Метрологические характеристики средств измерения

Кафедра электронных вычислительных машин

Факультет автоматики и вычислительной техники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вятский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ВятГУ»)

Курс лекций Епифанова С.Н.

по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация»

специальность 230101

Выполнили студенты группы ВМ-22 Воропаев М.А.

Куваев Александр С.

Куваев Алексей С.

Саранский П.

Проверил преподаватель _____________________/Епифанов С.Н./

Киров 2012

Содержание

Условные обозначения…………………………………………………………………….2

Введение………………………………………………………………...………………….3

Метрологические характеристики средств измерения. 7

Оценка случайных погрешностей. 12

Поверка средств измерений (СИ) 20

Аналоговые электромеханические измерительные приборы.. 22

Приборы магнитоэлектрической системы.. 24

Магнитоэлектрические амперметры.. 25

Магнитоэлектрические вольтметры.. 27

Магнитоэлектрические мегаомметры.. 28

Магнитоэлектрические гальванометры.. 30

Магнитоэлектрические Логометры.. 32

Приборы электромагнитной системы.. 33

Приборы электродинамической системы.. 35

Приборы индукционной системы.. 37

Электронно измерительные приоры.. 40

Интегрирующие цифровые вольтметры.. 48

Электронные осциллографы.. 52

Приборы сравнения. 55

Электрическое измерение неэлектрических величин. 57

Параметрические преобразователи. 58

Технический регламент………………………………………………...…………………67

Условные обозначения

Элементы электрических цепей

· Резистор 10х4

· Конденсатор, длина пластин 8 мм, расстояние полтора.

· Катушка индуктивности. Радиус 2..4мм

· Гальванический элемент 8 длинная сторона, 4 короткая, 1.5 промежуток.

· Корпус электроизмерительного прибора диаметр 10.

· Корпус прибора интегрирующего (например счётчик электрической энергии)

Электрические величины

· Ток I. Обозначение J неправильное.

· Электрическое напряжение U (V неправильное).

· Электрическое сопротивление R (r неправильное)

· Размерность электрических величин пишется без скобок. 10А

Введение

Существует три вида деятельности, которые обеспечивают безопасность и качество жизни.

Качество - это степень соответствия присущих характеристик требованиям.

Квалиметрия – измерение качества продукции.

Стандартизация, спецификация и метрология управляются техническим регулированием и техническими регламентами.

Эта деятельность управляется законом РФ о техническом регулировании от 27 декабря 2002 года.

Метрология

Метрология - это наука об измерениях и погрешностях измерений.

Некоторые определения метрологии:

Измерение - это нахождение значения физической величины опытным путём с помощью средств измерений.

Основное уравнение измерений:

A=X/X_e

A - результат измерения, X - измеряемая величина Xe - единица измерения.

Истинное значение физической величины - это значение, которое идеально отражает количество; практически недостижимо.

Действительное значение - получают экспериментально с заданной точностью, применяется вместо истинного.

Многократные равноточные измерения - это измерения одной и той же величины с помощью одних и тех же средств измерений, производимые в одних и тех же условиях одним и тем же оператором с одинаковой тщательностью. И раз от раза измерения будут отличаться одно от другого - из-за случайных погрешностей. Смысл многократных измерений - чтобы выявить и установить величину случайных погрешностей.

Единство измерений - это состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Единицы физических величин.

Международная система единиц СИ (Система Интернациональная) имеет 7 основных единиц и 2 дополнительные много производных.

Физическая величина	Единица	Обозначение
Основные
Длина	метр	м
Масса	килограмм	кг
Время	сек	с
Температура	Кельвин	К
Сила тока	Ампер	А
Сила света	кандела	кд
Количество вещества	моль	моль
Дополнительные
Плоский угол	радиан	рад
Телесный угол	стерадиан	ср

Кратные и дольные единицы.

X_e*10ⁿ

Множитель	Наименование	Обозначение	Пример
10-12	пико	п	пФ
10-9	нано	н	нА
10-6	микро	мк	мкВ
10-3	мили	м	мс
10-2	санти	с	см
10-1	деци	д	дм
	дека	да	дал
102	гекта	г	га
103	кило	к	кВ
106	мега	М	МВт
109	гига	Г	ГГц
1012	тера	Т	ТОм

Виды измерений: прямые и косвенные.

При прямых измерениях результат получают непосредственно по показаниям прибора.

При косвенных измерениях результат получают по известной зависимости между величинами, полученными путём прямых измерений. Пример косвенных измерений: сопротивление измерять методом амперметра и вольтметра.

Методы измерения:

· Непосредственно оценки

· Сравнения

По названию метода называются и приборы:

· Приборы непосредственной оценки

· Приборы сравнения.

В методах и приборах непосредственной оценки результат получают по шкале, проградуированной в единицах измерения.

Приборы непосредственной оценки просты по устройству и находят широкое применение.

В приборах сравнения в процессе каждого измерения происходит сравнение измеряемой величины с мерой, а мера находится в самом приборе. Эти приборы сложны по устройству, обладают высокой точностью и используются в качестве лабораторных эталонных приборов.

Средства измерения (СИ)

Это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Классификация средств измерения по назначению

Эталон предназначен для воспроизведения и хранения единицы измерения с максимальной точностью в данный исторический период.

Мера воспроизводит единицу измерения с заданной точностью.

Измерительные преобразователи предназначены для выработки сигналов в форме, удобной для передачи, хранения, обработки, но не для наблюдения.

