Загрузка...

Конспект по метрологии


Термины и определения в метрологии
Физическая величина свойство материального объекта, качественно общее множество объектов, но количественно – индивидуальное для каждого из них (вольт, ампер). Количественное – 1В, качественное В. Размах и амплитуда.
Метрология имеет дело с измеримыми физическими величинами. Физ величину можно считать измеримой, лишь выделив ее среди других, выбрав единицу измерения и воплотив ее в средстве измерения.
Чтобы измерить амплитудную величину надо сделать выпрямитель и накопитель
Размер физической величины количественная определенность физ величины присущая конкретному предмету, системе, явлению, процессу. (220(количественная определённость)В)
Истинное значение физ величины – значение которое идеальным образом в в количественном отношении обозначает размер некоторой физ величины. (её измерить нельзя)
Действительное значение физ вел-ны – значение найденое экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению что для поставленой измерительной задачи оно может заменить его.
При многократном измерении действительное знач-е будет = среднему арифм-му.( )
При однократном измерении (1-3) за действительное значение берется значене, измеренное более точным средством измерения.
Измеряемая физ вел-на – физ величина подлежащая измерению, измеряемая, или измеренная.
Влияющая физ вел-на – физ величина не измеряемая данным средством измерения но оказывающая влияние на него и объект измерения т.о. что это приводит к искажению результата измерения.
Если погрешность <1% от измеряемой физ. вел-ны в отдельных измерительных задачах эта погрешность может не учитываться.
Физический параметр – физ. вел-на характеризующая частичную особенность измеряемой физ. вел-ны. Например : при измерении напряжения амплитуда и частота являются параметрами
Переменная величина – физ. вел-на изменяющаяся по размеру в процессе измерения
Постоянная – размер которой можно считать не изменяющейся.
Измерения физических величин
Измерения – совокупность операций по применению технического средства хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении в явном или не явном виде (линейка, пружина и электричество) размера измеряемой величины с её единицей, с целью получения значения физич. величины в форме наиболее удобной для использования.
Измерения классифицируют по характеристике точности – равноточные и неравноточные; по числу измерений в серии – однократные и многократные; по отношению к изменению измеряемой величины – статические и динамические; по метрологическому назначению – технические (рабочие), метрологические; по выражению результата измерений – абсолютные и относительные; по общим приемам получения результатов измерения – прямые, косвенные, совместные совокупные.
Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерения в одних и тех же условиях.
Неравноточные измерения – ряд измерений любой величины, выполненных различными по точности средствами измерения и (или) в разных условиях.
Однократное измерение – измерение выполненное 1 раз (часы). В ряде случаев, когда нужна большая уверенность в результате, одного измерения не достаточно, выполняется 2-3 измерения одной и той же физ. величины.
Многократное измерение — измерение одной и той же физической величины, результата которого получают из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. измерение состоящее из ряда однократных измерений. N?4.(15,40,200) (проводятся в основном на оптических СИ)
Статическое измерение – измерение физ. вел-ны принимающей в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную, на протяжении времени измерения. (величина, изменяющаяся до 5%)
В зависимости от измерительной задачи величина изменяющаяся на ?5% может считаться статической.
Динамическое измерение – измерение физ. вел-ны размер которой меняется с течением времени.
Технические измерения – измерения при помощи рабочих средств измерения.
Метрологические измерения – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин или передачи их размеров рабочим средствам измерения.
Абсолютное измерение – приводящее к значению измеряемой величины, выраженному в ее единицах.
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине играющей роль единицы.
Прямое измерение – измерение при котором искомое значение величины получают непосредственно.(измерение вольтметром)
Косвенное измерение – измерение при котором значение физ величины определяют на основании результатов прямых измерений других физ величин функционально связанной с искомой.
Метрология – наука об измерениях, методах измерений, средствах измерений.
Совместные измерения – одновременное измерение двух или нескольких неоднородных величин для установления зависимости между ними.
Совокупные измерения – измерения нескольких однородных величин в различных их сочетаниях, значения которых определяются путем решения систем уравнений.
Cредство измерения
Cредство измерения – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее одну или несколько единиц физической величины, размеры которых принимаются неизменными в течении известного промежутка времени.
Метрологические характеристики – диапазон, внутреннее сопротивление, класс точности.
Измерять можно лишь тогда, когда техническое средство предназначено для этой цели, можно хранить единицу, достаточно неизменную во времени. У каждого средства измерения необходимо контролировать неизменность единиц измерения во времени. Эта процедура называется государственной поверкой, или ведомственной коллибровкой.
Мера физической величины – средство измерения, воспроизводящее и хранящее физическую величину одного или несколько заданных размеров. Различают однозначные меры (нормальный элемент (1 Вольт)) и многозначные меры (штриховая мера длины — линейка), набор мер (гиревое хозяйство), магазин мер – набор мер, связанных переключателями.
Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значение измерительной физической величины в установленном диапазоне.
СД = (КШ — НШ)/nдел — цена деления.
Различают следующие типы приборов:
1. Показывающие — вольтметр, часы.
2. Регистрирующие – (с диаграммной лентой) кардиограф .
3. Интегрирующие – (с преобразователем нелинейной величины в линейную) расходомер газа, воды.
4. Суммирующие – счётчики эл. энергии.
5. Прямого действия – термометр.
6. Сравнения – микрометр.
Измерительная установка – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, преобразователей и др. устройств, расположенных в одном месте и предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин. (поверочные установки для поверки СИ), передвижные лаборатории для проверки высоковольтных кабелей).
Измерительные системы – совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и др. технических средств, размещённых в различных точках исследуемого пространства в целях измерения одной или нескольких физических величин.
