Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Метрология, стандартизация и сертификация - файл Метр. -09.doc


Лекции - Метрология, стандартизация и сертификация
скачать (212.3 kb.)

Доступные файлы (2):

Метр. -09.doc495kb.14.05.2009 19:48скачать
Техн. рег., ст., серт..doc902kb.06.01.2009 19:52скачать

содержание
Загрузка...

Метр. -09.doc

1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

4. По режиму работы средства измерения различают


- статические и

- динамические измерения.
Любое средство измерений, как материальная система, обладает инерцией (механической, тепловой, электрической) и, следовательно, не может мгновенно реагировать на изменение измеряемой величины.

Поэтому при измерении переменной физической величины инерция средства измерения приведет к некоторому отставанию показаний средства измерения от истинного значения величины в каждый момент времени.

Очевидно, что это отставание будет зависеть не только от инерционных (динамических) свойств средств измерений, но и от скорости изменения самой измеряемой величины.
В том случае, когда показания средства измерения не зависят от его динамических свойств или когда этой зависимостью можно пренебречь, говорят, что средство измерения работает в статическом режиме, а само измерение называют статическим.

В противном случае измерение относят к динамическим.
1.3.2. Методы измерений
Любое измерение представляет собой физический эксперимент, выполнение которого основано на использовании тех или иных физических явлений.
Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называется принципом измерения.
Совокупность приёмов использования принципов и средств измерений составляет метод измерений.
Каждую физическую величину можно измерить несколькими методами, которые могут отличаться друг от друга особенностями как технического, так и методического характера.

В отношении технических особенностей можно сказать, что существует множество методов измерения, и по мере развития науки и техники число их всё увеличивается.

С методической стороны все методы измерений поддаются систематизации и обобщению по общим характерным признакам.
Различные методы измерений отличаются прежде всего организацией сравнения измеряемой величины с единицей измерения.

С этой точки зрения все методы измерений подразделяются на две группы:

- метод непосредственной оценки и

- методы сравнения.


Методы измерений






Метод сравнения

Метод непосред-

ственной оценки





метод противопоставления



дифференциальный метод



нулевой метод



метод замещения



метод совпадений


При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия (измерительного прибора, в котором предусмотрено преобразование сигнала в одном направлении, т.е. без обратной связи).
На этом методе основаны все показывающие (стрелочные) приборы (вольтметры, амперметры, ваттметры, счётчики энергии, термометры, тахометры и т.д.).
В методе непосредственной оценки мера в явном виде при измерении не присутствует, ее размеры перенесены на отсчётное устройство (шкалу) средства измерения заранее, при его градуировке.
Быстрота процесса измерения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым для практического использования, хотя точность измерений в большинстве случаев невелика.
^ Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
Примеры: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирь; измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с ЭДС нормального элемента и др.
Отличительная черта методов сравнения - непосредственное участие меры в процедуре измерения.

Обязательным в методе сравнения является наличие сравнивающего устройства.
Различают следующие разновидности метода сравнения.
^ Методом противопоставления называется метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
Примеры: измерение массы на рычажных весах с помещением её и уравновешивающих гирь на две чашки весов при известном соотношении плеч рычага весов.

В этом случае при качественном выполнении устройства сравнения может быть достигнута высокая точность измерений (аналитические весы).
^ Дифференциальный метод - метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.
Пример: измерение массы на равноплечих весах, когда воздействие массы mx на весы частично уравновешивается массой гирь m0, а разность масс отсчитывается по шкале весов, градуированной в единицах массы.

В этом случае значение измеряемой величины mx = m0 + Δm, где Δm - показания весов.
Этот метод позволяет получить результат измерений с высокой точностью даже в случае применения относительно неточных измерительных приборов, если с большой точностью воспроизводится известная величина.
Пример. Необходимо измерить постоянное напряжение, истинное значение которого равно Ux = 0,99 В.

В распоряжении экспериментатора имеется набор вольтметров (или один многопредельный) с пределами измерения 0,01; 0,1 и 1 В.

Пусть погрешность каждого вольтметра при измерении величины, значение которой равно пределу измерения, составляет 1%.

