Классификация средств измерений. Структура метрологического обеспечения

Структура метрологического обеспечения

Украина с 1994 принята в международное общество по метрологии.

Cхема не получилась

ГСИ- гос. служба единства измерений; решает проблему на базе 3 направлений:

1. использование единой системы единиц SI (СИ). Осн.ед. м, с, кг, А, К, моль, Kg (кандела)

2. ед.физ. величины- кол-во представления значения физ. величины

3. разм. ед.физ. величины- выражение ед.физ. величины через основные

ГССО - гос. служба стандартных образцов; определяет технические средства при воспроизведении физических и др. величин.

ГССД - гос. служба справочных данных.

№3

Основные понятия метрологии (виды измерений, виды средств измерений).

Процесс измерения- познавательный процесс, заключающийся в нахождении неизвестной величины путем проведения эксперимента и завершающийся оценкой результативности, включающий оценку точности измерения.

Свойства:

1. философский аспект- что-то исследуется или познаётся;

2. диф. х-р измерения –величина изм. подходящим методом;

3. алгоритмический х-р;

4. математический х-р;

5. неизбежность погрешности изм.

Классификация измерений

Основа: способ или прием получения изм.

Различают изм:

1. прямые;

2. косвенные;

3. совместные- неизвестная величина находится по известной зависимости однородных величин;

4. совокупные- неизвестные величины находится с исп. мат. зависимости изв. величин(неоднородных) на основе прямых изм.

Классификация средств измерений

Основа: функциональное назначение.

ТСИ- технические средства изм.

ТСИ

Меры физ. Величин Изм. преобразователи Изм. приборы Инф. изм. системы (ИИС)

№4

Образцовые меры, виды, назначение, обл.применения (пример).

Мера- средство измерений, предназначенное для воспроизведения физ.величины заданного размера. Например, мера- резистор, воспроизводящий сопротивление определённого размера с известной погрешностью.

К мерам относятся эталоны, образцовые и рабочие меры.

Образцовые меры- проверка и градуировка рабочих средств измерений.

Рабочие меры–проведение измерений.

Пример ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР

В качестве однозначных мер эл. емкости применяют воздушные и газонаполненные конденсаторы и конденсаторы со слюдяной изоляцией. Емкость воздушных конденсаторов не превышает 10000 пФ. Для работы в цепях высокого напряжения применяют газонаполненные конденсаторы. Измерительные конденсаторы имеют класс точности от 0,005 до1.

№5

Методы измерения(классификация методов, их суть иприменение в электротехнике, достоинства и недостатки).

Методы измерения -прием или способ исп. техн. средств.

Методы измерения должны соответствовать требованиям:

1. обеспечивать правильность измерения- соотв. прибора и метода изм. величины;

2. достоверность изм.- оценив теорией вероятности – соответствие процесса изм. проявлениям неизвестной физической величины;

3. воспроизводство измерений;

4. минимальная погрешность;

5. надежность измерений – стабильность изм. при определённых внешних условиях.

Методы изм. определяют уровень методической погрешности процесса измерений.

Выборпроизводится на осн. min погрешности того или иного метода.

1.метод прямого воздействия(непосредственной оценки )- исп. техн. средств (приборов, таким обр., что неизвестная физ. вел. непосредственно- воздействует на это средство при условии сохранения ее качественного определения ). Метод. погрешность = соотн. сопротивлений входящих в эл. цепь.

Данный метод изм. исп. для контроля техн. процесса, для изм. длинных величин при научных исследованиях.

2. дифференциальный- изм. проводятся путем сравнения эффекта действия двух(нескольких) однородных величин, оценивает разность процессов.

Принцип завершения- сведение результирующего эффекта к нулю.

Точность метода опр.мин.

фиксируемой величиной

∆Iни→min

Имеет высокую точность , так как он практически воспроизводит идеальное измерение- изм. без потребления мощн. из изм. цепи.

Недостаток – необходимость построения схемы для обеспечения сравнения однородных величин.

Исп. для контрольно-поверочных изм. и реализуется в компараторах и компенсаторах.

3. метод замещений- неизв. физ. величина замещается аналогичным действием и признаком завершения изм. является неизменный эффект.

Подбираем сопр. пока не найдем аналогичный.

Точность совм. оценка метода и технолог. погрешностью.

4. метод уравновешивания (не уравновешивания)-изм. производятся путем схемы для которой достигается её уравновесное сост.(или противоположное неуравновесное сост).

В 1 случае показания НИ min Іmin

В 2 случае показания НИ max Іmax

Пример –изм. мосты.

Достоинство: высокая точность, простота автоматизации процесса изм.

