Практические по метрологии
учебно-методический материал на тему

Практическая работа №1

Тема:  Нормирование метрологических характеристик средств измерений.                       Цель работы:ьььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььььь

Вопросы для работы с материалом.

1. Сколько основных и дополнительных физических единиц в системе СИ?                                              2. Дать определение Стерадиан.

3. Дать определение термин сравнения.

4. Какие режимы различают по характеру изменения  измеряемой  физической величины во времени?

5. Дать определение термин Радиан.

6. Дать определение термин Ампер.

7. Что называется Наблюдением?

8. Дать определение термин Кельвин.

9. Дать определение термин Кандела.

10. Дать определение термин Метр.

Материал для нахождения ответов

- упрощение записи формул и уменьшение числа допускаемых единиц;

- единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования.

В основе системы СИ выбраны семь основных  (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела) и две дополнительные физические единицы.

Метр равен расстоянию, проходимому светом  в вакууме за 1/29979458 долю секунды.

Килограмм – единица массы, определяемая как масса между народного прототипа килограмма, представляющего цилиндр из сплава платины и иридия.

Секунда равна 9192631770 периодам излучения , соответствующего энергетическому  переходу между  двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Ампер – сила не изменяющегося  тока, который, проходят по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой  площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н (ньютон) на каждом участке  проводника длиной 1 м.

Кельвин – единица термодинамической  температуры, равная 1/273,16 части термодинамической  температуры тройной точки воды, т.е. температуры, при которой три фазы воды – парообразная, жидкая и твердая – находиться в динамическом равновесии.

Моль – количество вещества, содержащего столько структурных  элементов, сколько содержится в углероде-12 массой 0,012 кг.

Кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц (длина волны около 0,555мкм), чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср- стерадиан).

Дополнительные единицы системы СИ предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения. К дополнительным физическим величинам системы СИ относят плоский и телесный углы.

Радиан(рад)- угол между двумя радиусами окружности, длина дуги которой равна этому радиусу. В практических случаях часто используются следующие единицы измерения угловых величин:

Градус- 1°=2/360 рад = 0,017453 рад;

Минута – 1’ = 1°/60 = 2,9088∙10-4 рад;

Секунда – 1” = 1’/60 = 1°/3600 = 4,8481∙10-6 рад;

Радиан – 1 рад = 57°17’45” = 57,2964° = (3,4378∙103)’ = (2,0627∙105)”.

Стерадиан (ср)- телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на её поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Произвольные единицы системы СИ образуются из основных и дополнительных единиц (например, скорость равномерного прямолинейного движения v=l/t, м/с).

Основные методы измерений.

Конкретные методы измерений физических величин определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых проводятся измерения,  и рядом других признаков. Современные методы измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения.

При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения вольтметром, силы тока – амперметром и т.д.).  Быстрота процесса измерения физических величин методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым на практике, хотя точность измерения обычно ограничена.

Метод сравнения – метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение напряжения постоянного тока путём сравнения с ЭДС эталонного элемента. Приборы, реализующие измерение по методу сравнения, называют измерительными приборами сравнения. В отличие от приборов непосредственной оценки, удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерения.

Виды основных методов измерения.

В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений любые виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо с многократными наблюдениями. Наблюдением называется единичная экспериментальная операция, итог которой – результат наблюдения – всегда имеет случайных характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обработке для получения результата измерения.

По необходимой точности оценки погрешности измерений делят на следующие виды: высшей точности(прецизионные); технические измерения, в которых погрешность результата определяют характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений, и оценивают до проведения измерений; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторых заранее заданных значений.

Классификация средств измерений.

1. По роли ,выполняемой в системе обеспечения единства измерений , различают следующие средства измерений: 

Метрологические, предназначенные для метрологических целей –воспроизведение единиц и (или) ее хранение или передача размера единицы рабочим средствам измерений ;

Рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Метрологические  средства измерений весьма немногочисленны. Их разрабатывают, производят и эксплуатируют в специализированных научно-исследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средств измерений  принадлежит ко 2 группе.