Предположим, имеется образцовая мера напряжения U = 1 В, погрешность которой пренебрежимо мала.
Очевидно, что производя измерения методом непосредственной оценки, экспериментатор использует вольтметр с пределом измерения 1 В и получает результат измерения с погрешностью 1%.

При дифференциальном методе измерения экспериментатор включает источники измеряемого постоянного напряжения Ux и образцового напряжения Uo последовательно и встречно и измеряет их разность Uo - Ux = 0,01 В вольтметром с пределом измерения 0,01 В.

В этом случае разность Uo - Ux будет измерена с погрешностью 1%, а следовательно, значение напряжения будет определено с погрешностью 0,01%.
^ Эффект повышения точности результатов измерений, достигаемый при дифференциальном методе, тем значительнее, чем ближе значение меры к истинному значению измеряемой величины.
Когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, дифференциальный метод измерений превращается в нулевой.
Очевидно, что в нулевом методе измерений используемая мера должна быть изменяемой (регулируемой), а прибор сравнения выполняет функции индикатора равенства нулю результирующего воздействия измеряемой величины и меры.

Нулевой метод позволяет получить высокие точности измерений.
Он используется, например, при измерении массы на равноплечих весах, когда воздействие на весы массы mx полностью уравновешивается массой гирь m0; при измерениях электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием или постоянного напряжения компенсатором постоянного тока.
^ Метод замещения - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Пример: взвешивание на пружинных весах. Измерение производят в два приема. Вначале на чашу весов помещают взвешиваемую массу и отмечают положение указателя весов; затем массу mx замещают массой гирь m0, подбирая ее так, чтобы указатель весов установился точно в том же положении, что и в первом случае. При этом ясно, что mx = m0.
^ Метод замещения можно рассматривать как разновидность дифференциального или нулевого, отличающуюся тем, что сравнение измеряемой величины с мерой производится разновременно.
^ Метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.
Пример: измерение числа оборотов вала с помощью стробоскопа. Вал периодически освещается вспышками света, и частоту вспышек подбирают так, чтобы метка, нанесенная на вал, казалась наблюдателю неподвижной.

Метод совпадений, использующий совпадения основной и нониусной отметок шкал, реализуется также в штангенприборах, применяемых для измерений линейных размеров.


Различия в методах сравнения измеряемой величины с мерой находят отражение в принципах построения измерительных приборов.
С этой точки зрения различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.
В измерительном приборе прямого действия предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи.
Пример: структурная схема электронного вольтметра

В


УПТ

ИМ

Ux



= Ux





В - выпрямитель

УПТ - усилитель постоянного тока

ИМ - измерительный механизм


^ Характерная особенность приборов прямого действия - потребление энергии от объекта измерения.
Измерительный прибор сравнения предназначен для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.
Пример: структурная схема автоматического прибора сравнения:

М

УУ

УС

х








х0



УС - устройство сравнения

УУ - устройство управления

М - изменяемая (регулируемая) мера с отсчётным устройством
В зависимости от результата сравнения х с х0 устройство управления УУ воздействует на меру М таким образом, чтобы величина |х - х0| уменьшалась. Процесс уравновешивания заканчивается, когда х0 = х.

Значение измеряемой величины отсчитывается по шкале регулируемой меры.
Очевидно, что любой измерительный прибор сравнения должен иметь цепь обратной связи и замкнутую структуру.
В измерительных приборах сравнения в цепи обратной связи всегда формируется физическая величина, однородная с измеряемой, которая подаётся на вход прибора.

Сравнение измеряемой величины с мерой в приборах сравнения может осуществляться либо одновременно (нулевой метод), либо разновременно (метод замещения).


Тема 1.4. Классификация погрешностей
^ 1.4.1. Виды погрешностей
Выполнив измерение, получают результат, который не может быть абсолютно точно равен истинному значению физической величины.

