Общие вопросы измерений.

Общие вопросы измерений.


1.1. Главные определения и определения.

Метрология - наука об измерениях, способах и средствах достиже­ния их единства и требуемой точности. Единство измерения – это состояние измерений при котором их результаты выражены в условных единицах и погрешности измерений известны с данной вероятностью. Единство измерений необходи­мо для того, чтоб можно было сравнить результаты измерений, про­веденных в различное время, в различных местах, разными способами и средствами измерения.

Физическая величина - это свойство общее в высококачественном отношении для разных объектов, но в количественном отношении личное для каждого из их.

Пример: длина, масса, величина тока.

Размер физической величины - это количественное содержание в данном объекте характеристики соответственного понятию физической вели­чины.

Значение физической величины - это оценка размера физической величины в виде некого числа единиц, принятого для измерений. Пример: 1 м; 10 А.

Настоящее значение физической величины - значение физической величины, которое безупречным образом отражало бы в количественном и высококачественном отношении характеристики объекта. На практике настоящее значение измеряемой величины, всегда непонятно. Потому исполь­зуется понятие реального значения физической величины. Это значение, отысканное экспериментальным оковём так близкое к настоящему значению, что для данной цели может быть применено заместо него.



Измерение - это процесс экспериментального определения значения физической величины при помощи особых техничес­ких средств.

Точность измерений – черта измерений, отражающая близость результатов к настоящему значению измеряемой величины.

Погрешность измерения - это величина характеризующая отклоне­ние результата измерений от настоящего значения. Dx = xизм – x0. Dx - абсолютная погрешность выраженная в единицах измерения величины; x0 - настоящее значение измеренной величины.

Так, как настоящее значение реально не понятно, употребляется действительное значение, приобретенное при более четком измерении. Относительная погрешность измерения:

d = Dx/x0 *100%.

Средства измерения - технические средства, применяемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. К ним относятся: образцы единиц, меры, измерительные приборы, установки и системы.

Для обеспечения единства измерений нужна тождественность единиц, в каких проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается методом точ­ного проигрывания и хранения установленных единиц фи­зических величин и передачи их размеров используемым средствам измерений.

Проигрывание, хранение и передача размеров единиц осу­ществляются при помощи стандартов и примерных средств измере­ний. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются образцы.

Идеал представляет собой средство измерений (либо комплекс средств измерений), обеспечивающее проигрывание и хранение единицы физической величины (либо одну из этих функций) с целью передачи размера единицы примерным, а от их рабочим средствам измерений и утвержденное в качестве образца в уста­новленном порядке.

Если идеал воспроизводит единицу с наивысшей в стране точностью, он именуется первичным. Первичные образцы основ­ных единиц воспроизводят единицу в согласовании с ее определе­нием. Примером первичного образца является комплекс средств измерений для проигрывания килограмма при помощи платино - иридиевого макета и эталонных весов.

Для проигрывания единиц в особенных критериях, в каких ровная передача размера единицы от имеющихся стандартов на техническом уровне невыполнима с требуемой точностью (высочайшие и сверхвысокие частоты, энергии, давления, температуры, особенные со­стояния вещества, последние участки спектра измерений и т. п.), создаются и утверждаются особые образцы.

Особый идеал воспроизводит единицу в особенных усло­виях и подменяет в этих критериях первичный идеал.


Загрузка...

Примером специального образца является идеал мощности электрических волн при частотах 2,59;...; 37,5 ГГц в волноводных трактах.

Первичный, либо особый, идеал, официально утвержден­ный в качестве начального для страны, именуется государствен­ным. Муниципальные образцы утверждаются Муниципальным ко­митетом эталонов, и на любой из их утверждается муниципальный эталон.

Основное предназначение стандартов - служить материально-техниче­ской базой проигрывания и хранения единиц физических вели­чин. Принят принцип классификации стандартов по воспроизводи­мым единицам.

Главные единицы Интернациональной системы единиц (СИ) дол­жны воспроизводиться при помощи муниципальных стандартов, т. е. централизованно. Дополнительные, производные, а при необхо­димости и внесистемные единицы, исходя из суждений технико-экономической необходимости, воспроизводятся одним из 2-ух методов:

1) централизованно—при помощи одного для всей страны го­сударственного образца;

2) децентрализовано—средством косвенных измерений, вы­полняемых в органах метрологической службы при помощи образ­цовых средств измерений.

