Метрология шпаргалка
Работа добавлена: 2016-05-16





1. Метрология, измерение, физическая величина, результат измерения, погрешность и формы записи результата измерения.  Как обеспечивают соблюдение единства измерений?

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерение – нахождение количественного значения физической величины опытным путем с помощью технических средств.

Физическая величина - характеристика одного из свойств физического объекта (размер и единицы измерения), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта. Например, ток, как физическая величина, различен для каждой электрической цепи, или сопротивление, как физическая величина, у различных тел различно.

Результат измерения – количественная характеристика физической величины в виде именованного числа.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Конечный результат измерений согласно ГОСТ 8.011-72 представляется в одной из четырех форм:

  1. Для разовых измерений с разовой погрешностью: указывается измеренное значение, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения. ;

2) Для многократных измерений не используемых для суммирования погрешностей(имеет четкие границы систематической составляющей): среднее арифметическое , в котором с установленной вероятностью находится систематическая составляющая погрешности, стандартной аппроксимацией функции распределения случайной составляю щей погрешности измерения и средним квадратичным отклонением случайной составляющей погрешности измерения;

3) Для многократных измерений используемых для суммирования погрешностей: среднее арифметическое ,стандартными аппроксимациями функции распределения систематической и случайной составляющих погрешности измерения и их средними квадратичными отклонениями , ;

4) среднее арифметическое , функциями распределения систематической и случайной составляющих погрешности измерения.

Единство измерений достигается единством эталонов и мер, единством испытаний и поверок метрологических характеристик СИ, единством формы представления результатов измерения. Единство измерений обеспечивается системой ГОСТов.

3. Сформулируйте отличия в операциях  «измерения» и «контроля», «поверки» и «калибровки».

Измерение – нахождение единицы физической величины опытным путем с помощью технических средств.

Контроль – фиксация физической величины в конкретных условиях. это процедура установления соответствия между состояниями, свойствами объекта контроля и заранее заданной нормой.

Поверка это операция проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.

Если СИ не подлежат обязательному метрологическому контролю и надзору, то они подвергаются калибровке.

Калибровка – это совокупность операций устанавливающих соотношения между значением величины данного СИ и соответствующим значением величины определенных с помощью эталона.

4. Виды и методы измерений. Приведите пример прямых и косвенных измерений физической величины,  достоинства и недостатки.

Виды измерений. В зависимости от получения результата - непосредственно в процессе измерения или после измерения путем последующих расчетов - различают прямые, косвенные и совокупные измерения.

Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно из опытных данных. Например, определение значения протекающего тока в цепи при помощи амперметра. К прямым измерениям относится нахождение значения напряжения, тока, мощности и т.д. по шкале прибора.

Косвенные - измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной математической зависимости между этой величиной и величинами, которые подвергаются прямым измерениям.       К косвенным измерениям относится определение значения активного сопротивления R резистора (R = U /) на основе прямых измерений силы тока через резистор и падения напряжения U на нем (см. рис. 1.7).

Хотя косвенные измерения сложнее прямых, они широко применяются в практике измерений, особенно там, где прямые измерения практически невыполнимы, либо тогда, когда косвенное измерение позволяет получить более точный результат по сравнению с прямым измерением. При косвенных измерениях нужно использовать дополнительные приборы для нахождения значения физической величины, прямые измерения точнее.

Совокупные измерения - измерения нескольких однородных величин, на основании которых значения искомой величины находят путем решения системы уравнений.

Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки - метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки - измерение тока амперметром.

Метод сравнения с мерой - это все методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной воспроизводимой мерой. Эти методы сложны, но характеризуются высокой точностью.  Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей:

- дифференциальный метод(разностный метод) заключается в том, что измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, незначительно отличающейся от измеряемой величины, при этом оценивается разность между этими двумя величинами. Точность метода возрастает с уменьшением разности между сравниваемыми величинами

- нулевой метод является частным случаем дифференциального метода и заключается в том, что результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводится до нуля. Например, мостовой метод измерения сопротивления, индуктивности, емкости и др.

- метод замещения заключается в том, что измеряемая величина замещается в измерительной схеме регулируемой образцовой мерой так, что никаких изменений в состоянии измерительной схемы не происходит, т.е. показания прибора будут те же, что и при включении измеряемой величины. Например, при измерении индуктивности, емкости.

Метод противопоставления (компенсационный) состоит в том, что измеряемая величина и противопоставляемая ей образцовая мера одновременно воздействуют на прибор сравнения, по которому устанавливают их соотношение. Например, компенсационный метод измерения э.д.с. или напряжения.