2. по уровню автоматизации и средства измерений бывают :

Неавтоматическими;

Автоматизированными , производящими в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;

Автоматическими , производящими в автоматическом режиме  измерения всем операции , связанные с обработкой результатов измерений , регистрацией , передачей и хранением  данных или выработкой управляющих сигналов.

Средства измерений разделяют на меры , устройства сравнения, измерительные приборы, измерительные установки   и измерительные системы.

Мера – средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера (значения)В качестве меры в радиоизмерениях  используют измерительный резистор(мера электрического сопротивления), измерительный конденсатор и т.д. Различают меры: однозначные (конденсатор постоянной емкости); многозначные (конденсатор переменой  емкости ); набор мер.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера. К однозначным мерам можно отнести отнести стандартные образцы (СО). Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств. Многозначная  мера воспроизводит ряд одноименных величин различного размера, например, потенциометр ,конденсатор переменной емкости .Набор мер- специально подобранный комплект однотипных элементов , применяемых не только по отдельности но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин разного размера. Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство , в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях , называются магазином мер .Примером такого набора может быть магазин электрических сопротивлений , магазин индуктивности.

Устройство сравнения(компаратор) –средство измерений, позволяющее сравнивать друг с другом меры однородных физических величин или показателей измерительных приборов. В качестве устройства сравнения применяется фотореле , включающее (выключающее)уличное электрическое освещение.

Измерительный преобразователь- средство измерений, вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи , преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию исследователя.

3.По виду входных и выходных величин различают измерительные преобразователи:

Аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую;

Аналогово-цифровые(АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

Цифро-аналоговый(ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.

Измерительный прибор- средство измерений, предназначенное для выработки определенного вида сигнала измерительной информации в форме, доступной  для непосредственного восприятия оператором.

В радиотехнике сигналом измерительной информации электрический сигнал , функционально связанный с измеряемой физической величиной . Информативным параметром входного электрического сигнала средства измерения служит параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой с измеряемой физической величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряемой величиной.

По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговый измерительный прибор – средство измерений, показания которого являются непрерывной функцией измерения измеряемой величины различают четыре основные группы аналоговых приборов, применяемых для разных измерительных целей.

Практическая работа №2 .

Тема: Измерение размеров и отклонений формы поверхностей деталей машин гладким микрометром.

Цель работы:

Вопросы для работы с материалом.

1. Приведите определение понятию «измерение»

2. По каким признакам классифицируются методы измерений?

3. Что такое принцип, метод и методика измерений?

4. Какие существуют методы измерений?

5. Дайте определение термину «условия изменений». Какими они бывают?

6. Что такое результат измерения и о чем он характеризуется?

7. Дайте определение прямых , косвенных , совместных и совокупных видов измерений.

8. Что представляет собой средство измерений?

9. По каким признакам классифицируют средства измерений ?

10. Дайте определение измерительному прибору.

11. По каким признакам классифицируют измерительные приборы ?

 Материал для нахождения ответов

Исключения систематических погрешностей методика обработки результатов измерений дана для прямых измерений с многократным независимым и равноточным наблюдением.

Исключение систематических погрешностей из результатов наблюдений. Точность результата многократных наблюдений там выше , чем меньше систематическая погрешность .Поэтому ее важно исключить ,для чего:

Устраняют источники систематических погрешностей до измерений;

Определяют поправки и вносят их в результаты измерения;

   Оценивают границы неисключенных систематических погрешностей .

Оценка результата измерения и его СКО .Для удобства предположим , что при выполнении  многократных наблюдений одной и той же физической величины  постоянная систематическая погрешность полностью исключена (0) Тогда результат i-го наблюдения находится с некоторой абсолютной случайной погрешностью.

.

Оценку СКО определяют по формуле:

Затем вычисляют оценку СКО среднего арифметического значения  результата измерения .

Рассмотрим случай nмногократных наблюдений , когда результат i-го наблюдения содержит и случайную и постоянную систематическую погрешности: Подстановка значений  в формулу (1.17) позволяет получить оценку результата измерений

Обнаружение и исключение грубых погрешностей из результата измерений. Если в полученной группе результата наблюдений одно или два из них существенно отличаются от остальных, а наличие в снятии   показаний