Основы техники измерений параметров технических систем

Метрологическая исправность СИ — состояние средств измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики отвечают учрежденным требованиям. Тогда они могут применяться в согласовании с их назначением и метрологическими характеристиками. Метрологический отказ СИ — выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы. Если метрологический отказ случился из-за технических неполадок, то они должны быть устранены. Если же прибор технически исправен, то в случае метрологического отказа его класс точности обязан быть понижен. 3]4. Основы теории и методики измерений.

Главный постулат метрологии. Выше, при анализе количественной характеристики измеряемых величин, упомянуто уравнение измерения, в котором отображена процедура сопоставления неизвестного размера Q с известным [Q]: Q/[Q] = X В качестве единицы измерения [Q] при измерении величин выступает соответственная единица Международной системы единиц. Информация о ней заложена или в градуированной характеристике СИ, или в разметке шкалы отсчетного устройства, или в значении вещественной меры. Показанное уравнение считается математической моделью замера по шкале отношений. [ 4]Теоретически отношение 2-ух размеров обязано быть полностью конкретным, неслучайным числом. Но фактически меры сравниваются в условиях большого количества случайных и неслучайных обстоятельств, четкий учет которых неосуществим.

Поэтому при неоднократном измерении одной и той же величины неизменного размера итог, называемый отсчетом по шкале отношений, получается все время различным. Это положение, учрежденное практикой, формулируется в виде аксиомы, являющейся главным постулатом метрологии: отсчет считается случайным числом. Факторы, воздействующие на итог измерения (воздействующие факторы). При подготовке и проведении высокоточных измерений в метрологической практике предусматривают воздействие объекта измерения, субъекта (эксперта или экспериментатора), способа измерения, средства измерения, условий измерения. Объект измерения обязан быть многосторонне изучен. Так, при измерении плотности вещества обязано быть гарантировано отсутствие посторонных включений, при измерении диаметра вала необходимо быть убежденным в том, что он круглый. В зависимости от характера объекта и цели замера предусматривают (или отвергают) потребность корректировки измерений. К примеру, при измерении площадей сельскохозяйственных угодий пренебрегают кривизной земли, что невозможно совершать при измерении поверхности океанов. При измерении периода обращения Земли вокруг Солнца можно заблаговременно пренебречь его неравномерностью, а можно, напротив, сделать ее объектом изучения. Субъект, т. е. оператор, привносит в результат измерения элемент субъективизма, который по возможности должен быть сведен к минимуму. Он находится в зависимости от квалификации оператора, санитарно-гигиенических условий труда, его психофизиологического состояния, учета эргономических требований при взаимодействии оператора с СИ.

Санитарно-гигиенические условия включают таковые факторы, как освещение, уровень шума, чистота воздуха, микроклимат. Как известно, освещение может быть естественным и искусственным. Более подходящим считается естественное освещение, производительность труда при котором на 10% выше, чем при искусственном. Дневной свет обязан быть рассеянным, без бликов. Искусственное освещение помещений обязано быть люминесцентным, рассеянным. Люди с нормальным зрением способны распознавать мелкие предметы только при освещенности не менее 50—70 лк. Максимальная острота зрения наступает при освещенности 600—1000 лк. В подходящих условиях длительность ясного видения (с хорошей остротой) при постоянной работе составляет 3 ч. Уровень шума в лабораториях не должен превосходить 40 — 45 дБ. Принципиальное значение имеют организованность, настроение, режим труда эксперта.

Величайшая работоспособность отмечается в утренние и дневные часы — с 8 до 12 и с 14 до 17. В момент с12до14ч и в вечерние часы работоспособность, как правило, уменьшается, а в ночную смену она минимальна. Измерительные приборы располагают в поле зрения оператора в зоне, ограниченной углами ±30° от оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Отсчетные приборы должны размещаться перпендикулярно линии зрения оператора. Оптимальное расстояние от шкалы до глаз оператора обусловливается высотой знака, доступного считыванию. По контрастности отметки шкал обязаны на порядок различаться от фона. По информации профессора М. Ф. Маликова, в зависимости от индивидуальных особенностей операторов, сопряженных с их реакцией, измерительными навыками и т. п., неточность глазомерного отсчета по шкалам измерительных устройств доходит ±0,1 деления шкалы. Способ измерений — логическая последовательность операций, изображенная в общем виде и применяемая при исполнении измерений.

Очень часто измерение одной и той же величины постоянного размера различными способами дает разные итоги, причем каждый из них имеет cвои недочеты и достоинства. Искусство оператора состоит в том, чтоб надлежащими методами исключить, восполнить или учесть факторы, искажающие итоги. Если измерение не удается исполнить так, чтоб исключить или восполнить какой-либо фактор, воздействующий на итог, то в последний в ряде случаев вносят поправку. Поправки могут быть аддитивными (от лат. &# 171;additivus" — прибавляемый) и мультипликативными (от лат. &# 171;multiplico" — умножаю).

К примеру, для расчета сопротивления измеряют значение электрического тока, протекающего через резистор, и снижение напряжения на нем. При данном вероятны 2 варианта включения вольтметра и амперметра и соответственно разные аддитивные поправки. В одном случае из показания амперметра необходимо вычесть ток, протекающий через вольтметр, в другом — из показания вольтметра необходимо вычесть падение напряжения на амперметре. Иной пример (по учету мультипликативной поправки): при измерении ЭДС вольтметром предусматривают сопротивление источника питания путем умножения показания вольтметра на поправочный множитель, определяемый расчетным путем. Воздействие СИ на измеряемую величину во многочисленных случаях выявляется как возмущающий фактор. К примеру, ртутный термометр, опущенный впробирку с охлажденной жидкостью, подогревает ее и указывает не начальную температуру жидкости, а температуру, при которой наступает термодинамическое равновесие. Иным фактором считается инерционность СИ.