Измерительный преобразователь – техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики, предназначенное для преобразования измерительной величины в другую величину или в сигнал измерительной информации, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований и передачи на расстояния.
По характеру преобразований выделяют: аналоговые, аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи.
По месту в измерительной цепи : первичные (датчик), вторичные (СИ), промежуточные (первичная величина преобразуется в цифровой сигнал).
Метод и методика измерения.
Метод измерений – это способ решения измерительной задачи, характеризуемый её теоретическим обоснованием и разработкой основных приёмов применения средства измерения.
Основные методы измерений :
1. Метод непосредственной оценки – значение величины получают непосредственно по отсчётному устройству. (отсчет по вольтметру)
2. Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры. (рычажные весы)
Разновидности метода сравнения с мерой :
1. Нулевой метод – при сравнении измеряемой величины с величиной воспроизводимой меры их различие сводят к нулю.
2. Дифференцируемый метод – номиналы резисторов в мостовой схеме выставляются таким образом, чтобыстрелка прибора устанавливалась в ноль. При подаче информационного сигнала стрелка прибора будет отклоняться в положительную сторону. Шкала прибора градуирована в измеряемой фезической величине. При измерении данной схемы подстройка мостовой схемы не осуществляется.
3. Контактные и бесконтактные методы измерения – методы измерений, при которых чувствительный элемент прибора приводится или не приводится в контакт с объектом измерения.
4. Метод замещения.(Взвешивание с поочерёдным перемещением груза и гирь между собой.)
Методика измерений.
Диаметр вала меряют в 3х местах, а затем находят ср. ар. или ещё как ни будь.
Методика измерений – технология выполнения измерений с целью наилучшей реализацией выбранного метода измерений.
Методика измерений – это устанавливающая совокупность операций и правил, выполнение которых при измерениях обеспечивают получение результатов измерений в соответствии с данным методом.
Результат измерений и его характеристики.
Результат измерений физической величины – это значение физической величины. Полученное путём её измерения.
? =Xi – однократное измерение
? = 1/n*?XI -многократное
Неисправленный результат измерений – значение физической величины, полученное при помощи средства измерения до введения поправки.
Исправленный результат измерения – значение физической величины, полученное при помощи средства измерения и уточненное путём введения в него поправок.
Сходимость результатов измерений – характеристика результатов измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений 1 и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами и методом, в одинаковых условиях.
Воспроизводимость результатов измерений – характеристика качества измерения, отражающая близость друг к другу результатов измерений 1 и той же величины, полученных в различных местах, разными методами и средствами, разными операторами в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям.
Точность результатов измерений – характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешностей и его результатов.
Правильность результатов измерений – характеристика качества измерений отражающая близость к нулю систематической погрешности.
Измерительная информация – информация о значении одной или нескольких физических величин. Измерительная информация может быть представлена в различной форме: именованным числом, словами, в виде кода.
Погрешности измерений.
Погрешность результата измерений – отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.
?=Хизм – Хист — его никто не знает =>
?=Хизм – Хдейств
Систематическая погрешность измерений
Систематическая погрешность измерений – составляющая погрешности результата измерений, остающаяся постоянной для данного ряда измерений или же закономерно изменяющаяся при повторных измерениях 1 и той же физической величины. По характеру проявлений систематическая погрешность подразделяется на постоянные, прогрессивные и периодические.
Прогрессивные периодические погрешности – непрерывно возрастающие или непрерывно убывающие погрешности. Пример: индикатор часового типа.
Постоянные системетические погрешности – погрешности, длительное время сохраняющие свое значение (например, в течение серии измерений) (не выставлен на ноль).
Периодические систематические погрешности – погрешности, значения которых являются функцией времени или функцией перемещения указанного измерительного прибора.
Исходя из причин проявления систематических погрешностей различают:
1) инструментальные погрешности;
2) погрешности метода;
3) субъективные погрешности;
4) в следствии отклонения внешних условий измерений от установленных методикой.
Инструментальная погрешность является следствием ряда причин: износ деталей прибора, трение в механических приборах, неточное нанесение штрихов на шкалу, несоответствие действительных и номинальных значений меры. В сумме погрешностей она занимает ~50-70%.
Погрешность метода измерений может возникать из-за несовершенства метода измерений или допущенных его упрощений, установленных методикой измерений (быстротекущие процессы, внутреннее сопротивление). (схема)
Субъективная погрешность (погрешность оператора) – обусловлена индивидуальной погрешностью оператора. По ГОСТу она систематическая (много концевых мер).
Погрешность в следствие отклонения внешних условий измерений приводит к появлению систематической составляющей погрешности измерений (p,t). Систематические погрешности искажают результат измерений, поэтому они подлежат исключению насколько это возможно, путем введения поправок или юстировкой прибора с доведением систематической погрешности до допустимого минимума.
Не исключенная систематическая погрешность – погрешность результата измерений, обусловленная погрешностью вычислений и введенные поправки на влияние систематических погрешностей или небольшой систематической погрешностью, поправка на действие которой не введена в следствие малости. Иногда этот вид погрешности называют не исключенные остатки систематической погрешности.
Если < 3 погрешностей ?=??|?j|
Если > 4 погрешностей ?=?sqr(?|?j2|)
Для точных измерений ?=?k*sqr(?|?j2|)
k зависит от доверительной вероятности. Рабочие измерения k=1,4 — 1,0.
Случайные погрешности измерений – составляют погрешности результата измерений, изменяющиеся случайным образом в серии измерений 1 и того же размера физической величины. Причины возникновения случайной погрешности:
1) погрешности округляются при отсчете показаний;
2) вариация показаний;
3) изменение условий измерений погрешностей случайного характера.