Метод совпадений состоит в том, что измеряют разность между искомой величиной и образцовой мерой, используя совпадения отметок или периодических сигналов. Например, для измерения перемещений, периода, частоты.

5. Технические средства измерения, классификация. Отличие эталона от образцовой меры. Виды, назначение и осуществление поверки средств измерений.

Средствами измерений (СИ) называются технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. К ним относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и информационно-измерительные системы.

Мера – СИ предназначенное для воспроизведения ФВ заданного размера(образцовая катушка сопротивления): однозначные, многозначные (разный размер), наборы (1 ФВ). В зависимости от роли: образцовые, рабочие.

Преобразователь – устройство преобразования одной формы информации в другую с заданной точностью и обеспечивает требуемую функциональную зависимость между входными и выходными величинами.

По характеру преобразовательных величин ИП:

По функциям: первичные, промежуточные, передающие, масштабные.

Измерительные прибор – устройства представляющие совокупность измерительных преобразователей выполняющих определенные функции счетного устройства. По физическим явлениям: электроизмерительные, электронные. По применению: амперметры, вольтметр, гальванометры. По назначению: для измерения электрических ФВ, для измерения не электрических ФВ. По способу представления информации: показывающие, регистрирующие (аналоговые, цифровые).

Измерительные установки – комплекс средств измерений включающих в себя меры, преобразователи, измерительные приборы, вспомогательные устройства объедененные общей схемой с помощью которой можно измерять одну или более ФВ.

Информационно измерительная система – сложное измерительное устройство обеспечивающее автоматическое измерение большого числа ФВ и передачу результатов измерения в единый центр контроля (многократное использование).

Эталон в отличии от меры не имеет класса точности. Мера воспроизводит заданное количество величины, а эталон единицу с заданной точностью.

Поверка это операция проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.

Виды поверки:

-Первичная поверка для СИ утвержденных типов при выпуске из производства и ремонта и при ввозе по импорту.

-Периодическая поверка СИ находящихся в эксплуатации или на хранении проводятся через определенные интервалы, результаты действительны в течении межповерочного интервала.

-Внеочередная поверка проводится при:

1)повреждении знака поверительного клейма или утери свидетельства о поверке

2)при вводе в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более межповерочного интервала)

3)при проведении повторной юстировке или настройке известном или предполагаемом ударом воздействии на СИ или его неудовлетворительной работе

-Инспекционная поверка может проводится в рамках государственного метрологического надзора за работой МСЮ

-Экспортная поверка проводится в рамках экспертизы СИ проводимой по поручению суда, прокуратуры и др. органов власти.

6. Метрологические и нормируемые метрологические характеристики. Назовите основные и дополнительные единицы системы СИ.

Метрологические характеристики — это характеристики свойств средства измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности.

Функция преобразования

Чувствительность

Цена деления шкалы

Порог чувствительности

Диапазон измерений

Вариация выходного сигнала

Погрешность

Вариация показаний прибора

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми,а определяемые экспериментально – действительными. Нормируемые метрологические характеристики, включаемые в этот комплекс, должны отражать реальные свойства СИ и их номенклатура должна быть достаточной для оценки инструментальной составляющей погрешности измерений в рабочих условиях применения СИ с той степенью достоверности, которая требуется для решения поставленной измерительной задачи.

Нормируемые МХ:

Основные единицы СИ: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль.

Дополнительные: радиан, стерадиан.

7. Систематическая и случайная составляющие основной погрешности средств измерений. Как  найти эти составляющие для измерительного прибора

Систематическая погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся  при многократных измерениях одной и той же величины. Качество измерительного прибора, отражающее близость к нулю его систематических погрешностей, называется правильностью.

По причинам возникновения погрешности делятся на методические, инструментальные и личные (субъективные).

Методические погрешности возникают вследствие несовершенства, неполноты теоретических обоснований принятого метода измерения, использования упрощающих предположений и допущений при выводе применяемых формул, из-за неправильного выбора измеряемых величин (неадекватно описывающих модели интересующих свойств объекта).

Инструментальные погрешности обуславливаются свойствами применяемых средств измерений (стабильностью, чувствительностью к внешним воздействиям и т.д.), их влиянием на объект измерений, технологией и качеством их изготовления (например неточность градуировки, конструктивные несовершенства и т. д.).

