Классификация измерений
Измерения максимально возможной точности, достигаемой при существующем уровне развития науки и техники. Такие измерения проводят при создании эталонов и измерениях физических констант. Характерными для таких измерений являются оценка погрешностей и анализ источников их возникновения.
Технические измерения- это измерения, проводимые в заданных условиях по определенной методике, разработанной и исследованной заранее; как правило, к ним относят массовые измерения, проводимые во всех отраслях народного хозяйства, за исключением научных исследований. При технических измерениях погрешность оценивают по метрологическим характеристикам СИ с учетом при меняемого метода измерения.
Контрольно-поверочные измерения - это измерения, выполняемые службами метрологического надзора с целью определения метрологических характеристик СИ. К таким измерениям относят измерения при метрологической аттестации СИ, экспертные измерения и др.
По способу получения измерения:
- Прямые – когда физическая величина непосредственно связывается с ее мерой;
- Косвенные – когда искомое значение измеряемой величины установлено по результатам прямых измерений величин, которые связаны с искомой величиной известной зависимостью;
Совокупные – когда используются системы уравнений, составляемых по результатам измерения нескольких однородных величин.
Совокупные измерения- это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях и различных сочетаниях этих величин.
Примером совокупных измерений может служить нахождение сопротивлений двух резисторов по результатам измерений сопротивлений последовательного и параллельного соединений этих резисторов.
Искомые значения сопротивлений находят из системы двух уравнений.
Совместные измерения- это проводимые одновременно измерения двух или более не одноименных величин для нахождения зависимости между ними
Совместные– производятся с целью установления зависимости между величинами. При этих измерениях определяется сразу несколько показателей. Классическим примером совместных измерений является нахождение зависимости сопротивления резистора от температуры:
R(tO ) = R20 [1 + A(tO - 20) + B(tO - 20)2 ],
Где:
R20 - сопротивление резистора при t = 20 градусов С;
А; В - температурные коэффициенты.
Для получения зависимости R(t) необходимо провести минимум три измерения сопротивления R при трех различных температурах R(t1), R(t2), R(t3), составить систему из трех уравнений и решив ее, определить коэффициенты R20, А, В.
Совместные и совокупные измерения по способам нахождения искомых значений измеряемых величин близки между собой. И в одном, и в другом случае искомые значения находят путем решения систем уравнений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных несколько разноименных
По характеру изменения измеряемой величины:
- Статические – связаны с такими величинами, которые не изменяются на протяжении времени измерения.
- Динамические – связаны с такими величинами, которые в процессе измерений меняются (температура окружающей среды).
По количеству информации:
- Однократные;
- Многократные (> 3);
По отношению к основным единицам измерения:
- Абсолютные (используют прямое измерение одной основной величины и физической константы).
- Относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины, применяемой в качестве единицы. Такая измеряемая величина зависит от используемой единицы измерения
Принцип измерений это совокупность взаимодействия СИ с объектом основанное на физических явлениях.
Метод измерения это совокупность приемов использования принципа и средств измерений.
Все без исключения методы измерений основаны на сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной). При этом в зависимости от способа применения меры известной величины выделяют метод непосредственной оценки и методы сравнения с мерой (см. табл.).
|
|
|
|
Метод непосредственной оценки - с помощью которого значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (измерение длины с применением линейки, массы на пружинных весах, давление - манометром
Метод сравнения с мерой - измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение зазора между деталями с помощью щупа, измерение массы на рычажных весах с использованием гирь и т. п.);
Измерений дополнением - метод сравнения с мерой, при осуществлении которого значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению (измерение массы объекта с помощью рычажных весов, на одну чашку которых помещается объект, а на другую - гири для уравновешивания весов и измерения массы объекта);
Дифференциальный метод - измеряемую величину сравнивают с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и измеряют разность между этими двумя величинами (измерение длины сравнением с образцовой мерой при помощи компаратора - средства сравнения, предназначенного для сличения мер однородных величин);
Нулевой метод сравнения с мерой, при реализации которого результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием);
Метод замещения при сравнения с мерой, с помощью которого измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов);
Метод совпадений - сравнения с мерой, при осуществлении которого разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение меток шкал или периодических сигналов (измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, когда наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; измерение частоты вращения с помощью стробоскопа, когда положение какой-либо отметки на вращающемся объекте совмещают с отметкой на не вращающейся части этого объекта при определенной частоте вспышек стробоскопа).