Таким образом, при любом измерении имеется погрешность, представляющая собой отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
Погрешность результата каждого конкретного измерения складывается из многих составляющих, обязанных своим происхождением различным факторам и источникам.
Традиционный аналитический подход к оцениванию погрешностей результата состоит в выделении этих составляющих, изучении их по отдельности и последующем суммировании.
Зная свойства и оценив количественные характеристики составляющих погрешностей, можно правильно учесть их при оценивании погрешности результата или, если это возможно, ввести поправки в результат измерения.
^ Выделив и оценив отдельные составляющие погрешности, иногда оказывается возможным так организовать измерение, чтобы эти составляющие не оказали влияния на результат.
Естественно, что классифицировать составляющие погрешности можно по многим признакам.
В целях единообразия подхода к анализу и оцениванию погрешностей в метрологии принята следующая классификация.
1. По характеру проявления во времени погрешности делятся на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.
Систематические погрешности подразделяются на:

- постоянные и

- переменные.
Переменные могут быть:

- прогрессирующими,

- периодическими,

- изменяющимися по сложному закону.
Закономерный характер систематической погрешности открывает возможности её предсказания, обнаружения и, благодаря этому, в значительной степени уменьшения.

Однако сложную задачу может представлять собой само обнаружение систематической погрешности.
Для уменьшения (компенсации) постоянной систематической погрешности наиболее распространены следующие методы:

- введение поправок;

- метод замещения;

- компенсация погрешности по знаку.
^ Ввести поправку - значит прибавить её к результату измерения.

Метод компенсации погрешности по знаку предусматривает измерения с двумя наблюдениями, выполняемыми так, чтобы постоянная систематическая погрешность в результат каждого из них входила с разными знаками.

Результат измерения находится как среднее результатов этих двух наблюдений.
Практически ни один из описанных методов не позволяет полностью исключить постоянную систематическую погрешность, а позволяет только существенно её уменьшить.
^ Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и величине) в серии повторных измерений одного и того же размера ФВ, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях.
Случайная погрешность не может быть исключена из результата измерений, но может быть уменьшена статистической обработкой совокупности наблюдений.
^ Грубая погрешность (промах) - это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.
Они, как правило, возникают из-за ошибок или неправильных действий оператора.

Возможной причиной возникновения промахов также могут быть кратковременные резкие изменения условий проведения измерений.
Грубые погрешности выявляются при статистической обработке ряда наблюдений, и соответствующие результаты наблюдений должны быть исключены из рассмотрения.
2. Обязательными компонентами любого измерения являются:

- средство измерения,

- метод измерения,

- и человек, проводящий измерения.
Несовершенство каждого из этих компонентов приводит к появлению своей составляющей погрешности результата. То есть основные причины появления погрешностей:

- несовершенство используемых средств измерений и неточность передачи рабочим средствам измерений размеров единиц соответствующих физических величин;

- несовершенство применяемого метода измерения;

- физиологическая ограниченность возможностей человека.
В соответствии с этим по источнику возникновения различают:

- инструментальные,

- методические и

- субъективные (личные) погрешности.
Инструментальная погрешность измерения - погрешность из-за несовершенства средств измерений.

Иногда эту погрешность называют аппаратурной.
Инструментальная погрешность обычно подразделяется на:

- основную погрешность средств измерений;

- дополнительную погрешность средств измерений.
Методическая погрешность - погрешность измерения, происходящая от несовершенства метода измерений.
^ Может возникать:

- из-за принципиальных недостатков используемого метода;

- из-за неполноты знаний о происходящих при измерении процессах;

- из-за неточности применяемых расчётных формул.
Субъективная, или личная, погрешность обусловлена индивидуальными особенностями лица, выполняющего измерения.
Автоматизация средств измерений и совершенствование конструкций приводят к уменьшению субъективной погрешности.
3. По условиям возникновения у средств измерения различают основную и дополнительную погрешности.
Каждое средство измерений предназначено для работы в определенных условиях, указываемых в нормативно-технической документации.
Условия измерения - совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений.
^ Влияющая величина - это физическая величина, не измеряемая данным СИ, но оказывающая влияние на его результаты.
Влияние условий измерения на СИ проявляется в изменении его метрологических характеристик.

