Скачать 2.36 Mb.
|
^ 1.1. Измерение Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точности. В метрологии различают три направления; теоретическое (фундаментальное), законодательное и практическое (прикладное). В данном изложении главное внимание уделим основным положениям практической метрологии. Базовыми понятиями метрологии и измерительной техники являются измерение, единство измерений, точность измерений (рис. 1). ![]() Рис. 1. Структура базовых понятий метрологии и измерительной техники Измерением называют процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений). 1.1.1. Физическая величина Физическая величина (ФВ) – это свойство, в качественном отношении общее для многих физических объектов, но в количественном отношении – индивидуальное для каждого объекта. Все многообразие ФВ может быть классифицировано по множеству различных признаков. Все ФВ подразделяются на две группы: неэлектрические и электрические величины. Неэлектрических величин гораздо больше, чем электрических. Это: длина, объем, масса, сила, давление, скорость линейного движения или вращения, расход вещества, температура, относительная влажность, освещенность и множество других. К электрическим ФВ относятся электрический заряд, ток, напряжение, электрические сопротивление и емкость, проводимость, активная и реактивная мощности, электрическая энергия и др. Значение ФВ – это количественная оценка ФВ в виде конкретного числа принятых для этой величины единиц. Например, значение тока в электрической цепи I = 10,2 А. ^ Средство измерений (СИ) – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Все СИ подразделяются на пять видов: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. Мера – это СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, нормальный гальванический элемент – мера ЭДС; образцовый (измерительный) резистор; образцовая катушка индуктивности и т.д. Измерительный преобразователь – СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи, обработки, хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем. Например: измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные усилители, делители напряжения, шунты, добавочные резисторы, цифровые измерительные регистраторы (логгеры) и т.п. Измерительный преобразователь не имеет отсчетного устройства, и поэтому результат преобразования не может быть непосредственно воспринят человеком. ^ – это СИ, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, т.е. имеющее отсчетное устройство или индикатор. Например: электромагнитный щитовой вольтметр, самопишущий прибор, осциллограф, цифровой мультиметр, инфракрасный термометр, манометр и др. Измерительный прибор – наиболее распространенный вид СИ. ^ – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте. Например: лабораторная установка для исследования характеристик электродвигателей, стенд для поверки электрических счетчиков и т.п. Отличие измерительной установки от измерительной системы заключается в ее локальности, компактности размещения. ^ – совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Например, многоканальный пространственно распределенный информационно-измерительный комплекс в составе системы управления производством. К основным нормируемым метрологическим характеристикам (НМХ) относятся погрешности СИ, номинальная функция преобразования или коэффициент преобразования измерительного преобразователя, чувствительность, диапазон измерений, входное сопротивление и ряд других. ^ Получать значения ФВ (результаты измерений) можно различными способами. В практике электрических измерений применяются разнообразные виды и методы измерений. Существуют следующие виды измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные. Наиболее распространены прямые и косвенные измерения. ^ – измерения, при которых искомое значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. Пример прямого измерения – измерение действующего значения напряжения электрической сети с помощью цифрового мультиметра. Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и исходными величинами, оцениваемыми прямыми измерениями. Пример косвенного измерения – измерение мощности Р на активной нагрузке R с помощью амперметра и вольтметра: Р =UI, где U – напряжение на нагрузке R, измеренное вольтметром; I – ток в нагрузке, измеренный амперметром. Совокупность приемов использования физических принципов и средств измерений называют методом измерений. Различают метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой В методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяется прямо (непосредственно) по отсчетному устройству измерительного прибора. Например, измерение температуры цифровым термометром. ^ основан на сравнении измеряемой величины с мерой. Процедура сравнения может быть выполнена по-разному. Это может быть одновременное или разновременное сравнение величины с мерой. В свою очередь, метод одновременного сравнения подразделяется на дифференциальный и нулевой. В дифференциальном методе измеритель (например, вольтметр) оценивает разность между измеряемой величиной ЭДС Ех и известной величиной Е0, воспроизводимой мерой. В нулевом методе разница между измеряемой Ех и известной Е0 величинами доводится до нуля с помощью изменения известной величины Е0. Факт достижения равенства Ех = Е0 определяется показаниями нулевого индикатора (НИ). Типичный пример реализации нулевого метода – измерение сопротивления уравновешиваемым мостом постоянного тока. В методе разновременного сравнения сравнение измеряемой величиной Ех и изменяемой известной Е0 происходит в режиме поочередного измерения. Если показания измерителя (например, вольтметра) при измерении величины Ех равны V1 то, подключив известную Е0 и изменяя ее значение до достижения равенства результатов второго и первого измерений (V2 = Vx), получим равенство Ех = Е0. ^ Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов измерений известны с известной или заданной вероятностью. Единство измерений позволяет сопоставлять результаты измерений, выполненные в разных местах, в разное время, разными специалистами, с помощью разных средств измерений. Единство измерений обеспечивается использованием общепринятой системы единиц физических величин, стандартизацией, метрологическим обеспечением, эталонами и образцовыми средствами измерений, соответствующей нормативно-технической документацией. ^ Единица физической величины – это такая физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице. В нашей стране, как и в большинстве других стран, действует Международная система единиц (System International – SI). Система основана на выборе нескольких основных единиц физических величин, независимых и достаточных для образования других (производных) единиц физических величин. ^ се единицы физических величин подразделяются на основные (их семь), дополнительные (их две) и производные (около 200 и их число растет). В табл. 1 приведены основные и дополнительные единицы физических