Mjerenja fizičkih veličina i njihova klasifikacija. Mjerenja fizičkih veličina i njihova klasifikacija Principi i metode mjerenja
1. Predmet i zadaci mjeriteljstva
Metrologija se odnosi na nauku o mjerenjima, postojećim sredstvima i metodama koje pomažu da se ispoštuje princip njihovog jedinstva, kao i načinima za postizanje potrebne tačnosti.
Poreklo pojma "metrologija" se vodi unazad do dva grčke riječi: metron, što se prevodi kao "mjera", a logos - "učenje". Brzi razvoj mjeriteljstva dogodio se krajem 20. vijeka. Neraskidivo je povezan sa razvojem novih tehnologija. Prije toga, mjeriteljstvo je bilo samo deskriptivni naučni predmet. Dakle, možemo reći da metrološke studije:
1) metode i sredstva za obračun proizvoda prema sledećim pokazateljima: dužina, masa, zapremina, potrošnja i snaga;
2) merenja fizičke veličine i tehničke parametre, kao i svojstva i sastav supstanci;
3) merenja za kontrolu i regulaciju tehnoloških procesa.
Postoji nekoliko glavnih područja mjeriteljstva:
1) opšta teorija merenja;
2) sisteme jedinica fizičkih veličina;
3) metode i sredstva merenja;
4) metode za utvrđivanje tačnosti merenja;
5) osnove za obezbeđivanje ujednačenosti merenja, kao i osnove za ujednačenost mernih instrumenata;
6) etalone i primjerna mjerila;
7) metode za prenošenje jediničnih veličina sa uzoraka mernih instrumenata i sa etalona na radna merila.
Treba razlikovati i metrološke objekte: 1) mjerne jedinice;
2) merni instrumenti;
3) metode koje se koriste za vršenje mjerenja itd.
Metrologija obuhvata: prvo, opšta pravila, norme i zahteve, i drugo, pitanja koja zahtevaju državnu regulaciju i kontrolu. A ovdje govorimo o:
1) fizičke veličine, njihove jedinice, kao i njihova mjerenja;
2) principe i metode merenja i sredstva merne opreme;
3) greške mjernih instrumenata, metoda i sredstava obrade rezultata mjerenja u cilju otklanjanja grešaka;
4) obezbeđivanje ujednačenosti merenja, etalona, uzoraka;
5) državna metrološka služba;
6) metodologiju šema verifikacije;
7) radni mjerni instrumenti.
S tim u vezi, zadaci metrologije su: unapređenje etalona, razvoj novih metoda tačnih mjerenja, osiguranje jedinstva i potrebne tačnosti mjerenja.
2 Klasifikacija mjerenja
Klasifikacija mjernih instrumenata može se izvršiti prema sljedećim kriterijima.
1. Prema karakteristikama tačnosti mjerenja se dijele na jednaka i nejednaka.
Ekvivalentna mjerenja fizička veličina je niz mjerenja određene veličine izvršenih pomoću mjernih instrumenata (SI) sa istom tačnošću, pod identičnim početnim uslovima.
Nejednaka mjerenja fizička veličina je niz mjerenja određene veličine, izvršenih pomoću mjernih instrumenata različite preciznosti i (ili) u različitim početnim uslovima.
2. Po broju mjerenja mjerenja se dijele na pojedinačna i višestruka.
3. Po vrsti promjene vrijednosti mjerenja se dijele na statička i dinamička.
Statička mjerenja su mjerenja konstantne, nepromjenljive fizičke veličine.
Dinamička mjerenja su mjerenja promjenljive, nepostojane fizičke veličine.
4. Po odredištu mjerenja se dijele na tehnička i metrološka.
Tehnička mjerenja su merenja tehnička sredstva mjerenja.
Metrološka mjerenja su mjerenja koja se vrše pomoću etalona.
5. Kako je rezultat predstavljen mjerenja se dijele na apsolutna i relativna.
Apsolutna mjerenja su mjerenja koja se izvode direktnim, neposrednim mjerenjem osnovne veličine i/ili primjenom fizičke konstante. Relativna mjerenja- to su mjerenja u kojima se računa odnos homogenih veličina, a brojilac je upoređena vrijednost, a imenilac je baza (jedinica) poređenja.
6. Metodama dobijanja rezultata mjerenja se dijele na direktna, indirektna, kumulativna i zajednička.
Direktna mjerenja- to su mjerenja koja se vrše pomoću mjera, tj. izmjerena vrijednost se poredi direktno sa svojom mjerom. Primjer direktnih mjerenja je mjerenje ugla (mjera je kutomjer).
Indirektna mjerenja su mjerenja u kojima se vrijednost mjerne veličine izračunava korištenjem vrijednosti dobijenih direktnim mjerenjem.
Kumulativna mjerenja su mjerenja, čiji je rezultat rješenje nekog sistema jednačina. Zajednička mjerenja su mjerenja tokom kojih se mjere najmanje dvije nehomogene fizičke veličine kako bi se uspostavio odnos koji postoji između njih.
3. Glavne karakteristike mjerenja
Razlikuju se sljedeće glavne karakteristike mjerenja:
1) način merenja;
2) princip merenja;
3) greška merenja;
4) tačnost merenja;
5) tačna merenja;
6) pouzdanost mjerenja.
Metoda mjerenja- ovo je metoda ili skup metoda kojima se određena veličina mjeri, odnosno poređenje mjerene veličine sa njenom mjerom prema prihvaćenom principu mjerenja.
Postoji nekoliko kriterijuma za klasifikaciju metoda merenja.
1. Prema metodama dobijanja željene vrednosti izmerene vrednosti razlikuju se:
1) direktna metoda (izvršena direktnim, direktnim mjerenjem);
2) indirektni metod.
2. Prema metodama merenja razlikuju se:
1) kontaktna metoda merenja;
2) beskontaktna metoda mjerenja.
Kontaktna metoda mjerenja zasniva se na direktnom kontaktu bilo kojeg dijela mjernog uređaja sa mjernim objektom.
At beskontaktna metoda mjerenja mjerni instrument ne dolazi u direktan kontakt sa mjernim objektom.
3. Prema metodama poređenja veličine sa njenom mjerom, razlikuju:
1) metod direktne procene;
2) metod poređenja sa svojom jedinicom.