В соответствии с установленными для конкретных ситуаций диапазонами значений влияющих величин различают:

- нормальные,

- рабочие и

- предельные условия измерений.
Нормальные условия измерений - это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения.
Нормальная область значений влияющей величины - это область значений, в пределах которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности.
При нормальных условиях определяется основная погрешность данного СИ.
(Основная погрешность средства измерений - погрешность в условиях, принятых за нормальные, т.е. при нормальных значениях всех величин, влияющих на результат измерения (температура, влажность, напряжение питания и т.п.)).
Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей.
^ Рабочая область значений влияющей величины - это область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний СИ.
При этом та часть погрешности измерения, которая возникает из-за изменения условий, называется дополнительной погрешностью.
(Дополнительная погрешность - погрешность, возникающая при отличии значений влияющих величин от нормальных).
Обычно различают отдельные составляющие дополнительной погрешности (температурную, погрешность из-за изменения напряжения питания и т.п.).
^ Предельные условия измерений - это условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.
4. Выше мы определили статический и динамический режимы работы средства измерения.
Соответственно, выделяют статические и динамические составляющие погрешности.
Статическая погрешность - это погрешность средства измерения, применяемого для измерения физической величины, которая принимается неизменной.
Динамической называется погрешность СИ, возникающая дополнительно при измерении переменной физической величины и обусловленная несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменения измеряемого сигнала.
При измерениях детерминированных сигналов динамические погрешности обычно рассматриваются как систематические.

При случайном характере измеряемой величины динамические погрешности приходится рассматривать как случайные.
5. У средств измерений часто можно выделить составляющие погрешности, не зависящие от значения измеряемой величины и погрешности, изменяющиеся пропорционально измеряемой величине.

Такие составляющие называют, соответственно, аддитивными и мультипликативными погрешностями.
Аддитивная погрешность (абсолютная) не зависит от значения измеряемой величины, а мультипликативная - ему пропорциональна.
Аддитивную погрешность называют погрешностью нуля, а мультипликативную - погрешностью чувствительности.

Δа

Δм







Х

Х




Абсолютные аддитивная и мультипликативная погрешности



δа

δм





Х

Х



Относительные аддитивная и мультипликативная погрешности


6. Кроме точности (погрешности) качество измерений характеризуется достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью, а также размерами допускаемых погрешностей.
Достоверность измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах.

Данная вероятность называется доверительной.
^ Правильность измерений - это характеристика измерений, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.
Сходимость результата измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях.

Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей на результат измерения.
Воспроизводимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведенных к одним и тем же условиям.
Тема 1.5. Нормирование погрешностей средств измерений
^ 1.5.1. Нормирование погрешностей средств измерений
Каждому средству измерений приписываются некоторые номинальные характеристики.
Действительные же характеристики средств измерений не совпадают с номинальными, что и определяет их погрешности.
Стандартизованной является оценка качества измерения с указанием погрешности.
Погрешности средств измерений представляют в форме абсолютных, относительных и приведённых погрешностей.
Выше было сказано, что под погрешностью понимается отклонение показаний приборов (или номинальных значений мер) от истинных значений измеряемой величины (истинных значений мер):

Δх = хизм - хист, (1)

где Δх - погрешность измерения.

Качество измерения тем выше, чем ближе результат измерения оказывается к истинному значению.

Строго говоря, применение формулы (1) для вычисления погрешности измерения невозможно, поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно.

Поэтому это выражение погрешности используется только в теоретических исследованиях, а на практике хист заменяется на его оценку - действительное значение величины хд, и погрешность рассчитывается по формуле

Δх = хизм - хд. (2)

Погрешность, выраженная в соответствии с формулами (1) и (2), имеет размерность измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью.
Широко используется также понятие относительной погрешности.

^ Относительная погрешность - это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

δх = Δх / хист, (3)

Относительные погрешности выражают принятыми в системе СИ относительными величинами: безразмерным числом, в процентах и др.
Предпочтение отдаётся выражению погрешности измерения в форме относительной погрешности, как более информативной, дающей возможность объективно сопоставлять результаты.

Однако относительная погрешность как наглядная характеристика точности результата измерения не годится для нормирования погрешности средства измерений, так как при изменении значений хист эта погрешность принимает различные значения вплоть до бесконечности при хист = 0.
Чтобы можно было сравнить по точности измерительные приборы с разными пределами измерений, введено понятие приведённой погрешности измерительного прибора.
^ Приведённая погрешность - это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средства измерений отнесена к условно принятому значению хнм, постоянному во всем диапазоне измерений или его части:
γ = Δхнм,
где Δх - абсолютная погрешность;

хнм - нормирующее значение.
Обычно нормирующее значение принимают равным:

1) большему из пределов измерений, если нулевая отметка расположена на краю или вне диапазона измерения;

2) сумме модулей пределов измерения, если нулевая отметка расположена внутри диапазона измерения;

3) длине шкалы или её части, соответствующей диапазону измерения, если шкала существенно неравномерна (например, у омметра);

4) номинальному значению измеряемой величины, если таковое установлено (например, у частотомера с номинальным значением 50 Гц);

5) модулю разности пределов измерений, если принята шкала с условным нулём (например, для температуры), и т.д.

