Bilety_Metrologia

8. Классификация измерений. Методы измерений. Примеры.

Методы измерения (прямых измерений):

1.Наблюдение – экспериментальная операция, производимая в процессе измерений, в результате которых получают одно значение величины из группы значений, подлежащих совместной обработки для получения результата измерения.

2.Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором значение величины определяется непосредственно по показаниям средства измерения.

(Может сопровождаться однократным/многократным наблюдением).

Пример: измерение длины с помощью линейки.

3.Метод сравнения с мерой:

(Может сопровождаться однократным/многократным наблюдением)

9. Разновидности метода сравнения с мерой. Примеры.

Метод сравнения с мерой:

(Может сопровождаться однократным/многократным наблюдением)

1)Метод противопоставления – на прибор сравнения одновременно воздействует искомая величина и величина воспроизводимая мерой.

Пример: взвешивание груза на равноплечих весах.

2)Метод нулевой – эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Пример: доведение до равновесия рычажных весах, уравновешивание резисторами моста с током.

3)Дифференциальный метод – измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющий известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при которой измеряется разность между этими 2 величинами.

Пример: элементы-детали – на сколько отличаются от идеала.

4)Метод замещения – измеряющую величину заменяют мерой с известным значением.

Пример: взвешивание меры и тела на весах.

5)Метод совпадения – соотношение между искомой величиной и мерой определяют по совпадениям отметок шкал или временных отметок.

Пример: измерение длины с помощью штангенциркуля и нониуса.

10. Метод сравнения с мерой на примере резисторного моста.

I

A

E

1

,

I

B

E

1

A

Rx R1

R2 R3

Rx

R1

A

E

R1

Rx R1

B

E

R2

R

R2

R2 R3

3

B

R1

R2

E

R1R3 R2Rx

E

UV A B E

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

x

1

2

3

x

2

3

1

2

3

Переносим влево E и все с Rx :

UEV Rx R2 R3 Rx R2 UEV R1 R2 R3 R1R3

	R3		U	V R2		R3			R3		UV
											Iэкв
Rx R1			E					R1
	R	UV R				R			R UV
2			E		2	3			2		Iэкв

Rx определяется через подбор R1 , т.е. на прибор сравнения воздействуют Rx и R1 , но не непосредственно, а опосредованно через токи и напряжения.

11. Понятие погрешности измерений; источники погрешностей; случайные и систематические погрешности. Классификация погрешностей.

Погрешность измерений – это отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

Основная погрешность - погрешность средства измерения в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность - изменение основной погрешности средства измерения при отклонении влияющей величины от нормального значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

1.По источнику возникновения погрешности:

Средство измерений;

Человек оператор;

Метод измерения.

Метод измерения – это то, что мы теоретически проработали и положили в основу измерений.

2.По характеру появления:

Систематическая погрешность - это составляющая погрешности, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.

Делятся на:

Изменяющиеся во времени (прогрессирующие погрешности). Старение прибора и т.д.

Изменяющиеся в зависимости от окружающей среды (параметрические погрешности). При этом меняются параметры объектов.

Случайная погрешность – составляющая погрешности измерений, изменяющаяся случайным образом.

3.По форме представления различают:

Абсолютная погрешность - разность между показаниями измерительного прибора и действительным значением измеряемой величины.

∆п д

Относительная погрешность - отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой величины.

∆

д 100%

Приведенная погрешность - отношение погрешности измерений прибора к нормальному значению

∆

н 100%

4. В зависимости от характера изменения измеряемых величин погрешности СИ делят на:

Статическая погрешность -погрешность возникающая при изменении постоянной величины.

Погрешность в динамическом режиме - погрешность, возникающая при измерении переменной величины.

Динамическая погрешность -разность между статической погрешностью и погрешностью в динамическом режиме при измерении величины одного и того же размера.

∆д ∆ст ∆д.р

5.Аддитивные и мультипликативные погрешности

Аддитивная погрешность - это погрешность СИ, не зависящая от значения измеряемой величины.

Мультипликативной погрешностью - называется погрешность, линейно возрастающая или убывающая с ростом измеряемой величины.

∆ад аддитивная погрешность ∆м мультипликативнаяпогрешность

ннормальная функцияпреобразования

рреальная функцияпреобразования

12. Классификация средств измерений по типу. Измерительный преобразователь. Мера. Примеры.

Классификация средств измерений по типу.

1.Измерительный преобразователь

2.Мера

3.Измерительный прибор

4.Измерительная установка

5.Измерительная система

6.Измерительная машина

7.Измерительно-вычислительный комплекс

Измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором.