Metoda direktne evaluacije zasniva se na upotrebi mjernog instrumenta koji pokazuje vrijednost mjerene veličine.
Metoda poređenja mjere zasniva se na poređenju objekta mjerenja sa njegovom mjerom.
Princip mjerenja- radi se o određenom fizičkom fenomenu ili njihovom kompleksu na kojem se mjerenje zasniva.
Greška mjerenja- ovo je razlika između rezultata mjerenja količine i stvarne (stvarne) vrijednosti ove količine.
Tačnost mjerenja- ovo je karakteristika koja izražava stepen usklađenosti rezultata mjerenja sa sadašnjom vrijednošću mjerene veličine.
Tačnost mjerenja- ovo je kvalitativna karakteristika mjerenja, koja se određuje koliko je blizu nuli vrijednost konstantne ili fiksne greške koja se mijenja tokom ponovljenih mjerenja (sistematska greška).
Pouzdanost mjerenja je karakteristika koja određuje stepen pouzdanosti u dobijene rezultate merenja.
4 Pojam fizičke veličine Vrijednost sistema fizičkih jedinica
Fizička veličina je koncept najmanje dvije nauke: fizike i mjeriteljstva. Po definiciji, fizička veličina je određeno svojstvo objekta, proces koji je zajednički za veći broj objekata u smislu parametara kvaliteta, ali se kvantitativno razlikuje (pojedinačno za svaki objekt). Postoji veliki broj klasifikacija stvorenih po različitim osnovama. Glavni se dijele na:
1) aktivne i pasivne fizičke veličine - kada se podijele u odnosu na signale mjerne informacije. Štaviše, prve (aktivne) u ovom slučaju su veličine koje će, bez upotrebe pomoćnih izvora energije, vjerovatno biti pretvorene u signal mjerne informacije. A drugi (pasivni) su takve veličine, za čije mjerenje je potrebno koristiti pomoćne izvore energije koji stvaraju signal mjerne informacije;
2) aditivne (ili ekstenzivne) i neaditivne (ili intenzivne) fizičke veličine - kada se dijele prema predznaku aditivnosti. Vjeruje se da se prve (aditivne) veličine mjere u dijelovima, osim toga, mogu se precizno reproducirati korištenjem viševrijedne mjere na osnovu zbrajanja veličina pojedinačnih mjera. A druge (neaditivne) veličine se ne mjere direktno, jer se pretvaraju u direktno mjerenje veličine ili mjerenje indirektnim mjerenjem. 1791. Narodna skupština Francuske usvojila je prvi sistem jedinica fizičkih veličina. Bio je to metrički sistem mjera. Uključuje: jedinice dužine, površine, zapremine, kapacitete i težine. A bazirale su se na dvije danas dobro poznate jedinice: metar i kilogram.
Naučnik je svoju metodologiju zasnovao na tri glavne nezavisne veličine: masi, dužini, vremenu. A kao glavne mjerne jedinice ovih veličina, matematičar je uzeo miligram, milimetar i sekundu, jer se sve ostale mjerne jedinice lako mogu izračunati koristeći minimalne. Da, uključeno sadašnjoj fazi razvojem razlikuju se sljedeći glavni sistemi jedinica fizičkih veličina:
1) cgs sistem(1881);
2) ICSC sistem(kraj 19. vijeka);
3) ISS sistem(1901)
5. Međunarodni sistem jedinica
Odlukama Generalne konferencije o utezima i mjerama usvojene su sljedeće definicije osnovnih mjernih jedinica fizičkih veličina:
1) metar se smatra dužinom putanje koju svetlost pređe u vakuumu za 1/299,792,458 sekunde;
2) se kilogram smatra ekvivalentnim postojećem međunarodnom prototipu kilograma;
3) sekunda je jednaka 919 2631 770 perioda zračenja koji odgovaraju prelazu koji se dešava između dva takozvana hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma Cs133;
4) amper se smatra mjerom one jačine nepromjenjive struje koja uzrokuje interakcijsku silu na svakom dijelu provodnika dužine 1 m, pod uslovom da prolazi kroz dva pravolinijska paralelna provodnika, koji imaju indikatore kao što je zanemarljivo mali kružni križ -površina presjeka i beskonačne dužine, kao i lokacija na udaljenosti od 1 m u vakuumu;
5) kelvin je jednak 1/273,16 termodinamičke temperature, tzv. trostruka tačka vode;
6) mol je jednak količini supstance sistema, koja uključuje istu količinu strukturni elementi, kao u atomima u C 12 težine 0,01 2 kg.
Osim toga, Međunarodni sistem jedinica sadrži dvije prilično važne dodatne jedinice potrebne za mjerenje ravnih i čvrstih uglova. Dakle, jedinica ravnog ugla je radijan, ili skraćeno rad, što je ugao između dva poluprečnika kružnice, dužina luka između kojih je jednaka poluprečniku kružnice. Ako govorimo o stepenima, onda je radijan jednak 57 ° 17 "48". A steradijan, ili cp, uzet kao jedinica solidnog ugla, je, respektivno, solidan ugao, lokacija vrha koji je fiksiran u središtu sfere, a površina izrezana uglom podataka na površini kugle jednaka je površini kvadrata čija je stranica jednaka dužini polumjera sfere. dodatne SI jedinice se koriste za formiranje jedinica za ugaonu brzinu, kao i za ugaono ubrzanje itd. Radijan i steradijan se koriste za teorijske konstrukcije i proračune, jer su za praksu najbitnije vrednosti uglova u radijanima su izražene transcendentnim brojevima. Nesistemske jedinice uključuju sljedeće:
1) desetina bele, decibel (dB), uzima se kao logaritamska jedinica;
2) dioptrija - intenzitet svetlosti za optičke uređaje;
3) reaktivna snaga - Var (VA);
4) astronomska jedinica (AJ) - 149,6 miliona km;
5) svjetlosna godina, koja se odnosi na razdaljinu koju zraka svjetlosti prijeđe za 1 godinu;
6) kapacitet - litar;
7) površina - hektar (ha).
Postoje i jedinice koje uopće nisu uključene u SI. To su prvenstveno jedinice kao što su stepeni i minute. Sve ostale jedinice smatraju se derivatima, što prema međunarodni sistem jedinice se formiraju korištenjem najjednostavnijih jednačina pomoću veličina čiji su numerički koeficijenti izjednačeni s jedinicom. Ako je numerički koeficijent u jednačini jednak jedan, izvedena jedinica se naziva koherentna.