Чаще всего за нормирующее значение принимают верхний предел измерений данного средства измерений.
Отклонения параметров средств измерений от их номинальных значений, вызывающие погрешность измерений, не могут быть указаны однозначно, поэтому для них должны быть установлены предельно допускаемые значения.
Нормирование метрологических характеристик средств измерений и заключается в установлении границ для отклонений реальных значений параметров средств измерений от их номинальных значений.
Указанное нормирование является гарантией взаимозаменяемости средств измерений.
Нормирование погрешностей средств измерений заключается в установлении предела допускаемой погрешности.

Под этим пределом понимается наибольшая (без учёта знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.
Подход к нормированию погрешностей средств измерений заключается в следующем:

1) в качестве норм указывают пределы допускаемых погрешностей, включающие в себя и систематические, и случайные составляющие;

2) порознь нормируют все свойства средств измерений, влияющие на их точность.
Стандарт устанавливает ряды пределов допускаемых погрешностей.

Этой же цели служит установление классов точности средств измерений.
^ Класс точности - обобщённая характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность.

Классы точности различных СИ могут задаваться по-разному в соответствии с ГОСТ 8.401- 80 "Классы точности средств измерений. Общие требования".

Этот стандарт устанавливает деление СИ по классам точности; способы нормирования метрологических характеристик, комплекс требований к которым зависит от класса точности СИ; обозначения классов точности.
^ Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей выражают в форме приведённых, относительных или абсолютных погрешностей в зависимости:

- от характера изменения границ абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерений, а также

- от условий применения и

- назначения средства измерений.
В зависимости от характера изменения границ погрешности в пределах диапазона измерений пределы допускаемой абсолютной основной погрешности устанавливают по формулам:
Δд = ± а (1)

или

Δд = ± (а + bх), (2)
где х - значение измеряемой величины на входе (выходе) средства измерений или число делений, отсчитанных по шкале;

а и b - положительные числа, не зависящие от х.
^ Пределы допускаемой приведённой основной погрешности, в %, устанавливают по формуле:
γд = Δднм ·100 = ± р, (3)
где Δд - пределы допускаемой абсолютной погрешности, устанавливаемой в соответствии с (1);

хнм - нормирующее значение;

р - отвлечённое положительное число.
^ Пределы допускаемой относительной основной погрешности δ, в %, устанавливаются по формуле:
δд = Δд/х ·100 = ± q, (4)
если Δд установлено в соответствии с (1),

или по формуле:
δд = Δд/х ·100 = ± [c + d(xк/x -1)], (5)
если Δд установлено в соответствии с (2).
Здесь xк - больший (по модулю) из пределов измерений,

c и d - положительные числа.
Положительные числа p, q, c и d выбираются из следующего ряда:

1·10n; 1,5·10n; 2·10n; 2,5·10n; 4·10n; 5·10n; 6·10n (n = 1, 0, -1, -2 и т.д.).
В зависимости от способа нормирования основной погрешности используются различные обозначения классов точности.
Если нормируется приведённая или относительная погрешность в соответствии с (4), то класс точности обозначается одним числом, равным пределу допускаемой погрешности, выраженному в процентах, т.е. p или q.
Для средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых выражены в форме относительных погрешностей в соответствии с (5), классы точности обозначают числами c и d, разделяя их косой чертой.
В случае нормирования абсолютной погрешности классы точности обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.

При этом классы точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, соответствуют буквы, находящиеся ближе к началу алфавита, или цифры, означающие меньшие числа.
Наиболее общие вопросы нормирования МХ СИ рассмотрены в ГОСТ 8.009-84 "ГСИ. Нормируемые МХ СИ".