Случайные погрешности вызывают рассеяние результатов измерений в серии. В основе теоретической погрешности лежат 2 положения, подтверждаемые практикой:
1) при большом числе измерений случайные погрешности одинакового числового значения, но разного знака встречаются одинаково часто;
2) большие по абсолютному значению погрешности встречаются реже, чем малые.
Из 1) следует, что при увеличении числа измерений случайная погрешность результата, полученная из серии измерений уменьшается, так как сумма погрешностей отдельных измерений стремится к нулю (15,40,200).
Размах результатов измерений – алгебраическая разность наибольшего и наименьшего результатов отдельных измерений, образующих ряд из n измерений
Rn=Xmax – Xmin
Средняя арифметическая погрешность измерений в серии – обобщающая характеристика рассеяния отдельных результатов измерений, входящих в серию из n равноточных независимых измерений.
r=(?|xi – xср|)/n – средняя арифметическая погрешность.
Средне квадратичная погрешность отдельного измерения в серии – обобщающая характеристика рассеяния отдельных результатов измерений, входящих в серию из n равноточных независимых измерений:
S=k*sqr(?(|xi – xср|2)/(n-1))
Две большие группы погрешностей: погрешности измерений (50-70%) и средств измерений.
Абсолютная погрешность измерений – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. (состоит из суммы погрешностей)
Относительная погрешность – погрешность измерений, выраженная в долях значений измеряемой величины или в процентах.
?=?X/Xi*100%, где ?X – абсолютная погрешность, Xi – единичное измерение
Статическая погрешность – погрешность результата измерений, обусловленная условиями статического измерения. (изменение температуры при измерении)
Динамическая погрешность – погрешность результата измерений, обусловленная условиями динамического измерения.
Погрешность воспроизведения единицы – погрешность результата измерений, выполняемой при воспроизведении единицы физической величины.(10186хххх)
Погрешности средств измерений
Погрешность средств измерений является важнейшей компонентой, влияющей на качество измерений.
Предел допускаемой погрешности средств измерений – наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемых нормативно-техническим документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению.
Нормируемые метрологические характеристики типа средств измерений – наиболее рациональная совокупность составляющих погрешностей конкретного типа средств измерений, устанавливаемые нормативно-техническими документами на средства измерений. (Диапазон, абсолютная погрешность средств измерений, обусловленное классом точности.)
Класс точности средств измерений – обобщенная характеристика средств измерений, выражаемая пределами его основной и дополнительной погрешности.
Класс точности, позволяющий судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений имеет важное значение при выборе средства измерения, – чем меньше цифра класса точности средства измерений, тем средство измерения точнее.
Самый низкий класс – 4, затем 2.5, 1.5, 1, 0.5, 0.2
??си=(Кш–Нш)/100 * Кт=Qш/100 *Кт – погрешность СИ
Виды шкал:
0 100
0 100
100 0
? 0
Погрешности СИ могут быть классифицированы по следующим признакам:
По характеру проявлений – систематические и случайные.
По отношению к условиям применений – основные и дополнительные.
По отношению к измеряемой величине – статические и динамические.
По способу выражения – абсолютные, относительные и приведенные.
По способу суммирования – аддитивные и мультипликативные.
Систематическая погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, принимаемая постоянной или закономерно изменяющаяся.
Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом.
Основная погрешность СИ – погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях измерения.
Дополнительная погрешность СИ – составляющаяся погрешности СИ, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального значения.
Статическая погрешность – погрешность СИ, применяемого при измерении физической величины в статическом режиме.
Динамическая погрешность СИ – погрешность СИ, возникающая при измерении переменной физической величины. Пример: Время реакции стрелки прибора на поступление импульсного сигнала.
Аддитивная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, одинаковая на всем диапазоне измерения.
Мультипликативная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся пропорционально значению измеряемой величины.
Общие требования к измерениям
В промышленности в основном применяются однократные измерения, т.к. время, затрачиваемое на проведение измерений и обработку результатов измерений – минимально.
Измерение по методу однократного измерения может обеспечить необходимую точность при соблюдении следующих условий: исследуемый объект достаточно изучен и есть уверенность в адекватности принятой математической модели.
Например, можно ограничиться однократным измерением диаметра вала, если известно, что отклонение округлости вала пренебрежимо мало на данном станке пренебрежимо мало.
Имеется достаточно данных об измеряемой и влияющей величинах – известен диапазон их возможных значений, скорости измерения и т. д.
Известно, что случайная составляющая отклонения результата измерений либо несущественна по сравнению с систематической, либо находится в пределах интервала, допускаемого в данных измерительных задачах.
Вследствие этого следует, что необходимость наиболее полного определения априорной информации, выбор средств измерений, правильность проведения измерений и обработка результата измерений определяют качество проводимых измерений.
При проведении измерительных экспериментов, необходимо выполнить следующие пункты:
1. Предварительно проанализировать априорную информацию об объекте исследования с целью определения математической модели параметра, подлежащего измерению, т.к. в процессе измерения невозможно получить данные для переопределения объекта (однократное измерение)
2. Выбрать метод измерения.
3. Определиться с количеством измерений. При проведении однократного измерения могут быть проведены одно, либо, что лучше три измерения
4. Выявить возможность появления систематических и случайных составляющих как самих измерений, так и СИ.
5. Провести выбор СИ
6. Проверить наличие документов о поверке СИ
7. Проверить исправность СИ, их метрологические характеристики – они должны быть известны.
8. Провести измерительный эксперимент.
9. Обработать данные, полученные при измерительном эксперименте.
Подробнее:
1) Необходимо рассматривать: какую физическую величину необходимо измерить, ее размер, с какой точностью необходимо провести измерение, определиться с величиной доверительной вероятности. Предварительно определить количество измерений, каким образом следует обрабатывать информацию.