6. Fizičke veličine i mjerenja
Predmet mjerenja za metrologiju, po pravilu, su fizičke veličine. Fizičke veličine se koriste za karakterizaciju različitih objekata, pojava i procesa. Odvojite osnovne i izvedene od glavnih vrijednosti. U Međunarodnom sistemu jedinica uspostavljeno je sedam osnovnih i dvije dodatne fizičke veličine. To su dužina, masa, vrijeme, termodinamička temperatura, količina materije, intenzitet svjetlosti i jačina električne struje, dodatne jedinice su radijani i steradiani. Fizičke veličine imaju kvalitativne i kvantitativne karakteristike.
Kvalitativna razlika između fizičkih veličina ogleda se u njihovim dimenzijama. Oznaka dimenzije je utvrđena međunarodnim ISO standardom, to je simbol dim *.
Kvantitativna karakteristika objekta mjerenja je njegova veličina, dobijena kao rezultat mjerenja. Najelementarniji način da se dobije informacija o veličini određene vrijednosti mjernog objekta je upoređivanje s drugim objektom. Rezultat takvog poređenja neće biti točna kvantitativna karakteristika, samo će vam omogućiti da saznate koji je od objekata veći (manji) po veličini. Mogu se porediti ne samo dvije, već i veći broj veličina. Ako su dimenzije mjernih objekata raspoređene u rastućem ili opadajućem redoslijedu, onda dobivamo skala narudžbe. Proces sortiranja i raspoređivanja dimenzija u rastućem ili opadajućem redoslijedu na skali poretka naziva se rangiranje. Radi praktičnosti mjerenja, određene točke na skali narudžbe su fiksne i nazivaju se referentnim ili referentnim točkama. Fiksnim tačkama skale reda mogu se dodijeliti brojevi, koji se često nazivaju bodovi.
Referentne skale reda imaju značajan nedostatak: neodređeni intervali između fiksnih referentnih tačaka.
Najbolja opcija je skala omjera. Skala omjera je, na primjer, Kelvinova temperaturna skala. Na ovoj skali postoji fiksna referentna tačka - apsolutna nula (temperatura na kojoj prestaje termičko kretanje molekula). Glavna prednost skale omjera je da se može koristiti za određivanje koliko je puta jedna veličina veća ili manja od druge.
Veličina mjernog objekta može biti predstavljena u različite vrste. Zavisi na koje intervale je skala podijeljena, s kojima se ova veličina mjeri.
Na primjer, vrijeme kretanja se može predstaviti na sljedeći način: T = 1 h = 60 min = 3600 s. Ovo su vrijednosti mjerene veličine. 1, 60, 3600 su numeričke vrijednosti ove vrijednosti.
7. Standardi i uzorni mjerni instrumenti
Sva pitanja vezana za zaštitu, primjenu i kreiranje standarda, kao i kontrolu nad njihovim stanjem, rješavaju se prema jedinstvenim pravilima utvrđenim GOST „GSI. Standardi jedinica fizičkih veličina. Osnovne odredbe” i GOST “GSI. Standardi jedinica fizičkih veličina. Redoslijed izrade i odobrenja, registracije, skladištenja i primjene. Standardi su klasifikovani prema principu subordinacije. Prema ovom parametru standardi su primarni i sekundarni.
Sekundarni standard reprodukuje jedinicu pod posebnim uslovima, zamenjujući primarni standard pod tim uslovima. Stvoren je i odobren u svrhu osiguranja minimalnog trošenja državnog standarda. Sekundarni standardi se mogu podijeliti prema namjeni. Dakle, dodijelite:
1) kopija uzoraka, dizajniran da prenese veličine jedinica na radne standarde;
2) standardi poređenja, dizajniran za provjeru integriteta državnog standarda, kao iu svrhu njegove zamjene, podložan njegovom oštećenju ili gubitku;
3) standardi svjedoka, namenjene za podelu standarda, koji iz više različitih razloga ne podležu direktnom međusobnom poređenju;
4) standardi rada, koji reproduciraju jedinicu iz sekundarnih standarda i služe za prenošenje veličine na standard nižeg ranga. Sekundarne standarde kreiraju, odobravaju, pohranjuju i koriste ministarstva i odjeli. \
Postoji i koncept „etalona jedinice“, što znači jedno sredstvo ili skup mjernih instrumenata koji imaju za cilj reprodukciju i pohranjivanje jedinice za naknadni prijenos njene veličine na niže mjerne instrumente, izrađeno prema posebnoj specifikaciji i službeno odobreno u propisan način kao standard. Postoje dva načina reprodukcije jedinica na osnovu ovisnosti o tehničkim i ekonomskim zahtjevima:
1) centralizovani metod - uz pomoć jedinstvenog državnog standarda za celu zemlju ili grupu zemalja. Sve osnovne jedinice i većina derivata reproduciraju se centralno;
2) decentralizovani način reprodukcije - primenjuje se na izvedene jedinice, o čijoj veličini se ne prenosi direktnim poređenjem sa standardom.
Postoji i pojam „uzornih mjernih instrumenata“, koji se koriste za redovno prevođenje jediničnih veličina u procesu provjere mjerila i koriste se samo u odjeljenjima metrološke službe. Kategoriju uzornog mjerila utvrđuje jedno od tijela Državnog komiteta za standarde u toku mjerenja metrološkog certificiranja.
Metrologija, standardizacija i sertifikacija: beleške sa predavanja Demidov NV
3. Klasifikacija mjerenja
3. Klasifikacija mjerenja
Klasifikacija mjernih instrumenata može se izvršiti prema sljedećim kriterijima.
1. Prema karakteristikama tačnosti mjerenja se dijele na jednaka i nejednaka.
Ekvivalentna mjerenja fizička veličina je niz mjerenja određene veličine izvršenih pomoću mjernih instrumenata (SI) sa istom tačnošću, pod identičnim početnim uslovima.
Nejednaka mjerenja fizička veličina je niz mjerenja određene veličine, izvršenih pomoću mjernih instrumenata različite preciznosti i (ili) u različitim početnim uslovima.
