Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способа достижения требуемой точности.
Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств и выражение полученного результата в принятых единицах.
Признаки измерения:
-
Наличие физической величины
-
Требуется проведение опыта
-
Наличие средства измерения
-
Числовое значение физической величины
Средство измерения – такое измерительное средство, которое обладает нормированными техническими характеристиками.
Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, процессов или явлений, но индивидуальная в количественном отношении.
Действительное значение физической величины – значение, которое удовлетворяет в данном случае потребительским задачам.
Классификация ФВ.
-
Может совершать работу: активные, пассивные
-
Детерминированные, случайные
-
Аналоговые – ФВ, которая имеет бесконечное множество значений в заданном диапазоне; квантованные
-
Во времени: непрерывные, дискретные
Виды измерений.
По признаку получения результата:
-
Прямые – измерения, при которых искомое значение определяется непосредственно в ходе эксперимента
-
Косвенное – используется известная функциональная зависимость между результатами измеренными прямым способом и искомой ФВ
-
Совместные – производится одновременное измерение нескольких разноименных ФВ для нахождения зависимости между ними
-
Совокупные – измерения, когда происходит одновременное измерение нескольких одноименных ФВ для определения искомых значений другой ФВ
По признаку изменения во времени:
-
Статические – измерение значения некоторой ФВ, значение которой неизменно в течение времени использования результата
-
Динамические
По признаку кратности измерения:
-
Однократные
-
Многократные
По признаку точности
-
Равноточные – обеспечиваются неизменные условия проведения, одни и те же средства измерения
-
Неравноточные – различные по уровню точности средства измерения.
Информация – сведения, уменьшающие априорную неопределенность об объекте.
Сигнал измерительной информации – сигнал, параметры которого функционально связаны с измеряемой величиной.
Информационный аспект измерения: получение любого СИИ – цепочка преобразований сигналов.
Классификация средств измерения.
Средство измерения – технические средства, обладающие нормированными метрологическими характеристиками.
Носителем ФВ является сигнал.
Сигнал – это физический процесс протекающий во времени.
Интегральные характеристики:
-
Амплитудная -
-
Среднее значение - - усреднение за некоторый интервал времени. Используется для описания постоянной составляющей сигнала.
-
Среднее выпрямленное - - используется для характеристики симметричных относительно нулевой оси сигналов.
-
Среднее квадратическое (действующее) - - используется для описания мощности сигнала.
- коэффициент амплитуды
- формы
- усиления
- синусоидальный
1,1,1 – меандр
- пилообразный
Классификация средств измерения.
-
Меры – средства измерения, воспроизводящие ФВ заданного размера
-
Измерительные преобразователи – средства измерения, которые выдают СИИ в форме удобной для передачи, хранения, обработки, но неудобной для непосредственного восприятия наблюдателем. Термопара. Электрическую величину в электрическую (трансформатор). Не электрическую в электрическую. Генераторные (термопара). Параметрические (термометр сопротивления) не генерируют сигнал, для работы требуется дополнительный источник питания. Датчик – конструктивно оформленный измерительный преобразователь.
-
Измерительные приборы – средства измерения, вырабатывающие СИИ в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем. Аналоговые, цифровые. Выходная величина аналогового есть непрерывная функция входной величины. В зависимости от возможности сохранности результата разделяются на показывающие и регистрирующие. В зависимости от места установки выделяют стационарные и переносные.
-
Измерительные установки – совокупность конструктивно и функционально объединенных средств измерения и вспомогательных устройств, предназначенная для рационального построения измерительного эксперимента.
-
Измерительная система – совокупность конструктивно и функционально объединенных средств измерения и вспомогательных устройств, предназначенная для автоматического сбора измерительной информации от ряда объектов с последующей передачей, обработкой, хранением.
К – коммутатор
ПНК – преобразователь напряжение-код
КС – канал связи
М – модулятор
ДМ – демодулятор
Методы измерений.
В зависимости от использования меры:
-
Метод непосредственной оценки – в процессе измерения меры не участвуют, результат получается непосредственно на отсчетном устройстве средства измерения. Мера используется опосредованно – при изготовлении прибора.
-
Методы сравнения – мера непосредственно участвует в процессе измерения
Нулевой метод.
НИ – нуль индикатор
Ех – измеряемое напряжение
U0 – образцовая мера
Метод заключается в том, что разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, в процессе измерения сводится к 0, что и фиксируется НИ. Результат равен значению меры. Мостовые измерительные приборы. При высокой точности меры метод позволяет получить результат измерения с высокой точностью.
Дифференциальный метод.
Разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, измеряется с помощью средства измерения. Результат получается как сумма значения меры и показаний средства измерения. Данный метод позволяет получать результат измерения с высокой точностью при использовании средства измерения сравнительно невысокой точности.
Δ – абсолютная погрешность вольтметра.