Субъективные погрешности вызываются состоянием оператора, проводящего измерения, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами средств измерений – все это сказывается на точности визирования.

Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом. Качество измерительного прибора, отражающее близость к нулю его случайной погрешности, называется сходимостью показаний.

К случайным погрешностям относят погрешности от гистерезиса (вариация показаний выходного сигнала СИ), погрешности из-за нестабильности переходного сопротивления в контактах коммутирующих устройств, трения в опорах подвижной части приборов и др.

Случайные погрешности не могут быть исключены из результата измерения опытным путем как систематические погрешности, однако при проведении некоторого числа повторных опытов теории вероятностей и математическая статистика позволяет уточнить результаты измерения, т.е. найти значения измеряемой величины более близкое к истинному чем результат одного измерения.

2 аксиомы случайных погрешностей

-при очень большом числе измерений случайные погрешности одинаковые по величине и противоположные по знаку встречаются одинаково часто.

-аксиома распределения – малые погрешности встречаются чаще чем большие. Принятие этих аксиом позволяет рассматривать случайные погрешности как случайные величины.

Кратко о систематических и случайных погрешностях:

Систематическая погрешность – постоянна по знаку и величине

Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом.

Случайная и систематическая погрешность находятся при многократных измерениях одной и той же величины.

Систематические погрешности делятся на:

Инструментальные погрешности

Субъективные погрешности вызываются состоянием оператора, проводящего измерения, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами средств измерений – все это сказывается на точности визирования.

Методические, которые зависят от метода измерений

Рассмотрим пример

           Рис АРис Б

2 схемы, но при измерении схемой рисунка А погрешность меньше.

Для этих двух схем справедливы формулы закона Ома:

Нахождение систематической погрешности:

Нахождение случайной погрешности

Нахождение общей погрешности:

-Если погрешность случайная и систематическая соизмеримы:

8. Систематическая составляющая погрешности, причины возникновения и методы исключения. Не исключенные систематические погрешности.

Систематическая погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся  при многократных измерениях одной и той же величины. Качество измерительного прибора, отражающее близость к нулю его систематических погрешностей, называется правильностью.

По характеру изменения во времени систематические делятся на постоянные и переменные. Постоянными называются такие погрешности измерения, которые остаются неизменными в течение всей серии измерений. Переменными называются погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на монотонно изменяющиеся, периодические и изменяющиеся по сложному закону

По причинам возникновения погрешности делятся на методические, инструментальные и личные (субъективные).

Методические погрешности возникают вследствие несовершенства, неполноты теоретических обоснований принятого метода измерения, использования упрощающих предположений и допущений при выводе применяемых формул, из-за неправильного выбора измеряемых величин (неадекватно описывающих модели интересующих свойств объекта).

Инструментальные погрешности обуславливаются свойствами применяемых средств измерений (стабильностью, чувствительностью к внешним воздействиям и т.д.), их влиянием на объект измерений, технологией и качеством их изготовления (например неточность градуировки, конструктивные несовершенства и т. д.).

Субъективные погрешности вызываются состоянием оператора, проводящего измерения, его положением во время работы, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами средств измерений – все это сказывается на точности визирования.

Для устранения постоянных систематических погрешностей применяют следующие методы:

Метод замещения, представляющий собой разновидность метода сравнения, когда сравнение осуществляется заменой измеряемой величины известной величиной, причем так, что при этом в состоянии и действии всех используемых средств измерений не происходит никаких изменений.

Метод противопоставления, являющийся разновидностью метода сравнения, при котором измерение выполняется дважды и проводится так, чтобы в обоих случаях причина постоянной погрешности оказывала разные, но известные по закономерности воздействия на результаты наблюдений.

Метод компенсации погрешности по знаку (метод изменения знака систематической погрешности), предусматривающий измерение с двумя наблюдениями, выполняемыми так, чтобы постоянная систематическая погрешность входила в результат каждого из них с разными знаками.

Метод рандомизации — наиболее универсальный способ исключения неизвестных постоянных систематических погрешностей. Суть его состоит в том, что одна и та же величина измеряется различными методами (приборами). Систематические погрешности каждого из них для всей совокупности являются разными случайными величинами.   Вследствие этого при  увеличении  числа используемых методов (приборов)   систематические погрешности взаимно компенсируются.

Для устранения переменных и монотонно изменяющихся систематических погрешностей применяют следующие приемы и методы.