2. Po broju mjerenja mjerenja se dijele na pojedinačna i višestruka.
Jedno merenje je mjerenje jedne količine, napravljeno jednom. Pojedinačna mjerenja u praksi imaju veliku grešku, s tim u vezi, preporučljivo je da se mjerenja ove vrste izvedu najmanje tri puta kako bi se greška smanjila, a kao rezultat uzela njihova aritmetička sredina.
Višestruka mjerenja je mjerenje jedne ili više veličina koje se izvodi četiri ili više puta. Višestruko mjerenje je serija pojedinačnih mjerenja. Minimalni broj mjerenja za koje se mjerenje može smatrati višestrukim je četiri. Rezultat višestrukih mjerenja je aritmetička sredina rezultata svih mjerenja. Uz ponovljena mjerenja, greška se smanjuje.
3. Po vrsti promjene vrijednosti mjerenja se dijele na statička i dinamička.
Statička mjerenja su mjerenja konstantne, nepromjenljive fizičke veličine. Primjer takve vremenski stalne fizičke veličine je dužina zemljišne parcele.
Dinamička mjerenja su mjerenja promjenljive, nepostojane fizičke veličine.
4. Po odredištu mjerenja se dijele na tehnička i metrološka.
Tehnička mjerenja- to su mjerenja koja se vrše tehničkim mjernim instrumentima.
Metrološka mjerenja su mjerenja koja se vrše pomoću etalona.
5. Kako je rezultat predstavljen mjerenja se dijele na apsolutna i relativna.
Apsolutna mjerenja su mjerenja koja se izvode direktnim, neposrednim mjerenjem osnovne veličine i/ili primjenom fizičke konstante.
Relativna mjerenja- to su mjerenja u kojima se računa odnos homogenih veličina, a brojilac je upoređena vrijednost, a imenilac je baza (jedinica) poređenja. Rezultat mjerenja ovisit će o tome koja se vrijednost uzima kao osnova poređenja.
6. Metodama dobijanja rezultata mjerenja se dijele na direktna, indirektna, kumulativna i zajednička.
Direktna mjerenja- to su mjerenja koja se vrše pomoću mjera, tj. izmjerena vrijednost se poredi direktno sa svojom mjerom. Primjer direktnih mjerenja je mjerenje ugla (mjera je kutomjer).
Indirektna mjerenja su mjerenja u kojima se vrijednost mjerne veličine izračunava korištenjem vrijednosti dobijenih direktnim mjerenjem i nekim poznatim odnosom između ovih vrijednosti i mjerne veličine.
Kumulativna mjerenja- to su mjerenja čiji je rezultat rješenje određenog sistema jednačina koji je sastavljen od jednačina dobijenih kao rezultat mjerenja mogućih kombinacija mjerenih veličina.
Zajednička mjerenja su mjerenja tokom kojih se mjere najmanje dvije nehomogene fizičke veličine kako bi se uspostavio odnos koji postoji između njih.
Iz knjige OPŠTI ZAHTJEVI ZA KOMPETENTNOST ISPITIVNIH I KALIBRACIONIH LABORATORIJA autor autor nepoznat5.4.6 Procjena mjerne nesigurnosti 5.4.6.1 Kalibraciona laboratorija ili laboratorija za ispitivanje koja obavlja vlastite kalibracije mora imati i primjenjivati proceduru za procjenu mjerne nesigurnosti za sve kalibracije i vrste kalibracije.5.4.6.2
Iz knjige Metrologija, standardizacija i certifikacija: Bilješke s predavanja autor Demidov N V5.6 Sljedivost mjerenja 5.6.1 Općenito Sva oprema koja se koristi za izvođenje testova i/ili kalibracija, uključujući opremu za dodatna mjerenja (npr. ambijentalni uslovi) koja imaju značajan utjecaj na tačnost i valjanost
Iz knjige Metrologija, standardizacija i sertifikacija autor Demidov N V5. Glavne karakteristike merenja Razlikuju se sledeće glavne karakteristike merenja: 1) način na koji se merenja provode; 2) princip merenja; 3) greška merenja; 4) tačnost merenja; 5) tačnost merenja 6) pouzdanost merenja Metod merenja -
Iz knjige Very General Metrology autor Aškinazi Leonid Aleksandrovič9. Merni instrumenti i njihove karakteristike B naučna literatura sredstva tehničkih mjerenja podijeljena su u tri velike grupe. To su: mjere, mjerači i univerzalni mjerni instrumenti, koji uključuju mjerne instrumente, kontrolne i mjerne instrumente (CIP), i
Iz knjige autora Iz knjige autora16. Greške mjernih instrumenata Greške mjernih instrumenata se klasifikuju prema sljedećim kriterijumima: 1) prema načinu izražavanja, 2) prema prirodi ispoljavanja, 3) u odnosu na uslove upotrebe. Prema načinu izražavanja razlikuju se apsolutni i relativni
Iz knjige autora Iz knjige autora2 Klasifikacija mjerenja Klasifikacija mjernih instrumenata može se izvršiti prema sljedećim kriterijima.1. Prema svojstvu tačnosti mjerenja se dijele na jednaka i nejednaka.Jednakoprecizna mjerenja fizičke veličine nazivaju se nizom mjerenja nekih
Iz knjige autora3. Glavne karakteristike merenja Razlikuju se sledeće glavne karakteristike merenja: 1) način na koji se merenja provode; 2) princip merenja; 3) greška merenja; 4) tačnost merenja; 5) tačnost merenja 6) pouzdanost merenja Metod merenja je
Iz knjige autora8. Merni instrumenti i njihove karakteristike U naučnoj literaturi tehnički merni instrumenti se dele u tri velike grupe. To su: mjere, mjerači i univerzalni mjerni instrumenti, koji uključuju mjerne instrumente, kontrolne i mjerne instrumente (CIP), i
Iz knjige autora13. Greška merenja U praksi korišćenja merenja, njihova tačnost postaje veoma važan pokazatelj, a to je stepen bliskosti rezultata merenja nekoj stvarnoj vrednosti, koja se koristi za kvalitativno poređenje.
Iz knjige autora16. Greške mjernih instrumenata Greške mjernih instrumenata se klasifikuju prema sljedećim kriterijumima: 1) po načinu izražavanja; 2) po prirodi ispoljavanja; 3) u odnosu na uslove upotrebe. razlikuju se apsolutne i relativne greške.