Централизованно воспроизводится большая часть важных производных единиц СИ (ньютон, джоуль, Паскаль, ом, вольт, ген­ри, Вебер, и др.), а децентрализовано—производные единицы, размер которых не может передаваться прямым сопоставлением с эта­лоном (к примеру, единицы площади) либо, если поверка мер по­средством косвенных измерений проще, чем их сопоставление с этало­ном, и обеспечивает нужную точность (к примеру, меры вме­стимости и объема). При всем этом, когда для проигрывания едини­цы нужно специально предназначенное оборудование, создаются поверочные установки высшей точности. Примером таковой поверочной установки является тахометрическая установка, сравни­вающая частоту вращения с частотой примерного генератора.

В метрологической практике обширно всераспространены вторич­ные образцы, значения которых инсталлируются по первичным стандартам. Вторичные образцы являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это нужно для органи­зации поверочных работ и для обеспечения сохранности и наи­меньшего износа муниципального образца.

В качестве примеров вторичного образца можно привести эталон-копию единицы массы (килограмма) в виде платиноиридиевой гири № 26 и рабочий идеал килограмма, сделанный из нержавеющей стали.

По собственному метрологическому предназначению вторичные образцы делятся на эталоны-копии, образцы сопоставления, эталоны-свидетели, и рабочие образцы.

Эталон-копия представляет собой вторичный идеал, созданный для хранения единицы и передачи ее размера рабочим стандартам. Он не всегда может быть физической копией государ­ственного образца.

Идеал – сопоставления - вторичный идеал, используемый для сли­чения стандартов, которые по тем либо другим причинам не могут быть конкретно сличаемы вместе. Примером образца сопоставления может служить группа обычных частей, используемая для сличения муниципального образца вольта РФ с образцом вольта Интернационального бюро мер и весов.

Идеал - очевидец - вторичный идеал, используемый для про­верки сохранности муниципального образца и для подмены его в случае порчи либо утраты. Идеал - очевидец применяется только тогда, когда муниципальный идеал является невоспроизводимым.

Рабочий идеал - вторичный идеал, используемый для хра­нения единицы и передачи ее размера примерным средствам из­мерений высшей точности и по мере надобности — более четким рабочим мерам и измерительным устройствам.

Допускается применение муниципального образца в качестве рабочего, если это предвидено правилами хранения и примене­ния образца.

Муниципальные образцы всегда осуществляются в виде комп­лекса средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечи­вающих проигрывание единицы и в нужных случаях ее хранение, также передачу размера единицы вторичным этало­нам.

Вторичные же образцы могут осуществляться в виде: а) комп­лекса средств измерений, б) одиночных стандартов, в) групповых стандартов, г) эталонных наборов.

Одиночный идеал состоит из одной меры, 1-го измеритель­ного прибора либо одной измерительной установки, обеспечиваю­щих проигрывание либо хранение единицы без помощи других без роли других средств измерений такого же типа. Примерами оди­ночного образца являются вторичные образцы единицы массы - килограмма в виде платиноиридиевой и железных гирь.

Групповой идеал состоит из совокупы однотипных мер, измерительных устройств либо других средств измерений, применя­емых как одно целое для увеличения надежности хранения еди­ницы.

Размер единицы, хранимой групповым образцом, определяет­ся как среднее арифметическое из значений, воспроизводимых отдельными мерами и измерительными устройствами, входящими в состав группового образца.

Отдельные меры и измерительные приборы, входящие в груп­повой идеал, используют в качестве одиночных рабочих стандартов, если это допустимо по условиям хранения единицы.

Групповые образцы могут быть неизменного и переменного со­ставов. В групповые образцы переменного состава входят меры и измерительные приборы, временами заменяемые новыми.

Эталонный набор представляет собой набор мер либо измери­тельных устройств, позволяющий хранить единицу либо определять величину в определенных границах. Эти меры либо измерительные приборы созданы для разных значений либо разных областей значений измеряемой величины.

Измерительные средства делятся так же на меры, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Меры - средства измерений для проигрывания физических величин данного размера. К примеру: кварцевый генератор - мера частоты.

Измерительный прибор - средство измерений для выработки сигналов измерительной инфы в форме, доступной для конкретного восприятия наблюдающего.

Измерительные установки - совокупа функционально объеди­нённых средств измерений (мер, измерительных устройств и вспомога­тельных устройств) для выработки сигналов измерительной инфы в форме, комфортной для восприятия наблюдателем и расположенных в одном месте.