5. комбинированные и спец методы вкл. отдельные эл. рассматр. методов)

№6

Погрешность измерений(погрешности прямых и косвенных измерений, систематические, случайные погрешности, промахи).

Погрешность изм.-отклонение полученного изм. значения неизвестной величины от истинного значения этой величины.

∆ Х=Хнабл (изм)-Хист

проблема опр. погр.- истинное значение неизвестной вел. неизвестно.

Погрешности: абсолютная и относительная.

Классификация погр: случайные (законы распределения); систематическая, инструментальная, методическая, статическая-динамическая, внешние факторы, субъективная.

Систематическая - закон и х-р проявления заранее известен и практически известны причины его обуславливающие.

Оценка влияния систематической погрешности:

Предпосылки для оценки влияния:

1. гипотеза об отсутствии грубых погрешностей(в ряду изм. не должно быть значения отличающиеся на порядок и более)

2. вид используемых измерений

3. х-р или вид зависимости от значений неизвестной величины

Систематическая погрешность в инженерной практике учитывается опред. величины ∆ и корректируется соотв. поправкой.

Оценка влияния инструментальнойпогрешности (прямые изм.):

Основана на введении норм значений , при этом выполняется в случаях:

1.этап проектирования, создания технического средства:

вводится абсолютная погрешность(∆) и относительная(γ) оценка.

∆=+-(а+bх)

х- текущее значение изм. величины с учетом усл:

а) используемого принципа действия разраб. изм. средства;

б) элементная база разраб. изм. средства;

в) технология выполнения как элементной базы так и самого техн. средства.

Интервал относ. погр. выполнен тем же путём, но

γ=+-с(d+-(X/Xmin -1))

Xmin- min изм. величина в ряде приборов- чувствительность приборов.

2.этап эксплуатации средства- нач. с поверки прибора.

Методическая –обусл. методом изм.

Статическая-динамическая– способом, процессом снятия данных во времени.

Внешние факторы -факторы неэл. и эл. происхождения.

№7

Оценка точности изм, учет случайных погрешностей.

Оценка влияния инструментальной погрешности.(дописать)

Оценка проводится для двух ситуаций:

1) теоретическая оценка - учитывает статистические свойства случ. погрешности путем определения конкретного закона распред. на осн. существующего критерия согласия;

в практике исп. на осн. положений этой оценки исп. инж. методика, при этом вводятся допущения:

а) статистический ряд измерений считается равноточным- точность каждого знач. не изменяется при возможном изменении внешних условий;

б) отсутствие взаимного последействия значений измеряемых величин в ряду;

в) исп. только типовых законов распределения;

В практике оценки исп. для двух случаев:

1) n=N<=50

2) n=N>50

1) n=N<=50

=ai-Ag

1. определяем действ знач Ag

Ag Аср=1/n (1)

2. определяем остаточную погрешность

Аср (2)

3. опр среднеквадратическое отклонение остаточной погрешности -формула Бесцеля

(n>=20)

4. проверка по правилу 3 если усл не выполнимо, то переходим к п.1

5. оценка абс интервала случ погрешности Асл, это оценка пров, как нахождение значений, как функция двух аргументов и n.

=0,8-0,95

Асл находится по типовому закону.(закон Стъюдента-Фишера)

Асл=tq(ст-ф)

tq=fст-ф(n, )

6. записываем результат

Арез=Аср+- Асл (6)

7. сравнительная оценка интервалов случ погрешности

сл= Асл/Аср*100,% (7)

2) n=N>50

1.опред действительного знач проводится путем статист обр ряда изм

=ai-Aср

это позволяет определить вероятностное отклонение случ погрешности, как мат ожидание

M[A]=

Ag=M[A]

2. опред остаточной погрешности

=ai-M[A]

4. опред СКО

4. проверка по правилу 3

5.проверка соотв норм закону распред, по коєф ассеметрии и єксцеса

для норм закона

Кас, Кєкс

Для n>100 можно исп типовый закон, вид закона опред , что требует коррекции

6. опр абс Aср=Кнз

Кнз- уст степень соотв норм закону

Опред по известным выражениям

7. Арез=M[A]- Асл- оценка абс инт случ погрешности

8. сл= Асл /M[A]*100,%

№8

Классификация элизм приборов,и их х-ки, техн требования, предъявляемые к приборам.

Измерительный прибор- средство изм, предназначенное для выработки сигнала изм инф в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Изм прибор, показания которого являются непрерырной функцией изменений измеряемой величины- аналоговый прибор(прибор с осчётным устройством в виде стрелки).

Изм прибор, автоматически вырабатывающий дискретный(кодируемый) сигнал изм инф и дающий показания в цифровой форме- цифровой изм прибор.