Анализ знаков неисправленных случайных погрешностей. Если знаки неисправленных случайных погрешностей чередуются с какой-либо закономерностью, то наблюдается переменная систематическая погрешность. Если последовательность знаков "+" у случайных погрешностей сменяется последовательностью знаков "-" или наоборот, то присутствует монотонно изменяющаяся систематическая погрешность. Если группы знаков "+" и "-" у случайных погрешностей чередуются, то присутствует периодическая систематическая погрешность.

Графический метод заключается в построении графика последовательности неисправленных значений результатов наблюдений. На графике через построенные точки проводят плавную кривую, которая выражает тенденцию результата измерения, если она существует. Если тенденция не прослеживается, то переменную систематическую погрешность считают практически отсутствующей

Метод симметричных наблюдений. Рассмотрим сущность этого метода на примере измерительного преобразователя, передаточная функция которого имеет вид , где х, у – входная и выходная величины преобразователя; k – коэффициент, погрешность которого изменяется во времени по линейному закону; у0 - постоянная.

Для устранения систематической погрешности трижды измеряется выходная величина у через равные промежутки времени . При первом и третьем измерениях на вход преобразователя подается сигнал  от образцовой меры. В результате измерений получается система уравнений:

;   ;     .

Ее решение позволяет получить значение х, свободное от переменной систематической погрешности, обусловленной изменением коэффициента k:

.

После исключения систематических погрешностей получаем исправленные средние арифметические и исправленные отклонения результатов наблюдении, которые позволяют оценить степень рассеивания результатов.

Для исправления результатов наблюдений их складывают с поправками, равными систематическим погрешностям по величине и обратными им по знаку. Систематическая погрешность, остающаяся после введения поправок на ее наиболее существенные составляющие включает в себя ряд элементарных составляющих, называемых неисключенными остатками систематической погрешности. К их числу относятся: 

• погрешности определения поправок;

• погрешности, зависящие от точности измерения влияющих величин, входящих в формулы для определения поправок;

• погрешности, связанные с колебаниями влияющих величин (температуры окружающей среды, напряжения питания и т.д.). 

Перечисленные погрешности малы и поправки на них не вводятся

10. Дайте определение аддитивной и мультипликативной погрешностей, приведите формулы для их определения.  В каком случае класс точности прибора определяется по приведенной, относительной,  двухчленной формуле? Как обозначают класс точности на шкале прибора?

Суммарная абсолютная погрешность

где  γАД  =АДД  / XНОРМ  - приведенное значение аддитивной погрешности;

                  γМ  =М / X - относительное значение мультипликативной погрешности.

Аддитивная погрешность (АДД) – не зависит от чувствительности прибора и является постоянной по величине для всех значений входной величины Х в пределах диапазона измерений. Источником данной погрешности являются такие явления как: трение в опорах, шумы, наводки, вибрации, погрешности нуля, погрешность дискретности (квантования) в цифровых приборах и др. От величины этой погрешности зависит наименьшее значение входной величины. Если прибору присуща только аддитивная погрешность или она существенно превышает другие составляющие, то предел допустимой основной погрешности нормируют в виде приведенной погрешности (1.6)

Мультипликативная погрешность зависит от чувствительности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины. Источником этой погрешности являются: погрешности и регулировки отдельных элементов СИ (например,  шунта и добавочного резистора), старение элементов, изменение их характеристик, влияние внешних факторов.

Если прибору присуща только мультипликативная погрешность или она существенна, то предел допускаемой относительной погрешности выражают в виде относительной погрешности (1.2). Класс точности таких СИ обозначают одним числом, помещенным в кружок и равным пределу допускаемой относительной погрешности, например счетчик электрической энергии класса.

γОТН = ( / XИ) 100%.                                               (1.2)

Для средств измерений, у которых аддитивная и мультипликативная составляющие соизмеримы, предел допускаемой основной погрешности выражается двухчленной формулой (1.8). Обозначение класса точности для них состоит из двух чисел, выражающих  с и d в процентах и разделенных косой чертой (с/d), например класс 0,02/0,01.К этой группе средств измерений относятся цифровые мосты, компенсаторы с ручным и автоматическим уравновешиванием.

где d = γАД ;  с = γАД + γМ

Для средств измерений, у которых нормирована погрешность, приведенная к длине шкалы (1.6), класс точности обозначается одним числом в процентах, помещенным между двумя линиями, расположенными под углом, например. К ним относятся показывающие приборы с резко неравномерной шкалой (например, гиперболической или логарифмической).

Конкретные ряды классов точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерения.

Существует 9 классов точности: : 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.

