Основы техники измерений параметров технических систем

Заключение
Говоря о точности измерений, надлежит подметить, что уровень точности к которому необходимо устремляться, обязан предопределяться аспектами технической и экономической целесообразности. Известно, что повышение точности измерения в два раза удорожает сами измерение в некоторое количество раз. В то же время понижение точности измерения в изготовлении ниже определенной нормы приводит к браку продукции. При назначении точности измерений принципиально также учесть их важность. В одних случаях недостающая точность получаемой измерительной информации имеет незначительное или локальное значение, в иных играет только важную роль: от точности измерения может находиться в зависимости научное открытие или жизнь и здоровье людей
С развитием науки, техники и исследованием новейших технологий ...

Содержание

Введение 3
1. Понятие физической величины 4
2. Понятие видов и методов измерений 8
3. Классификация и общая характеристика средств измерений 11
4. Основы теории и методики измерений 20
Заключение 26
Список использованной литературы 27

ВВЕДЕНИЕ
В ходе познавательной деятельности человека появляется множество задач, для решения которых нужно владеть численной информацией о том или другом свойстве объектов материального мира (явления, процесса, вещества, изделия). Главным методом получения таковой информации считаются измерения, при верной организации и исполнении которых получают результат измерения с большей или меньшей точностью отображающий интересующие свойства объекта познания.
Информация о свойствах и качествах объектов, приобретенная средством измерений, называется измерительной информацией.
Студенты физических и инженерных специальностей высших учебных заведений, начиная уже с первого семестра, работают в лабораториях, исполняя лабораторные работы по профилю общетехнических и специальных кафедр. При этом в базе бо льшинства лабораторных работ лежат измерения. Итоги любых измерений, как бы тщательно и на каком бы высочайшем уровне они не проделывались, непременно содержат некие погрешности. Абсолютно точных измерений не может быть принципиально. Именно поэтому эффективная работа студентов в лабораториях, наряду с изучением способов и средств измерений и приобретением навыков измерений, подразумевает также их знакомство с современными способами математической обработки итогов измерений, анализа и оценивания погрешностей.
 

(компаратор-средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин)2.3.ЗамещенияДействие измеряемой величины замещается образцовойВзвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов (метод Борда)2.4.СовпаденийПри измерении разности сравниваемых величин используется совпадение отметок шкал или периодических сигналовИзмерение длины-штангенциркулем, частоты вращения-стробоскопом2.5.ПротивопоставленияИзмеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравненияИзмерение массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уровновешиванием ее гирь на двух чашках весов3. Классификация и общая характеристика средств измеренийСредством измерений (СИ) называют техническое средство (или их совокупность), применяемое при замерах и обладающее нормированные метрологические характеристики . В отличие от таковых технических средств, как индикаторы, специализированных для обнаружения физических свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), СИ дают возможность не только лишь обнаружить физическую величину, но и замерить ее, т.е. сравнить неизвестный размер с известным. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она конкретно применяется для сопоставления (измерение плоского угла транспортиром, массы — с помощью весов с гирями). Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на влияние измеряемой величины с проявившейся раньше реакцией на влияние той же величины, но известного размера (измерение силы тока амперметром). Для облегчения сопоставления еще на стадии производства прибора отклик на известное влияние фиксируют на кале отсчетного устройства, после чего наносят на шкалу деления в кратном и дольном отношении. Изображенная процедура именуется градуировкой шкалы. При измерении она дозволяет по положению указателя получать результат сопоставлением непосредственно по шкале отношений. Итак, СИ (за исключением неких мер — гирь, линеек) в простом случае совершают 2 операции: установление физической величины; сопоставление неизвестного размера с известным или сопоставление откликов на влияние известного и неизвестного размеров.Иными отличительными признаками СИ считаются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы. Если же размер единицы в процессе измерений меняется наиболее, чем определено нормами, то с помощью такового средства нереально получить итог с требуемой точностью. Отсюда надлежит, что мерить можно лишь тогда, когда техническое средство, предназначенное для данной цели, может хранить единицу, довольно неизменную по размеру (во времени).СИ можно систематизировать по 2 признакам: •конструктивное исполнение;•метрологическое назначение.По конструктивному исполнению СИ подразделяют:1.на меры, 2.измерительные преобразователи; 3.измерительные приборы, 4.измерительные установки, 5.измерительные системы, 6.технические системы и устройства с измерительными функциями.Меры величины — СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины 1-го или нескольких установленных размеров. Распознают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор неизменной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно соединенных в единое устройство, в котором есть устройства для их соединения в разных комбинациях, называется магазином мер. Образцом такового набора может быть магазин электрических сопротивлений, магазин индуктивностей. Сопоставление с мерой исполняют с помощью специфических технических средств — компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). Есть стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств.СО состава вещества (материала) — стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).СО свойств веществ (материалов) — стандартный образец с общеустановленными значениями величин, определяющих физические, химические, биологические и иные свойства.Новые СО допускаются к применению при условии прохождения ими метрологической аттестации. Отмеченная процедура — это признание данной меры, узаконенной для использования на базе изучения СО. Метрологическая аттестация ведется органами метрологической службы.В зависимости от уровня признания (утверждения) и сферы использования распознают категории СО — межгосударственные, государственные, отраслевые и СО предприятия (организации). В практике метрологическими службами применяются СО различной категории для исполнения разных задач.Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, предназначающиеся для преобразования измеряемой величины в иную величину или сигнал измерительной информации, подходящий для обработки, хранения, последующих преобразований.По характеру преобразования распознают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи распознают первичные (ИП, на который конкретно влияет измеряемая физическая величина) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователиКонструктивно обособленный первичный ИП, от которого поступают сигналы измерительной информации, считается датчиком. Датчик может быть вынесен на существенное расстояние от СИ, принимающего его сигналы. К примеру, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы.Если преобразователи не входят в измерительную цепь и их метрологические свойства не нормированы, то они не имеют отношение к измерительным. Таковы, к примеру, силовой трансформатор в радиоаппаратуре, термопара в термоэлектрическом холодильнике.Измерительный прибор — СИ, специализированное для извлечения значений измеряемой физической величины в поставленном спектре. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, более доступной для восприятии. В многочисленных случаях устройство для индикации имеет шкалу со стрелкой или иным устройством, диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых может быть совершен отсчет или регистрация значений физический величины. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отсчет может выполняться с помощью дисплея.По степени индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие.Показывающий прибор допускает лишь отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В фиксирующем приборе учтена регистрация показаний — в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф или, к примеру, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний).Измерительная установка — комплекс высокофункционально соединенных элементов — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и иных устройств, назначенных для измерения одной или некоторых физических величин и находящихся в одном месте. Примером считаются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для проверок магнитных материалов. Измерительную установку, специализированную для испытаний каких-либо изделий, время от времени называют испытательным стендом.Измерительная система — комплекс функционально объединенных элементов — мер, измерительных приборов, Измерительных преобразователей, ЭВМ и иных технических средств, расположенных в различных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или некоторых физических величин, характерных данному пространству.Примером может работать радионавигационная система Для нахождения месторасположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, распространённых в пространстве на значимой дистанции друг от друга.Технические системы и устройства с измерительными функциями — технические системы и устройства, которые наряду с главными исполняют и измерительные функции. Они имеют один или несколько измерительных каналов.Примерами таковых систем считаются игровые автоматы, диагностическое оборудование.По метрологическому предназначению все СИ разделяются на 2 вида: рабочие СИ и эталоны.Рабочие СИ (РСИ) специализированы для выполнения технических измерений. По условиям использования они могут быть: 1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, конструировании технических устройств, медицинских измерениях; 2) производственными, используемыми для контролирования характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров; 3) полевыми, используемыми конкретно при эксплуатации таковых технических устройств как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.