125237 (598616), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

В Україні щодня проводиться близько 2 млрд. вимірювань, понад 1 млн. чоловік вважають вимірювання своєю професією. Частка витрат на вимірювання складає 10 – 15% витрат суспільної праці, а в галузях промисловості, що проводять складну техніку (електротехніка, верстатобудування і ін.), вона досягає 50 – 70%. Про масштаби витрат на отримання достовірних результатів вимірювань свідчать наступні цифри: у 1998 р. вартість цих робіт в Росії була рівна 3,8% від величини валового національного продукту (ВНП). У розвинених країнах ця цифра досягає 9 – 12% ВВП. Підраховано, що число СІ росте прямо пропорціонально квадрату приросту промислової продукції. Це означає, що при збільшенні об'єму промислової продукції в 2 рази число СІ може вирости в 4 рази. В даний час в наший країні налічується більше 1,5 млрд. СІ

Фізична величина і її розмірність

Основним об'єктом вимірювання в метрології є фізичні величини.

Фізична величина (коротка форма терміну – "величина") застосовується для опису матеріальних систем і об'єктів (явищ, процесів і тому подібне), що вивчаються в будь-яких науках (фізиці, хімії і ін.) Як відомо, існують основні і похідні величини. Як основні вибирають величини, які характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. Механіка базується на трьох основних величинах, теплотехніка – на чотирьох, фізика – на семи. ГОСТ 8.417 встановлює сім основних фізичних величин – довжина, маса, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла, сила електричного струму, за допомогою яких створюється все різноманіття похідних фізичних величин і забезпечується опис будь-яких властивостей фізичних об'єктів і явищ.

Вимірювані величини мають якісну і кількісну характеристики.

Формалізованим віддзеркаленням якісного. відмінності вимірюваних величин є їх розмірність. Згідно міжнародному стандарту ІСО розмірність позначається символом dim. Розмірність основних фізичних величин – довжини, маси і часу – позначається відповідними заголовними буквами:

dim l = L

dim т = М

dim t = Т.

Розмірність похідної фізичної величини виражається через розмірність основних фізичних величин за допомогою статечного одночлена:

[Q] = L^а*M^b*T^g,

де

L, М, Т – розмірності відповідних основних фізичних величин;

а, b, g – показники розмірності (показники ступеня, в який зведені розмірності основних фізичних величин).

Кожен показник розмірності може бути позитивним або негативним, цілим або дробом, нулем. Якщо всі показники розмірності рівні нулю, то величина називається безрозмірною. Вона може бути відносною, визначуваною як відношення однойменних величин (наприклад, відносна діелектрична проникність), і логарифмічною, визначуваною як логарифм відносної величини (наприклад, логарифм відношення потужностей або напруги

Шкали, їх види і особливості

Кількісною характеристикою вимірюваної величини служить її розмір. Отримання інформації про розмір фізичної або нефізичної величини є змістом будь-якого вимірювання.

Простий спосіб отримання інформації, який дозволяє скласти деяке уявлена про розмір вимірюваної величини, полягає в порівнянні його з іншим за принципом "що більше (менше)?" або "що краще (гірше)?" При цьому число порівнюваних між собою розмірів може бути достатнє великим. Розташовані в порядку зростання або убування розміри вимірюваних величин утворюють шкали порядку. Операція розстановки розмірів в порядку їх зростання або убування з метою отримання вимірювальної інформації за шкалою порядку називається ранжируванням. Для забезпечення вимірювань за шкалою порядку деякі крапки на ній можна зафіксувати як опорних (реперах). Точкам шкали можуть бути привласнені цифри, часто звані балами. Знання, наприклад оцінюють після чотирьох бальної шкалі репера тієї, що має наступний вигляд: незадовільно задовільно, добре, відмінно. По шкалах реперів вимірюються твердість мінералів, чутливість плівок і інші величини інтенсивності землетрусів вимірюється по дванадцяти бальної шкалі, званою міжнародною сейсмічною шкалою.

Досконаліша в цьому відношенні шкала інтервалів. Прикладом її може служити шкала вимірювання часу, яка розбита на крупні інтервали (роки), рівні періоду, звернення Землі навколо Сонця; на дрібніші (доба), рівніші періоду звернення Землі навколо своєї осі. За шкалою інтервалів можна судити не тільки про те, що один розмір більше іншого, але і том, на скільки більше. Проте за шкалою інтервалів не можна оцінити, в скільки разів один розмір більше іншого. Це обумовлено тим, що на шкалі інтервалів відомий тільки масштаб, а початок відліку може бути вибране довільно.