Метод замещения.
Происходит поочередное измерение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Значение неизвестной величины определяется по этим двум измерениям. Обладает достаточной точностью в случае, если объект измерения примерно равен мере.
Погрешности измерений.
Погрешность – количественная характеристика
Точность – качественная характеристика, отражающая близость к нулю погрешности.
Классификация.
По способу выражения:
-
Абсолютная - , выражается в единицах измеряемой величины.
-
Относительная -
-
Приведенная - . Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению. Только для описания средства измерения. Нормирующее значение – характеристика средства измерения.
По месту (причине) возникновения:
-
Методическая – из-за неадекватности принятой модели объекта измерения
-
Инструментальная – приборная погрешность самого средства измерения
По характеру изменения:
-
Систематическая – постоянна или изменяется по известному закону
-
Случайная – изменяется по законам случайных чисел. Для ее нахождения используются элементы теории вероятности, статистические измерения
-
Промахи – субъективная погрешность оператора
По способу воздействия окружающей среды на средство измерения:
-
Основная – возникает при нормальных условиях эксплуатации средства измерения
-
Дополнительная – в условиях, отличных от нормальных
По характеру изменения во времени:
-
Статические – возникают при измерении постоянной во времени величины
-
Динамические – при измерении сигнала, изменяющегося во времени
По связи с измеренной величиной:
-
Аддитивная – не зависит от измеряемой величины
-
Мультипликативная – зависит от измеряемой величины
Характеристики средств измерений.
Неметрологические – характеристики, которые не влияют на точность результата измерения (вес, размер, цвет).
Метрологические – влияют на точность (входное сопротивление, емкость, трение и т.д.)
Основные метрологические характеристики:
-
Номинальная статическая функция преобразования – зависимость между информационными параметрами входного и выходного сигнала. Вводится для типа средства измерения.
-
Действительная функция преобразования (уравнение преобразования) – реальная характеристика преобразования. В виде функциональной зависимости, таблицы входных и выходных значений, функции в координатах.
-
Чувствительность – отношение приращения выходной величины к вызвавшему это приращение приращения входной величины.
-
Порог чувствительности (разрешающая способность) – минимальное значение входной величины, которое может быть обнаружено по изменению выходной величины.
-
Постоянная прибора – отношение некоторого значения измеряемой величины к показанию прибора в делениях.
-
Цена деления – разность между соседними отметками шкалы, причем, если эта разность есть величина постоянная, то шкала равномерная.
-
Диапазоны показаний – разность между максимальным и минимальным значениями.
-
Диапазоны измерений – область на шкале средства измерения, в которой определены (заданы) метрологические характеристики – рабочий диапазон
-
Характеристики средства измерения, влияющие на измерительную цепь.
-
Погрешности средства измерения. Основная, дополнительная. Аддитивная, мультипликативная.
Нормирование погрешности средства измерения.
Класс точности средства измерения – основная интегральная метрологическая характеристика средства измерения, дающая предел основной погрешности. В некоторых случаях класс точности задает и дополнительные погрешности, и другие метрологические характеристики. Значение класса точности выбирают из некоторого числового ряда:
У электронных осциллографов класс точности отражает другую величину.
Нормирование – задание номинальной характеристики для данного типа средства измерения и допускаемых отклонений для данного результата.
Тип средства измерения – совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанная на одном и том же принципе, имеющие одинаковую конструкцию и выполненные по одной технологической документации.
Способ нормирования погрешности средства измерения зависит от характера абсолютной погрешности данного средства.
Погрешность имеет аддитивный характер.
при равномерной шкале.
с галочкой снизу. При неравномерной шкале.
Мультипликативный характер погрешности.
в кружочке.
Смешанный характер погрешности.
Поверка – это выяснение соответствия данного средства измерения своему классу точности.
Нормирование дополнительной погрешности.
Нормирование дополнительной погрешности сводится к заданию коэффициента влияния или функции влияния.
Электромеханические приборы.
Это приборы, в которых электрическая энергия измеряемого сигнала преобразуется в механическую энергию подвижной части прибора.
Измерительная цепь – служит для преобразования электрической энергии входного сигнала в электрическую же энергию (масштабирование)
Измерительный механизм – для преобразования электрической энергии в механическую движения подвижной части.
Отсчетное устройство – для визуализации.
Классификация электромеханических приборов.
-
По виду измеряемой величины (ток, напряжение, сопротивление, мощность, частота, фаза)
-
По роду электрического сигнала
-
По способу создания противодействующего момента (механический – пружина, логометрический – за счет дополнительной катушки, создающей встречное магнитное поле)
-
По способу успокоения подвижной части (магнитно-индукционный, воздушный, жидкостный)
-
По типу измерительного механизма (магнито-электрический, электро-магнитный, электро-динамический, электро-статический, индукционный, ферро-динамический)