Пример: аналоговые, цифро-аналоговые, аналогово-цифровые.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и(или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др. Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря),

нескольких размеров – многозначные (миллиметровая линейка – позволяет выражать длину как в мм, так и в см). Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей.

Набор мер - комплект мер разных размеров одной и той же физической величины.

Магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях.

13. Электромеханические измерительные приборы.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой величины

Измерительная цепь содержит один преобразователь ( ПЭ: из электрической – в электромагнитную величину), измерительный механизм содержит два преобразователя ( ПМ : электромагнитную величину - во вращающий момент, П : момент - в угол поворота – например, пружина).

Изменение работы равно произведению момента на изменение угла поворота:

dA Md .

А так как работа здесь – работа электромагнитного поля

dA dW ,

то момент равен изменению магнитного поля на угол поворота:

M dV d .

Электромеханические с преобразователем.

Под этими приборами понимаются приборы для измерения переменных напряжений и токов. Они ничем не отличаются от предыдущих, только в измерительной цепи два преобразователя.

– преобразователь переменного тока в постоянный.

По типу измерительных механизмов электромеханические устройства делятся на: 1. Магнитоэлектрические.

Содержат постоянный магнит, в поле которого находится рамка с обмоткой, и вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля магнита и протекающего по обмотке тока.

2. Электромагнитные.

Содержат электромагнит (соленоид), подвижный сердечник, который втягивается магнитным полем при протекании тока через катушку.

3. Электродинамические.

Содержат электромагнит вместо магнита, а все остальное как у магнитоэлектрических. В результате того, что меняется и магнитное, и электрическое поле, точность этих приборов выше. Но такие устройства сложнее.

4. Ферродинамические.

Это все то, что рассмотрено выше, только магнитная часть сделана из феррита (например, сердечник).

5. Индукционные.

Вращающий момент создается за счет вихревых токов, наведенных в короткозамкнутом диске, помещенным в электромагнитное поле.

6. Электростатические.

Это электроскоп (измерение ЭДС). Есть важное преимущество: практически бесконечное входное сопротивление.

14.Электронно-аналоговые измерительные приборы, мосты и компенсаторы.

Визмерительной цепи содержится каскад активных преобразователей П1,П2,...,Пn , предназначенный для усиления, масштабирования, фильтрации входного сигнала, и др.

Как правило, величина Ax имеет нормированный диапазон изменения:

Ax :Ux 0 10B в виденапряжения

Ax 0 5мА в виде тока

Эти приборы имеют широкий спектр применения (измеряют всё: сопротивление, индуктивность, ток, напряжение, мощность и т.д.).

Мосты и компенсаторы.

Мосты и компенсаторы реализуют метод сравнения с мерой. Т.е. в процессе измерения присутствуют и измеряемая величина, и величина, воспроизводимая мерой. Поэтому измерительные цепи тоже две.

В зависимости от разновидности методов (метод противопоставления, нулевой, дифференциальный, замещения, совпадения) устройство сравнения выполняет различные функции:

Метод противопоставления – подаются одновременно измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой.

Дифференциальный метод – подается разность величин.

Метод замещения – величины подаются последовательно - коммутатор. В этом случае коммутатор ставится до измерительной цепи, и таким образом используется только одна измерительная цепь.

Мосты используются для измерения пассивных физических величин (сопротивления, емкости, индуктивности). Компенсаторы используются для измерения активных величин (напряжения, ЭДС). В зависимости от устройства плеч мосты бывают одинарные и двойные, постоянного тока и переменного, с ручным и автоматическим уравновешеньем.

15. Цифровые измерительные приборы. Вольтметр времяимпульсного преобразования.

Измерительная цепь аналогична электронно-аналоговым приборам, еще присутствует аналого-цифровой преобразователь и цифровое отсчетное устройство. Например цифровой индикатор.

Измерительная цепь цифровых измерительных приборов - это, по сути, такая же цепь, как измерительная цепь электронных аналоговых приборов. Цифровые измерительные приборы – это всегда активные приборы, то есть к ним подводится напряжение питания. В измерительной цепи есть аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). С одной стороны, без преобразователей информации АЦП И ЦАП (ADCandDAC) обойтись нельзя, но с другой стороны, каждый преобразователь – это всегда потеря времени и точности. Но есть исключительный случай: цифровые приборы, помимо удобства, могут считаться удачными, только если в них совмещены преобразования А

– Ц и Ц – А во времени и пространстве.

Вольтметр времяимпульсного преобразования.

G – генератор линейно-изменяющегося напряжения

Основные слагаемые АЦП:

Непостоянство наклона и нелинейность напряжения ГЛИН

Погрешность сравнения напряжения в компараторах

Нестабильность кварцевого генератора счетных импульсов

Погрешность дискретности

«+»: дешевизна, выс. Точность