Найбільш досконалою є шкала відносин. Прикладом її може служити температурна шкала Кельвіна. У ній за початок відліку прийнятий абсолютний нуль температури, при якому припиняється тепловий рух молекул; нижчої температури бути не може. Другою крапкою репера служить температура танення льоду. За шкалою Цельсія інтервал між цими реперами рівний 273,16^оС. По шкалі відносин можна визначити не тільки, на скільки один розмір більше або менше іншого, але і в скільки разів більше або менше.

Залежно від того, на які інтервали розбита шкала, один і той же розмір представляється по різному. Наприклад, довжина переміщення деякого тіла на 1 м може бути представлена як L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Відмічені три варіанти є значеннями вимірюваної величини – оцінками розміру фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць. Вхідне в нього відвернуте число називається числовим значенням. У приведеному прикладі це 1, 100, 1000.

Значення фізичної величини набувають в результаті її вимірювання або обчислення відповідно до основного рівняння вимірювання:

Q = X*[Q]

де

Q – значення фізичної величини;

Х – числове значення вимірюваної величини в прийнятій одиниці;

[Q] – вибрана для вимірювання одиниця.

Класифікація вимірювань

Вимірювання можуть бути класифіковані:

1. По характеристиці точності:

   • рівноточні – ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних однаковими по точності СІ і в одним і тих же умовах;

   • нерівноточні – ряд вимірювань якої-небудь величини, виконаних декількома різними по точності СІ і (або) в декількох різних умовах.

2. По числу вимірювань у ряді вимірювань:

   • одноразові;

   • багатократні.

3. По відношенню до зміни вимірюваної величини:

   • статичні – вимірювання незмінної в часі фізичної величини, наприклад вимірювання довжини деталі при нормальній температурі або вимірювання розмірів земельної ділянки;

   • динамічні – вимірювання фізичної величини, що змінюється за розміром, наприклад вимірювання змінної напруги електричного струму, вимірювання відстані до рівня землі з літака, що знижується.

4. По виразу результату вимірювань:

   • абсолютні – вимірювання, засноване на прямих вимірюваннях величин і (або) використанні значень фізичних констант. Наприклад, вимірювання сили F засноване на вимірюванні основної величини маси т і використанні фізичною постійною – прискорення вільного падіння g;

   • відносні – вимірювання відношення величини до однойменної величини, що виконує роль одиниці.

5. По загальних прийомах отримання результатів вимірювань:

   • прямі – вимірювання, при якому шуканого значення фізичної величини набувають безпосередньо, наприклад вимірювання маси на вагах, довжини деталі мікрометром;

Метод вимірювань – прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірювань.

Методи вимірювань класифікують по декількох ознаках.

По загальних прийомах отримання результатів вимірювань розрізняють:

• прямий метод вимірювань;

• непрямий метод вимірювань.

Перший реалізується при прямому вимірюванні, другий – при непрямому вимірюванні, які описані вищим.

За умовами вимірювання розрізняють:

• контактний методи вимірювань;

• безконтактний методи вимірювань.

Контактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (вимірювання температури тіла термометром). Безконтактний метод вимірювань заснований на тому, що чутливий елемент приладу де приводиться в контакт з об'єктом вимірювання (зміна відстані до об'єкту радіолокатором, зміна температури в доменній печі пірометром).

Виходячи із способу порівняння вимірюваної величини з її одиницею, розрізняють методи безпосередньої оцінки і метод порівняння з мірою.

При методі безпосередньої оцінки визначають значення величини безпосередньо по відліковому пристрою показуючого засобу вимірювань(СІ) (термометр, вольтметр і ін.). Міра, що відображає одиницю вимірювання, у вимірюванні не бере участь. Її роль грає в СІ шкала, проградуйована при його виробництві за допомогою достатніх точних СІ.

При методі порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, відтворною мірою.

Метрологічні властивості СІ – це властивості, що впливають на результат вимірювань і його погрішність. Показники метрологічних властивостей є їх кількісною характеристикою і називаються метрологічними характеристиками.

Метрологічні характеристики, встановлювані НД, називають нормованими метрологічними характеристиками.

Всі метрологічні властивості СІ можна розділити на дві групи:

1. Властивості, що визначають область застосування СІ.

2. Властивості, що визначають якість вимірювання.

До основних метрологічних характеристик, що визначають властивості першої групи, відносяться діапазон вимірювань і поріг чутливості.