11. Косвенные измерения. Методика обработки и записи результатов при косвенном измерении. Приведите пример.

Косвенные - измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной математической зависимости между этой величиной и величинами, которые подвергаются прямым измерениям. При этом числовое значение искомой величины определяется по формуле

Y = ƒ(X, Z, ... , W) ,

где Y - значение искомой величины;

X, Z, ..., W - значения непосредственно измеряемых величин.

К косвенным измерениям относится нахождение значения мощности в нагрузке

Рассмотрим пример

(Р = U·I) по показанию амперметра и вольтметра; определение значения активного сопротивления R резистора (R = U /) на основе прямых измерений силы тока через резистор и падения напряжения U на нем. Хотя косвенные измерения сложнее прямых, они широко применяются в практике измерений, особенно там, где прямые измерения практически невыполнимы, либо тогда, когда косвенное измерение позволяет получить более точный результат по сравнению с прямым измерением.

           Рис А

Закон Ома:

Методика обработки и записи результата:

  1. Нахождение систематической погрешности:

2. Нахождение случайной погрешности

3. Нахождение общей погрешности:

-Если погрешность случайная и систематическая соизмеримы:

Согласно критерия «ничтожной погрешности», если меньшая по значению случайная погрешностьσ2втрое меньше по значению большей по значениюσ1, т.е.σ2<0,3σ1, то ею можно пренебречь.

12. Классификация погрешностей измерения и их математическая запись.

Процедура измерения состоит из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения, выбор СИ, проведение эксперимента для получения результата. Все эти составляющие приводят к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения.

Измерения подразделяют на однократные и многократные. Однократные, или разовые, измерения проводятся обычно в случаях, когда допускается погрешность измерения не превышающая удвоенного значения средней квадратической составляющей случайной составляющей погрешности СИ. Для получения более высокой точности измерения выполняют с многократными наблюдениями с последующей статистической обработкой полученных результатов.

Погрешности можно систематизировать по следующим признакам:

По способу выражения погрешности измерения делят на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность измерения -  разность между измеренным значением XИЗМ физической величины и ее истинным значением XИ, выраженная в единицах измеряемой величины

= XИЗМ -  XИ,                                                            (1.1)

Относительная погрешность измерения – это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, в процентах

γОТН = ( / XИ) 100%.                                               (1.2)

По характеру изменения погрешности подразделяются на систематические и случайные.

Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность - составляющая погрешности при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом.

По месту возникновения погрешности подразделяются на инструментальные и методические.

Инструментальные погрешности – составляющие погрешности измерения, зависящие от погрешностей применяемых СИ. Методические погрешности – составляющие погрешности измерения, возникающие из-за несовершенства выбранного метода измерения, ограничения точности значений используемых физических констант.

13. Определите класс точности амперметра с  нормирующим значениемIнорм=1,5A,  поверяемого с помощью образцового прибора по точкам 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 А. Показания образцового прибора: 0,22; 0,43; 0,66; 0,81; 0,97; 1,23; 1,42 А.

Решение:

Iизм.

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Iдейств.

0,22

0,43

0,66

0,81

0,97

1,23

1,42

Δ

-0,02

-0,03

-0,06

-0,01

0,03

-0,03

-0,02

Δ=Iизм.-Iдейств.

Выберем из погрешностей самую большую Δ=0,06

Класс точности амперметра равен приведенной погрешности

Ответ: класс точности амперметра равен 4

14. Мост переменного тока рис. а) уравновешен.R2=450 Ом,R3=100Oм,R4=6000 Ом. Определите значения Сх иRx, если емкость конденсатора С=0,1 мкФ,f=1000 Гц

Решение:

Рассмотрим схему моста переменного тока, где сопротивления выражены в комплексной форме:

Запишем условие равновесия моста в комплексной форме:

Вернемся к нашей схеме, рисунок а)

Запишем условие равновесия моста в комплексной форме:

где Ri и Xi  - активные и реактивные составляющие сопротивления Z.

где

Ответ




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. МЕТРОЛОГИЯ, КВАЛИМЕТРИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ

2. Метрология, квалиметрия и стандартизация

3. Метрология, стандартизация и сертификация

4. СТАНДАРТТАУ, МЕТРОЛОГИЯ ЖӘНЕ СЕРТИФИКАТТАУ

5. Налоги шпаргалка

6. Мікропроцесори шпаргалка

7. Фізіологія шпаргалка

8. Криминалистика шпаргалка

9. Шпаргалка по биологии

10. Шпаргалка по философии