Тема 1.6. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ)
^ 1.6.1. Понятие о единстве измерений
При проведении измерений необходимо обеспечить их единство.
Обеспечение единства измерений необходимо для достижения сопоставимых результатов измерений одних и тех же параметров, выполненных в разное время и в разных местах, с помощью разных методов и средств.
Под единством измерений понимается состояние измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, они обеспечиваются с помощью единообразных средств измерений, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы (Закон Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений").
На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документами органов метрологической службы.
Для проверки соблюдения метрологических правил и норм Государственная метрологическая служба (ГМС) Российской Федерации осуществляет государственный метрологический контроль и надзор.
Объектами государственного метрологического контроля и надзора являются: средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений, качество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии.
Государственные органы управления Российской Федерации, а также юридические и физические лица, виновные в нарушении метрологических норм и правил, изложенных в Законе РФ "Об обеспечении единства измерений", несут уголовную, административную или гражданско-правовую ответственность в соответствии с действующим законодательством.
Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений одной и той же величины.
Это достигается точным воспроизведением и хранением в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин и передачей их размеров применяемым средствам измерений.
^ Воспроизведение единицы физической величины - это совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона или исходного образцового средства измерений.
^ Передача размера единицы - это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, которое осуществляется при их поверке или калибровке.
Размер единицы передается "сверху вниз" - от более точных средств измерений к менее точным.


^ 1.6.2. Эталоны единиц физических величин
Эталон - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы физической величины с наивысшей точностью (для данного уровня развития измерительной техники) для передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.
Классификацию, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 "ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения".
Эталоны классифицируют в зависимости от метрологического назначения.

Это назначение предполагает оснащение метрологической службы первичными, специальными, государственными, национальными, международными и вторичными эталонами:

Эталон-

свидетель




Эталон-

копия



Эталон

единицы

Первичный

эталон

Вторичный

эталон


Эталон сравнения






Эталон

рабочий


Различают следующие виды эталонов.
^ Первичный эталон. Обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране точностью.

Первичный эталон может быть специальным, государственным, национальным и международным.
^ Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима, и служит для этих условий первичным эталоном.
Первичные и специальные эталоны являются исходными для страны, их утверждают в качестве государственных.
^ Государственный эталон - это первичный (или специальный) эталон, официально утвержденный в качестве исходного на территории государства.
Государственные эталоны подлежат периодическим сличениям с государственными эталонами других стран.
Национальный эталон - эталон, признанный официальным решением в качестве исходного для страны.
^ Международный эталон - эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
^ Вторичный эталон хранит размер единицы, полученной сличением с первичным эталоном соответствующей физической величины.
По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие:
- эталон-свидетель - предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты (в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель);
- эталон-копия - предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам (он создаётся для предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа при необходимости проведения большого количества поверочных работ);
- эталон сравнения - применяется для взаимного сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом (например, международные сличения эталонов);
- рабочий эталон - применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
^ Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды 1, 2, и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой.
Метрологическая последовательность передачи размеров единиц физических величин от первичного эталона рабочим мерам и измерительным приборам:

Эталоны

Первичные

Рабочие








Р
1-го разряда

2-го разряда

3-го разряда

4-го разряда
абочие эталоны





Наивысшей

точности

Высшей точности

Высокой

точности

Средней

точности

Наивысш.

точности

Рабочие меры и измерительные приборы



Совокупность всех перечисленных эталонов образует эталонную базу Российской Федерации.


^ 1. 6.3. Поверочные схемы
Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем.
Поверочная схема - это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и утвержденный в установленном порядке.
Основные положения о поверочных схемах приведены в ГОСТ 8.061-80 "ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение".
Поверочные схемы делятся на государственные, ведомственные и локальные.
^ Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране.

Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу.
Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке.
^ Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы.
Ведомственная и локальная поверочные схемы оформляют в виде чертежа, элементы которого приведены на рисунке:

1

1

1










4

4

4

5


а) б) в)
а) передача размера от эталона 1 к объекту 4 методом 2;

б) передача размера от эталона 1 к объекту поверки 4 методом 2 или 3;

в) передача размера от эталона 1 к объекту поверки 4 методом 2 и объекту поверки 5 методом 3.