Діапазон вимірювань – область значень величини, в межах яких нормовані межі погрішності, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу або зверху (зліва і справа), називають відповідно нижньою або верхньою межею вимірювань.

Поріг чутливості – найменша зміна вимірюваної величини, яка викликає помітну зміну вихідного сигналу. Наприклад, якщо поріг чутливості вагів рівний 10 міліграм, то це означає, що помітне переміщення стрілки вагів досягається при такій малій зміні маси, як 10 міліграм.

До метрологічних властивостей другої групи відносяться три головні властивості, що визначають якість вимірювань: точність, збіжність і відтворюваність вимірювань.

Найширше в метрологічній практиці використовується перша властивість – точність вимірювань. Точність вимірювань СІ визначається їх погрішністю.

Погрішність – це різниця між свідченнями СІ і дійсним (дійсним) значенням вимірюваної фізичної величини. Оскільки дійсне значення фізичної величини невідоме, то на практиці користуються її дійсним значенням. Для робочого СІ за дійсне значення приймають свідчення робочого еталону нижчого розряду (допустимо, 4-го), для еталону 4-го розряду, у свою чергу, – значення фізичної величини, отримане за допомогою робочого еталону 3-го розряду. Таким чином, за базу для порівняння приймають значення СІ, яке є в перевірочній схемі вищестоящим по відношенню до підлеглого СІ, підмету перевірці.

Dxn = Xn-x0

Де:

• Dxn – погрішність СІ, що повіряється;

• Xn – значення тієї ж самої величини, знайдене за допомогою СІ, що повіряється;

• X0 – значення СІ, прийняте за базу для порівняння, – дійсне значення.

Погрішності СІ можуть бути класифіковані по ряду ознак, зокрема:

• за способом виразу – абсолютні, відносні;

• по характеру прояви – систематичні, випадкові;

• по відношенню до умов застосування основні, додаткові.

Найбільшого поширення набули метрологічні властивості, пов'язані з першим угрупуванням, – з абсолютними і відносними погрішностями.

Точність вимірювань СІ – якість вимірювань, що відображає близькість їх результатів до дійсного (істинному) значення вимірюваної величини. Точність визначається показниками абсолютної і "відносної погрішності.

Визначувана по формулі Dxn є абсолютною погрішністю. Проте більшою мірою точність СІ характеризує відносна погрішність, тобто виражене у відсотках відношення абсолютної погрішності до дійсного значення величини, вимірюваної або відтворної даним СІ.

Точність може бути виражена зворотною величиною відносної погрішності – 1/d . Якщо погрішність d = 0,1% або 0,001=10-3, то точність рівна 103.

У стандартах нормує характеристики точність, пов'язана з іншими погрішностями.

Систематична погрішність – складова погрішності результату вимірювання, що залишається постійною (або ж що закономірно змінюється) при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. Її прикладом може бути погрішність градуювання, зокрема погрішність показань приладу з круговою шкалою і стрілкою, якщо вісь останньою зміщена на деяку величину щодо центру шкали. Якщо ця погрішність відома, то її виключають з результатів різними способами, зокрема введенням поправок.

При нормуванні систематичної погрішності, що становить, СІ встановлюють межі систематичної похибки СІ, що припускається, – конкретного типу – D. Величина систематичної погрішності визначає таку метрологічну властивість, як правильність вимірювань СІ.

Випадкова погрішність – складова погрішності результату вимірювання, що змінюється випадковим чином (по знаку і значенню) в серії повторних вимірювань одного і того ж розміру величини з однаковою ретельністю. У появі цього виду погрішності не спостерігається якої-небудь закономірності. Вони неминучі і неусувні, завжди присутні в результатах вимірювання. При багатократному і достатньо точному вимірюванні вони породжують розсіяння результатів.

Характеристиками розсіяння є середня арифметична погрішність, середня квадратична погрішність, розмах результатів вимірювань. Оскільки розсіяння носить імовірнісний характер, то при вказівці на значення випадкової погрішності задають вірогідність.

Вкажемо як приклад на дві нормовані метрологічні характеристики, що відображають точність СІ.

Довірча погрішність – верхня і нижня межі інтервалу погрішності результату вимірювань при даній довірчій вірогідності. Наприклад, в перевірочній схемі для гир і вагів встановлено для гир 1-3-го розрядів значення довірчої абсолютної погрішності (d) при вірогідності 0,95.

Характеристики

Список файлов книги