- •(Для студентов специальности 7.010104 “Профессиональное обучение. Промышленное, гражданское и сельскохозяйственное строительство”)
- •Оглавление
- •1. Исследовательская и изобретательская деятельность
- •1. 1. Понятие о научно-исследовательской работе.
- •2. Основы измерения физических величин
- •2.2. Основные понятия об измерениях физической величины Блок-схема процесса измерения
- •2.3. Прямые и косвенные методы измерения
- •2.4. Аналоговые и цифровые методы измерений
- •2.5. Непрерывные и дискретные методы измерения
- •2.6. Методы отклонения и компенсационный метод
- •2.7. Классификация средств измерений
- •2.8. Структура измерительных приборов
- •2.9. Метрологические характеристики средств измерения
- •3. Погрешности измерений и их причины
- •3.1. Представительность измеряемой величины
- •3.2. Погрешности, связанные с процессом измерения
- •3.3. Погрешности, связанные с обработкой измеренных величин
- •3.4. Погрешности измерительных устройств
- •4. Статические погрешности измерений
- •4.1. Виды погрешностей
- •4.2. Случайная погрешность отдельного измерения
- •4.3. Случайная погрешность среднего значения
- •4.4. Систематическая погрешность
- •4.5. Распространение погрешностей
- •5. Способы обработки результатов измерений с учетом статистических погрешностей
- •5.1. Проверка гипотезы нормальности распределения
- •5.2. Грубые погрешности измерения и их отсеивание
- •5.3. Различие средних значений
- •5.4. Линейная регрессия
- •5.5. Линейная корреляция
- •5.6. Автоматическая коррекция погрешности
- •6. Динамические погрешности измерений
- •6.1. Измерение как процесс передачи сигналов
- •6.2. Сигналы и их математическое описание
- •6.3. Временные характеристики детерминированных сигналов
- •6.4. Временные характеристики стохастических сигналов
- •6.5. Частотные характеристики периодического сигнала
- •6.6. Частотные характеристики апериодического сигнала
- •6.7. Частотные характеристики стохастического сигнала
- •6.8. Дискретные сигналы
- •6.9. Динамические погрешности измерения
- •7.2. Погрешности отображения (преобразования) физической величины
- •7.3. Способы и средства первичного преобразования физической величины
- •7.4. Виды первичных преобразователей
- •7.5. Эффекты и чувствительные элементы, используемые для первичного преобразования
- •7.6. Измерительные преобразователи с электронным цифровым выходным сигналом
- •8. Приборы выдачи информации
- •8.1. Аналоговые приборы выдачи информации
- •8.2. Приборы выдачи цифровой информации
- •8.3. Дискретно-аналоговые преобразователи
- •8.4. Печатающие устройства для результатов измерений
- •8.5. Электронно-лучевые визуальные приборы
- •9. Способы и средства измерения продольных деформаций, наклепа и остаточных напряжений
- •9.1. Электрические способы измерения деформаций
- •Индуктивные тензометры
- •9.2. Механические способы измерения деформаций
- •9.3. Визуальные методы оценки деформаций
- •Литература
2.9. Метрологические характеристики средств измерения
Измерение — процесс, итогом которого является результат измерения. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.
Основными характеристиками качества результата измерения являются точность и достоверность, т. е. степень доверия, которые результат заслуживает. Стремясь повысить точность результата измерения, стараются уменьшить его погрешность и тем самым как можно больше приблизиться к истинному значению измеряемой величины. Пути повышения точности сложны, дорогостоящи, трудоемки и требуют длительного времени. Поэтому уровень точности, к которому следует стремиться, определяется критерием целесообразности, зависящим от конкретных условий и цели измерения.
Из всего множества критериев целесообразности метрология для средств измерений нормирует следующие метрологические характеристики, от которых зависят точность и достоверность измерений:
номинальную статическую характеристику преобразования измерительного устройства;
динамические характеристики средств измерений;
характеристики суммарной, систематической и случайной составляющих погрешности средств измерений;
вариацию показаний измерительного прибора и сигнала измерительного преобразователя;
входное сопротивление измерительного устройства;
цену деления равномерной шкалы, минимальную цену деления неравномерной шкалы и пределы шкалы измерительного прибора;
характеристики выходного кода цифровых средств измерений;
неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя и меры;
функции влияния как зависимости изменений метрологических характеристик средств измерений от влияющих величин или неинформативных параметров входного сигнала;
характеристики погрешности средств измерений в интервале изменений влияющей величины или неинформативного параметра входного сигнала;
наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала.
Нормирование прочих метрологических характеристик подчинено нормированию характеристик средств измерений, их погрешностей, которое осуществляется с подразделением погрешности средства измерений на систематическую и случайную составляющие или без такого подразделения.
Для систематической составляющей нормируют значения математического ожидания М и среднего квадратического отклонения . Нормируемыми характеристиками случайной составляющей являются: среднее квадратическое отклонение, нормализованная автокорреляционная функция или функция спектральной плотности случайной составляющей погрешности.
Статические характеристики средств измерений соответствуют статическому режиму применения средств измерений, при котором измеряемая величина не зависит от времени, а длительность преобразования достаточная для затухания переходных процессов в измерительной цепи.
Связь между информативным параметром х входного сигнала и информативным параметром у выходного сигнала выражается функцией преобразования
y = f (x) . (3.1)
Средству измерений присваивается номинальная функция преобразования
Ysf = fsf (x) , (3.2)
называемая градуировочной характеристикой.
На основании зависимостей (3.1) и (3.2) определяют коэффициенты преобразования
K = y / x и Ksf =ysf / x,
причем Ksf = const только тогда, когда зависимость (3.2) линейная и проходит через начало системы координат.
Производная от функции преобразования
S = dy / dx = f'(x)
или в конечных приращениях
S = y / x
называется чувствительностью средства измерений.
Номинальная чувствительность
S sf (x) = ysf / x .
Размерность чувствительности определяется отношением размерностей выходной и входной величин.
Порог чувствительности – наименьшее значение входной величины, вызывающее фиксируемое прибором изменение выходной величины.
Характеристики, соответствующие динамическому режиму применения средств измерений, при котором измеряемая величина зависит либо не зависит от времени, но погрешности измерения зависят от момента времени отбора измерительной информации, называют динамическими характеристиками.
В качестве динамической характеристики средства измерения используется переходная функция. Переходная функция h (t) - это отклик (реакция) динамической системы на входное воздействие в виде единичной функции 1 (t). Переходная функция позволяет определить динамические параметры и динамические свойства системы.