2014-02-24
1155
Общая характеристика измерений:
Измерение - нахождение значения физической величины опытным путём с применением технических средств, имеющих нормированные метрологические свойства.
Принципами измерени я называется совокупность физических явлений, лежащих в основе данного измерения.
Методика измерений - это совокупность приёмов использования принципов и средств измерений.
Существуют 2 вида измерений:
· прямые - значение величины находится непосредственно с опытных данных;
· косвенные - значение искомой величины определяется с помощью известной зависимости от вспомогательных величин.
Средства измерений подразделяются:
· мера;
· измерительные преобразователи;
· приборы;
· установки;
· системы;
· вспомогательгые средства.
Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Преобразователь - это устройство, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации, не поддающегося непосредственному восприятию наблюдателя, но имеющего удобную для передачи, обработки и хранения форму.
Совокупность преобразовательных элементов, обеспечивающая необходимые преобразования сигнала измерительной информации образуют измерительный канал.
Измерительные приборы - это средства измерений, вырабатывающие сигнал измерительной информации в форме доступной для восприятия наблюдателя.
По способу вывода показаний подразделяются:
ü показывающие;
ü регистрирующие (одноразовый фиксатор события);
ü самопишущие (пишут тренды);
ü печатающие.
Сведения о значениях измеряемой величины содержится в сигналах измерителя информации. Сигнал может характеризоваться либо одним, либо несколькими параметрами.
Необходимо, чтобы хотя бы 1 параметр был функционально связан с измеряемой величиной. Этот параметр называется информативный. Остальные параметры - неинформативными.
Каждое средство измерения обладает характеристикой:
1) Статическая характеристика - зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра входного сигнала при определённых значениях неинформативных параметров.
Различают:
ü номинальную характеристику (функция преобразования)
ü рабочую характеристику (градуировочная характеристика конкретного прибора или экземпляра)
Чувствительность - отношение изменения выходного сигнала к вызвавшему его изменению измеряемой величины.
;
- относительная чувствительность;
- для нелинейного изменения параметра.
2) Диапазон показаний - это разность между значениями измеряемой величины, соответствующими конечному и начальному значению шкалы.
3) Диапазон измерений - это область значений измеряемой величины, для которой погрешности измерений не превышают допустимой. Он ограничен верхними и нижними пределами измерений.
4) Амплитудно-частотная характеристика - это изменение отношения амплитуд в зависимости от круговой частоты.
5) Фазово-частотная характеристика - это изменение угла сдвига фаз от значений круговой частоты.
При динамическом сигнале нормируются следующие характеристики:
§ инерционность
§ полоса пропускания
§ время установления выходного сигнала
Динамические характеристики рассчитываются или определяются экспериментально. Они позволяют оценить возможность применения данного средства измерения.
Погрешности измерений.
Погрешностью называют некоторую величину, на которую истиное значение измеряемой величины отличается от результата измерения:
.
Возникновение погрешности связано с несовершенством методов и средств измерений, влиянием условий и неправильными действиями людей.
Классификация видов погрешностей:
1) Грубые погрешности - появляются из-за неисправности средств измерения;
2) Систематические погрешности - характеризуются тем, что постоянны во времени или изменяются по некому закону.
· погрешность метода - обусловлена тем, что недостаточно проработана теория или недостаточно проработаны допущения;
· инструментальные погрешности - обусловленны конструкцией прибора;
· дополнительные погрешности - вызваны отличием фактических условий от расчётных (неправильная установка);
· динамические погрешности - вызваны инерционными свойствами измерений;
· личные погрешности - связаны с индивидуальными особенностями и квалификацией наблюдателя.
Систематические погрешности учитываются в виде поправок, которые выводятся экспериментально. Точность определения поправки называется неисключённым остатком систематической погрешности.
3) Случайные погрешности - вызываются неконтролируемыми изменениями условий измерения и параметров средств измерений.
Случайная погрешность является суммой собственно погрешности и неисключённого остатка.
Случайные величины наиболее полно характеризуются интегральной или дифференциальной функцией распределения.
Графики интегральной и дифференциальной функций распределения показывают насколько вероятно попадание измеренной величины в истиное значение.
| Интегральная зависимость | Дифференциальная зависимость |
Больший интерес представляет математическое ожидание и дисперсия.
Математическое ожидание характеризует расположение центра распределения, вокруг которого группируются возможные значения случайной величины. Определять его можно как среднее арифметическое (М):
.
Дисперсия характеризует рассеивание случайной величины вокруг его математического ожидания.
В метрологии используют нормальное распределение случайных величин.
Попадание действительной (измеренной) величины в истиное значение определяется по законам теории вероятности. На практике используются доверительный интервал и доверительная вероятность.
Доверительный интервал выражает точность измерений. Доверительная вероятность показывает, с какой вероятностью мы попадаем в данный интервал.
В интервальном виде погрешность измерений можно записать следующим образом:
;.
В большинстве практических задач доверительная вероятность допускается 0,95. Однако в особо ответственных случаях вероятность допускается 0,97, а в авиационной технике - 0,995.
Погрешность представляется в двух видах - абсолютная и относительная.
Если погрешность выражена в единицах измеряемой величины, то она называется абсолютной. Обозначается абсолютная погрешность.
Относительная обозначается.
Для характеристики средств измерений применяется приведённая погрешность - это отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению.
В качестве нормирующего принимается либо наибольшее значение, если нулевая отметка расположена на краю или вне диапазона измерения; в сумме модулей предела измерений, если нулевая отметка лежит внутри шкалы измерения.
Для ряда средств измерений устанавливается класс точности, являющийся обобщённой характеристикой средств измерений.
Под пределом допускаемой основной погрешности понимается наибольшая по модулю погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным в стандартных условиях.
Динамические свойства средств измерений нормируют полосу пропускаемых частот и время установления выходного сигнала.
