Технологические измерения и приборы

Технологические измерения и приборы

Основы метрологии:

·  средства измерения (приборы, измерительные приборы);

·  погрешности измерения;

·  обработка результатов  измерения;

·  методы измерения;

·  конкретные измерительные системы;

·  сигналы измерительной информации.

Определения:

1. Измерение – это экспертный процесс, выражения физических величин с помощью специальных постоянных, называемых единиц измерения.

2. Контроль - это экспертный процесс, установления соответствия    между измерительными физическими величинами и конкретным состоянием объекта измерения (т.е. нормальное состояние)

3. Объект измерения – это реальная система любой физической природы, состав которой характеризуется набором физических величин   подлежащих измерению.

4. Система измерения – это система, в которой реализуется    процесс, измерения, она состоит из нескольких взаимосвязанных между     собой элементов.

5. Измерительный преобразователь – это элемент системы, преобразований сигнала измерительной информации из одной формы в другую.

6. Датчик информации – это измерительный преобразователь, установленный на объекте измерения и предназначенный для преобразования измерительной физической величины в другую величину или в сигнал измеримой информации удобной для дальнейшего преобразования, хранения и передачи на расстояние.

7. Сигнал – это носитель информации выражается с помощью характеристик энергетической среды, с помощью, которой осуществляется перенос информации (электрический сигнал, звуковой и т.д.).

8. Сигнал измерительной информации – это сигнал, выраженный в единицы измерения своей энергетической среды, значение каждого пропорционально значению физической величины.

9. Информационный процесс – это процесс, связанный с формированием, преобразованием, передачей, хранением выдачей информации.

10. Измерительный прибор – это техническое устройство, предназначенное для представления сигнала измерительной информации в удобной для пользователя форме.

Схема измерительной системы.

О.У. – объект управления

У.С. – управленческая система;

                                                                            Из.с – измерительная система;

                                                                            Ис.с – исправляющая система

Система измерений может существовать, как самостоятельная система,     в этом случае ее выходное воздействие будет представлена ее человеку – пользователю в удобной для него форме, такая система еще называется – информационной.

Измерения.

Погрешности измерения.

1.  Измерения бывают прямые, заключающиеся в экспериментальном сравнении измеряемой величины с мерой. 

2.  Косвенные измерения определяются на основании измерения других физических величин, функционально связанных с измеримой увеличенной.

3.  совместные измерения – одновременное измерение нескольких неоднородных величин для установления зависимости между ними.

4.  Совокупные измерения – измерения несколько однородных величин      в различных их сочетаниях, значения которых находятся путем решения системы уравнений.

v статические

v динамические

Погрешности измерения

∆ = X_I – А

где    ∆ - погрешность

X_I  -  i – ое измерение;

А – действительное значение

Погрешности:   ––   систематические

                           ––   случайные

Систематическая погрешность -  это погрешность, которая    остается постоянной для данного рода измерений или закономерно измеряется при повторной измерении величины.

Исходя из причин погрешности систематические погрешности бывают:

1.  Инструментальная, она является следствием следующих причин:

o  несоответствия действительного и номинального значения мер;

o  изменение трения в механизмах измеряемых приборах или люфты;

o  старение;

o  погрешность градуировки.

2.  Методическая погрешность возникает из – за несовершенства метода измерения, либо допущения  его упрощений.

           I_v

             I_k                                                                           

                                                                               I_А

3.  Субъективна погрешность обусловлена индивидуальными способностями оператора, проводившего измерения.

Исходя из характера проявления систему погрешности можно разделить на:

1)  постоянные погрешности;

2)  переменные погрешности.

а) прогрессивные погрешности, которые в процессе измерения либо ↑, либо ↓ (разрядка аккумулятора);

б) периодические погрешности, изменяющие знак и значение               (для средств с круговой шкалой, часы).

                                                                                                     Δ

Погрешности изменяются по сложному закону:

∆l _t = l _н (α Δt + ρΔt²)

Случайные погрешности – вызываются факторами неизвестными экспериментатору и трудно поддаются анализу.

Иногда факторы могут быть известны, но сами по себе они носят     случайный хаотический характер (наводки в эл. цепях).

В соответствии с теорией погрешностей случайные погрешности     одиночного размера,  но разного знака появляются с одной и той же частотой, причем большие по абсолютной величине погрешности встречаются  реже, чем малые =>, что увеличение числа измерений приводит к уменьшению   погрешности результата, т.к. ∑ погрешностей отдельных измерений в серий стремится к 0.

          Связь между величинами случайных погрешностей и их вероятностями описываются законами распределения. Конечное число измерений описываются формулой распределения:

                         Р

где N –  количество измерений в серии;

       n – количество погрешностей данной величины;

      Р – вероятность.

-Δ n… - Δ ₁       Δ _{1  …}   Δ _n                                           ∆ - величина погрешности

С увеличением числа измерений функция распределения приобретет следующий вид:

                   Р

                                                                       ƒ (Δ) =

σ – среднеквадратическое отклонение;

Ряд измерений одной и той же величины может быть охарактеризован следующими показателями:

1.  Размах размеров измерений

R_{n =} x_max - x_xin

_{2.  Среднеарифметическая погрешность}

r =

3. Среднеквадратическая погрешность

            При N >30 между r и σ существует соотношение r = 0,8σ

Вероятность того, что погрешность отдельного измерения не превзойдет   значение +σ при нормальном законе распределения равно  0,68 и называется статистической надежностью.

Погрешности средств измерения.

Δ=x_i – x_0i

x_{i –} измерение, произведенное данным прибором;

x_{0i – измерения образцовым прибором.}

 Погрешности бывают: основные и дополнительные.

Основная погрешность – это погрешность получившаяся в условиях принятых за нормальные (температура, давления, влажность).