Основы метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации

Учебно-методические материалы

Литература основная

1. Надежность технических систем: Конспект лекций/ В.В. Белоусов, В.В. Киселев, М.М. Кулагина; Перм.гос.техн.ун-т. Пермь, 1995 – 71 с.

2. Дмитревский В.С. Расчет и конструирование электрической изоляции: - М.: Энергоиздат. 1981г.-392с.

Литература дополнительная

1. Холодный С.Д. Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов: - М.: Энергоатомиздат. 1991г.-200с.

2. Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытание электроизоляционных материалов и изделий: - Л.: Энергия. Ленинградское отделение. 1980г. – 216с.

Конспект лекций

Часть 2

Сергиенко М.П.

Содержание

Лекция 7. Классификация измерений и методы измерений

Лекция 8. Теория погрешностей. Классификация погрешностей.

Случайные погрешности. Систематические погрешности.

Суммирование погрешностей

Лекция 9. Неопределенность измерений

Лекция 10. Взаимозаменяемость

Лекция 11. История и этапы развития стандартизации.

Международная стандартизация. Стандартизация в Украине

Лекция 7
Классификация измерений и методы измерений

Измерением называется отображение физических величин их значением при помощи эксперимента и расчетов с применением специальных технических средств. Любое измерение включает в себя три основных этапа.

1. Подготовка к измерению, содержанием которой является:

а) постановка измерительной задачи. Например, измерение сопротивления резистора;

б) выбор метода и СИТ, их размещение. Для рассматриваемого примера можно выбрать прямой или косвенный метод и применить омметр или амперметр и вольтметр и расположить их последовательно либо параллельно;

в) обеспечение необходимых условий проведения эксперимента, например, температуры, влажности и т.д.

При этом под методом измерений понимают последовательность операций с использованием СИТ для получения результата измерения.

Метод измерения не стоит путать с принципом измерения, под которым понимают совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например, измерения температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

2. Измерительный эксперимент, включающий в себя три операции:

а) измерительное преобразование. Это такой вид преобразования, при котором устанавливается взаимно–однозначное соответствие между размерами величин, сохраняющее для некоторого множества размеров преобразуемой величины все определенные для нее отношения и операции. В большинстве случаев измерительные преобразования могут быть осуществлены техническими устройствами, называемыми преобразователями. Преобразуемая величина называется тогда входной, а результат преобразования – выходной величиной. Множество размеров входной величины, подвергаемой преобразованию с помощью данного преобразователя, называется диапазоном преобразования. Например, преобразование силы тока, протекающего через резистор, в угол поворота стрелки;

б) воспроизведение измеряемой величины единичного размера. Как было изложено в первой части курса, воспроизведение размера единицы физической величины осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Для нашего примера, эталоном может служить магазин сопротивлений более высокого класса точности по сравнению с используемым СИТ;

в) сравнение измеряемой величины с единицей измерения.

3. Обработка экспериментальных данных, в результате которой получают значение измеряемой величины и оценку погрешности измерений с заданной вероятностью.

Конкретная реализация перечисленных этапов зависит от вида измерения.

Классификация измерений

Измерения традиционно разделяются по многим классификационным признакам (рис. 7.1). Рассмотрим одну из многих среди существующих разновидностей классификации по наиболее существенным традиционным признакам.

Рисунок 7.1 – Классификация измерений

Классификация по измеряемым физическим величинам – наиболее громоздка, поскольку в настоящее время их существует более 2000. Наиболее детально разработанная классификация такого рода содержит пять ступеней: области, виды, отрасли, подвиды и разновидности.

Области измерений соответствуют разделам физики (механика, оптика, электричество и т.д.).

Виды измерений определяются непосредственно измеряемыми величинами (измерение температуры, скорости, объема, массы и т.п.).

Отрасли разграничивают виды по диапазонам измерений (например, низкие, высокие, средние температуры, частоты, мощности и т.д.).