Iz knjige autora18. Izbor mjernih instrumenata Prilikom izbora mjernih instrumenata, prije svega, treba uzeti u obzir dozvoljenu vrijednost greške za dato mjerenje, utvrđenu relevantnim regulatornim dokumentima.Ako dozvoljena greška nije predviđena u
Iz knjige autora21. Verifikacija i kalibracija mjernih instrumenata
Iz knjige autoraOpći problemi mjerenja kada mjerenje postane problem Prvo, kada treba izmjeriti novu količinu. Ovdje postoji suptilnost - šta znači "nova vrijednost"? Fizičari i inženjeri vjeruju da postoji nešto što se može izmjeriti. U meri u kojoj mi
Iz knjige autoraObrada rezultata mjerenja Nema podataka bez obrade i nema obrade bez prethodnih informacija. Kada mjerimo mrežni napon testerom, odmah dolazimo do zaključka - "normalno" ili "nisko za ovo doba dana" ili "zašto toliko, tester
Klasifikacija mjerenja može se izvršiti prema sljedećim kriterijima.
1. Prema karakteristikama tačnosti:
- jednake mjere fizička veličina je niz mjerenja određene veličine izvršenih pomoću mjernih instrumenata sa istom tačnošću, pod identičnim početnim uslovima.
- nejednaka mjerenja fizička veličina je niz mjerenja određene veličine, izvršenih pomoću mjernih instrumenata različite preciznosti i (ili) u različitim početnim uslovima.
2. Po broju mjerenja:
- jedno merenje je mjerenje jedne količine, napravljeno jednom. Pojedinačna mjerenja u praksi imaju veliku grešku, s tim u vezi, preporučljivo je da se mjerenja ove vrste izvedu najmanje tri puta kako bi se greška smanjila, a kao rezultat uzela njihova aritmetička sredina.
- višestruka mjerenja je mjerenje jedne ili više veličina koje se izvodi četiri ili više puta. Višestruko mjerenje je serija pojedinačnih mjerenja. Minimalni broj mjerenja za koje se mjerenje može smatrati višestrukim je četiri. Rezultat višestrukih mjerenja je aritmetička sredina rezultata svih mjerenja. Uz ponovljena mjerenja, greška se smanjuje.
3. Po vrsti promjene vrijednosti:
- statička mjerenja su mjerenja konstantne, nepromjenljive fizičke veličine. Primjer takve vremenski stalne fizičke veličine je dužina zemljišne parcele.
- dinamička mjerenja su mjerenja promjenljive, nepostojane fizičke veličine.
4. Prema svrsi mjerenja:
- tehnička mjerenja- to su mjerenja koja se vrše tehničkim mjernim instrumentima.
- metrološka mjerenja su mjerenja koja se vrše pomoću etalona.
5. Prema načinu predstavljanja rezultata:
- apsolutna mjerenja su mjerenja koja se izvode direktnim, neposrednim mjerenjem osnovne veličine i/ili primjenom fizičke konstante.
- relativna mjerenja- to su mjerenja u kojima se računa odnos homogenih veličina, a brojilac je upoređena vrijednost, a imenilac je baza (jedinica) poređenja. Rezultat mjerenja ovisit će o tome koja se vrijednost uzima kao osnova poređenja.
6. Po metodama dobijanja rezultata:
- direktna mjerenja- to su mjerenja koja se vrše pomoću mjera, tj. izmjerena vrijednost se poredi direktno sa svojom mjerom. Primjer direktnih mjerenja je mjerenje ugla (mjera je kutomjer).
- indirektna mjerenja su mjerenja u kojima se vrijednost mjerne veličine izračunava korištenjem vrijednosti dobijenih direktnim mjerenjem i nekim poznatim odnosom između ovih vrijednosti i mjerne veličine.
y = f(x1, x2, … xn),
gdje je y željena fizička veličina;
x1,x2,…,xn su veličine podvrgnute direktnim mjerenjima.
Primjer: pronalaženje gustine po zapremini i masi tijela.
- kumulativna mjerenja- to su mjerenja čiji je rezultat rješenje određenog sistema jednačina koji je sastavljen od jednačina dobijenih kao rezultat mjerenja mogućih kombinacija mjerenih veličina.
Na primjer: pronalaženje mase nepoznate težine na osnovu omjera masa poznatih težina uključenih u sistem jednačina.
- zajedničke mjere su mjerenja tokom kojih se mjere najmanje dvije nehomogene fizičke veličine kako bi se uspostavio odnos koji postoji između njih.
Na primjer: Pronalaženje otpora otpornika prema temperaturi.
U zbirnim mjerenjima istovremeno se određuje više istoimenih veličina, a u zajedničkim mjerenjima suprotne.
Klasifikacija mjernih instrumenata može se izvršiti prema sljedećim kriterijima.
1. Prema karakteristikama tačnosti mjerenja dijele se na jednake i nejednake.
Ekvivalentna mjerenja fizičke veličine je niz mjerenja određene veličine izvršenih pomoću mjernih instrumenata (MI) sa istom tačnošću, pod identičnim početnim uslovima.
Nejednaka mjerenja fizičke veličine je niz mjerenja određene veličine, izvršenih pomoću mjernih instrumenata različite preciznosti i (ili) u različitim početnim uslovima.
2. Prema broju mjerenja mjerenja se dijele na pojedinačna i višestruka.
Jedno mjerenje je mjerenje jedne količine napravljene jednom. Pojedinačna mjerenja u praksi imaju veliku grešku, s tim u vezi, preporučljivo je da se mjerenja ove vrste izvedu najmanje tri puta kako bi se greška smanjila, a kao rezultat uzela njihova aritmetička sredina.
Višestruka mjerenja su mjerenja jedne ili više veličina koja se izvode četiri ili više puta. Višestruko mjerenje je serija pojedinačnih mjerenja. Minimalni broj mjerenja za koje se mjerenje može smatrati višestrukim je četiri. Rezultat višestrukih mjerenja je aritmetička sredina rezultata svih mjerenja. Uz ponovljena mjerenja, greška se smanjuje.
3. Prema vrsti promjene mjerne vrijednosti dijele se na statičke i dinamičke.
Statička mjerenja su mjerenja konstantne, nepromjenljive fizičke veličine. Primjer takve vremenski stalne fizičke veličine je dužina zemljišne parcele.
Dinamička mjerenja su mjerenja promjenljive, nepostojane fizičke veličine.