Рабочее измерение от 0,5 до 0,95
Научное 0,95 – 0,97
Медицинское – 1 и не менее того.
2) При необходимости разрабатывают методику измерения (если нет стандартной методики измерения.)
3) Определить кол-во необходимых измерений. При измерении с наименьшей точностью можно применять однократные измерения. При единичном измерении возникает большая вероятность возникновения случайной составляющей погрешности. Возникает необходимость измерять 2-3 раза.
4) Анализ отклонений очень сложен, поэтому необходимо проанализировать самые весомые отклонения. Отклонения, имеющие величину <1% следует исключить.
Набор отклонений: погрешность средства измерения, методическая погрешность, субъективная погрешность, случайная погр., погр в следствии влияния каких либо физич величин (t,p…).
5) на первом этапе ограничиваемся решением 2-х задач:
— выбор диапазона средства измерения.
— Определение класса точности. Если есть диапазон, то надо выбрать цену деления.
Для электрических средств измерения определим диапазон измерений. Для этого необходимо рассмотреть следующее положение:
А) относительная погрешность имеет наименьшую величину при 100%, но при этом имеется малая перегрузочная способность средств измерен, и невозможность снятия показаний, при случайном переходе измеряемой величины за 100% шкалы.
В связи с этим принято проводить измерения во 2-м, 3-м интервалах прибора. Наилучший вариант, когда измерения проводятся на 75%+ — 10%. Qш=x/75%*100%
При определении диапазона средства измерения необходимо выбрать шкалу из стандартного ряда в > сторону.
Б) Выбор класса точности.
— необходимо определиться с технологическими допусками. Либо они заложены в измерительной задаче, либо их определяют самостоятельно по стандартам, либо каким-то другим документам.
— Необходимо определить какое кол-во погрешностей участвует в наших измерениях
— Суммарное отклонение измерений должно составлять 1/3 1/5 часть точностного интервала в зависимости от кол-ва влияющих отклонений измерения.
Определим интервал точностных характеристик по ф-ле X??тех т.е Qтех=( X+?тех)-( X-?тех)
Если у нас 2 погрешности, коэфец С=3, 3погр- С=4.
?сум=Qтех/С
?си=?изм/100%*70%
Кт=?си*100/Qш
Сдел=?изм-?си это частный случай.
Сдел=?изм-?мет+?си если есть методич погрешн.
6) Проверить наличие документов, говорящих о поверке СИ (штампики круглые(безопасность жизни), квадратные (на производстве)).
Поверка СИ- определение метрологическим органом отклонений (погрешности) СИ и установление его пригодности к применению.
У рабочих СИ должно быть наличие штампа гос стандарта или ведомственной метрологической службы. На штампе проверить год и квартал последней поверки или калибровки СИ.
Поверка — гос стандарт.
Калибровка — ведомственная метрологическая служба.
На образцовые и более точные СИ выписывается свидетельство о поверке, где также указывается квартал и год поверки.
Эксплуатировать СИ можно в том случае, если не прошло 12 месяцев с момента последней поверки или калибровки СИ.
7) Внимательно ознакомиться с технической документацией на СИ. Особенное внимание следует уделить нормальным условиям эксплуатации, нормируемым метрологическим характеристикам, предварительной настройке СИ (болт).
8) Произвести измерение в соответствии с методикой измерения.
9) Обработка результатов измерений.
При проведении однократного измерения по методу 3х кратного измерения получают 3 результата размера физической величины. В первую очередь вычисляют: содержат ли данные грубый промах.
Грубый промах – данное, отличающиеся от среднего арифметического значения результата измерения >10%.
Для этого следует определить среднее арифм значение (ф-ла). Определить интервалы грубых промахов xср-(хср*10/100)…хср+(хср*10/100). Строим график.
Если график выходит за пределы интервала, проверить, не содержат ли данные грубых промахов. Если данные содержат грубый промах, его следует исключить и проводить расчёты с 2мя данными, при этом точность падает на 20%. Найти хср после исключения. Полученные данные включают в себя не только размер физич величины, но и несколько систематических и влияющих отклонений (неисправленный результат измерения). По возможности необходимо исключить влияющие систематические отклонения при помощи поправок, если можно, определить расчетным путём их величину.
Поправка – рассчитанные систематические отклонения, взятые с обратным знаком и сложенные с неисправленным результатом измерения. Ряд систематических отклонений и все случайные отклонения исключить не возможно. Тогда результат измерения можно описать следующ интервалом.
хср-?сум……хср+?сум (4)

Результаты измерения и показатели его точности представляют в форме регламентированной стандартами. При симметрическом доверительном отклонении, их представляют в следующем виде.
хср??сум при Р=0.95

Иногда при наименее точных измерениях при числе измерений n меньше 3 границы отклонения результат указывается без доверительной вероятности либо

1)метрологические линейки: 150, 250, 500, 1000 мм
2)Штангенциркуль: ?=?0,1 ; 125,150,25,500,1000
3)Микрометр: ?=?0,01 ; 0…25, 25….50, 50….75
4)Индикатор часового типа: ИЧ-1 10 мм и на 1, 2 мм ?=?0,01 ?=?0,001 ?=?0,002
5)Инструментальные микроскопы +-0,005 +-0,001.
6)Др. приборы.
Многократные измерения.
Мн. изм- 4-10000 раз. Применяются при повышенных точностях или где велика случайная составляющая.
очность рез-та измерения зависит от кол-ва измерений ?=sqr(n)
В 95% измерений возникает нормальный закон распределения, либо близкий к нему. (графики)
Определение результата измерения.