Подвиды разграничивают виды измерений в зависимости от особенностей объекта исследований (например, измерение расстояний в астрономии, под водой, толщины пленок, шероховатости и т.д.).

Разновидности – разделение подвидов на подмножества в зависимости от измеряемого параметра. Например, для измерения напряжения электрического тока различают измерения постоянных и переменных напряжений.

Если измерения основаны на наблюдении основных величин и использовании значений физических констант, они называются абсолютными, в противном случае – это относительные измерения. То есть абсолютные измерения – это измерения производной величины в соответствии с ее размерностью. Измерение основной величины может быть только абсолютным. Например, измерение длины в метрах, силы тока в амперах, скорости как расстояния деленного на время. Примером относительных измерений может быть измерение мощности электрического тока по температуре резистора, нагретого за счет рассеиваемой в нем мощности (калориметрический метод измерения мощности на СВЧ) или измерение безразмерных величин как отношение размерных (коэффициент усиления усилителя, относительная влажность воздуха и т.д.).

По режиму использования СИТ измерения делят на статические – измерение величины, размер которой можно считать неизменным за время измерения (например, измерение сопротивления резистора электрическому току) и динамические – измерения величины, размер которой нельзя считать неизменным за время измерения (например, измерение мгновенных значений изменяющегося во времени электрического сигнала).

По количеству наблюдений при измерении различают измерения с однократными и многократными наблюдениями. Многократные наблюдения, как будет показано далее, дают возможность повысить точность измерения за счет применения статистических методов обработки данных.

В зависимости от достигаемой точности измерения делят на прецизионные измерения, контрольно–проверочные и технические измерения.

Первый случай (прецизионные измерения) относится к измерениям при метрологических исследованиях, особо ответственных измерениях, в которых измерения производятся наиболее точно с учетом индивидуальных свойств используемых СИТ и результатов дополнительных измерений, выполняемых для контроля условий измерений. В этом случае осуществляется апостериорная оценка точности измерений.

Контрольно–проверочные измерения относятся к группе измерений, для которых производится приближенная апостериорная оценка точности.

Технические измерения – наиболее распространенный вид измерений, эти измерения осуществляются с наименьшей точностью, обработка экспериментальных данных минимальна, а точность измерений оценивается априорно, в рамках аттестации методики выполнения измерений.

Важнейшим признаком классификации является разделение измерений в зависимости от уравнения измерений на прямые, косвенные, совместные и совокупные.

Под прямыми измерениями понимают измерения, при которых значения величины находят непосредственно. Они заключаются в экспериментальном сравнении измеряемой величины с мерой этой величины или в отсчете показаний СИТ, непосредственно дающего значение измеряемой величины. Простейшими примерами прямых измерений являются измерения длины линейкой, температуры – термометром, электрического напряжения – вольтметром и т.д.

При косвенных измерениях значение искомой величины находят по результатам прямых измерений других величин, с которыми измеряемая величина связана функциональной зависимостью. Примеры косвенных измерений: измерение удельного сопротивления проводника по результатам измерения его сопротивления , площади поперечного сечения и длины ; измерение сопротивления резистора по результатам измерения напряжения и силы тока , проходящего через резистор.

Совместными называются проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними

Примером совместных измерений может служить задача определения температурной зависимости сопротивления терморезистора

,

где – сопротивление терморезистора при 20 ^оС;

, – температурные коэффициенты сопротивления.

Для определения , или производится измерение в температурных точках () и по этим результатам определяется искомая зависимость.

Совокупные измерения – измерения, в которых значения нескольких одновременно измеряемых однородных величин находят решением системы уравнений, которые связывают разные комбинации этих величин, измеряемые прямо или косвенно.

Классическим примером совокупных измерений является измерение емкости двух конденсаторов С ₁ и С₂ по результатам измерения емкости каждого из них в отдельности, а также при параллельном и последовательном их соединении. Такой метод применяется для уменьшения систематической погрешности измерения, различной в разных точках диапазона измерения.

Дата добавления: 2014-01-11