅 типовое 𝑅 вх 𝑚𝑖𝑛 < 𝑅 вх ← на первом токе 𝑅 𝐶 𝑚𝑎𝑥 ≥ 𝐶 вх V A |