Измерительные системы - совокупа средств измерений (мер, измерительных устройств, измерительных преобразователей и вспомогательных устройств), соединённые меж собой каналами связи, созданные для выработки сигналов измерительной инфы в форме, комфортной для автоматической обработки, передачи и (либо) ис­пользования в других технических средствах.

Средства измерений делятся на рабочие, примерные и образцы.

Рабочие меры и приборы употребляются для практических измерений.

Примерные меры и приборы употребляются для поверки рабочих мер и устройств и градуировки по ним других средств измерений. Они в установленном порядке утверждаются в качестве примерных.

Поверка делается органами метрологической службы, которые производят надзор за средствами измерений. В итоге поверки выясняется, лежит ли погрешность данного средства измерения в паспортных границах.

Примерные средства измерений хранят и используют органы Гос метрологической службы и органы от­раслевых (ведомственных) метрологических служб.

В качестве примерных средств измерений используются меры, измерительные приборы и измерительные устройства, прошедшие метрологическую аттестацию и общепризнанные применимыми для ис­пользования в качестве примерных. На примерные средства из­мерений выдаются свидетельства с указанием метрологических характеристик и разряда по общегосударственной поверочной схеме.

На рис. показана метрологическая цепь передачи размеров единиц от первичных стандартов (верхнее звено метрологической цепи) рабочим стандартам, от их—разрядным примерным сред­ствам измерений и дальше—рабочим мерам и измерительным при­борам.

Меж разрядами примерных средств измерений существует соподчиненность: примерные средства измерений 1-го разряда поверяются, обычно, конкретно по рабочим стандартам, примерные средства измерений, аттестуемые в качестве образцо­вых 2-го и следующего разрядов, подлежат поверке по образцо­вым средствам измерений конкретно предыдущих раз­рядов. Для различных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов примерных средств измерений, устанавливаемых эталонами на поверочные схемы для данного вида средств измерений.

Как видно из данной схемы (см. рис.), отдельные рабочие меры и измерительные приборы наивысшей точности могут пове­ряться по рабочим стандартам; средства измерений высшей точнос­ти—по примерным мерам и измерительным устройствам 1-го раз­ряда; высочайшей точности—по примерным мерам и измерительным устройствам 2-го разряда и т. д.

Средства измерений в качестве примерных утверждаются ор­ганами Гос метрологической службы, располагающи­ми примерными средствами измерений более высочайшего разряда, чем представляемые для аттестации. В отдельных случаях по раз­решению органов Гос метрологической службы пре­доставляется право утверждения примерных средств измерений органам отраслевых метрологических служб при наличии у их, требуемых критерий.

Все примерные средства измерений подлежат неотклонимой пе­риодической поверке в сроки, устанавливаемые правилами Гос­стандарта.

Для обеспечения правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи (от стандартов примерным мерам, а от их — рабочим мерам и измерительным устройствам) должен быть установлен определенный порядок. Этот порядок и приводится в поверочных схемах.

Поверочная схема представляет собой начальный документ, устанавливаю­щий метрологическое соподчинение стандартов, примерных средств измерений и порядок передачи размера единицы примерным и рабочим средствам изме­рений.

Начальное положение о поверочных схемах приводится в ГОСТ 8.061—80 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение».

Надежность средств измерений

Средства измерений, как и лю­бые технические устройства и систе­мы, имеют ограниченный срок «жиз­ни» (ресурс), потому что они морально и на физическом уровне изнашиваются, т. е. «стареют». Моральное устаревание происходит вследствие развития науки и техники. При физическом старении (износе) средство измере­ний не выдерживает гарантированных изготовителем границ погреш­ностей, что выявляется при перио­дических поверках данного средства.

В связи со произнесенным появляются препядствия надежности измеритель­ных средств, тесновато связанные с их качествами и погрешностью изме­рений. Под надежностью средства измерений понимают возможность того, что оно может функциониро­вать в предписанных критериях без нарушения данных границ харак­теристик и характеристик, а именно, границ погрешностей.

Выход за границы поля допуска (метрологическая надежность) сле­дует отличать от полного отказа (аппаратурная надежность), но это отличие условно. Выход за пре­делы поля допуска и полный отказ представляют собой случайные со­бытия, оцениваемые вероятностью неотказной работы (являющейся одним из характеристик надежности). Характеристики надежности можно за­дать по опыту долговременной эксплуа­тации средств измерений или по результатам ускоренных испытаний таких средств с завышенными тре­бованиями к эксплуатационным па­раметрам. Для сложных устройств и систем характеристики надежности оценивают по чертам на­дежности отдельных частей этих устройств (систем), рассмотренным ниже.

