Теор основы измерений - Баковец1

Содержание

Слайд 2

1.Основные понятия и определения Метрология – наука об измерениях, методах и

1.Основные понятия и определения

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах

обеспечения их единства и способах достижения точности (теоретическая, законодательная, практическая).
Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств
Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (масса, длина и т.д.), но в количественном индивидуальное для каждого объекта
Основная физическая величина - физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы (метр, секунда и т.д.)
Производная физическая величина - физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы (скорость - м/с, и т.д.)
Размер физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению, процессу
Слайд 3

Основные понятия и определения Шкала физической величины - упорядоченная совокупность значений

Основные понятия и определения

Шкала физической величины - упорядоченная совокупность значений физической

величины, служащая исходной основой для измерений данной величины (международная температурная шкала)
Условная шкала физической величины - шкала физической величины, исходные значения которой выражены в условных единицах (шкала вязкости Энглера; шкалы твердости – Бриннеля, Виккерса, Роквелла и т.д.)
Числовое значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц (20°С, 273°К)
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину
Действительное значение физической величины – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него
Слайд 4

2. Система единиц В соответствии с ТР 2007/003/BY на территории РБ

2. Система единиц

В соответствии с ТР 2007/003/BY на территории РБ
применяются:


- единицы Международной системы единиц (СИ);
- единицы, не входящие в СИ.
допускаются к использованию условные единицы, оцениваемые по условным шкалам: шкалам твердости (Бринелля, Виккерса и др.), шкале активности водородных ионов (рН) и др., для которых созданы условия и средства обеспечения единства измерений
Единицы СИ делятся на:
Основные единицы СИ – представляют основу для определения всех единиц Международной системы (взаимно независимы, их размер выбирается произвольно).
Производные единицы СИ образуют путем комбинирования основных единиц согласно физическим законам или уравнениям связи (функции от основных величин, их размер не выбирается, а определяется на основании известных связей).
Производные единицы вместе с основными единицами формируют когерентную систему, построенную по десятичному признаку. Когерентность системы заключается в том, что во всех уравнениях связи, связывающих между собой единицы системы, коэффициент пропорциональности всегда равен единице, а кратные и дольные единицы образуются путем умножения исходных единиц на множители, равные десяти в целой положительной или отрицательной степени.
Слайд 5

«Международная система единиц (СИ)», «The International Systems of Units (Si)», 8-ое

«Международная система единиц (СИ)», «The International Systems of Units (Si)», 8-ое

издание, 2006.
Система СИ узаконена более, чем в 120 странах мира (универсальность, согласованность, возможность создания новых производных единиц)
Международный документ МОЗМ МД2 «Узаконенные единицы измерений», 1998, МБЗМ
Международные стандарты
- ИСО 31"Величины и единицы" (Части 0-13)
- ИСО 1000 "Единицы СИ и рекомендации по применению кратных и дольных от них и некоторых других единиц".

Нормативная основа Международной системы единиц СИ

Директива Европейского Союза 80/181/ЕС в области
единиц измерений
ГОСТ 8.417-2002 "ГСИ. Единицы величин"

На международном уровне:

На региональном уровне:

Слайд 6

Структура ТР 2007/003/BY «Единицы измерений, допущенные к применению на территории Республики

Структура ТР 2007/003/BY «Единицы измерений, допущенные к применению на территории Республики Беларусь»

Статья

1 «Область применения»
Статья 2 «Термины и определения»
Статья 3 «Общие положения»
Статья 4 «Единицы СИ»
Статья 5 «Единицы, не входящие в СИ»
Статья 6 «Правила применения и написания обозначений единиц»
Статья 7 «Государственный метрологический надзор»
Приложение 1 «Правила образования когерентных производных единиц измерений Международной системы единиц»
Приложение 2 «Производные единицы измерений Международной системы единиц, имеющие специальные наименования и обозначения»
Слайд 7

Структура ТР 2007/003/BY «Единицы измерений, допущенные к применению на территории Республики

Структура ТР 2007/003/BY «Единицы измерений, допущенные к применению на территории Республики Беларусь»

Приложение

3 «Правила образования наименований и обозначений десятичных
кратных и дольных единиц измерений Международной системы единиц»
Приложение 4 «Единицы измерений, допускаемые к применению наравне с единицами Международной системы единиц»
Приложение 5 «Единицы измерения, допускаемые к применению в отдельных
областях»
Приложение 6 «Некоторые относительные и логарифмические единицы измерений»
Приложение 7 «Единицы количества информации»
Приложение 8 «Правила написания обозначений единиц измерения»
Слайд 8

Основные единицы СИ (Таблица 1 ТР 2007/003/BY)

Основные единицы СИ (Таблица 1 ТР 2007/003/BY)

Слайд 9

Пример: Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования и обозначения (приложение 2 ТР 2007/003/BY)