4. Prema namjeni mjerenja se dijele na tehnička i metrološka.
Tehnička mjerenja su mjerenja koja se vrše tehničkim mjernim instrumentima.
Metrološka mjerenja su mjerenja koja se vrše pomoću etalona.
5. Prema načinu prikazivanja rezultata mjerenja se dijele na apsolutna i relativna.
Apsolutna mjerenja su mjerenja koja se vrše direktnim, direktnim mjerenjem osnovne veličine i/ili primjenom fizičke konstante.
Relativna mjerenja su mjerenja u kojima se izračunava odnos homogenih veličina, a brojnik je upoređena vrijednost, a imenilac je baza (jedinica) poređenja. Rezultat mjerenja ovisit će o tome koja se vrijednost uzima kao osnova poređenja.
6. Po načinu dobijanja rezultata mjerenja se dijele na direktna, indirektna, kumulativna i zajednička.
Direktna mjerenja su mjerenja koja se izvode pomoću mjera, odnosno mjerena veličina se poredi direktno sa svojom mjerom. Primjer direktnih mjerenja je mjerenje ugla (mjera je kutomjer).
Indirektna mjerenja su mjerenja u kojima se vrijednost mjerne veličine izračunava korištenjem vrijednosti dobijenih direktnim mjerenjem i nekim poznatim odnosom između ovih vrijednosti i mjerne veličine.
Kumulativna mjerenja su mjerenja čiji je rezultat rješenje određenog sistema jednačina, koji je sastavljen od jednačina dobijenih kao rezultat mjerenja mogućih kombinacija mjerenih veličina.
Zajednička mjerenja su mjerenja tokom kojih se mjere najmanje dvije nehomogene fizičke veličine kako bi se uspostavio odnos koji postoji između njih.
Greška mjerenja
U praksi korišćenja merenja, njihova tačnost postaje veoma važan indikator, a to je stepen bliskosti rezultata merenja nekoj stvarnoj vrednosti, koja se koristi za kvalitativno poređenje mernih operacija. I kao kvantitativna procjena, po pravilu se koristi greška mjerenja. Štaviše, što je manja greška, to se smatra višom preciznošću.
Prema zakonu teorije grešaka, ako je potrebno povećati tačnost rezultata (sa isključenom sistematskom greškom) za 2 puta, tada se broj mjerenja mora povećati za 4 puta; ako je potrebno povećati tačnost za 3 puta, tada se broj mjerenja povećava za 9 puta, itd.
Proces procene greške merenja smatra se jednom od najvažnijih aktivnosti u obezbeđivanju ujednačenosti merenja. Naravno, postoji veliki broj faktora koji utiču na tačnost merenja. Zbog toga je svaka klasifikacija grešaka mjerenja prilično proizvoljna, jer se često, ovisno o uvjetima mjernog procesa, greške mogu manifestirati u razne grupe. U ovom slučaju, prema principu zavisnosti od oblika, ovi izrazi greške merenja mogu biti: apsolutni, relativni i redukovani.
Osim toga, na osnovu ovisnosti o prirodi manifestacije, uzrocima i mogućnostima otklanjanja grešaka mjerenja, one mogu biti komponente.U ovom slučaju razlikuju se sljedeće komponente greške: sistematska i nasumična.
Sistematska komponenta ostaje konstantna ili se mijenja s naknadnim mjerenjima istog parametra.
Slučajna komponenta se nasumično mijenja s ponovljenim promjenama istog parametra. Obje komponente greške mjerenja (i slučajne i sistematske) pojavljuju se istovremeno. Štaviše, vrijednost slučajne greške nije unaprijed poznata, jer može nastati zbog niza nespecificiranih faktora.Ova vrsta greške se ne može u potpunosti isključiti, ali se njihov utjecaj može donekle smanjiti obradom rezultata mjerenja.
Sistematska greška, i to je njena posebnost, u poređenju sa slučajnom greškom, koja se detektuje bez obzira na izvore, razmatra se po komponentama u vezi sa izvorima nastanka.
Komponente greške se takođe mogu podeliti na: metodološke, instrumentalne i subjektivne. Subjektivne sistematske greške su povezane sa individualne karakteristike operater. Takva greška može nastati zbog grešaka u očitavanju očitanja ili neiskustva operatera. U osnovi, sistematske greške nastaju zbog metodološke i instrumentalne komponente. Metodološka komponenta greške određena je nesavršenošću metode mjerenja, metoda korištenja SI, netačnosti proračunskih formula i zaokruživanja rezultata. Instrumentalna komponenta se pojavljuje zbog inherentne greške MI, određene klasom tačnosti, uticajem MI na rezultat i rezolucijom MI. Postoji i nešto kao "grube greške ili promašaji", koji se mogu pojaviti zbog pogrešnih radnji operatera, neispravnosti mjernog instrumenta ili nepredviđenih promjena u mjernoj situaciji. Takve greške se po pravilu otkrivaju u procesu pregleda rezultata mjerenja po posebnim kriterijima. Važan element ove klasifikacije je prevencija greške, shvaćena kao najracionalniji način smanjenja greške, a to je eliminisanje uticaja bilo kog faktora.
Vrste grešaka
Postoje sljedeće vrste grešaka:
1) apsolutna greška;
2) relativna greška;
3) smanjena greška;
4) osnovna greška;
5) dodatna greška;
6) sistematska greška;
7) slučajna greška;
8) instrumentalna greška;
9) metodološka greška;
10) lična greška;
11) statička greška;
12) dinamička greška.
Greške mjerenja se klasificiraju prema sljedećim kriterijima.
Prema metodi matematičkog izražavanja, greške se dijele na apsolutne i relativne greške.
Prema interakciji promjena vremena i ulazne vrijednosti, greške se dijele na statičke greške i dinamičke greške.
Prema prirodi pojave grešaka dijele se na sistematske greške i slučajne greške.
Apsolutna greška je vrijednost izračunata kao razlika između vrijednosti količine dobijene tokom procesa mjerenja i stvarne (stvarne) vrijednosti date veličine.
Apsolutna greška mjere je vrijednost izračunata kao razlika između broja, koji je nominalna vrijednost mjere, i stvarne (stvarne) vrijednosti količine koju mjerom reprodukuje.
Relativna greška je broj koji odražava stepen tačnosti merenja.
Smanjena greška je vrijednost izračunata kao omjer vrijednosti apsolutne greške i normalizirajuće vrijednosti.
