Реферат: Метрологические измерения

По отношению к основным единицам измерения:

1) абсолютные. При которых результат измерения основывается на прямых измерениях одной или нескольких основных величин, и (или) использовании физических констант.

2) Относительные. При которых производятся измерения отношение измеряемой величины к некоторой однородной величине играющей роль единицы или измерения величины по отношению к однородной величине принимаемой за исходную.

Основные характеристики измерений.

К основным характеристикам измерений относятся:

1. Применяемые при тех или измерениях принципы измерения.

2. Методы измерения.

3. Точность измерения.

1. Принципы измерений – физическое явление положенное в основу измерения. Рассмотрим некоторые широко распространённые явления:

а) пьезоэлектрический эффект, заключается в возникновении ЭДС на грани некоторыхкристаллов (кварц) под действием внешних сил (сжатия, растяжения). Наибольшее применение для измерения нашли Кварц и пьезокерамика, обладающая достаточно высокой механической прочностью и температурной зависимостью. Пьезоэлектрический эффект обратим: ЭДС приложенная к пьезокристаллу вызывает механическое напряжение на их поверхности. Измерительно-преобразовательный датчик на пьезоэлектрическом эффекте используют для динамических измерений.

б) Термодинамический эффект , широко применяется для измерения температуры. Два вида использования: 1) используют свойства изменения Rметаллов и полупроводников при изменении температуры (медь, платина), соответствующий измерительный преобразователь называется терморезистором. Измерительные элементы п.п. преобразователя термисторы. С увеличением температуры R уменьшается, а термометра увеличивается. Др способами использования термоэффекта является термоЭДС возникающая в термопаре.

г) Фотоэлектрический эффект. Для измерений используется внешний и внутренний фотоэффекты. Внешний возникает в вакуумированном баллоне, имеющим анод и фотокатод. При освещении фотокатода в нём под влиянием фотонов света эмитируются электроны. В случае наличия между анодом и фотокатодом электрического напряжения эмитируемые электроны образуют эклектический ток, называемый фототоком. Внутренний возникает при освещении слоя между некоторым полупроводниками и металлами. В этом случае возбуждается ЭДС у ряда полупроводников под влиянием светового излучения, изменяется эклектическое сопротивление. Иногда это называется фоторезистивным эффектом, а устройство фоторезистор. «Темновое», при отсутствии света, сопротивление R достаточно большое 10⁸ Ом, при освещении оно может уменьшаться до 10⁵ Ом. Фоторезисторы обладают высокой чувствительностью.

2. Методы измерения . Метод измерения – совокупность используемых способов сравнений измеряемой величины с её единицей в соответствии с выбранной (реализованной) принципов измерений. Все измерения делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения. Использование метода непосредственной оценки позволяет определить значение величины непосредственно по отчётному устройству показывающему средства измерения. Мера отражающая единицу измерения в измерении не участвует. Её роль в показе измерения играет шкала проградуированная при его производстве с помощью достаточно точных средств измерений. Метод сравнения с мерой предусматривает сравнение измеряемой величины с равной мерой. Методы сравнения обычно реализуются различными путями. К основным из них можно отнести: дифференциальный метод, нулевой метод, метод измерения замещением метод совпадений.

Дифференциальный – метод, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной имеющей известное значение, воспроизводимой мерой. Точность этого метода может быть высокой и определяется точностью величины воспроизводимой меры.

Нулевой – метод является частным случаем дифференциального метода, заключается в том, что результаты воздействия измерения измеряемой величины взаимно уравновешивается до нулевого показателя. Метод измерения замещением заключается в том, что измеряемая величина замещается мерой с известным значением величины. Метод совпадений заключается в том, что разность между измеряемой величиною и известной величиной измеряют используя совпадения отметок их шкал.