Пример: Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования и обозначения (приложение 2

ТР 2007/003/BY)
Слайд 10

Пример: Единицы измерений, допускаемые к применению наравне с единицами СИ (приложение 4 ТР 2007/003/BY)

Пример: Единицы измерений, допускаемые к применению наравне с единицами СИ (приложение

4 ТР 2007/003/BY)
Слайд 11

Пример: Единицы измерения, допускаемые к применению в отдельных областях (приложение 5

Пример: Единицы измерения, допускаемые к применению в отдельных областях (приложение

5 ТР 2007/003/BY)

*) – внесено по предложению Департамента по авиации

Слайд 12

Некоторые относительные и логарифмические единицы измерений (приложение 6 ТР 2007/003/BY)

Некоторые относительные и логарифмические единицы измерений (приложение 6 ТР 2007/003/BY)

Слайд 13

Единицы количества информации (приложение 7 ТР 2007/003/BY)

Единицы количества информации (приложение 7 ТР 2007/003/BY)

Слайд 14

Множители и приставки (Табл.2 ТР 2007/003/BY)

Множители и приставки (Табл.2 ТР 2007/003/BY)

Слайд 15

3. Аксиомы метрологии 1 аксиома: БЕЗ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ИЗМЕРЕНИЕ НЕВОЗМОЖНО Источники

3. Аксиомы метрологии

1 аксиома:
БЕЗ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ИЗМЕРЕНИЕ НЕВОЗМОЖНО

Источники априорной информации:
Опыт

предшествующих измерений
Погрешности/Классы точности средств измерений
Условия измерений
Слайд 16

Аксиомы метрологии 2 аксиома: ИЗМЕРЕНИЕ СУТЬ СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПЫТНЫМ ПУТЕМ Вторая

Аксиомы метрологии

2 аксиома:
ИЗМЕРЕНИЕ СУТЬ СРАВНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПЫТНЫМ ПУТЕМ

Вторая аксиома

относится к процедуре измерений:
сравнение размеров опытным путем является единственным способом получения измерительной информации
Измерительные шкалы
Шкала наименований (=, ≠)
Объекты только называются
2) Шкала порядка (<, >)
На шкалах порядка не определены никакие математические операции
Пример: шкала порядка измерения знания учащихся; международная сейсмологическая шкала для измерения силы землетрясения; шкала для измерения силы ветра и др.
Слайд 17

Аксиомы метрологии 3) Шкала интервалов ( , =, ≠) Начало отсчета

Аксиомы метрологии

3) Шкала интервалов (<, >, =, ≠)
Начало отсчета (ноль) на

шкале интервалов выбирается произвольно.
Пример: температурные шкалы Цельсия (°С); Фаренгейта (°F); Кельвина (°К)
4) Шкала отношений (<, >, =, ≠, разностей, отношений)
На шкалах отношений определены любые математические операции. Начало отсчета (ноль) фиксирован.
Пример: шкала числовых значений

0 1 2 3 4 5

Слайд 18

«Международный словарь по метрологии» (VIM). Выпущен объединенным комитетом по руководствам в

«Международный словарь по метрологии» (VIM). Выпущен объединенным комитетом по руководствам в

области метрологии JCGM 200:2008

шкала значения величины, шкала измерения
quantity-value scale, measurement scale
échelle de valeurs, f; échelle de mesure, f
упорядоченный набор значений величин одного рода, используемый для ранжирования в соответствии с размером однородных величин
ПРИМЕР 1 Шкала времени.
ПРИМЕР 2 Шкала твердости С. Роквелла.

Слайд 19

Аксиомы метрологии 3 аксиома: НА РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ ОКАЗЫВАЕТ ВЛИЯНИЕ МНОЖЕСТВО ФАКТОРОВ,

Аксиомы метрологии

3 аксиома:
НА РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ ОКАЗЫВАЕТ ВЛИЯНИЕ
МНОЖЕСТВО ФАКТОРОВ, ТОЧНЫЙ УЧЕТ

КОТОРЫХ НЕВОЗМОЖЕН,
А РЕЗУЛЬТАТ НЕПРЕДСКАЗУЕМ

Отношение к влияющим факторам :
до измерения - по возможности исключить,
в процессе измерения – по возможности компенсировать,
после измерения – по возможности скорректировать посредством внесения поправок

Слайд 20

4. Объект измерений Объект измерений – тело (физическая система, процесс, явление

4. Объект измерений

Объект измерений – тело (физическая система, процесс, явление и

т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами
Объект измерений характеризуется:
назначение
область применения
свойства объекта
измеряемые величины.
Для измеряемых величин определяют:
принадлежность к определенной области измерений, в основе которой лежит соответствующий физический процесс
характер изменения измеряемой величины параметра
условия или среда, в которой находится объект измерений
Слайд 21