В зависимости от того , допускают ли изм приборы только считывание инф или допускают считывание инф и регистрацию показаний, оно относятся либо к показывающим, либо к регистрирующим. Иногда применяют регулирующие изм приборы- имеющие приспособление для управления технологическими процессами.

Изм прибор, которые осуществляют одно или несколько преобразований сигнала в одном направлении в цепи преобразования,- приборы прямого действия. Изм прибор, в которых на ряду с цепью прямого преобразования имеется цепь обратного преобразования- приборы уравновешивающего преобразования или приборами сравнения.

В зависимости от применения средств(узлов) среди элизм аналоговых приборов прямого преобразования выделяют:элмеханические, элмеханические с преобразователями и электронные.

К группе элмех приборов относят элизм приборы, в котрых эн элмагн поля преобразуется в механическую эн перемещения подвижной части прибора.

К группе элмех приборов с преобразователямиотносят элмех приборы с предварительными преобразователями входного сигнала с целью расширения возможностей измерения различных величин.

К группе электронных аналоговых приборов относят приборы, использующие электронные узлы для преобразования сигнала изм инф и элмех изм механизм.

По роду изм вел элизм приборы делят: амперметры, вольтметры, омметры.

В зависимости от степени усреднения изм вел: приборы,дающие мгновенные знач, и интегрирующие.

По х-ру установки на месте :стационарные и переносные.

От степени защиты от климатических условий и мех воздействий: пыле-, водо-, вибро-…

№9

Общие вопросы теории устройств элизм приборов(основные звенья и узлы, их назначение, особенности).

С целью изучения и обобщения теории средств измерений вводится понятие о звенеи структурной схеме. В средстве изменений сигнал, несущий информацию о значении изм величины, обычно претерпевает ряд преобразований с целью получения нужного выходного сигнала. Каждое преобразование сигнала можно представить себе происходящим как бы в отдельном узле-«звене». Соединение звеньев в определённую цепь преобразований- структурная схема.

Разбивка средства изм на звенья может быть произведена по различным признакам. При анализе разбивают на интересующие ф-ции преобразования.

В зависимости от соед звеньев различают два вида структурных схем:

1.Прямое преобразование

Х→П1→Х1→П2→…Хn-1→Пn→Хn

П1,П2,…-звенья; Х,Х1…-информативные параметры сигналов.

Входной сигнал Х проходит ряд преобразований. Хn получается в форме, доступной для восприятия пользователем.

Пример: амперметр- измеряемый ток вначале с помощью шунта преобразуется в падение напряжения на шунте, затем в малый ток, который измеряется изм механизмом, т. е. преобразуется в отклонение указателя.

2. Уравновешенное преобразование(компенсационный или схема с ООС).

Цепь прямого преобразования

→ → Х →СУ → ∆Х → П1 → П2 → … → Пn → Хn →↓

↑ ← Хм' ←ПОСм ←Хм-1' … ← Х2' ←ПОС2 ← Х1'←ПОС1 ←

Цепь обратного преобразования

На входе цепи пр преобразования в узле СУ происходит сравнение входного сигнала Х и выходного сигнала цепи обратного преобразования Хм' и при этом на выходе СУ получается разностный сигнал ∆Х=Х- Хм'.

При подаче на вход сигнала Х выходной сигнал Хn, а следовательно , и Хм' будут возрастать пока Хм' не станет равен Х. При этом по значению Хn можно судить об изм вел Х.

№10

Общие вопросы теории электроизмерительных приборов(основные моменты измерительного механизма, режим работы подвижной части, обобщенное уравнение шкалы приборов).

Режим работы подвижной части измерительного механизма.

Мвр ά=(1/D)*dWэл/dά

Мпр

Мусп→0, Мтр→0.

С физической позиции различают такие режимы:

1) периодический режим равновесия

2) апериодический.

Самым распространенным режимом является «критический » режим, для которого характерно min время установления.

Степень несосовпадения этих двух кривых(вкл. и выкл.) косвенно х-т

добротность прибора.

Основные технические х-ки:

1. функциональное назначение прибора

2. род эл. цепи, исп. для данного прибора-,~...

3. диапазоны(пределы) изм.

4. постоянная и чувствительность прибора

Сх→физ.вел./ед.отсчета; Sx→1/Cx=dά/dx

При этом может быть указан порог чувствительности.

5. точносные х-ки- инстр. погрешность и соотношение осн. и доп. погрешностей в опред усл

6. потребляемая мощность от изм цепи

7. оценка влияния факторов неэл происхождения

8. оценка влияния факторов эл происхождения

9. срок службы или надежность

№11