Различают контактный и бесконтактный методы измерений.
Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (определение размеров отверстия штангенциркулем или индикаторным нутромером).
Бесконтактный метод измерений, при котором чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта с помощью радиолокатора, параметров резьбы - с помощью инструментального микроскопа и др.)
Закономерности формирования результатов измерений
Сходимость результатов измерений
Сходимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.
Воспроизводимость измерений
Воспроизводимость результатов измерений - повторяемость (в пределах установленной погрешности) результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений.
Погрешности результатов измерений
Любое измерение производится с некоторой погрешностью, которая искажает результат измерения и позволяет определить лишь приближенное значение· измеряемой· величины. Введение понятия· «погрешность»- требует определения и четкого разграничения понятий истинного и· действительного значений, измеряемой ФВ и результата измерения.
Истинное значение физической величины идеальным образомхарактеризует в качественном и количественном отношений соответствующую Ф В. Оно не зависит от средств человеческого познания и является той абсолютной истиной, к которой стремятся, пытаясь выразить ее в виде числового значения. Поскольку :«истинное значение»- получить невозможно, то на практике его заменяют-«действительным значением».
Действительное значение физической величиныполучают экспериментальным путем. Оно настолько близко к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Результатом измерения ФВ является ее значение, полученное путем измерения.
Погрешность результата измерения (погрешность измерeнuя) -
это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.
На практике при определении погрешности измерения используют действительное значение, в результате чего погрешность измерения определяется по формуле.
где
Δхизм = х- хд
х - результат измерения;
хд - действительное значение измеряемой величины.
Классификация погрешностей измерения по основным признакам приведена в таблице.
В метрологии используют понятия «погрешность измерения»-и «погрешность средств измерений», причем погрешность средств. измерений является одной из составляющих (часто наибольшей) погрешности измерения. Погрешности измерения и погрешности средств измерений по характеру проявления и способу выражения классифицируются одинаково (см. рис. 1).
Рис. 1 Классификация погрешностей средств измерений
По окончании измерения необходимо получить не только значение физической величины, но и оценить точность результата измерения. Количественной мерой точности служат характеристики погрешности результата измерений.
По способу выражения погрешности делят на абсолютные, относительные· и приведенные .
Абсолютную погрешность определяют как разность результата
измерения и действительного значения измеряемой величины:
Δ = х- хд
Т.е. это погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.
Абсолютная погрешность ·независима от измеряемой величины, поэтому она не может в полной мере служить показателем точности измерений ФВ, в частности различных размеров.
Например, погрешность измерения А =0, 01 мм при измерении длины L -100 мм соответствует достаточно высокой точности измерений, а при L -1мм - низкой.
Относительная погрешностьвыражается отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или истинному значению измеряемой. величины. Относительную погрешность в долях или процентах находят из отношений:
δх = (А / х) илиδх = (А / х) 100%.
Тогда из предыдущего измерении длины L= 100 мм, δ х= (0,01/100) ·100% = 0,01% , а при L = 1 мм = (0,01/1) 100%=1% .
Относительная погрешность является наиболее информативной, так как дает возможность объективно сопоставлять результаты и оценивать качество измерений, выполненных в разное время, различными средствами или операторами, а также ранжировать погрешности измеряемой величины с различными размерностями и числовыми значениями.
Однако относительная погрешность измерения не может быть использована для нормирования погрешности некоторых средств измерений (например, электроизмерительных приборов), посколькупри приближении измеряемой величины кнулю незначительные ее изменения приводят кгромадным изменениям δх..
Исключение указанного недостатка возможно при нормировании по приведенной погрешности измерения.
