Основы измерений

1.

Основы измерений

2.

Основные понятия и задачи метрологии
Предметом метрологии является получение количественной
информации о свойствах объектов и процессов с заданной
точностью и достоверностью
Теоретическая метрология занимается фундаментальными
вопросами теории измерений
Законодательная метрология устанавливает обязательные
правовые, технические и юридические требования по
применению единиц величин, эталонов, стандартных образцов,
методов и средств измерений, направленные на обеспечение
единства и точности измерений в интересах общества.
Прикладная метрология изучает вопросы практического
применения результатов разработок теоретической и
законодательной метрологии

3.

Главными задачами метрологии являются:
• обеспечение единства измерений (ОЕИ);
• унификация единиц величин и признание
их законности;
• разработка систем воспроизведения
единиц величин и передача их размеров
рабочим средствам измерений.

4.

Терминология
Основное понятие метрологии — измерение.
Измерение — это нахождение значения величины
опытным путем с помощью специальных
технических средств или, другими словами,
совокупность операций, выполняемых для
определения количественного значения величины.
Величина — одно из свойств объекта
(системы, явления, процесса), которое может
быть выделено среди других свойств и оценено
(измерено) тем или иным способом, в том числе
и количественно

5.

Средства измерения
Средствами электрических измерений называют
технические средства, используемые при
электрических измерениях и имеющие
нормированные метрологические характеристики.
Различают следующие виды средств электрических
измерений:
— меры;
— электроизмерительные приборы;
— измерительные преобразователи;
— электроизмерительные установки;
— измерительные системы;
— измерительно-вычислительные комплексы.

6.

Средства измерения
Мерами называют средства измерений,
предназначенные для воспроизведения
физической величины заданного размера.
Различают однозначные меры, многозначные
меры и наборы мер.
Однозначная мера воспроизводит физическую
величину одного размера; многозначная мера
воспроизводит ряд одноименных величин разного
размера.

7.

Средства измерения
Электроизмерительными приборами называют
средства электрических измерений,
предназначенные для выработки сигналов
измерительной информации, в форме, доступной
для непосредственного восприятия наблюдателем.
Электроизмерительные приборы могут быть
классифицированы по различным признакам.

8.

Средства измерения
По форме представления информации:
— аналоговые приборы — показания которых
являются непрерывными функциями изменений
измеряемых величин;
— цифровые приборы — вырабатывающие
дискретные сигналы измерительной информации,
показания которых представлены в цифровой
форме.

9.

Средства измерения
По виду получаемой измерительной информации:
— показывающие — обеспечивают только считывание
показаний;
-регистрирующие — обеспечивают регистрацию
показаний в той или иной форме
— показывающие и регистрирующие – обеспечивают и
считывание и регистрацию.
Если регистрирующий измерительный прибор дает запись
показаний в форме диаграммы, то такие приборы
называют самопишущими.
Регистрирующий измерительный прибор, в котором
предусмотрено печатание показаний в цифровой форме,
называют печатающим прибором.

10.

Средства измерения
По вычислительным функциям:
— суммирующие — электроизмерительные
приборы, показания которых функционально
связаны с суммой двух или нескольких величин,
подводимых к ним по различным каналам.
Примером суммирующего прибора может служить
ваттметр, предназначенный для измерения
суммарной мощности нескольких генераторов.
— интегрирующие — в которых измеряемая
величина интегрируется по времени или по другой
независимой переменной. Примером может
служить электрический счетчик энергии.

11.

Средства измерения
По методу измерения:
— приборы прямого преобразования — заранее
градуированы в единицах измеряемой величины, т. е.
мера заранее используется в процессе изготовления
прибора, например, магнитоэлектрический вольтметр. В
таких приборах реализуется метод непосредственной
оценки.
— приборы компенсационные — в них осуществляется
непосредственное сравнение измеряемой величины с
величиной, значение которой известно, т.е. с мерой.
Примерами приборов сравнения являются мосты,
потенциометры. В таких приборах реализуется метод
сравнения с мерой.

12.