Чертежи поверочной схемы состоят из полей, расположенных друг под другом, и имеют такие наименования: "Эталоны", "Образцовые средства измерений n-го разряда", "Рабочие средства измерений".
На чертежах поверочной схемы должны быть указаны:

- наименования средств измерений и методов поверки;

- номинальные значения физических величин или их диапазоны;

- допускаемые значения погрешностей средств измерений;

- допускаемые значения погрешностей методов поверки.
Поверочная схема должна состоять не менее чем из двух ступеней передачи размера единицы физической величины.
Правила расчёта параметров поверочных схем и оформления чертежей поверочных схем приведены в ГОСТ 8.061- 80 "ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение" и в рекомендациях МИ 83-76 "Методика определения параметров поверочных схем".


^ 1.6.4. Способы поверки средств измерений
Поверка - это операция, заключающаяся в установлении пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.
^ Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке средства измерений, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого средства измерений с более точным средством измерений - рабочим эталоном.
Различают поверки: государственную, ведомственную, периодическую, независимую, внеочередную, инспекционную, комплексную, поэлементную и др.
Основные требования к организации и порядку проведения поверки средств измерений приведены в правилах по метрологии ПР 50.2.006-94 "ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения", а также в рекомендациях МИ 187-86 "ГСИ. Критерии достоверности и параметры методик поверки" и МИ 188-86 "ГСИ. Установление значений методик поверки".
Поверка выполняется метрологическими службами, которым дано на это право.
Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми нормативно-техническими документами.
^ Поверка измерительных приборов проводится:

1) методом непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых образцовыми мерами соответствующего класса точности. Наибольшая разность между результатами измерения и соответствующими им размерами мер является в этом случае основной погрешностью прибора;
2) методом непосредственного сличения показаний поверяемого и некоторого образцового прибора при измерении одной и той же величины. Разность показаний этих приборов равна абсолютной погрешности поверяемого средства измерений.
Существуют и другие методы поверки, которые, однако, используются гораздо реже.
Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями образцового и поверяемого средства измерений.

Обычно, когда при поверке вводят поправки на показания образцовых средств измерений, это соотношение принимается равным 1:3.
Если же поправки не вводят, то образцовые средства измерений выбираются из соотношения 1:5.

Тема 1.7. Принципы описания и оценивания погрешностей
^ 1.7.1. Модели погрешности
В основе современных подходов к оцениванию погрешностей лежат принципы, обеспечивающие выполнение требований единства измерений.
Для целей исследования и оценивания погрешность описывается с помощью определенной модели (систематическая, случайная, методическая, инструментальная и др.).
На выбранной модели определяют характеристики, пригодные для количественного выражения тех или иных ее свойств.
Задачей обработки результатов при измерениях и является нахождение оценок этих характеристик.
Погрешности (показатели точности) оценивают сверху; в то же время верхняя оценка погрешности должна быть реалистичной, не слишком завышенной.
Выбор модели погрешности обусловлен сведениями об её источниках как априорными, так и полученными в ходе измерительного эксперимента.
Модели разделяют на

- детерминистские и

- недетерминистские (случайные).
Для систематических погрешностей справедливы детерминистские модели, при которых систематическая погрешность по определению может быть представлена:

- либо постоянной величиной,

- либо известной зависимостью (линейная, периодическая и др. функции от времени или номера наблюдения).
Общей моделью случайной погрешности служит случайная величина, обладающая функцией распределения вероятностей.
Характеристики случайной погрешности делят на точечные и интервальные.
Для описания погрешностей результата измерения чаще всего используют интервальные оценки.
Это означает, что границы, в которых может находиться погрешность, находят как отвечающие некоторой вероятности.
В этом случае границы погрешности называют доверительными границами, а вероятность, соответствующую доверительной погрешности, - доверительной вероятностью.
Однако в некоторых случаях, когда нет возможности или необходимости оценить доверительные границы погрешности (например, неизвестна функция распределения вероятностей погрешности), используют точечные характеристики.

Так, точечной характеристикой являются среднее квадратическое отклонение случайной погрешности, дисперсия.
В целях единообразия представления результатов и погрешностей измерений показатели точности и формы представления результатов измерений стандартизованы.
^ 1.7.2. Суммирование систематических погрешностей
Независимо от того, к какому виду относится измерение, является ли оно прямым, косвенным, совместным или совокупным, систематическая погрешность результата измерения оценивается, как правило, по ее известным составляющим.