Приведённойназывается относительная погрешность g, выраженная в процентах от некоторого нормирующего значения хн
γ= ± (Δ / хн) . 100%.
Часто за нормирующее значение - хн принимают верхний предел измерений средств измерений, т.е. хн= хmax.
Похарактеру проявления погрешности делятся на систематические,случайные и промахи.
Систематическая погрешность измерения - это составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ.
Отличительной особенностью систематических погрешностей является предсказуемость их поведения. Они могут быть почти полностью устранены путем введения соответствующих поправок. К систематическим постоянным погрешностям (остающимся постоянными при повторных измерениях) можно отнести погрешности от несоответствия действительного значения меры, с помощью которой выполняют измерения, ее номинальному значению, а также погрешности, вызванные температурной деформацией измеряемой детали или средства измерений при отклонении температуры от нормальной области значений.
Примером систематической переменной погрешности, закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же ФВ (рис….), является погрешность, вызванная, например, износом измерительного наконечника средства измерений при контактных измерениях.
Случайная погрешность измерения - это составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же ФВ.
В проявлении этих погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения.
Рис. 3. Систематические погрешность
1 - постоянная; 2 - переменная; п- номер повторяемого измерения;
и - систематические погрешности i-го измерения ;
= = ... = = const, т.е. = const
... const, т.е. const
В отличие от систематических случайные погрешности нельзя исключить из результата измерения путем введения поправок, однако их можно существенно уменьшить путем увеличения числа единичных измерений. Причин, вызывающих случайные погрешности, множество, например перекосы элементов прибора, нерегулярные изменения моментов трения в. опорах, колебания температуры окружающей среды, округления показаний прибора, изменение внимания оператора и др.
К случайной погрешности результата измерения относится также промах или грубая погрешность.
Промах (грубая погрешность) - это погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.
Промахи, как правило, возникают из-за ошибок или неправильного действия оператора, кратковременных резких изменений условий проведения измерений и др. Если промахи обнаруживаются в процессе измерений, то результаты, их содержащие, отбрасывают как недостоверные. Как правило, выявление промахов производится на основании анализа результатов измерений с помощью различных вероятностных критериев.
Обязательными компонентами любого измерения являются средства измерений, метод измерения и оператор, проводящий измерения. В связи с этим поисточнику возникновенияразличают инструментальные, методические и субъективные погрешности.
Инструментальная погрешность измерения - это составляющая погрешности измерений, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.
Методическая погрешность измерения (погрешность метода измерения) - это составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Такая погрешность возникает вследствие: ограниченной точности расчетных формул, положенных в основу измерений; влияния приема использования средства измерений; экстраполяций значения свойства, измеренного на ограниченной части объекта, на весь объект и др. В большинстве случаев методические погрешности носят систематический характер, однако возможно и случайное их проявление. Например, если уравнения метода измерений включают в себя коэффициенты, зависящие от условий измерений, которые меняются случайным образом.
Субъективная погрешность измерения - это часть погрешности измерения, зависящая от оператора. Она обусловлена погрешностью отсчитывания оператором показаний, влиянием теплоизлучения оператора на средство измерений и погрешностями, связанными с квалификацией оператора.
При изготовлении изделий машиностроения значительная часть про водимых измерений приходится на долю измерений геометрических параметров деталей: линейных и угловых размеров, отклонений формы и расположения поверхностей, шероховатости, параметров точности резьб, зубчатых колес и др. В связи с этим рассмотрим более подробно формирование погрешностей измерения геометрических параметров деталей.
Погрешность измерения геометрических параметров деталей с учетом условий и метода измерений можно рассчитать по формуле ;
где:
Δ1 - погрешность средства измерений
Δ2 - погрешность метода измерений
Δ3 - погрешность от температурных деформаций средства измерений
Δ4 - субъективная погрешность оператора
Δ5 - погрешность от измерительного усилия
Δ6 - другие погрешность средства измерений кроме указанных
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Раздел VII. Великая Отечественная война. 1941-1945 гг. | | |
Дата добавления: 2016-06-15; просмотров: 3907;