Понятие о точности

Точность измерения определяется близостью к нулю погрешности измерений, т.е. близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Но если погрешность измерений можно количественно выразить в единицах измеряемой величины или в отношении погрешности и к результатам измерения, то точность измерений количественно результат измерения определить нельзя. Поэтому не говорят о высокой, средней, низкой точности измерения в качественном отношении.

Классификация средств измерения

Средства измерений представляют собой техническое устройство, предназначенное для измерений имеющие в этих целях нормирования метрологические характеристики воспроизводящие и / или хранящие единицу физической величины. В отличие от средства измерения от других технических устройств является главным образом наличие меры и нормированных технической характеристики к средствам.

1. меры предназначенные для воспроизведения и / или хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров и к мере относится меры, весовые меры, нормальные. Мера, воспроизводящая официальную величину одного размера, называются однозначными , воспроизводящая величина различных размеров – многозначных (миллиметровая линейка). Применяют также меры, наборы мер и магазины мер. Набор мер – комплект однородных мер разного размера, предназначаемых для применения в различных сочетаниях. Магазин мер – наборы мер, конструктивно объединённых в одно устройство в котором предусмотрено ручное или автоматизированное соединение в одно целое. К однозначным мерам относятся стандартные образцы и стандартные вещества. Стандартные образцы представляют собой специально оформленное тело, установленного по результатам метрологической аттестации значение физической величины которые характеризуют свойства или состав материала вещества.

Определение погрешности результатов измерений

Любые измерения лишь тогда приобретают какую-либо значимость когда из результатом можно доверять и и проводятся со следующими различными целями:

1. когда надо удостовериться в том, что производимые (приобретаемая) продукция соответствует заданной качественными и количественными свойствами.

2. Когда необходимо определить неизвестное свойство объекта (физической системы, процессов, явления) измерения.

3. Когда необходимо наблюдать за количественными и качественными измерениями объекта измерения.

Каждый объект измерения обладает некоторыми количеством свойств (признаков) для определённости которых можно судить о его содержании (состоянии). Какую бы цель не преследовали бы измерения, главным всегда остается оценка по их результатам испытанного значения величины (как правило физической), которая рассматривается как идеальная в качественном и количественном отношением её характеристик. Истинное значение величины с философской точки зрения сопоставляется абсолютной истине, т.е. оно может быть определено только в результате бесконечного процесса измерений, соответствующий бесконечным процессом совершенствования методов и средств измерения. Т.о. мы в состоянии наблюдать истинную величину. Например длину обрабатываемой детали, но определить её точное значение с помощью измерений е можем. Вместе с тем, измерение целесообразно только тогда, если измеряемую величину можно сопастваить с некоторой известной величиной, мерой, эталоном и т.д. Поэтому для практического применения неизвестного истинному значению величины составляют действительное значение величины, это значение определяется экспериментально, приписывается измеряемой величине и рассматривается как величина, значение которой наиболее точно отражает данное измерительной задачи истинное значение измеряемой величины. Очевидно, истинное значение величины по своей природе является единственным в момент измерения. Действительным значением величины в зависимости методов средств используемых для его определения может иметь множество значений, сопоставляемых этому единственному. Погрешность результата измерений представляется отклонением результата измерений от истинной величины и её абсолютного значения которая равна разности между измеренными значениями. Поскольку истинное значение точно не известно, то также точно не известны и погрешности измерений. На этом основании иногда говорят о неопределённости погрешности измерений и предлагают заменить погрешность термином «неопределённость». На практике для определения погрешности измерения пользуются понятием действительного значения величины которому всегда приписывается определённое значение. Чем выше погрешность и метода средства измерения, с помощью которых определено действительное значение величины, тем увереннее оно может рассматриваться как близкое к истинному. Точность погрешности измерения определить невозможно, поэтому одной из задач метрологии является разработка методов оценки погрешности измерений с целью возможностей их уменьшения. При этом оценка погрешности чаще всего проводится применительно к определению абсолютного его значения выраженного в единицах измеряемой величины с помощью уравнения!!!! где – действительное значение измеряемой величины. Определение погрешности в виде (2) строго соответствует идеальной модели погрешности (1) является экспериментальной организации определения (1). В обоих случаях говорить о неопределённости погрешности измерения не корректно. Если при использовании средства измерения о действительных значениях измеряемой величины экспериментатор не осведомлён и т.о. затрудняется определить погрешность, то применяется процедуры % а производятся многократные измерения величины и находится среднее арифметическое значение результатов измерений. Оно и принимается за действительное значение измеряемой величины. После этого по (2) можно найти погрешность любого из приведённых измерений. Часто для определения действительного определения величины применяют более точное средство измерения (эталон).