1)Определение грубых промахов (10%)
а)среднее значение
б)опред по ф-ле xср-(хср*10/100)…хср+(хср*10/100)
в)график
г)отбрасываются грубые промахи
2)Построение гистограммы
гистограмма строится для предварительного определения вида распределения данных, а также по гистограмме можно определить наличие грубых промахов и в какой-то мере увидеть грубые отклонения.
а)группирование данных — разделение ряда данных от наименьшего xmin до макс xmax
б)рекомендуемые числа интервалов в зависимости от числа данных.(40-100)->7-9, (100-150)->8-12.
Ширину интервала выбирают постоянной для всего ряда данных. Следует иметь в виду, что ширина интервала группирования h должна быть > погрешности округления при записи данных (т.е. округлять в большую сторону)
h=(xmax-xmin)\m где m-кол-во данных входящих в интервал (график)
Установив границы интервалов подсчитывают число экспериментальных данных, попавших в данный интервал.
Масштаб этих графиков рекомендуется выбирать так, чтобы высота его относилась к основанию 3:5
Определение грубых отклонений(правило 3х ?, стандартная схема)
опр груб откл.
1)Стандартный вариант
Статистический критерий обнаружения резко выделяющихся данных основан на предположении, о том, что группа данных принадлежит нормальному закону распределения.
а)для того чтобы проверить содержит ли резко выделяющиеся экспериментальные данные Хмакс грубую погрешность следует вычислить :
Z= |Xmax(или min) – Xср|/S Z- промежуточная величина. Хмакс-максимально удаленное экспериментальное данное от ср.арю значения. Хср- ср.ар. S-ср. кв. значение.

ф-ла для нормального з-на распределения. К-коэф-т зависящий от кол-ва измерений. (n-1) – число степеней свободы. Xi- значение ед. измерения.
n 3 4 6 10 40
K 1.13 1.08 1.05 1.03 1
б) во-вторых сравнить Z с теоретическими значениями
р=0.95
n 10 20 30 40
Zт 2.41 2.78 2.36 3.08
Если Z>Zт. то экспериментальное данное Хмакс исключить как данное содержащее грубую погрешность. Если после исключения одного резко выделяющегося данного вызывает исключение другое данное то указаный порядок действий следует повторить по суме не учитывая ранее исключенное данное.
2) Правило 3-х сигм. В качестве характеристики случайного рассеивания экспериментальных данных применяют ср. квадратичное отклонение.

Для того чтобы определить ошибочное случайное значение необходимо величину ср. кв. отклонения увеличить в 3 раза и определить границы ошибочных отклонений по формулам :
Qmin=Xср – 3S
Qmax = =Xср+3S.
Если какое-то денное выходит за эти границы то оно является грубым отклонением или грубой погрешностью.
Если обнаруживается грубое отклонение необходимо исключить это данное из расчетов и произвести среднее отклонение сначала.
4) Проверка гипотезы о виде распределения экспериментальных данных. В ответе упоминать (рассматриваем закон норм распределения).
5) Результат многократного измерения. Рассчитаем ср.кв. ср. арифметич.

Вычислим интервал в который входит действительное значение измеряемой величины с учетом доверительной вероятности.
Хср-S(Xср)*t… Хср-S(Xср)*t при Р=0,95
t – постоянная распределения Стьюдента (по таблице).
?сис=к sqr(? ?i2)– не исключаемая систематическая погрешность
Хср-(S(xср)*t+?сис)… Хср+(S(xср)*t+?сис) при Р=0,95
(брать ??сис )
др формула для S(xср)

Сигналы измерительной информации. Общие сведения.
В средствах измерений передача хранение и отображение информации о значениях измеряемых величин осуществляется с помощью сигнала который принято называть сигналом измерительной информации. Сигнал как материальный носитель информации представляет собой некоторый физический процесс, одним из параметров которого функционально связан с измеряемой величиной. Такой параметр называют информативным параметром. В электрических системах измерения очень часто применяют эл-е сигналы информативными параметрами которых м.б. : мгновенные значения постоянных токов и напряжений, амплитудные, средневыпрямленные или действующие значения синусоидальных токов и напряжений , а также их частота, фаза и т.п. При прохождении сигнала в С.И. они могут преобразовываться из одного вида в другой, более удобный для последующей передачи, хранения, обработки и восприятия оператором.
Рассмотрим основные виды сигналов используемых в С.И. :
1)непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и времени сигнала.
Сигналы могут изменятся по напряжению, по частоте, по фазе, м.б. импульсными.
2)непрерывные по информативному параметру и дискретные по времени сигнала.
3)сигналы непрерывные по времени и квантованные по информативному параметру.
4)сигналы дискретные по времени и квантованные по информативному параметру.
Мера как конструктивный элемент.
Измерительные катушки, сопротивления выполняют на номинальное значение сопротивления 10?n Номинальное: 10-5-10 10 ОМ
Измерительная катушка индуктивности и взаимная индуктивность:
номинал: 10-6-1 Генри. Класс точности 0,05 – 0,5
Катушки индуктивности имеют две обмотки, намотанные на один корпус.
Измерительные конденсаторы.
В качестве однозначной меры электрической ёмкости применяют воздушные и газонаполненные конденсаторы и конденсаторы со слюдяной изоляцией ( она не меняет своих физ. св-в). Емкость воздушных кон-ов не превышает 10000 пФ.
Со слюдяной прокладкой до 10мФ. Классы точности 0,005 – 1
Нормальные элементы
Напряжение колеблется от 1,0185 – 1,0187. Самое большое влияние оказывает температура.
Поэтому при поверке составляется таблица значений в зависимости от темп-ры.