5. Модель измерений Модель измерений (measurement model) - математическое выражение, которое

5. Модель измерений

Модель измерений (measurement model) - математическое выражение, которое отражает

свойства реального объекта, существенные для решения данной измерительной задачи, или математическая связь между всеми величинами, которые имеют отношение к измерению.
Построение модели осуществляется на основании априорной информации об объекте и цели его измерения.
Общая формула модели измерения: F(Y, X1,…, Xn) = 0
где Y - выходная величина в модели, является измеряемой величиной, значение которой должно быть получено на основании информации о входных величинах в модели X1,…, Xn
Входная величина - величина, которая должна быть измерена, или величина, значение которой может быть получено другим способом, для того, чтобы рассчитать измеренное значение измеряемой величины.
Выходная величина - величина, измеренное значение которой вычисляют, используя значения входных величин в модели измерения
В зависимости от поставленной задачи модель может иметь как простую, так и сложную зависимость.
Слайд 22

6. Процесс измерений Процесс измерений включает: постановку измерительной задачи, планирование процесса,

6. Процесс измерений

Процесс измерений включает:
постановку измерительной задачи,
планирование процесса,
эксперимент,
обработку

результатов измерений,
представление результатов измерений.
Слайд 23

1- этап постановки измерительной задачи В основе постановки измерительной задачи лежат

1- этап постановки измерительной задачи
В основе постановки измерительной задачи лежат условия,

которые исходят из:
целей измерения конкретного объекта,
условий измерения заданного параметра.
Слайд 24

2 - этап планирования Этап планирования процесса измерений в целом сводится

2 - этап планирования

Этап планирования процесса измерений в целом сводится к

разработке проекта методики измерений.
Для планирования измерительного процесса необходимо:
выбрать измерительное оборудование исходя из его метрологических и технических возможностей и условия проведения измерений
определить метод измерений,
установить параметры измерительной процедуры (количество проводимых измерений, число измеряемых точек для каждого параметра, моментов времени измерений и т.д.),
разработать схемы измерений
определить размещение измерительного оборудования для выполнения экспериментальных операций,
определить алгоритм обработки результатов измерений
выбрать форму представления результата измерений и его точности.
Слайд 25

3 - этап проведения эксперимента Этап проведения эксперимента – проведение измерений

3 - этап проведения эксперимента

Этап проведения эксперимента – проведение измерений в

соответствии с разработанной методикой выполнения измерений.
Результаты эксперимента позволяют провести анализ:
исходных данных и априорной информации о них,
исходной математической модели,
исходного алгоритма обработки результатов измерений и при необходимости, осуществить их корректировку.
В итоге выполнения эксперимента получают набор экспериментальных данных, которые подлежат совместной обработке с целью нахождения результата измерения.
Слайд 26

4 - этап обработки результатов измерений Этап обработки результатов измерений включает:

4 - этап обработки результатов измерений

Этап обработки результатов измерений включает:
установление алгоритма

обработки экспериментальных данных,
обработку экспериментальных данных,
получение результатов измерений
определение точности полученных результатов.
Слайд 27

5 - этап представления результатов измерений Этап представления результатов измерений: является

5 - этап представления результатов измерений

Этап представления результатов измерений:
является заключительным в

процессе измерений;
подводит итог и включает:
оформление результатов измерений,
определение полученных результатов на соответствие требованиям, установленным в ТНПА.
Результатом этапа является опробование методики измерений.
Слайд 28

Факторы, влияющие на результат измерений а) до измерений (a priori) Качество

Факторы, влияющие на результат измерений

а) до измерений (a priori)
Качество и количество

априорной информации
Неадекватность модели объекта
Несовершенство метода измерений
Несовершенство средства измерений
Слайд 29

Факторы, влияющие на результат измерений б) в процессе измерений Неправильная установка

Факторы, влияющие на результат измерений

б) в процессе измерений
Неправильная установка средств измерений
Влияние

средств измерений на объект
Климатические
Электрические и магнитные
Ионизирующие излучения и др.
Случайные внешние помехи и внутренние шумы
Квалификация и психофизической состояние персонала
Слайд 30

Факторы, влияющие на результат измерений в) после измерений (a posteriori) Качество

Факторы, влияющие на результат измерений

в) после измерений (a posteriori)
Качество алгоритма обработки

данных
Несовершенство средства обработки данных
Квалификация и психофизической состояние персонала
Слайд 31

7. Классификация измерений

7. Классификация измерений

Слайд 32

Классификация измерений

Классификация измерений

Слайд 33

Измерения физических величин по способу получения информации прямое измерение - измерение,

Измерения физических величин по способу получения информации

прямое измерение -
измерение, при котором

искомое значение физической величины получают непосредственно.
Q = X
Q – измеряемая величина
X – результат измерения