К каждому типу РСИ предъявляются специфические требования:•к лабораторным — высокая точность и чувствительность;• к производственным — высокая стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам; •к полевым — высокая стабильность в углов внезапного перепада температур, высокой влажности.Эталоны считаются высокоточными СИ, а поэтому используют для выполнения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. Размер единицы передается «сверху вниз», от наиболее точных СИ к наименее точным «по цепочке»: первичный эталон -вторичный эталон — рабочий эталон 0-го разряда - рабочий эталон 1-го разряда — рабочее средство измерений.Передача размера исполняется в процессе поверки СИ. Целью поверки считается установление пригодности СИ к использованию.Соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к РСИ, вводится в поверочных схемах СИ .Эталонная база в последующем будет формироваться в количественном и основным образом в качественном отношении. Перспективно устройство многофункциональных эталонов, т.е. эталонов, воспроизводящих на единой конструктивной и метрологической базе не одну, а некоторое количество единиц физических величин или одну единицу, но в обширном диапазоне измерений. Так, метрологические институты государства основывают единый эталон времени, частоты и длины, который даст возможность, кстати, убавить погрешность воспроизведения единицы длины до 1х10-11м.Если технический уровень первичных эталонов в России благодаря успехам науки и энтузиазму ученых можно оценить как полностью удовлетворительный, то состояние парка СИ, находящихся в фактическом обращении, прежде всего рабочих эталонов и РСИ, внушает тревогу. Если в 1980-х гг. обновления отечественной измерительной техники, как правило, составлял 5-6 лет (для сравнения: в США и Японии — не более 3-х лет), то наблюдаемый сейчас спад в области отечественного приборостроения еще более повысил сроки обновления рабочих эталонов и РСИ, что ведет порядочному старению измерительной техники .4. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измеренийМетрологические свойства СИ — это свойства, воздействующие на итог измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств считаются их численной характеристикой и именуются метрологическими характеристиками.Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативным документом, именуют нормируемыми метрологическими характеристиками.Все метрологические свойства СИ можно поделить на 2 группы:1)свойства, характеризующие область использования СИ;2)свойства, характеризующие точность (правильность и прецизионность) итогов измерения.К главным метрологическим характеристикам, характеризующим свойства 1-ой группы, относятся диапазон замеров и порог чувствительности.Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допустимые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон замеров снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.Порог чувствительности — меньшее изменение измеряемой величины, которое вызывает ощутимое изменение выходного сигнала. К примеру, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное смещение стрелки весов достигается при таковом малом изменении массы, как 10 мг.К метрологическим свойствам 2-ой группы относят 2 основных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.К метрологическим характеристикам, характеризующие точность, имеют отношение погрешности СИ.Погрешность средства измерений - это разница между показаниями СИ и реальным значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике используют ее действительное значение. Для рабочего СИ за реальное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (предположим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, — значение величины, приобретенное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таковым образом, за основу для сопоставления принимают значение СИ, которое считается в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке: ∆Хп = Хп - Х0(3)где ∆Хп — погрешность поверяемого СИ; Хп — значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого СИ; Х0 — значение СИ, принятое за базу для сравнения, т.е. действительное значение.Погрешности СИ могут быть систематизированы по ряду признаков, в частности:•по методу выражения — абсолютные, относительные; •по характеру проявления — систематические, случайные;•по отношению к условиям использования — основные, дополнительные.Наибольшее распространение получили метрологические свойства, сопряженные с первой группировкой — с абсолютными и относительными погрешностями. Определяемая по формуле (3) ∆Хп считается абсолютной погрешностью. Но в большей степени точность СИ охарактеризовывает относительная погрешность (δ), т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к реальному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ:δ =100*∆Хп/ХоТочность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности — 1/ δ. Если погрешность δ = 0,1%, или 0,001=10-3, то точность равна 103.В стандартах нормируют характеристики, сопряженные с иными погрешностями.Систематическая погрешность — составляющая погрешности итога измерения, остающаяся постоянной (или же логично изменяющейся) при вторичных измерениях одной и той же величины. Ее образцом имеет возможность быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний устройства с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее выключают из итогов различными методами, в частности введением поправок. При химическом анализе систематическая погрешность выявляется в случаях, когда способ измерений не дает возможность вполне отметить элемент или когда присутствие 1-го элемента мешает установлению другого.При нормировании систематической составляющей погрешности СИ находят пределы допускаемой систематической погрешности СИ определенного типа — D.Величина систематической погрешности устанавливает таковое метрологическое свойство, как верность измерений СИ, — это 1-ая составляющая точности.Случайная погрешность — составляющая погрешности итога измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии вторичных измерений 1-го и того же размера величины с подобной тщательностью. В появлении данного вида погрешности не отмечается и какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда есть в результатах измерения. При неоднократном и довольно точном измерении они порождают рассеяние итогов.Характеристиками рассеяния считаются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах итогов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.5. Основы теории и методики измеренийГлавный постулат метрологии. Выше, при анализе количественной характеристики измеряемых величин, упомянуто уравнение измерения, в котором отображена процедура сопоставления неизвестного размера Q с известным [Q]:Q/[Q] = X В качестве единицы измерения [Q] при измерении величин выступает соответственная единица Международной системы единиц. Информация о ней заложена или в градуированной характеристике СИ, или в разметке шкалы отсчетного устройства, или в значении вещественной меры. Показанное уравнение считается математической моделью замера по шкале отношений. Теоретически отношение 2-ух размеров обязано быть полностью конкретным, неслучайным числом. Но фактически меры сравниваются в условиях большого количества случайных и неслучайных обстоятельств, четкий учет которых неосуществим. Поэтому при неоднократном измерении одной и той же величины неизменного размера итог, называемый отсчетом по шкале отношений, получается все время различным. Это положение, учрежденное практикой, формулируется в виде аксиомы, являющейся главным постулатом метрологии: отсчет считается случайным числом.Факторы, воздействующие на итог измерения (воздействующие факторы).