величин. Отметим, что конкретный размер основной единицы физической величины не имеет значения. Например, в качестве основной единицы длины мог бы выступать не метр, а фут или аршин. Главное, чтобы единица физической величины была общепринята, узаконена и выступала основой при формировании производных единиц. Производные единицы физических величин образуются из основных, дополнительных и других производных путем разнообразных функциональных преобразований. Например, производная единица ом образована отношением производной единицы вольт к основной единице ампер. ^ Для оценки отношения или относительного изменения физических величин удобно использовать вспомогательные единицы: относительные и логарифмические. ^ Поскольку диапазоны значений измеряемых величин сегодня очень широки, то невозможно обойтись только исходными системными (основными, дополнительными и производными) единицами физических величин. Для удобства работы и записи результатов используются вспомогательные единицы физических величин – так называемые кратные (большие единицы и дольные (меньшие единицы), которые образованы путем введения приставок (коэффициентов) к исходным системным единицам. Таблица 1 ^
1.2.2. Стандартизация Всего несколько десятилетий назад в мире не было единообразия единиц физических величин. В разных странах, в разных отраслях науки, техники, промышленного производства, в сельском хозяйстве, в торговле использовалось множество различных единиц для оценки одних и тех же величин. Такое национальное (территориальное), отраслевое и межотраслевое разнообразие единиц сильно затрудняло сопоставление и использование результатов научных исследований, технических измерений и расчетов, выполненных разными специалистами, и/или в разных направлениях, и/или в разных странах; создавало чрезвычайные трудности и серьезно тормозило развитие мирового сообщества. В середине XX в. Международный комитет мер и весов подготовил и принял новую систему единиц, которая была названа Международной системой единиц – System International (SI). В 1963 г. в СССР был введен ГОСТ 9867–61, в соответствии с которым эта система была рекомендована для использования в нашей стране. Сегодня средства измерений разрабатывают и серийно выпускают тысячи различных отечественных и зарубежных организаций и фирм, профессионально применяют миллионы специалистов, так или иначе использует в своей повседневной деятельности практически все взрослое население Земли. В настоящее время доля затрат на измерительную технику, обслуживание и метрологическое обеспечение в промышленном производстве достигает 25...30 % стоимости основных фондов. Причем чем выше культура производства на предприятии, тем выше доля таких затрат. В этих условиях чрезвычайно важно обеспечить единство измерений. Законодательной основой стандартизации является система Государственных стандартов (ГОСТ). В настоящее время в нашей стране действуют десятки тысяч Государственных стандартов. Они отражают важнейшие характеристики и свойства разнообразной продукции, особенности методик измерений, характеристики СИ. Основные цели и задачи стандартизации:
Под метрологическим обеспечением понимается наличие и грамотное использование эталонов, мер, аттестованных образцовых СИ, узаконенных методов поверки, необходимой нормативно-технической документации (стандартов, методических указаний, инструкций), квалифицированных специалистов-метрологов. Стандарт – это нормативно-технический документ, устанавливающий перечень норм, правил, требований к объекту (стандартизации) и утвержденный уполномоченным органом (например, Госстандартом РБ). ^ – это исследование СИ, выполняемое метрологическим органом для определения метрологических характеристик СИ и оформление соответствующего документа (сертификата) с указанием полученных результатов. Поверка СИ – нахождение метрологическим органом (службой) погрешностей СИ, установление соответствия значений погрешностей классу точности СИ и определение его пригодности к применению. Поверку, как правило, осуществляют путем сравнения результатов преобразования испытуемого СИ с результатами преобразования образцового (более точного) СИ. Для частного, но весьма распространенного случая поверки измерительного прибора, показания поверяемого прибора сличают с показаниями более точного прибора. Погрешность образцового СИ должна быть по крайней мере втрое меньше погрешности испытуемого СИ при одних и тех же условиях эксперимента. Процедура поверки СИ не эквивалентна процедуре калибровки. Калибровка – способ уменьшения систематических погрешностей СИ перед измерениями, т.е. коррекция (исправление) его характеристики преобразования. В общем случае при калибровке поочередно подают на вход СИ образцовую измеряемую величину нулевого значения (например, закоротив вход СИ) и затем образцовую измеряемую величину значением, равным верхнему пределу диапазона измерения (с помощью специальной меры, иногда встроенной в СИ). Зафиксировав результаты преобразования (показания прибора) образцовых величин, можно в дальнейшем корректировать результаты преобразований в процессе выполнения измерений. Такая процедура позволяет уменьшить как аддитивную, так и мультипликативную погрешности. |
![]() | Республики Беларусь Учреждение образования «Гродненский государственный... С. Е. Витун, заведующий кафедрой финансов и кредита уо «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы», кандидат экономических... | ![]() | Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный... Учреждение образования «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка» |
![]() | Учреждение образования «Гродненский государственный медицинский университет» Кафедра биохимии Рекомендовано Центральным научно-методическим советом уо “Гргму” (протокол № от 10. 06. 20010 г.) | ![]() | Министерство образования и науки РФ федеральное государственное бюджетное... «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского» |
![]() | Конкурс «Лучший инновационный проект студентов и аспирантов» проводится... «Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова» в рамках всероссийского фестиваля науки, организуемого Министерством... | ![]() | Учреждение образования «гомельский государственный медицинский университет»... Т. М. Шаршакова, Н. П. Петрова, В. М. Дорофеев. ― Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,... |
![]() | Учреждение образования «гомельский государственный медицинский университет»... Т. М. Шаршакова, Н. П. Петрова, В. М. Дорофеев. ― Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный медицинский университет»,... | ![]() | Учреждение образования «гомельский государственный технический университет... Список использованных источников |
![]() | Государственное образвательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева” | ![]() | Кафедра акушерства и гинекологии Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «тамбовский государственный университет имени г.... |