Классы точности 0,0002 – 0,02
Стабилизированные источники напряжения
В настоящее время в качестве меры электрического напряжения часто применяют стабиль-ые источники напряжения. Например П36-1, ток нагрузки 1 мА, напр. 1,5 ?0,0001 В
(Схема параметрического стабилизатора) !!!!
Измерительные генераторы
Измерительные генераторы – это источники переменного напряжения и тока, форма которых заранее известна, а частота, амплитуда, и др. могут регулироваться в определенных пределах и отсчитываться с гарантированной точностью.
Могут быть генераторы sin-ых сигналов, шумовых сигналов, импульсных, и сигналов специальной формы( треугольной, пилообразной, трапециевидные и прочие).
Частота от долей Гц до 10 Г Гц
Погрешность установки частоты 0,1 – 3%
1. установка частоты
2. амплитуды
3. делитель напряжения
( это к рисунку прибора)
Калибраторы U и I.
Источники U и I дающие возможность получить на выходе ряд калиброванных значений и сигналов по U или I.
Измерительные преобразователи.
Измерительные преобразователи представляют собой многочисленную группу средств измерений, предназначенных для измерительных преобразований. В зависимости от допускаемой погрешности для измерительных преобразований устанавливают соответствующий класс точности.
— масштабные преобразователи
— преобразователи сигналов ~U в –U
— преобразователи сигналов -U в ~U
первичный преобразователь — преобразует первичные величины в электрические
— измерительные приборы бывают :
первичные – физическую величину в электрическую, промежуточные – усиление сигнала, вторичные.
Первичные (датчики)-преобразование ф.в. в промежуточные (термометр).
Каждый преобразователь обладает погрешностью. На каждом преобразователе класс точности. П. Преобразователи должны проходить поверку. В последнее время поверки комплексные (не только сам прибор но и датчики). Измерительные преобразователи представляют собой многочисленную группу С.И.
Масштабные измерительные преобразователи
Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Шунты
Для уменьшения силы тока в определенное число раз применяют шунты. Шунты представляют собой резистор, включаемый параллельно средству измерения.
1. манголиновый резистор.
2. отверстия для подключения силовых проводов
3. отверстия для подключения измерительных проводов.
4. медные наконечники.
Прорези необходимы для настройки шунта (увеличения сопротивления)
Шунт имеет сопротивление не более 1 Ом. Чаще всего сопротивление шунта находится в пределах 0.01-0.001 Ом. Величина шунта рассчитывается по формулам :
n=I/Icи
I-измеряемый ток, Iси- ток средства измерения.
Rm=Rси/n-1
Rси — сопротивление средства измерения.
Шунт применяется на постоянном или на переменном токе. Чаще всего на постоянном (в переменном погрешности). В амперметре для измерения больших токов до 30А шунт встраивается в корпус прибора. Для измерения тока 7000А. Применяют наружные шунты данного типа. Шунты могут быть много предельными , состоять из нескольких резисторов или имеющими несколько отводов, что позволяет изменять коэффициент шунтирования. Классы точности шунтов от 0.02 до 0.5. Шунты применяют с различными типами приборов. Однако в основном их используют в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими приборами. При применении шунтов на переменном токе возникают дополнительные погрешности в связи с изменением частоты. Как правило, шунты стандартизированы и при максимальном токе на измерительных проводах выдает напряжение 75млВ, что облегчает подбор С.И. и шунтов в каждой конкретной измерительной задаче.
Делители напряжения.
Для уменьшения напряжения в определенное число раз применяют делители напряжения, которые в зависимости от вида напряжения могут быть выполнены на элементах имеющих чисто активное сопротивление. Серийно выпускают делители напряжения, предназначенные для расширения пределов измерения электромеханических средств измерения и компенсаторов (потенциометров). Такие делители выполняют из манголинового провода на кремниевой основе. Они имеют нормированные коэффициенты усиления и классы точности от 0.0005 до 0.01.
m=U/Uси.
Rд.=Rси.(m-1).
U-измеряемое напряжение. Uси — напряжение средства измерения. Rси – сопротивление средства измерения, m – коэфециент.
Для расширения пределов измерения приборов применяют внутренние дополнительные резисторы, которые встраиваются в корпус прибора. В этих случаях стараются делать эти резисторы из манголинового провода.
Делители напряжения м.б. многопредельными. Сопротивления делителей могут варьироваться от 1кОма до десятков мегаОм. Добавочные резисторы применяются на напряжения до 30кВ как постоянного, так и переменного тока.
Измерительные усилители.
Для усиления сигналов постоянного и переменного тока, т.е. для расширения пределов измерений в сторону малых сигналов применяют измерительные усилители. По диапазону частот усиливаемых сигналов измерительные усилители бывают для постоянного тока и напряжения низкочастотные в 20Гц. В 200кГц., высокочастотными до 10 гигаГц. Также бывают селективными, усиливающие сигналы в узкой полосе частот. Измерительные усилители выполняются с нормированной погрешностью коэффициента передач, т.е. коэфециент усиления строго нормирован и есть определенная кратность (2,5,10,100 к примеру). Такое применение находят электронные и фотогальванометрические усилители. Применение электронных измерительных позволяет изменять сигналы от 0.1 милиВ. и 0.3 микроА. с погрешностью от 0.1% до 1%. При меньших усиливаемых токов и напряжений применяют фотогальванометрические усилители.
Серийно выпускаются измерительные усилители, имеющие унифицированный выход, где максимальный выходной сигнал 10В или 5милиА.
Трансформаторы тока. Измерительные трансформаторы переменного тока.
Измерительным трансформатором тока и напряжения используются как преобразователи больших переменных токов и напряжения в относительные токи и напряжения в допустимые для измерения приборами с небольшими стандартными пределами измерения (5А, 100В). Применением измерительных трансформаторов в цепях высокого напряжения достигается безопасность для персонала обслуживающего прибор т.к. приборы при этом включаются в заземленную часть низкого напряжения.