Надежность работы техническо­го устройства до его катастрофи­ческого отказа (утраты работоспо­собности), при котором оно не мо­жет продолжать делать свои функции, оценивают вероятностны­ми чертами случайной ве­личины - выработки до отказа Т. Под наработкой понимают продол­жительность либо объем работы уст­ройства, измеряемые в часах, цик­лах, километрах либо других едини­цах. Полную характеристику хоть какой случайной величины дает ее закон рассредотачивания, т. е. соотношение меж вероятными значениями случайной величины (в данном слу­чае - выработки до отказа) и соответ­ствующими этим значениям вероят­ностями. Рассредотачивание выработки до отказа может быть описано с по­мощью разных характеристик на­дежности неремонтируемых уст­ройств. К их числу относятся: а) функция надежности R(t); б) плот­ность рассредотачивания выработки до отказа (является производной функ­ции надежности); в) интенсивность отказов l(t); г) функция ненадеж­ности 1- R(t).

Почаще других характеристик надеж­ности на практике употребляют ин­тенсивность отказов l(t) - условную плотность вероятности возникнове­ния отказа неремонтируемого уст­ройства, определяемую для рас­сматриваемой выработки, если до этой выработки отказа не было. Интенсивность отказов можно рас­сматривать как относительную ско­рость уменьшения значений функ­ции надежности с повышением ин­тервала (0, t) или как количество устройств из данного количества однотипных устройств, отказавших в интервале времени наблюдения:

Тут R(t) -непрерывная и диффе­ренцируемая функция. График ин­тенсивности отказов стареющего устройства представляет собой пря­мую, l(t) = const.

Рис. иллюстрирует нрав графической зависимости интенсив­ности отказов от времени старения TA для электрических частей и уст­ройств, а рис. на последующей страничке - нрав таковой зависимости для механических уст­ройств и систем, у каких 1-ые эксплуатационные отказы появля­ются ранее, чем у электрических устройств.

При анализе надежности разли­чают системы нерезервируемые и резервируемые. В последних отка­завший элемент заменяется резерв­ным работоспособным; такие систе­мы рассматривают как параллель­ные. Считается, что нерезервируемые системы имеют поочередную структуру (поочередно вклю­ченные элементы).

При расчете надежности Rs не­резервируемой системы, состоящей из r частей, их считают неза­висимыми (в смысле отказов) и ука­занную надежность определяют как произведение вероятностей рi безот­казной работы этих частей: .

Если функция надежности для каж­дого из частей системы может быть принята экспоненциальной, то, как подтверждено, интенсивность отка­зов системы равна , а надежность системы определяется выражением .

Интенсивности отказов, опреде­ленные для определенных частей и устройств, выдерживаются только при соблюдении требуемых нор­мальных критерий их эксплуатации, включая и нагрузки. В экстремаль­ных критериях эксплуатации интен­сивность отказов растет и необ­ходимо вводить поправочные коэф­фициенты, учитывающие эти усло­вия. Так, на базе опыта понятно, что для средств измерений, установ­ленных на кораблях, этот коэффи­циент равен 20, на самолетах - 150, а на современных ракетах добивается 1000.

Принципиальное значение исходя из убеждений эксплуатационной надежности про­мышленных СИ имеет их защищен­ность от погодных, химичес­ких, механических и других воздейст­вий, которые могут приводить к по­явлению дополнительных погреш­ностей измерений, повреждению либо отказу в работе. При всем этом исполь­зуются как внутренние (схемотехни­ческие) средства (защита от перена­пряжения, недлинного замыкания и т. п.), так и конструктивные меры. К последним следует отнести выбор конструкционных материалов с со­ответствующими качествами и ис­полнение СИ, предусматривающее защиту против погодных, ра­диационных, механических и иных вредных воздействий. Для этих це­лей в почти всех странах разработаны и действуют нормы по выполнению средств измерений, а именно, для разных погодных критерий эксплуатации с учетом перепадов температур и влажности, с повы­шенной вибро-, пыле- и влагозащищенностью, с защитой от электро­магнитных помех и ионизирующего излучения. Не считая того, есть нормы выполнения средств измере­ний, учитывающие требования без­опасности обслуживающего персо­нала и среды.




Возможно Вам будут интересны работы похожие на: Общие вопросы измерений.:


Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Похожый реферат

Cпециально для Вас подготовлен образовательный документ: Общие вопросы измерений.