Основные источники погрешностей измерений

До сих пор были рассмотрены погрешности результаты измерений в соответствии с ворожениями (1) и (2). В этих определения результат измерения зависит от многих факторов: 1) применение метода измерения 2) применение средства измерения. 3) условия проведения измерения (температуры, давления, влажности окружаемой среды) 4) способы обработки результатов измерения 5) квалификация операторов проводящих и организующих измерения.

Указанные факторы по-разному сказываются на отличия результата измерений от чистого значения измеряемой величины. Прежде всего всегда существует погрешность за счёт замены истинного величины, её отображением в виде действительного значения. Этот источник погрешности когда экспериментатор проводящий измерения задано измеряемое значение не рассматривают. Большинство измерений проводимые с помощью рабочих средств измерения относятся к указанному случаю. Измерения, результаты которых определяются по шкале измерительного прибора не требуют оценки как истинного, так и действительного значений измеряемой величины. Определённы по шкале результат измерений отличается от действительного результата на известную величину, равную погрешности средства измерения. Другим источником погрешности измерения непосредственно связана с погрешностью средств измерения являются особенности применяемого метода измерения (при измерении массы жидкости в резервуаре). На результат измерений будет сказывается отличия значения плотности жидкости от её номинальной плотности за счёт неутонченного измерения атмосферного давления, её температуры. Обычно любой применяемый метод измерения вносит ту или иную погрешность в результат измерений, если методика измерений этот источник погрешностей не учтён. Источником погрешности метода измерения часто является приближение принятые для величины в случае косвенных и совокупных измерений. Это приводит к наличию математической зависимости связывающей истинную величину с измеряемыми величинами. Во многих измерительных процессах основным источником погрешности является применяемое средство измерения, его несовершенство: искажение характерных признаков измеряемой величины (входного сигнала) поступающих на вход средства измерения в процессе преобразования или измерительных преобразований. При этом входная величина (выходной сигнал) содержат погрешности измерительных преобразований. Кроме того принцип действия положенный в основу средства измерения может быть неадекватен к требованию воспроизведения измеряемой величины. Например, в цифровых средствах измерения аналоговый входной сигнал преобразуется в дискретный, в результате чего исходная функция описывающая измеряемую величину заменяется некоторой совокупностью некоторых её мгновенных значений. Восстановление исходной функции осуществляется с помощью линейной интерпретацией между дискретными мгновенными значениями. Точное восстановление исходной функции при этом практически невозможно. Появляется погрешность метода, свойственного самому методу измерения. Т.о. методические погрешности могут быть независимыми от средства измерений и могут также определяться своим средством определения. В случае определения заранее неизвестных погрешностей методическая составляющая возникает в следствие неадекватности рассчитанных соотношений реальному содержания измеряемой величины. Таким измерением относятся измерения с требованиям высокой точности или измерения с получением их результата путём последующего расчёта. Например, при проведений косвенных совокупных измерений. В данном случае алгоритмы подсчёта для нахождения результатов измерения его погрешность могут в большей или меньшей мере учитывать возможности использования существующих методов для соответствующей оценки истинного значения измеряемой величины. Например, упрощённые методы обработки результатов измерений могут также привести к недостоверной их оценки.