(схема) Расширения диапазона измерения по току и напряжению в цепях ~ тока и напряжения.
Трансформатор напряжения работает почти в режиме холостого хода. Трансформатор тока работает в режиме короткого замыкания. Существуют переносные трансформаторы тока и напряжения у них классы точности от 0,01 до 0,2. такие трансформаторы измеряют ток до 30А. Стационарные трансформаторы тока имеют класс точности от 0,2 до10 и позволяют преобразовывать токи до 50кА.
Трансформаторы напряжения.
Стационарные трансформаторы напряжения изготавливают на номинально первичное напряжение от 200В до 35кВ, при вторичном напряжении 150В, 100В и 100/?5 В.
Сущ. трансформаторы для однофазных цепей и трехфазных цепей.
Электромеханические приборы.
Общие сведения.
Электромеханические приборы включают в себя измерительную цепь, измерительный механизм и отчетное устройство. Измерительная цепь служит для преобразования измеренной эл. величины в другую эл. величину непосредственно воздействующею на измерительный механизм. Например: трансформатор тока, шунт.
Измерительный механизм преобразует эл. величину в угол поворота подвижной части. Это может быть эл. магн. либо другое у-во. Отчетное у-во служит для визуального отслеживания значения измерительной вел. в зависимости от угла поворота отчетной части. Не смотря на различие приборов с различными измерительными механизмами или ряд деталей и узлов общих для всех эл. мех. приборов.
Корпус прибора защищает прибор от внешних воздействий, например, от попадания пыли или влаги. Корпус прибора может быть пластмассовый или металлический из специального сплава защищающего от магн. полей.
Отчетное у-во сост. из шкалы и указателя. Шкала прибора обычно представляет собой пластину, на которой нанесены отметки и цифры измеряемой им величины. Указатель представляет собой перемещающеюся вдоль шкалы стрелку жестко скрепленную с подвижной частью измерительного механизма прибора. В качестве указателя применяют также световой луч, отражённый от зеркальца укрепленного на оси подвижной части.
Крепление подвижной части осуществляется с помощью опор растяжек или подвесок.
Опора представляет собой конструкцию из подпятника или подвесок.
Подпятник состоит из: 1 – корпус подпятника; 2 – подвижная часть (изготовленная из корунда или агата); 3–пружина. В подпятник входит керн. Подпятник укреплен на корпусе прибора. Керны на подвижной части.
Растяжка (рисунок) состоит из: 1 – подвижная рамка;
2 – указатель; 3 – пружина; 4 – растяжка.
Растяжка играет роль 1) подвешивания подвижной с-мы прибора;
2) роль меры сравнения; 3) токоподводящая часть.
Подвес (рисунок). Подвешивание используется в очень чувствительных приборах – гальванометрах.
Наибольшая степень успокоения достигается путем применения устройств называемых успокоителем. Успокоители могут быть трех типов.
Подвижная часть при подаче информационного сигнала должна делать 2,5 колебаний. Для установки указателя на нулевую отметку служит специализированное у-во называемое корректором.
Некоторые приборы снабжают арретиром – у-вом затормаживающим активную подвижную часть прибора.
Указан КТ, измеряемая величина, система прибора, испытательное напряжение.
Магнитоэлектрические приборы.
Общие сведения.
Магнитоэлектрические приборы состоят из магнитоэлектрического механизма с отчетным устройством и измерительной цепи. Эти приборы применяют для измерения постоянных токов и напряжений, сопротивлений (омметры), количества электричества (баллистический гальванометр и кулонометр).
Магнитоэлектрические приборы применяют также для измерения и индикации малых токов и напряжений (гальванометр). Кроме того, эти приборы используются для регистрации электрических величин (самопишущие приборы и осциллографические гальванометры).
Также эти приборы применяются в электронно-аналоговых приборах, как окончательный индикатор ф.в.
1. пост. магнит.
2. магнитопровод.
3. Магнитные наконечники.
4. Внутренний сердечник для усиления магнитного потока.
5. Пружина ( спираль или растяжка ).
6. Катушка.
7. Магнитный шунт.
8. Указатель.
Магнитный шунт необходим для корректировке прибора при ремонте.
Пружина выполняет несколько ф-й:
• мера сравнения
• подвод эл-го напряжения к рамке прибора
В качестве успокоителя используется алюминиевый каркас катушки.
Схемы включения .
Расширение диапазона включения происходит за счёт включения дополнительных преобразователей, резисторов, шунтов.
Расширение диапазона по напряжению.
Для уменьшения температурной погрешности, резистор R выполнить из манганина.
Включение прибора как амперметр, в этом случае для расширения диапазона применяется шунт.
Для измерения ~U применяются выпрямительные схемы преобразования.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют некоторые особенности, которые придают им положительные свойства. Они имеют высокую чувствительность и малое потребление энергии. Имеют линейную, стабильную и номинальную статическую характеристику преобразования.
Если прибор на ~U и используют диод, то вначале 10% шкалы не линейно.
ОММЕТРЫ
Их два типа: параллельный и последовательный.
Последовательный тип:
При настройке омметра необходимо замкнуть клеммы 1,2 и с помощью резистора R установить стрелку прибора в нулевое положение, ноль прибора будет в правой стороне шкалы. Если убрать Rx то R=? (I=0 )

Параллельный тип:
Настраивается при разомкнутых клеммах 1,2. При включении резистора стрелка переходит из ? влево.
Омметры последнего типа применяются для измерения больших сопротивлений. Омметры параллельного типа применяются для измерения малых.
Шкала данных омметра очень неравномерна.
ГАЛЬВАНОМЕТР.
