Тема 1.10 Стандартизация метрологического обеспечения
Метрологическое обеспечение– это комплекс работ, направленных на обеспечение единства измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах величин и погрешность измерений не выходит за установленные границы.
Метрология- это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.
Виды метрологии: 1. Законодательная включает правовые акты, законы, положения в области метрологических измерений.
2. Теоретическая - это разработка методик и инструкций в области метрологических измерений.
3. Прикладная - позволяет применять разработанные методики в рамках принятой законодательной базы.
Объекты метрологии- это единицы измерения, средства измерения, термины и определения, результаты измерения, образцы и эталоны, измеряемые величины, методика измерений. Метрология связана с стандартизацией, т.к. обеспечивает присвоение установленным нормам единиц, их выражающих, позволяет при этом дать количественное выражение показателя.
Задачи метрологии:
1. Обеспечение единства измерений.
2. Передача измеряемых величин приборам.
3. Обеспечение точности измерения 4. Осуществление измерений установленных величин.
5. разработка эталонов и образцов для установления точности параметра
Метрологическая служба РБ входит в состав Госстандарта. Осуществляет гос. метрологический надзор и контроль за соблюдением метрологических норм и требований, координирует работу в территориальном и отраслевом масштабе, оказывает содействие субъектам хозяйствования в вопросах производства, реализации и поверки измерительной техники, обеспечивает правовыми документами, защиту прав потребителей, охрану окружающей среды, утилизации отходов, в т.ч. опасных.
Гос. метрологический надзор осуществляется в целях обеспечения здоровья и жизни людей, обеспечив совместимости и взаимозаменяемости производства, повышения качества продукции, защиты от неправильных и неточных измерений.
Виды измерений — области измерений, выделяемые по одному из классифицирующих признаков.
Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.
Существует 4 основных вида измерений:
1)Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных или с помощью технического средства измерения непосредственно отсчитывающего значение измеряемой величины по шкале. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=qU .
2)Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подлежащими прямым измерениям. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=f(x1,x2,…,xn) , где x1 - xn – физические величины, полученные путём прямых измерений.
3)Совокупные измерения – производятся одновременно измерение нескольких одноименных величин, при котором искомое значение находят путём решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
4)Совместные измерения – производимые одновременно двух или нескольких неодноимённых физических величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Как правило, эти измерения проводятся путём клонирования эксперимента и составления таблицы матрицы рангов.
Кроме того измерения классифицируется по: условиям проведения, характеристике точности, числу выполняемых измерений, характеру измерений во времени, выражению результата измерений.
П о х а р а к т е р и с т и к е т о ч н о с т и:
· Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных в одинаковых условиях.
· Неравноточные измерения – ряд измерений, выполненных СИ различной точности и в разных условиях.
П о к о л и ч е с т в у и з м е р и т е л ь н о й и н ф о р м а ц и и:
Однократные измерения – число измерений равно числу измеряемых величин.
Многократные измерения – минимальное число измерений величины больше трех.
П о в ы р а ж е н и ю р е з у л ь т а т а и з м е р е н и й:
Абсолютные измерения -- это такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна E =mc2 масса (m) – основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (с) – физическая константа.
Относительные измерения - установление отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы.
Прямые измерения – непосредственное сравнение физической величины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т.е. линейкой.
Косвенные измерения - искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью.
П о с п о с о б у п о л у ч е н и я р е з у л ь т а т о в и з м е р е н и й :
Совместные измерения - измерения одновременно двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними.
Совокупные измерения – это проводимые одновременно измерения одноименных величин, при которых значения искомых величин находят решением системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных состояниях.
П о м е т р о л о г и ч е с к о м у н а з н а ч е н и ю:
Технические измерения – с помощью рабочих средств. Применяются в науке и технике, с целью контроля параметров изделий, процессов и т.д.
Метрологические измерения – при помощи эталонов и образцовых средств измерения, с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений.
П о х а р а к т е р у и з м е н е н и я и з м е р я е м о й в е л и ч и н ы:
Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.
Статические измерения -величины практически постоянны.
Динамические измерения -величины, в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.
Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения. Выделяют следующие виды погрешностей:
1) абсолютная погрешность;
2) относительна погрешность;
3) приведенная погрешность;
4) основная погрешность;
5) дополнительная погрешность;
6) систематическая погрешность;
7) случайная погрешность;
8) инструментальная погрешность;
9) методическая погрешность;
10) личная погрешность;
11) статическая погрешность;
12) динамическая погрешность.
Погрешности измерений классифицируются по следующим признакам.
По способу математического выражения погрешности делятся на абсолютные погрешности и относительные погрешности.
По взаимодействию изменений во времени и входной величины погрешности делятся на статические погрешности и динамические погрешности.
По характеру появления погрешности делятся на систематические погрешности и случайные погрешности.
По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.
По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.
Абсолютная погрешность- это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.
Относительная погрешность- это число, отражающее степень точности измерения. Относительная погрешность выражается в процентах.
Приведенная погрешность- это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.
Нормирующее значение определяется следующим образом:
1) для средств измерений, для которых утверждено номинальное значение, это номинальное значение принимается за нормирующее значение;
2) для средств измерений, у которых нулевое значение располагается на краю шкалы измерения или вне шкалы, нормирующее значение принимается равным конечному значению из диапазона измерений. Исключением являются средства измерений с существенно неравномерной шкалой измерения;
3) для средств измерений, у которых нулевая отметка располагается внутри диапазона измерений, нормирующее значение принимается равным сумме конечных численных значений диапазона измерений;
4) для средств измерения (измерительных приборов), у которых шкала неравномерна, нормирующее значение принимается равным целой длине шкалы измерения или длине той ее части, которая соответствует диапазону измерения. Абсолютная погрешность тогда выражается в единицах длины.
Погрешность измерения включает в себя инструментальную погрешность, методическую погрешность и погрешность отсчитывания. Причем погрешность отсчитывания возникает по причине неточности определения долей деления шкалы измерения.
Инструментальная погрешность- это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.
Методическая погрешность- это погрешность, возникающая по следующим причинам:
1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;
2) неверное применение средств измерений.
Субъективная погрешность- это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.
Погрешности по взаимодействию изменений во времени и входной величины делятся на статические и динамические погрешности.
Статическая погрешность- это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.
Динамическая погрешность- это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).
По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.
Основная погрешность- это погрешность, полученная в нормальных условиях эксплуатации средства измерений (при нормальных значениях влияющих величин).
Дополнительная погрешность- это погрешность, которая возникает в условиях несоответствия значений влияющих величин их нормальным значениям, или если влияющая величина переходит границы области нормальных значений.
Нормальные условия- это условия, в которых все значения влияющих величин являются нормальными либо не выходят за границы области нормальных значений.
Рабочие условия- это условия, в которых изменение влияющих величин имеет более широкий диапазон (значения влияющих не выходят за границы рабочей области значений).
Рабочая область значений влияющей величины- это область значений, в которой проводится нормирование значений дополнительной погрешности.
По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.
Аддитивная погрешность- это погрешность, возникающая по причине суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного).
Мультипликативная погрешность- это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям.
Значение абсолютной аддитивной погрешности не связано со значением измеряемой величины и чувствительностью средства измерений. Абсолютные аддитивные погрешности неизменны на всем диапазоне измерений. Значение абсолютной аддитивной погрешности определяет минимальное значение величины, которое может быть измерено средством измерений.
Значения мультипликативных погрешностей изменяются пропорционально изменениям значений измеряемой величины. Значения мультипликативных погрешностей также пропорциональны чувствительности средства измерений Мультипликативная погрешность возникает из-за воздействия влияющих величин на параметрические характеристики элементов прибора.
Погрешности, которые могут возникнуть в процессе измерений, классифицируют по характеру появления. Выделяют:
1) систематические погрешности;
2) случайные погрешности.
В процессе измерения могут также появиться грубые погрешности и промахи.
Систематическая погрешность- это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся или изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины. Обычно систематическую погрешность пытаются исключить возможными способами (например, применением методов измерения, снижающих вероятность ее возникновения), если же систематическую погрешность невозможно исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в результат измерения вносятся соответствующие поправки. В процессе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).
Систематические погрешности в ряде случаев можно определить экспериментальным путем. Результат измерений тогда можно уточнить посредством введения поправки.
Способы исключения систематических погрешностей делятся на четыре вида:
1) ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений;
2) устранение погрешностей в процессе уже начатого измерения способами замещения, компенсации погрешностей по знаку, противопоставлениям, симметричных наблюдений;
3) корректировка результатов измерения посредством внесения поправки (устранение погрешности путем вычислений);
4) определение пределов систематической погрешности в случае, если ее нельзя устранить.
Средство измерения — это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Виды средств измерений
СрИзм можно классифицировать по двум признакам:
1. конструктивное исполнение;
2. метрологическое назначение.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие.
Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.
Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.
Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.
По конструктивному исполнению СрИзм подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, и системы, измерительные принадлежности.
Мера Это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. К данному виду средств измерений относятся гири, концевые меры длины и т.п. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер.
Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера (гиря).
К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). СО состава вещества (материала) – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).
Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Например, миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.
Измерительные преобразователи СрИзм, предназначенные для преобразования измеряемой величины в другую однородную или неоднородную величину с целью представления измеряемой величины в форме, удобной при обработке, хранении, передаче в показывающее устройство. Измерительные преобразователи не имеют устройств отображения измерительной информации, поэтому они входят в измерительные приборы или применяются вместе с ними.
Различают:
· Первичные преобразователи - предназначены для непосредственного восприятия измеряемой величины, как правило, неэлектронной и преобразовывая ее в электрическую (например, датчики).
·
· Промежуточные преобразователи – преобразователи, расположенные в измерительной цепи первичного преобразователя и обычно по измеряемой физической величине, однородные с ним.