Некие СИ дают постоянно повышенные или непрерывно заниженные показания, что может быть итогом дефекта производства, некой нелинейности преобразования. Эти особенности СИ обнаруживаются при их метрологическом исследовании. По результатам устанавливается аддитивная или мультипликативная поправка в виде числа или функции, она имеет возможность задаваться графиком, таблицей или формулой. К примеру, если в силу дефекта производства стрелка на шкале удлинений разрывной машины в начальном положении ставится не на нуле, а на делении 5 мм, то все итоги будут иметь систематическую погрешность 5 мм, на которую необходимо делать аддитивную поправку при подсчете. Условия измерения как фактор, воздействующий на итог, включают температуру находящейся вокруг среды, влажность, атмосферное давление, напряжение в сети и многое иное. Осмотрев факторы, воздействующие на итоги измерений, позволительно совершить последующие выводы: при подготовке к измерениям они должны по возможности исключаться, в процессе измерения компенсироваться, а после измерения учитываться. Учет отмеченных факторов подразумевает исключение ошибок и введение поправок к измеренным величинам. Возникновение ошибок обусловлено недостающей надежностью системы, в которую входят оператор, объект измерения, СИ и окружающая среда. В этой системе могут проистекать отказы аппаратуры, отвлечение внимания человека, описки в записях, сбои в аппаратуре, колебания напряжения в сети. При единоразовом измерении ошибка может быть выявлена при сравнении результата с априорным представлением о нем или путем логического анализа. Измерения повторяют для ликвидации причины ошибки. При неоднократном измерении одной и той же величины ошибки обнаруживаются в том, что результаты единичных измерений приметно различаются от других.

Если различие велико, ложный результат нужно отбросить. При этом управляются «правилом трех сигм»: если при неоднократном измерении сомнительный результат отдельного измерения различается от среднего больше чем на Зδ (δ — среднее квадратическое отклонение значения измеряемой величины от среднего значения), то с вероятностью 0,997 он считается ошибочным и его надлежит отбросить. Прежде чем обрабатывать ряд измерений, нужно убедиться в том, что все они считаются равноточными. Неравноточные измерения обрабатывают с целью извлечения результата лишь в том случае, когда нереально получит ряд равноточных измерений. Качество измерений считается основным фактором производства, базирующегося на быстропротекающих процессах, автоматических процессах, на большом числе измеряемых величин. Часто причиной брака продукции становятся ошибочно назначенные СИ (в первую очередь по точности). Бывает и так, что СИ совсем не назначаются там, где это нужно, из-за их отсутствия [1, c. 181−182]. Методика исполнения измерений. На обеспечение качества измерений нацелено использование аттестованных методик исполнения измерений (МВИ).

В 1997 г. начал функционировать ГОСТ Р 8.563—96 «ГСИ. Методики исполнения измерений».Опорным определением точности способов измерений считается термин «результат измерений».Результат измерений — значение характеристики, обретенное исполнением регламентированного способа измерений. В нормативном документе на способ измерений обязано регламентироваться: сколько (одно или несколько) единичных наблюдений обязано быть исполнено; методы их усреднения; методы представления в качестве результата измерений; стандартные поправки (при потребности).Методика выполнения измерений (МВИ) — комплекс операций и правил, исполнение которых гарантирует приобретение результатов измерений с известной погрешностью. Как очевидно из определения, под МВИ постигают технологический процесс измерений.

Методика измерений реализуется на базе того или иного способа. МВИ — это, как правило, документированная измерительная процедура. МНИ в зависимости от сложности и области использования объясняют в последующих формах: отдельном документе (рекомендации и т. п.); разделе стандарта: части технического документа (разделе ТУ, паспорта). 5]Рис. 1. Методы сравнения.

Заключение

Говоря о точности измерений, надлежит подметить, что уровень точности к которому необходимо устремляться, обязан предопределяться аспектами технической и экономической целесообразности. Известно, что повышение точности измерения в два раза удорожает сами измерение в некоторое количество раз. В то же время понижение точности измерения в изготовлении ниже определенной нормы приводит к браку продукции. При назначении точности измерений принципиально также учесть их важность. В одних случаях недостающая точность получаемой измерительной информации имеет незначительное или локальное значение, в иных играет только важную роль: от точности измерения может находиться в зависимости научное открытие или жизнь и здоровье людей.

С развитием науки, техники и исследованием новейших технологий измерения включают все новейшие и новейшие физические величины, значительно расширяются спектры измерений как в сторону измерения сверхмалых значений, так и в сторону очень больших значений физических величин. Список использованной литературы1. Основополагающие стандарты в области метрологического обеспечения. — М.: Изд-во стандартов, 1981.

2. Государственная система стандартизации. М.: Изд-во стандартов, 1986.

3. Основы метрологии и электрические измерения / Авдеев Б. Я., Антонине Е. М., Душии Е. М. и др. / Под ред Е. М. Душина. — Л.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи / Хромой Б. П., Кандинов, А В., Сенявский, А Л. и др. / Под ред Б. П. Хромого. — М.: Радио и связь, 19 865.

Евтихеев Н. Н, Купершмидт Я. А и др. Измерение электрических и неэлектрических величин. — М: Энергоатомиздат, 1990.