Измерительные приборы предназначены для наблюдения результата измерения.

Измерительные установки - это совокупность функционально связанных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов, расположенных в одном месте.

Информационно-измерительные системы - это совокупность средств измерения и вспомогательных устройств, расположенных в разных местах и соединённых между собой каналами связи.

Измерительно-вычислительные комплексы - это измерительная система, которая включает в себя измерительную машину.

Вторая классификация средств измерения - по метрологическим функциям

Первичный (государственный) эталон единственный в стране, максимальная точность

Эталон-копия несколько копий, точность пониже

Рабочий эталон точность ещё пониже, много, имеются на заводах, которые изготавливают измерительные приборы

Меры и эталонные приборы имеются уже например у нас в университете, с их помощью изготавливаются все средства измерения.

Рабочие средства измерения все приборы

1)Функция преобразования y=f(x)

Эта же зависимость называется уравнением шкалы прибора (зависимость только одной величины от второй)

2) Чувствительность - отражает способность прибора реагировать на изменения входного сигнала.

S =

Обозначения - числовые метки шкалы.

Шкала неравномерная, но не вся. Начальный участок шкалы неравномерный, это принципиальный известный эффект магнитной системы.

Для такой шкалы можно применять только формулу S =

S_V= Деление/вольт.

На равномерной части шкалы можно брать любое приращение.

Цена деления - та же самая, что и у постоянной шкалы.

Для неравномерной шкалы нужно брать приращение. C=1/S=dX/dY;

Для равномерной шкалы цена деления будет иметь размерность измеряемой величины. C=X/Y

Диапазон показаний - тот диапазон, в котором может находиться указатель. Для нашего примера это будет D_п = 0…250В (на картинке 0..500В)

Диапазон измерения, которым обеспечивается указанный класс точности.

Нижний предел диапазона измерений обозначается точкой.

Время установления, выходной код, число разрядов единицы младшего разряда для цифровых измерительных приборов.

Погрешности измерений и средств измерений

I)По зависимости от изменения измеряемой величины погрешности изменяются на аддитивные и мультипликативные:

Аддитивные ±a - погрешности, которые на зависят от изменения измеряемой величины.

Мультипликативные ±b*x - погрешности, которые зависят от измеряемой величины. Здесь b постоянный коэффициент, x - измеряемая величина.

Графики этих погрешностей изображаются следующим образом:

Так как знаки bX неизвестны, то находится максимальная погрешность.

Складываем эти два графика.

max = ±(a+bx)

II) По закономерности проявления погрешности:

Систематические

Случайные

Промахи

Систематические - это погрешности, известные по величине и знаку. Они должны быть исключены путём введения поправок

Случайные - погрешности неизвестные по величине и знаку. Они могут быть выявлены только с помощью проведения многократных равноточных измерений.

Промахи или грубые погрешности - это погрешности, которые существенно искажают результат измерения. Причинами грубых погрешностей могут быть, например, если нанесено несколько шкал и посчитали не по той, или в случае отключения питания электронного измерительного прибора, или какой-либо другой фатальной ошибки:) Промахи должны быть выявлены и исключены.

III) По условиям возникновения погрешности:

1. Основные

2. Дополнительные

Основные - это погрешности прибора в н.у.

Дополнительная - погрешность вызванная отклонением условий от нормальных.

IV) От источника возникновения:

Методические зависят от метода измерения.

Инструментальные зависят от погрешности средства измерения.

Субъективные от оператора.

V) По режиму измерения измеряемой величины:

1) Статические - измеряемая величина не изменяется.

2) Динамические - от изменения измеряемой величины во времени.

VI) По способу числового выражения:

1) Абсолютные - x-x_д = +-a Знак имеет важное значение, поэтому должен всегда указываться.

Действительное значение определяется по показателям эталонного прибора как среднее арифметическое результатов многократных равноточных измерений.

2) Относительные = +- /x_g *100 Есть отношение абсолютной погрешности к действительному (измеренному) значению, выражается в процентах и характеризует точность измерения. = +- /x *100

3) Приведённая погрешность - есть отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению Xн шкалы прибора.. За нормирующее значение принимается верхний предел измерений. Приведённая погрешность выражается в процентах и характеризует точность прибора.

Если обратиться к относительной погрешности, то можно увидеть, что x->0; ->

x->x_н; ->

Поэтому прибор выбран правильно, если измеряемая величина находится в верхней трети шкалы измерения прибора.

Классы точности средств измерения

Если прибор обладает только аддитивной погрешностью, то класс точности записывается одним числом, которое берётся из ряда:

=±a

(1 - 1,5 - 2 - 2,5 - 4 - 5 - 6) 10ⁿ

n=1,0,-1,-2,…

Конкретно для электромеханических аналоговых показывающих приборов этот ряд будет иметь вид:

0,02 - 0,15 - 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1,0 - 1,5 - 2,5 - 4,0

В данном случае число, обозначающее класс точности - есть максимальное значение основной приведённой погрешности, выраженной в процентах.

К - нормирующий коэффициент. Х - измеряемая величина.

Если у прибора есть и аддитивная, и мультипликативная погрешность

= ± (a+bx)

То класс точности записывается двумя числами c/d. Это не есть отношение, это два числа.

0,1/0,05

c=0,1%

d=0,05%

Таким образом указывается класс точности в цифровых приборах, в приборах сравнения.