Система поверки средств измерения
Р РСК 002-06.
Российская система калибровки.
Основные требования к методикам
калибровки, применяемые в
Российской системе калибровки
Рекомендация РСК предназначена для аккредитующих органов РСК, метрологических
служб юридических лиц, аккредитованных на право проведения калибровочных работ в
РСК, а также для разработчиков методик калибровки, предназначенных для применения в
РСК.

13.

Международная система физических
единиц СИ
Международная система единиц, СИ — система единиц
физических величин, современный вариант метрической
системы.
СИ является наиболее широко используемой системой единиц в
мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.
В настоящее время СИ принята в качестве основной системы
единиц большинством стран мира и почти всегда используется в
области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной
жизни используются традиционные единицы.
В этих немногих странах (например, в США) определения
традиционных единиц были изменены.
Официальным международным документом по системе СИ являе
тся Брошюра СИ, издающаяся с 1970 года.
С 1985 года выходит на французском и английском языках,
переведена также на ряд других языков.

14.

Основные и производные
физические величины
• Основная физическая величина– это
физическая величина, входящая в систему
и условно принятая в качестве
независимой от других величин этой
системы.
• Производная физическая величина– это
физическая величина, входящая в систему
и определяемая через основные величины.
В Международной системе единиц (СИ) установлены семь основных и две
дополнительных физических величины .
Это длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества,
сила света и сила электрического тока, дополнительные единицы - это радиан и
стерадиан.

15.

Единицы измерения физических
величин (основные, кратные и дольные)
Кратные единицы — единицы, которые в целое число
раз превышают основную единицу измерения
некоторой физической величины.
Дольные единицы составляют опредёленную долю
(часть) от установленной единицы измерения
некоторой величины
Приставки СИ (десятичные приставки) — приставки перед названиями или
обозначениями единиц измерения физических величин, применяемые для
формирования кратных и дольных единиц, отличающихся от базовой в определённое
целое, являющееся степенью числа 10, число раз. Десятичные приставки служат для
сокращения количества нулей в численных значениях физических величин.
Рекомендуемые для использования приставки и их обозначения установлены
Международной системой единиц (СИ). ГОСТ 8.417-2002, регламентирующий
применение СИ в России

16.

Приставки и множители для перевода
основных единиц в кратные и дольные.

17.

Приставки и множители для перевода
основных единиц в кратные и дольные.
Правила использования приставок
Приставки следует писать слитно с наименованием единицы или, соответственно, с её
обозначением.
Использование двух или более приставок подряд (напр., микромиллифарад) не
разрешается.
Обозначения кратных и дольных единиц исходной единицы, возведенной в степень,
образуют добавлением соответствующего показателя степени к обозначению кратной или
дольной единицы исходной единицы, причём показатель означает возведение в степень
кратной или дольной единицы (вместе с приставкой). Пример: 1 км² = (10³ м)² =106 м² (а
не 10³ м²). Наименования таких единиц образуют, присоединяя приставку к
наименованию исходной единицы: квадратный километр (а не кило-квадратный метр).
Если единица представляет собой произведение или отношение единиц, приставку, или
её обозначение, присоединяют, как правило, к наименованию или обозначению первой
единицы

18.

Тема 1.2.
Погрешности измерений
Погрешности средств измерений - отклонения
метрологических свойств или параметров средств
измерений от номинальных, влияющие на погрешности
результатов измерений (создающие так называемые
инструментальные ошибки измерений)
Погрешность результата измерения - отклонение
результата измерения от действительного (истинного)
значения измеряемой величины

19.

Погрешности измерений
Инструментальные
и методические
погрешности
Методическая
погрешность обусловлена
несовершенством
метода измерений
или упрощениями, допущенными при измерениях. Так, она возникает из-за
использования приближенных формул при расчете результата или неправильной
методики измерений. Выбор ошибочной методики возможен из-за несоответствия
(неадекватности) измеряемой физической величины и ее модели.
Причиной методической погрешности может быть не учитываемое взаимное
влияние объекта измерений и измерительных приборов или недостаточная
точность такого учета. Например, методическая погрешность возникает при
измерениях падения напряжения на участке цепи с помощью вольтметра, так как
из-за шунтирующего действия вольтметра измеряемое напряжение уменьшается.
Механизм взаимного влияния может быть изучен, а погрешности рассчитаны и
учтены.
Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством
применяемых средств измерений.
Причинами ее возникновения являются неточности, допущенные при изготовлении
и регулировке приборов, изменение параметров элементов конструкции и схемы
вследствие старения. В высокочувствительных приборах могут сильно
проявляться их внутренние шумы.