Называют прибор с неградуированной шкалой, имеющий высокую чувствительность к току и напряжению. Он широко применяется в качестве индикатора в таких приборах как потенциометры, мост образцовый.
Как правило рамка его расположена на подвесе.
Для измерения температур и некоторых других ф.в. применяют логометрические магнитоэлектрические системы.
ЛОГОМЕТР.
В измерительной системе используется 2 рамки, которые очень часто включают по мостовой схеме измерения, что позволяет получить более линейную шкалу и измерять с помощью определенных преобразователей другие ф.в. кроме электрических, (темп-ру).
Электромагнитные приборы.
Общие сведения .
Электромагнитные приборы состоят из электроизмерительного механизма с отчетным устройством, измерительной цепи.
Они применяются для измерений перем. и пост. токов и напр., для определения частоты и фазового сдвига между ~ током и напряж; из-за относительно низкой стоимости и удовлетворительных характеристик электромагнитные приборы составляют большую часть всего парка считовых приборов.
Измерительный механизм.
Вращающий момент в этих мех-ах возникает в результате взаимодействия одного или нескольких ферромагнитных сердечников подвижной части и ферромагнитного поля катушки, по которой протекает ток.
1. катушка
2. магнитопровод
3. полосные наконечники
4. подвижный сердечник из феромаагнитного материала(воздушный успокоитель)
1. катушка
2. плунжер из фер-го мат-ла
3. пружина
4. указатель
Расширение диапазона происходит при помощи дополнит преобразователей. Если прибор исп. в качестве амперметра используется трансформатор тока Ta (рисунок). Если вольтметр – трансформатор напряжения.
Без преобразователей данным типом приборов можно измерять макс токи до 100А; макс U до 500В.
Min U 1В
Min A 100мА
Шкала прибора нелинейная в первых 25% , в 10% метрологически не нормирована.
Очень большая зависимость измерения от t`.
Существуют логометрические системы измерения частоты и фаз.
45-55 Гц – узко предельный частотомер.
Классы точности 1.5-2.5
450-550 Гц
Электродинамические приборы
Для постоянного напряжения используется шунт, дополнительный резистор.
Для переменного напряжения трансформатор U и I.
Общие сведения.
Электродинамические (ферадинамические) приборы состоят из эл динамического измерительного механизма с отчетным устройством и измерительной цепи. Эти приборы применяют для измерения постояннфх токов и напряжений, мощности в цепях ~ и – токов, угла фазового сдвига между переменным током и напряжением. Эл динамич приборы являются наиболее точными эл механич приборами для цепей ~ и – тока. Идут в качестве ОСИ, но иногда и РСИ.
1 неподвижные токовые катушки
2 подвижные катушки напряжения
+ успокоитель, керны, пружины…
У феродин приборов имеются дополнительные сердечники для усиления магнитного потока.
Преимущества ф-х пиборов:
• На них в меньшей степени действуют вредные магнитные поля.
• Используются как V и А,
• Ими можно в прямом виде измерить мощность.

Если в качестве А от 1мА до 10А, частота до 10кГц.
V от 1,5В до 600В
КТ 0,1;0,2;0,5;
Для измерения частоты и фазового сдвига применяются логометрические приборы, состоящие из 2х неподвижных и 2х подвижных катушек, закрепленных на одной оси.
Частотомеры узко предельные 45-55Гц
либо 450-550Гц
КТ 1;1,5;
Индукционные приборы
(счетчик эл энергии (токи Фуко))
1 магнитопровод с обмоткой напряжения
2 магнитопровод с токовой обмоткой
3 Алюминиевый диск на подвижной оси
4 Постоянный магнит
5 Механический счетчик кинематически связанный с осью через шестеренчатую пару.
Если нет нагрузки, то в цепи только обмотка напряжения. Т.О. возникают токи Фуко, которые компенсируются постоянным магнитом. Если в цепи есть Rн, то токи Фуко увеличиваются.
Принцип действия индукцион измерительных механизмов основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуцированных магнитными потоками в подвижной части, выполненной в виде алюминиевого диска.
В настоящее время находят применение счетчики эл энергии в цепях переменного тока. Бывают счетчики активной и реактивной мощности.
Счетчики активной энергии КТ 0,5 – 2,5; реактивной 1,5;2;3;
Кроме однофазных индукцион счетчиков выпускаются 3х фазные счетчики активной и реактивной енергии. 3х фазные счетчики представляют собой как бы 3 (3х элементные) и 2 (2х элементные) счетчика, объединенных одной осью вращения.
Электронные аналоговые приборы
Эл ан приборы представляют собой СИ в которых преобразование сигналов измерительной информации осуществляется с помощью аналоговых электронных устройств. Выходной сигнал таких приборов является непрерывной функцией измеряемой величины. Электронные приборы применяют при измерении практически всех электрических величин: напряжение, ток, частота, мощность, сопротивление…
Благодаря применению эл-ых устройств удаётся расширить функциональные возможности СИ, и обеспечить их высокий уровень метрологических характеристик: это в первую очередь относится к высокой чувствительности приборов, широкому диапазону измерений по частоте, малой потребляемой мощности от измеряемой цепи и т.д. В настоящее время широкое применение получили такие приборы, как электронно-лучевые осциллографы, электронные вольтметры, амперметры, омметры, анализаторы спектра и др. В тоже время некоторых аналоговые приборы, напр. частотомеры и фазометры вытесняются соотв цифровыми приборами, что обусловлено относительной простотой преобразования этих параметров в кодовый сигнал. Весьма разнообразен перечень выпускаемых промышленностью электронных приборов, как универсальных, так и для измерения одной физической величины. Как правило, приборы, измеряющие одну физ величину более точные.

Загрузка...