Vrijednost normalizacije je definirana na sljedeći način:
1) za merila za koja je odobrena nominalna vrednost, ova nominalna vrednost se uzima kao normalizujuća vrednost;
2) za merne instrumente kod kojih se nulta vrednost nalazi na ivici merne skale ili van skale, normalizujuća vrednost se uzima jednaka konačnoj vrednosti iz mernog opsega. Izuzetak su mjerni instrumenti sa značajno neujednačenom mjernom skalom;
3) za mjerne instrumente kod kojih se nulta oznaka nalazi unutar mjernog opsega, normalizujuća vrijednost se uzima jednaka zbiru konačnih numeričkih vrijednosti mjernog opsega;
4) za mjerne instrumente (mjerne instrumente), kod kojih je skala neujednačena, normalizujuća vrijednost se uzima jednaka cijeloj dužini mjerne skale ili dužini onog njenog dijela koji odgovara opsegu mjerenja. Apsolutna greška se tada izražava u jedinicama dužine.
Greška mjerenja uključuje instrumentalnu grešku, metodološku grešku i grešku čitanja. Štaviše, greška očitavanja nastaje zbog nepreciznosti u određivanju udjela podjela mjerne skale.
Instrumentalna greška je greška koja nastaje usled grešaka napravljenih u procesu proizvodnje funkcionalnih delova instrumenata za merenje grešaka.
Metodološka greška je greška koja se javlja iz sljedećih razloga:
1) netačnost u građenju modela fizičkog procesa na kome se merilo zasniva;
2) nepravilna upotreba mjernih instrumenata.
Subjektivna greška je greška nastala zbog niskog stepena kvalifikacije rukovaoca mjernim instrumentom, kao i zbog greške vidnih organa čovjeka, odnosno ljudski faktor je uzrok subjektivne greške.
Greške u interakciji promjena vremena i ulazne vrijednosti dijele se na statičke i dinamičke greške.
Statička greška je greška koja se javlja u procesu mjerenja konstantne (koje se ne mijenja u vremenu) vrijednosti.
Dinamička greška je greška čija se numerička vrijednost izračunava kao razlika između greške koja se javlja pri mjerenju nekonstantne (vremenski promjenjive) veličine i statičke greške (greške u vrijednosti mjerene veličine pri određenom trenutku).
Prema prirodi zavisnosti greške od uticajnih veličina, greške se dele na osnovne i dodatne.
Osnovna greška je greška dobijena u normalnim uslovima rada mernog instrumenta (pri normalnim vrednostima uticajnih veličina).
Dodatna greška- ovo je greška koja se javlja kada vrijednosti utjecajnih veličina ne odgovaraju njihovim normalnim vrijednostima, ili ako utjecajna veličina prelazi granice područja normalnih vrijednosti.
Normalni uslovi su uslovi u kojima su sve vrednosti uticajnih veličina normalne ili ne prelaze granice opsega normalnih vrednosti.
Radni uslovi su uslovi u kojima promena uticajnih veličina ima širi opseg (uticajne vrednosti ne prelaze granice radnog opsega vrednosti).
Radni raspon vrijednosti utjecajne veličine je raspon vrijednosti u kojem se vrši normalizacija vrijednosti dodatne greške.
Prema prirodi zavisnosti greške od ulazne vrednosti, greške se dele na aditivne i multiplikativne.
Aditivna greška je greška koja nastaje usled zbrajanja numeričkih vrednosti i ne zavisi od vrednosti merene veličine, uzete po modulu (apsolutno).
Multiplikativna greška je greška koja se mijenja s promjenom vrijednosti veličine koja se mjeri.
Treba napomenuti da vrijednost apsolutne aditivne greške nije povezana sa vrijednošću mjerene veličine i osjetljivošću mjernog instrumenta. Apsolutne aditivne greške su nepromijenjene u cijelom mjernom opsegu.
Vrijednost apsolutne aditivne greške određuje minimalnu vrijednost veličine koju mjerni instrument može izmjeriti.
Vrijednosti multiplikativnih grešaka mijenjaju se proporcionalno promjenama vrijednosti mjerene veličine. Vrijednosti multiplikativnih grešaka su također proporcionalne osjetljivosti mjernog instrumenta.Multiplikacijska greška nastaje zbog uticaja uticajnih veličina na parametarske karakteristike elemenata instrumenta.
Greške koje se mogu pojaviti tokom procesa mjerenja klasificiraju se prema prirodi njihovog nastanka. dodijeliti:
1) sistematske greške;
2) slučajne greške.
U procesu mjerenja mogu se pojaviti i velike greške i promašaji.
Sistematska greška je komponenta cjelokupna greška rezultata mjerenja, koja se ne mijenja ili se prirodno mijenja pri ponovljenim mjerenjima iste vrijednosti. Obično se pokušava otkloniti sistematska greška. mogući načini(na primjer, korištenjem metoda mjerenja koje smanjuju vjerovatnoću njenog nastanka), ako se ne može isključiti sistematska greška, onda se ona izračunava prije početka mjerenja i vrše odgovarajuće korekcije rezultata mjerenja. U procesu normalizacije sistematske greške određuju se granice njenih dozvoljenih vrijednosti. Sistematska greška određuje ispravnost mjerenja mjernih instrumenata (metrološko svojstvo).
Sistematske greške u nekim slučajevima mogu se odrediti eksperimentalno. Rezultat mjerenja se zatim može poboljšati uvođenjem korekcije.
Metode za otklanjanje sistematskih grešaka podijeljene su u četiri vrste:
1) otklanjanje uzroka i izvora grešaka prije početka mjerenja;
2) otklanjanje grešaka u procesu već započetog merenja metodama zamene, kompenzacije grešaka u predznaku, opozicije, simetrična posmatranja;
3) korekcija rezultata merenja izmenom (otklanjanje greške proračunima);
4) određivanje granica sistematske greške u slučaju da se ona ne može otkloniti.
Otklanjanje uzroka i izvora grešaka prije početka mjerenja. Ova metoda je najbolja opcija, jer njegova upotreba pojednostavljuje dalji tok mjerenja (nema potrebe eliminirati greške u procesu već započetog mjerenja ili vršiti korekcije rezultata).
Da biste eliminisali sistematske greške u procesu već započetog merenja, primenite razne načine
Način uvođenja korekcija zasniva se na poznavanju sistematske greške i trenutnih obrazaca njene promjene. Kada se koristi ova metoda, rezultat mjerenja dobijen sa sistematskim greškama podliježe korekcijama jednakim po veličini ovim greškama, ali suprotnog predznaka.
Metoda zamjene je da se izmjerena vrijednost zamijeni mjerom koja se nalazi u istim uslovima u kojima se nalazio objekt mjerenja. Metoda supstitucije se koristi kada se mjere sljedeći električni parametri: otpor, kapacitivnost i induktivnost.
Način kompenzacije greške u predznaku je da se mjerenja izvode dva puta na način da se greška, nepoznate veličine, uključi u rezultate mjerenja sa suprotnim predznakom.
Metoda opozicije je slična metodi kompenzacije znakom. Ova metoda se sastoji u tome da se mjerenja izvode dva puta na način da izvor greške u prvom mjerenju ima suprotan učinak na rezultat drugog mjerenja.
Slučajna greška je komponenta greške rezultata mjerenja, koja se nasumično, nepravilno mijenja tokom ponovljenih mjerenja iste vrijednosti. Pojava slučajne greške ne može se predvidjeti i predvidjeti. Slučajna greška se ne može u potpunosti eliminisati, ona uvijek u određenoj mjeri iskrivljuje konačne rezultate mjerenja. Ali moguće je rezultat mjerenja učiniti preciznijim ponovljenim mjerenjima. Uzrok slučajne greške može biti, na primjer, slučajna promjena vanjskih faktora koji utiču na proces mjerenja. Slučajna greška tokom višestrukih merenja sa dovoljno visokim stepenom tačnosti dovodi do rasipanja rezultata.
Proklizavanja i grube greške su greške koje su mnogo veće od sistematskih i slučajnih grešaka koje se očekuju u datim uslovima merenja. Proklizavanja i velike greške mogu se pojaviti zbog velikih grešaka u procesu mjerenja, tehničkog kvara mjernog instrumenta i neočekivanih promjena vanjskih uvjeta.
Greške mjernih instrumenata
Greške mjernih instrumenata klasificiraju se prema sljedećim kriterijima:
1) prema načinu izražavanja;
2) po prirodi manifestacije;
3) u odnosu na uslove korišćenja. Prema načinu izražavanja razlikuju se apsolutne i relativne greške.
Relativna greška je broj koji odražava stepen tačnosti mjernog instrumenta.
Relativna greška se izražava u postocima.
Prema prirodi ispoljavanja grešaka, one se dele na slučajne i sistematske.
U odnosu na uslove primjene, greške se dijele na osnovne i dodatne.
Osnovna greška mjernih instrumenata je greška, koja se utvrđuje ako se mjerni instrumenti koriste u normalnim uslovima.
Dodatna greška mjernih instrumenata je sastavni dio greške mjernog instrumenta, koja se dodatno javlja ako bilo koja od uticajnih veličina prelazi svoju normalnu vrijednost.
Dinamičko mjerenje-- mjerenje količine čija se veličina mijenja tokom vremena. Brza promjena veličine mjerene vrijednosti zahtijeva njeno mjerenje uz najtačnije određivanje trenutka u vremenu.
Na primjer, mjerenje udaljenosti do nivoa tla sa balon na topli vazduh ili mjerenje istosmjernog napona električne struje. U suštini, dinamičko mjerenje je mjerenje funkcionalne zavisnosti mjerne veličine o vremenu.
Znak prema kojem se mjerenje naziva statičkim ili dinamičkim je dinamička greška pri datoj brzini ili frekvenciji promjene mjerene veličine i datim dinamičkim svojstvima MI. Pretpostavimo da je zanemarljivo (za problem mjerenja koji se rješava), u kom slučaju se mjerenje može smatrati statičkim. Ako ovi zahtjevi nisu ispunjeni, on je dinamičan.
Dinamička greška mjerenja- greška rezultata mjerenja, svojstvena uslovima dinamičkog mjerenja. Dinamička greška se javlja prilikom mjerenja varijabli i uzrokovana je inercijskim svojstvima mjernih instrumenata. Dinamička greška mjernog instrumenta je razlika između greške mjernog instrumenta u dinamičkim uslovima i njegove statičke greške koja odgovara vrijednosti veličine u ovog trenutka vrijeme. Prilikom razvoja ili projektovanja mjernog instrumenta, treba uzeti u obzir da je povećanje mjerne greške i kašnjenje u pojavi izlaznog signala povezano sa promjenjivim uvjetima.
Statičke i dinamičke greške odnose se na greške u rezultatu mjerenja. U većini uređaja statičke i dinamičke greške su međusobno povezane, jer omjer između ovih vrsta grešaka ovisi o karakteristikama uređaja i karakterističnom vremenu promjene veličine.
Statička mjerenja
Statičko mjerenje-- mjerenje količine, koja se uzima u skladu sa postavljenim mjernim zadatkom kao nepromijenjena tokom perioda mjerenja.
Na primjer: 1) tjelesne mjere;
2) merenja konstantnog pritiska;
3) merenja pulsirajućih pritisaka, vibracija;
4) mjerenje linearne veličine proizvedenog proizvoda pri normalnoj temperaturi može se smatrati statičnim, jer temperaturne fluktuacije u radionici na nivou desetinki stepena unose grešku mjerenja ne veću od 10 µm/m, što je beznačajno u poređenju sa na proizvodnu grešku dijela. Stoga se u ovom mjernom zadatku izmjerena veličina može smatrati nepromijenjenom. Prilikom kalibracije mjere dužine linije na državnom primarnom etalonu, termostatiranje osigurava stabilnost održavanja temperature na nivou od 0,005 °C. Takve fluktuacije temperature uzrokuju hiljadu puta manju grešku mjerenja - ne više od 0,01 μm / m. Ali u ovom mjernom zadatku on je značajan, a uzimanje u obzir temperaturnih promjena u procesu mjerenja postaje uslov za osiguranje potrebne tačnosti mjerenja, pa ova mjerenja treba izvoditi prema tehnici dinamičkog mjerenja.
Statička greška mjerenja- greška rezultata mjerenja, svojstvena uvjetima statičkog mjerenja, odnosno pri mjerenju konstantnih vrijednosti nakon završetka prelaznih procesa u elementima uređaja i pretvarača.