20.

Погрешности измерений
Статическая погрешность измерений - погрешность результата измерений,
свойственная условиям статического измерения, то есть при измерении
постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах
приборов и преобразователей.
Статическая погрешность средства измерений возникает при измерении с его
помощью постоянной величины. Если в паспорте на средства измерений
указывают предельные погрешности измерений, определенные в статических
условиях, то они не могут характеризовать точность его работы в динамических
условиях
Динамическая погрешность измерений - погрешность результата измерений,
свойственная условиям динамического измерения. Динамическая погрешность
появляется при измерении переменных величин и обусловлена инерционными
свойствами средств измерений. Динамической погрешностью средства измерений
является разность между погрешностью средства измерений в динамических
условиях и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в
данный момент времени. При разработке или проектировании средства измерений
следует учитывать, что увеличение погрешности измерений и запаздывание
появления выходного сигнала связаны с изменением условий

21.

Погрешности измерений
Систематическая погрешность измерения - составляющая
погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно
изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической
величины
Причины систематических составляющих погрешности измерения :
отклонение параметров реального средства измерений от расчетных значений,
предусмотренных схемой;
неуравновешенность некоторых деталей средства измерений относительно их оси
вращения, приводящая к дополнительному повороту за счет зазоров, имеющихся в
механизме;
упругая деформация деталей средства измерений, имеющих малую жесткость,
приводящая к дополнительным перемещениям;
погрешность градуировки или небольшой сдвиг шкалы;
неточность подгонки шунта или добавочного сопротивления, неточность образцовой
измерительной катушки сопротивления;
неравномерный износ направляющих устройств для базирования измеряемых деталей;
износ рабочих поверхностей, деталей средства измерений, с помощью которых
осуществляется контакт звеньев механизма;
усталостные измерения упругих свойств деталей, а также их естественное старение;
неисправности средства измерений.
Случайной погрешностью называют составляющие погрешности измерений,
изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же
величин

22.

Погрешности измерений
Абсолютная погрешность - алгебраическая разность между
номинальным и действительным значениями измеряемой величины.
Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и
сама величина, в расчетах её принято обозначать греческой буквой - ∆.
Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к
тому значению, которое принимается за истинное. Относительная
погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в
процентах, в расчетах обозначается буквой - δ.
Приведённая погрешность — погрешность, выраженная
отношением абсолютной погрешности средства измерений к
условно принятому значению величины, постоянному во всем
диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по
формуле
где Xn — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы
измерительного прибора и определяется по его градуировке:
Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо
измеряется в процентах.

23.

Шкалы измерительных приборов.
Основное рабочее поле прибора - шкала
По признаку равномерности:
равномерная шкала — это шкала с делениями постоянной длины и с постоянной
ценой деления;
неравномерная шкала — это шкала с делениями непостоянной длины и с
непостоянной ценой деления
По признаку направления градуирования:
прямая шкала градуирована слева направо, т.е. нуль на
шкале расположен слева
обратная шкала градуирована справа налево, т.е. нуль на
шкале расположен справа
По положению нуля на шкале и направлению движения стрелки
индикатора:
односторонняя шкала — это шкала, стрелка индикатора которой при
измерении отклоняется только в одну сторону от нуля;
двухсторонняя шкала — это шкала, стрелка индикатора при измерении
которой отклоняется как влево, так и вправо от нуля. Причем отклонение влево
от нуля дает отрицательные значения измеряемой величины, а отклонение
вправо — положительные;
безнулевая шкала — это шкала, на которой отсутствует нулевая отметка

24.

Контрольные вопросы
1. Перечислите основные виды
погрешностей
2. Из-за чего возникает методическая и
инструментальная погрешность?
3. Для чего требуется система СИ
4. Переведите в микрофарады следующие
значения – 3300 пФ, 150нФ, 470 пФ
В пикофарады – 100нФ, 0,0047 мкФ