Поскольку в каждом конкретном случае каждая систематическая составляющая получает конкретную реализацию (она либо постоянная, либо известен закон её изменения), то результирующая суммарная систематическая погрешность представляет собой алгебраическую сумму составляющих:


^ 1.7.3. Случайные погрешности. Вероятностное описание результатов и погрешностей
Когда при проведении с одинаковой тщательностью и в одинаковых условиях повторных наблюдений одной и той же постоянной величины получаем результаты, отличающиеся друг от друга, это свидетельствует о наличии в них случайных погрешностей.
В этом случае предсказать результат отдельного наблюдения и исправить его введением поправки невозможно.
Можно лишь с определенной долей уверенности утверждать, что истинное значение измеряемой величины находится в пределах разброса результатов наблюдений от xmin до xmax, где xmin и xmax - соответственно нижняя и верхняя границы разброса.
Однако остается неясным, какое из множества лежащих в этой области значений величины принять за результат измерения и какими показателями охарактеризовать случайную погрешность результата.
Установить вероятностные (статистические) закономерности появления случайных погрешностей и на основании этих закономерностей дать количественные оценки результата измерения и его случайной погрешности позволяют методы теории вероятностей и математической статистики.
Для характеристики свойств случайной величины в теории вероятностей используют понятие закона распределения вероятностей случайной величины.
Различают две формы описания закона распределения: интегральную и дифференциальную.
В метрологии преимущественно используется дифференциальная форма - закон распределения плотности вероятностей случайно величины.

Если известен дифференциальный закон распределения случайной величины f(x), то вероятность Р её попадания в интервал от х1 до х2




Для описания частных свойств случайной величины используют числовые характеристики распределений.
В качестве числовых характеристик выступают моменты случайных величин: начальные и центральные.
Все они представляют собой некоторые средние значения; причём если усредняются величины, отсчитываемые от начала координат, моменты называются начальными, а если от центра закона распределения - то центральными.
Н
ачальный
момент k-го порядка определяется формулой
Д
ля начальных моментов наибольший интерес представляет математическое ожидание случайной величины (k = 1):
^ Ц
ентральные моменты
k-го порядка рассчитываются по формулам:
Из центральных моментов особенно важную роль играет второй момент (k = 2) - дисперсия случайной величины D:



Д
исперсия
случайной величины характеризует рассеяние отдельных её значений. Дисперсия имеет размерность квадрата случайной величины и выражает как бы мощность рассеяния относительно постоянной составляющей.
Однако чаще пользуются положительным корнем квадратным из дисперсии - средним квадратическим отклонением (СКО), которое имеет размерность самой случайной величины.

^ 1.7.4. Оценка результата измерения
Задача состоит в том, чтобы по полученным экспериментально результатам наблюдений, содержащим случайные погрешности, найти оценку истинного значения измеряемой величины - результат измерения.
Будем полагать, что систематические погрешности в результатах наблюдений отсутствуют или исключены.
К оценкам, получаемым по статистическим данным, предъявляются требования:

- состоятельности,

- несмещённости,

- эффективности.
Оценка называется состоятельной, если при увеличении числа наблюдений она стремится к истинному значению оцениваемой величины.
Оценка называется несмещённой, если ее математическое ожидание равно истинному значению оцениваемой величины.
Чем меньше дисперсия оценки, тем более эффективной считают эту оценку.
Способы нахождения оценок результата зависят от вида функции распределения и от имеющихся соглашений по этому вопросу, регламентируемых в рамках законодательной метрологии.

Общие соображения по выбору оценок заключаются в следующем.
Распределения погрешностей результатов наблюдений, как правило, являются симметричными относительно центра распределения, поэтому истинное значение измеряемой величины может быть определено как координата центра рассеивания хц, т.е. центра симметрии распределения случайной погрешности (при условии, что систематическая погрешность исключена).
Отсюда следует принятое в метрологии правило оценивания случайной погрешности в виде интервала, симметричного относительно результата измерения (хц ± Δх).

1   2   3



Скачать файл (212.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации