Планирование измерительного эксперимента

   В первую очередь надо знать классификацию  средств измерений, их метрологические  характеристики, погрешности средств  измерений и причины их порождающие. Уже по обозначениям по шкале прибора можно определить, с какой погрешностью мы будем измерять, но для этого надо знать формы представления метрологических характеристик.  

     

                                              Пример 1: 

   Определите  абсолютную погрешность измерения постоянного тока амперметром, если он в цепи с образцовым сопротивлением 5 Ом показал ток 5 А, а при замене прибора образцовым амперметром для получения тех же показаний пришлось уменьшить напряжение на 1 В.

   Ответ:  Образцовый амперметр показал I = 5 А при R = 5 Ом и U = 25 В, а поверяемый при 26 В, следовательно, в действительности через него протекал ток I = 26/5 = 5,2 А.

   Абсолютная  погрешность ∆ = — 0,2 А. 

                                             Пример 2: 

   Сравните  погрешности измерений давления в 100 кПа пружинными манометрами классов точности 0,2 и 1,0 с пределами измерений на 600 и 100 кПа, соответственно.

   Ответ: Манометр класса 0,2 на 600 кПа при измерении 100 кПа будет иметь погрешность ±1,2%, а манометр класса 1,0 при измерении в последней точке шкалы + 1,0%.

   + 1,2> + 1,0%. Следовательно, второй прибор  оказался в данном случае более  точным. 

                                            Пример 3: 

   Потенциометр  постоянного тока в диапазоне 0-50 мВ имеет основную погрешность δ= ± [0,05 + (2,5/А)], где А – показания потенциометра, мВ.

   Определите  предел допускаемой погрешности  в конце и середине диапазона измерений (А_к = 50 мВ).

   Сравните  их и класс точности 0,05 потенциометра.  
 

   Ответ: В конце диапазона

    , в середине 

Фактическая относительная погрешность прибора  существенно отличается от числа, входящего в обозначение класса точности (превышает его): 0,15 > 0,1 > 0,05%. 

                                          Пример 4: 

     Оцените годность пружинного манометра класса 1,0 на 60 кПа, если при его поверке методом сличения с образцовым манометром класса 0,2 в точке 50 кПа при повышении давления было зафиксировано 49,5 кПа, а при понижении 50,2 кПа.

   Ответ: Вариация показаний пружинного манометра не должна превышать основной погрешности. В нашем случае манометр класса 1,0 может иметь  

   абсолютную  погрешность  . Это же значение может иметь и вариация показаний b.

   Для нашего манометра:

    ,

   где ∆_б и ∆_м – абсолютная  погрешность при подходе к поверяемой точке со стороны   больших   и   меньших   значений,   соответственно;   А_б   и А_м – показания  образцового прибора в этих точках, т.е. .

   Следовательно, б > ∆, так как 0,7 кПа > 0,6 кПа.

   Манометр  должен быть забракован несмотря на то, что погрешности в точке 50 кПа не превышают допускаемую: (0,2 < 0,6 и 0,5 < 0,6). 

Заключение

    Так как измеряются свойства, общие в качественном отношении  многим объектам или явлениям, эти свойства без участия органов  чувств человека должны быть каким-то образом обнаружены, в чем-то должны проявляться.

Для этого  служат технические измерительные  средства.

                                      Ответьте на следующие  вопросы: 

1.   Какое значение имеет для науки  измерение?

2.   Какова структура измерительной  цепи?

3.   Какие цели достигаются при обеспечении единства измерений?

4. Какие единицы физических величин допускаются к применению на территории РК?

5.  Какие цели достигаются  при техническом измерении?

6.  Какие виды измерений вы знаете?

7.  Что такое прикладная метрология? 

Список  литературы 

1.  «Основы  стандартизации и управления  качеством». В.А.Таныгин

2.  «Введение в метрологию»         В.Г. Тюрин.

3.  «Основа стандартизации, метрологии и сертификации» Т.Д. Крылов.

4. Закон РК «О стандартизации и сертификации», «Об охране окружающей среды», «Об обеспечение единства измерении»

5. «Метрология, стандартизация и технические средства измерений» Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов.

6. «Стандартизация и технические измерения» А.Д. Никифоров.

7. « Основы метрологии и технические измерения» А.С.Васильев .

8. « Основы метрологии, стандартизации и контроля качества» И.Ф.Шишкин 

ТЕМА 3. Классификация и методы измерений (2часа). 

1. Основная часть:

          2.   Измерение и его основные операции.

     3.   Структурная схема измерения.

                Приложения:    

          4.      Схема № 1

5.       Схема № 2.
6.       Схема №3.
7.      Схема № 4
8.       Схема № 5

Заключение

9. Составить отчет о  работе (как в работе №1).

 

Измерение и его основные операции.

 

    1 группа                                                                                   2 группа

  
 
 
 
 
 

   Суть  простейшего прямого измерения  состоит в сравнение размера  ФВ Q c размерами выходной величины регулируемой многозначной мерой g(Q). Основные операции процедуры измерения:

• измерительного преобразования измеряемой ФВХ в другую ФВQ однородную или неоднородную  с ней
• воспроизведение ФВQ, заданного N(Q) однородной с преобразованной величиной Q
• сравнение однородных ФВ: преобразованной   Q и воспроизводимой мерой Qм равно N(Q).   

 

Структурная схема измерения

     

Х                                Q=F(X)                          D=F(X)-N(Q)

                   

                  Q_м=N [Q ]                                                                                                                                                                           

                                                         N              N                                                                                           

                                                                      N 

Для получения  результата измерения необходимо обеспечить  выполнение  при 

N = q  условия :

 

I                                                   II                                                     III

 
 
 
 
 

Элементы  процесса измерения.

Измерение – сложный процесс, включающий в себя взаимодействие целого ряда его структурных элементов:

• Изменение физического рода преобразуемой величины
• Масштабное линейное преобразование
• Масштабно-временное преобразование
• Нелинейное или функциональное преобразование
• Модуляция сигнала
• Дискретизация непрерывного сигнала
• Квантование

   Операции измерительного преобразования  осуществляется  посредством измерительного преобразователя – технического устройства , построенного на определенном физическом принципе и выполняющая одно частное измерительное преобразование

          Наиболее разработанной является  классификация по совокупности приемов использования и принципов и С.И. По этой классификации различают: метод непосредственной оценки и метод сравнения..

 

 

 
 
 
 

Метод замещения заключается в поочередном измерении прибором искомой величины и выходного сигнала меры, однородного с измеряемой величиной. По результатам этих измерений вычисляется искомая величина.

Метод совпадения – разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой определяют используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Средство  измерения - техническое средство, используемое при измерениях и имеющем нормированные метрологические свойства. С.И. объединяет разнообразные устройства, которые обладают одним из двух признаков:

       Из структурной схемы видно  что процесс измерения протекает по двум параллельным ветвям. Верхняя реальность, нижняя отражение (познание). Элементы обоих ветвей  непрерывно связаны между собой и соответствуют друг другу по типу «реальность-отражение (модель)».

   При постановке задачи конкретизируется объект  измерения , в нем выделяется измеряемая Ф.В. и определяется (задается) требуемая погрешность измерения.

Модель  объекта измерения строится до выполнения измерений в соответствии с решаемой задачей на основе  априорной  информации об объекте и условиях измерения.

     Априорная информация, т.е. информация об объекте измерения известная до проведения измерений.

Измеряемая  величина – это ФВ, подлежащая определению в соответствии с задачей измерения.

Измерительная информация, т.е. информация о значениях измеряемой ФВ содержится в измерительном сигнале – это сигнал, содержащий количественную

информацию  об измеряемой ФВ.

Субъект измерения  осуществляет выбор принципа, метода и С.И.

Принцип измерений – совокупность физических принципов, на которых основаны измерения.

Метод измерения – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой ФВ с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.