косвенное измерение –
определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.
Q = F (X, Y, Z)
X,Y,Z – результаты прямых измерений
Пример: нахождение значений угла для прямоугольного треугольника по измеренным длинам сторон

Слайд 34

Измерения физических величин по способу получения информации совокупные измерения - проводимые

Измерения физических величин по способу получения информации

совокупные измерения -
проводимые одновременно измерения

нескольких одноименных (L1, L2, L3) величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях
Пример: при определении взаимной индуктивности катушки М используют два метода (сложения и вычитания полей). Если индуктивность одной из них L1 a другой - L2, то находят:
L01=L1+L2+2M
L02=L1+L2 - 2M.
откуда M=(L01-L02)/4
Слайд 35

Измерения физических величин по способу получения информации совместные измерения - проводимые

Измерения физических величин по способу получения информации

совместные измерения -
проводимые одновременно измерения

двух или нескольких неодноименных (X, Y, Z) величин для определения зависимости между ними
Пример: измерение сопротивления R1 проводника при фиксированной температуре t определяется по формуле
R1 =Ro(l+a ∆t )
где Ro и а - сопротивление при известной температуре to (обычно 20 °С) и температурный коэффициент - величины постоянные, измеренные косвенным методом;
∆t = t - to - разность температур;
t - заданное значение температуры, измеряемое прямым методом
Слайд 36

Измерения физических величин по характеру изменения получаемой информации статическое измерение de

Измерения физических величин по характеру изменения получаемой информации

статическое измерение
de Messung einer

statischen Grösse
en static measurement
fr mesurage statique
Измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Результат фиксируется без динамических искажений.

динамическое измерение
de Messung einer dynamischen Grösse
en dynamic measurement
fr mesurage dynamique
Измерение изменяющейся по размеру физической величины на протяжении времени измерения.
Пример: измерение температуры с помощью электронного термометра, а не спиртового или ртутного (т.к. измерительные преобразования неизмеримо медленнее)

Слайд 37

Измерения физических величин по количеству измеряемой информации однократное измерение Измерение выполненное

Измерения физических величин по количеству измеряемой информации

однократное измерение
Измерение выполненное один (три)

раза.
Примечание: во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения.
Пример: измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз

многократное измерение
Измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких (более 3-х) следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда измерений.

Слайд 38

Измерения физических величин по отношению к основным единицам абсолютное измерение Измерение,

Измерения физических величин по отношению к основным единицам

абсолютное измерение
Измерение, основанное на

прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Пример: F = mg
m – масса (измеряется)
g – ускорение свободного падения (постоянная)

относительное измерение
Измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную
Пример:
измерение относительной влажности, относительного удлинения, коэффициента полезного действия и т.д.

Слайд 39

Измерения физических величин по характеру точности равноточные измерения Ряд измерений какой-либо

Измерения физических величин по характеру точности

равноточные измерения
Ряд измерений какой-либо величины,

выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.
∆1 ≈ ∆2
где: 1, 2 – серии измерений
∆1, ∆2 - погрешности измерений

неравноточные измерения
Ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.
∆1 ≠ ∆2

Слайд 40

Измерения физических величин по планируемой точности технические измерения Измерения с помощью

Измерения физических величин по планируемой точности

технические измерения
Измерения с помощью рабочих

средств измерений с заранее установленной точностью
∆ ≤ [∆]
∆ - погрешность измерения
[∆] - заданное значение погрешности измерения

метрологические измерения
Измерения при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц величин для передачи их размера рабочим средствам измерений с максимально достижимой точностью
∆ → 0

Слайд 41

8. Методы измерения 1. метод непосредственной оценки (точность ограничена) Метод измерений,

8. Методы измерения
1. метод непосредственной оценки (точность ограничена)
Метод измерений, при котором

значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений
Q = X
Q – измеряемая величина
X – показания средства измерения
Пример: измерение массы взвешиванием на электронных весах


2. метод сравнения с мерой (точность высокая)
Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
Q = X + Xм
Xм – величина, воспроизводимая мерой
Пример: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием объекта гирями

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.
По способу получения результатов измерений разделяют:

Слайд 42

Разновидности метода сравнения с мерой 2.1 Нулевой метод – метод, в

Разновидности метода сравнения с мерой

2.1 Нулевой метод – метод, в котором

результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.
Примеры:
а) взвешивание на равноплечих весах с полным уравновешиванием Q ≈ Xм
б) взвешивание на неравноплечих весах
P1*L1=P2*L2
2.3 метод измерений замещением - метод, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины
Пример: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда)

2.2 Дифференциальный метод – метод, в котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими величинами
Пример: измерения, выполняемые при поверке мер длины сравнением с эталонной мерой на компараторе
2.4 Метод измерений дополнением - метод, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению