Введение. Предмет курса

Основы технических измерений

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспеченияих единства и способах достижения требуемой точности. Ее делят на:

1. Общую, которая в свою очередь включает:

- теоретическую – занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений;

- экспериментальную – занимается вопросами создания эталонов, образцов мер, разработкой новых измерительных приборов, устройств и информационных систем;

2. Законодательная метрология включает комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необходим со стороны государства для обеспечения единства измерений и единообразия средств измерения (СИ).

Задачи метрологического обеспечения:

- создание и применение эталонов единиц физических величин;

- определение и уточнение физических констант и физико-химических свойств веществ и материалов;

- создание и выпуск образцовых средств измерения;

- разработка и применение стандартных методов, средств и схем проверки измерительных приборов;

- проведение государственных испытаний разработанных и импортируемых средств измерений;

- государственному надзору и ведомственному контролю состояния и применением средств измерений.

Измерения – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей.

Измерения бывают:

- по точности – равноточные (измерения одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях) и неравноточными;

- по числу измерений – однократные и многократные;

- по отношению к изменению измеряемой величины – статические и динамические;

- по выражению результатов измерений – абсолютные и относительные;

- по общим приемам получения результатов измерений – прямые и косвенные.

Измерения являются основой научных знаний, служит для учета материальных ресурсов, обеспечения качества продукции, совершенствования технологии, охраны здоровья, обеспечения безопасности труда и для многих областей деятельности.

Главные функции измерений:

1. Учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии.

2. Измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи.

3. Измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях.

Измерения делятся на:

- технические – это измерения с помощью рабочих СИ с целью контроля параметров изделий, технологических процессов, для диагностики заболеваний, контроля загрязнения окружающей среды и др.;

- метрологические – измерения с помощью эталонов, образцовых средств измерения с целью воспроизводства единиц физических величин для передачи их размеров рабочим СИ.

По числу измерений в ряду измерений: однократные и многократные.

По отношению к изменению измеряемой величины: статические (измерение неизменной во времени физической величины) и динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например, переменного тока).

По выражению результатов измерений – абсолютные и относительные.

По общим приемам получения результатов измерений – прямые и косвенные (когда результат определяется на основании результатов прямых измерений других физических величин).

Средство измерения – это техническое средство (или его комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от индикаторов СИ не только обнаруживают физические величины, но и измеряют ее, то есть сопоставляют неизвестный размер с известным. Для облегчения сопоставления на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале деления в кратном и дольном отношении, что называют градуировкой шкалы.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют на:

1. Меры физических величин – СИ, предназначенные для воспроизводства или хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Меры бывают однозначные (гиря, калибр) и многозначные (набор гирь). Набор мер, объединенных в единое устройство, называют магазином мер. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных средств – компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

2. Измерительные преобразователи – **

Метрологические характеристики средств измерения характеризуют свойства средств измерения, влияющие на результат измерений или их погрешность.

Обычно метрологические характеристики нормируют раздельно для нормальных и рабочих условий применения средств измерения.

Нормальные, когда изменением характеристик под влиянием внешних факторов принято пренебрегать. Для многих средств измерения нормальными являются: температура (293 ± К˚); атмосферное давление (100 ± 4) кПа: относительная влажность (65 ± 15)%; электрическое напряжение 220 В ± 10%.

Рабочие условия – более широкий диапазон изменения влияющих величие. Основные метрологические характеристики: диапазон измерений, Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение входного сигнала.

Погрешность – разность между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. В качестве действительного значения для рабочих средств измерения принимают показатели образцового средства измерения, для образцового = – эталонного. Погрешность образцового значительно меньше и при сличении ею часто пренебрегают.

Основная погрешность средства измерения – погрешность, определяемая в нормальных условиях его применения.

– абсолютная погрешность.

- относительная погрешность.

Класс точности средства измерения – обобщающая характеристика, выраженная пределами допускаемых погрешностей. Его обозначают числом (римской или арабской цифрой).

Погрешность проверяемого средства измерения:

При однократном измерении ошибка может быть выявлена при сопоставлении результата с априорным представлением о нем или путем логического анализа. Измерения повторяют для устранения причины ошибки. При многократном измерении одной и той же величины ошибки проявляются в том, что результаты отдельных измерений заметно отличаются от остальных. Если отличие велико, ошибочный результат необходимо отбросить.

Объектом измерений является физическая величина. Физическая величина применяется для описания материальных систем, объектов, явлений, процессов и т.п., изучаемых в любых науках.

Существуют основные и производные физические величины. Основные – характеризуют фундаментальные свойства материального мира. В механике их 3, в теплотехнике – 4, физике – 7. ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин (длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила тока) и две дополнительные (плоский и телесный углы).

Измеряемые величины имеют количественную и качественную характеристики.

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. В соответствии с ISO 31/0 размерность обозначается символом dim (от латинского dimension – размерность). Размерность основных физических величин – длины, массы, времени обозначаются соответственно:

. (8.1)

Размерность производной величины выражается через размерности основных физических величин с помощью степенного одночлена.

, (8.2)

где - показатели размерности (степени).

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, дробным или целым, равным 0. Если все показатели размерности равны нулю, то ее называют безразмерной.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основными уравнениями измерения.

Более совершенна шкала отношений – пример температурная шкала Кельвина, где начало отсчета абсолютный 0 (273,16º), а вторая реперная точка таяние льда.

В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала – размеры представляются по-разному (1 м=100 см=1000 мм). Отмеченные варианты – это значения измеряемой величины – оценки физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Число называется числовым значением.

Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q=X[Q], (8.3)

где Q – значение физической величины;

X -числовое значение;

[Q] – выбранная для измерения единица.

Между качеством продукции и качеством измерений существует непосредственная связь. Качество измерений – это совокупность свойств состояния измерений, обуславливающих получение результатов измерений с требуемой точностью, в необходимом виде и в установленный срок.

Исследование влияния погрешности измерений на технико-экономические показатели производства – важнейшая задача в экономике метрологии.

Воздействие погрешности измерений на качество продукции часто завуалировано и возникающие при этом экономические потери достаточно сложно обнаружить.

При исследовании влияния точности измерений на технико-экономические показатели рассматривают всю метрологическую цепочку. Показатель потерь от погрешности измерений включает в себя три слагаемых:

, (8.1)

где П^о- экономические потери от ложной браковки эталонов, возникающие за счет непосредственных расходов на настройку, регулировку и повторную аттестацию эталонов;

П^р – экономические потери от ложной браковки рабочих средств измерений (РСИ), проявляющиеся в виде непроизводственных потерь на их ремонт, настройку, проверку;

П^нх – народнохозяйственные потери.

, (8.2)

где N_о – количество эталонов, подвергаемых аттестации;

n_о – вероятность фиктивной браковки эталонов при аттестации;

С_о^рем – средние непроизводственные затраты на ремонт, регулировку и повторную аттестацию одного фиктивно забракованного эталона.

Аналогичный подход применяется при рассмотрении потерь на других уровнях.

Суммарные потери от погрешностей измерений по схеме П_сх:

, (8.3)

где N_рси – количество РСИ, подвергаемых проверке в течение года;

п_рси – средняя вероятность фиктивной браковки РСИ при их проверке годными эталонами;

С_рси^рем – средние непроизводительные затраты на ремонт, регулировку и повторную проверку одного фиктивного забракованного РСИ;

N_пр – годовой объем контролируемой продукции;

п_пр – средняя вероятность фиктивной браковки при контроле продукции годным РСИ;

m_пр – средняя вероятность пропуска бракованной продукции при контроле годными РСИ;

С_пр^рем – средние непроизводительные затраты, связанные с фиктивной браковкой единицы продукции;

П_пр – средние годовые потери, связанные с использованием или применением единицы бракованной продукции.

Основными факторами, влияющими на результат измерения, являются:

- степень изученности объекта измерения;

- субъективизм, привносимый в результат измерения экспертом или экспериментатором (квалификация, санитарно-гигиенические условия, психофизическое состояние, эргонометрические требования при учете взаимодействий оператора со средствами измерения и т.д.). Степень субъективизма должна быть сведена к минимуму.

- способ измерения;

- аддитивные и мультипликативные поправки;

- возмущающий фактор – влияние СИ на измеряемую величину;

- условия измерения (температура среды, влажность; атмосферное давление, напряжение в сети и т.д.).

Появление ошибок вызвано недостаточной надежностью системы, в которую входит оператор, объект измерения, СИ и окружающая среда.

Основной нормативный документ, регулирующий метрологическую деятельность Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» и международный стандарт ISO 10012–1:1992 о подтверждении метрологической пригодности измерительного оборудования.

Государственная система обеспечения единства измерений регламентируется Законом РФ «Об обеспечении единства измерений». Конкретные положения в области законодательной метрологии регламентируются нормативными документами – стандартами, методическими указаниями, инструкциями, правилами и др.

Комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

В ГСИ выделяют базовые стандарты, устанавливающие общие требования, правила и нормы, а также стандарты, охватывающие конкретную область или вид измерений.

Базовые стандарты:

1) ГОСТ 8.414 ГСИ «Единицы физических величин»;

2) ГОСТ 16363 «Метрология. Термины и определения».

Базовые стандарты можно подразделять на группы в зависимости от объекта стандартизации: эталоны физических величин; передача информации о размере единицы от эталонов средствам измерений; порядок нормирования метрологических характеристик средств измерения; правила выполнения и оформления результатов средств измерений; единообразие средств измерения; метрологический надзор за разработкой, состоянием и применением средств измерений и т.п.

Основным содержанием курса «Аэродинамика и динамика полета самолетов, ракет и вертолетов (ЛА)» является составление и исследование уравнений движения ЛА, изучение траекторий полета, летно-технических характеристик (ЛТХ), условий устойчивости и управляемости. Вывод уравнений движения ЛА опирается на основные положения теоретической механики, аэродинамики, теории автоматического управления.

Задача исследования полета ЛА в общей постановке весьма сложная. ЛА с фиксированными рулями имеет, как всякое твердое тело, 6 степеней свободы и его движение в пространстве описывается системой 12 дифференциальных уравнений первого порядка. Динамика нежестких ЛА, динамика ЛА с учетом работы автоматических средств управления описывается значительно бльшим числом дифференциальных уравнений. Ввиду чрезвычайной сложности задачи исследования полета любого ЛА ее обычно решают по частям, разбивая исследования на несколько этапов и постепенно переходя от менее трудных задач к более трудным.

I этап. ЛА заменяется тяжелой материальной точкой равной массы, расположенной в центре масс ЛА. Такая математическая модель используется для построения траекторий движения, определения ЛТХ, включающих в себя область возможных режимов горизонтального полёта, взлётно-посадочные характеристики (ВПХ), максимальные дальности полёта и радиуса действия, маневренные характеристики и при решении ряда других задач.

II этап. ЛА считается телом или системой тел переменной массы или состава. Эта модель используется для теоретического исследования реализуемости траекторий с учетом работы автоматических средств управления, оценки устойчивости и управляемости. При полностью автоматическом управлении движения ЛА рассматривается как объект управления в замкнутой системе управления.

III этап. ЛА - в полноразмерном объеме или используются его динамически подобные аналоги. На этом этапе проверяется реализация траекторий на практике, определение вероятности выполнения поставленных задач, доводка летных характеристик. Параллельно могут использоваться пилотажные стенды, экспериментальные летающие лаборатории, динамически подобные модели ЛА.

Дата добавления: 2014-01-15