Метрология. 4

           Р Е Ф Е Р А Т 
 

         На тему:  Метрология 
 
 
 

                                                       Выполнила

                                                                                Сунцова А. В.     

                    Душанбе  2010 г.                                                                                                                                                                                            

                     С О Д Е Р Ж А Н И Е: 

1. Метрологическое обеспечение.

2. Измерение.

3. Точность измерения.

4. Единицы измерения.

5. Эталоны.

6. Измерение напряжения приборами непосредственной оценки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Метрологическое  обеспечение.

     Метрологическое   обеспечение – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

      Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения  их единства и способах достижения  требуемой точности.

       Основными целями метрологического  обеспечения являются:

       повышение качества продукции,  эффективности управления производством  и уровня автоматизации производственных  процессов;

       повышение эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, экспериментов и испытаний;

       обеспечение достоверного учета  и повышение эффективности использования  материальных ценностей энергетических  ресурсов;

       повышение эффективности мероприятий  по профилактике, диагностике и лечению болезней, нормированию и контролю условий труда и быта людей, окружающей среды.

        Организованной основой метрологического  обеспечения является метрологическая  служба, состоящая из государственной  и ведомственных метрологических  служб.      
 
 
 

     Измерение.

     В ГОСТ 16263-70 «Метрология. Термины и определения» дано определения «измерение»: измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

       В этом определении отражены  следующие главные признаки, понятия «измерение»:

а) измерять можно  свойства реально существующих объектов познания, т.е. физические величины;

б) измерение  требует проведение опытов, т.е. теоретические  рассуждения или расчеты не могут  заменить эксперимент;

в) для проведения опытов требуются особые технические средства – средства измерений, приводимые во взаимодействие с материальным объектом;

г) результатом измерения является значение физической величины.

       Значение физической величины  – количественная оценка измеряемой величины должна быть не просто числом, а числом именованным, т.е. результат измерения должен быть выражен в определенных единицах, принятых для данной величины. 
 
 

 Точность измерений.         

       Результат измерения практически всегда отличается от истинного значения физической величины – значения, которое выражает размер величины абсолютно точно. Истинное значение физической величины определить невозможно.

      Отличие результата измерений от истинного значения объясняется несовершенством средств измерений, несовершенством способа применения средства измерений, влиянием условий выполнения измерения, участием человека с его ограниченными возможностями.

      Отклонение результата измерений  от истинного значения измеряемой  величины называют погрешностью измерений.

      В результате плохой подгонки отдельных элементов (сопротивления, индуктивности, емкости и т.д.), несовершенства конструкции, неправильности градуировки, влияния различных внешних факторов действительное значение меры всегда несколько отличается от ее номинального значения. Разница между действительным и номинальным значениями называется абсолютной погрешностью значения меры. Разность между показанием  измерительного прибора А_пр и действительным А_д  значением измеряемой величины называют абсолютной погрешностью измерительного прибора:

      Абсолютная погрешность значения  меры и измерительного прибора  выражается в единицах  данной  величины.

       Погрешность мер и приборов  зависят от их условий работы. Чем больше отличаются условия работы мер и приборов от условий, при которых они градуировались, тем большей может быть и их погрешность, поэтому для характеристики точности мер и измерительных приборов введено понятие основной погрешности.

       Основной погрешностью называют погрешность мер и приборов при нормальных условиях эксплуатации.

        Более полное представление о  точности меры или прибора  дают относительные погрешности      %, выраженные в процентах от  действительных значений измеряемой величины:

      Однако относительная погрешность  характеризует точность прибора  только в одной точке его  шкалы. Для характеристики точности измерительного прибора по всей шкале введено понятие основной приведенной погрешности, под которой понимают основную относительную погрешность, выраженную в процентах от верхнего предела измерения прибора:

         По допустимому значению приведенной  погрешности все меры и измерительные  приборы делят на классы точности. Класс точности обозначается  числом, обозначающим наибольшее  допустимое значение основной  приведенной погрешности. 

       Единицы измерения.

       Система СИ – Международная система единиц, принята в октябре 1960 г.

Система СИ –  универсальная система, примерно 2/3 единиц которой уже применяется  и число вводимых не так велико. Международная система единиц СИ состоит из шести основных единиц: метр, килограмм, ампер, секунда, кельвин, кандела и двух дополнительных – радиан и стерадиан, двадцати  семи важнейших производных единиц из различных областей науки.

     Система  СГС – это система единиц  сантиметр – грамм – секунда.

     Система  МТС предназначена для механических величин. Основные величины: метр – тонна – секунда. Преимуществом системы считают практически удобные единицы длины и массы и соответствие 1 тонны 1м³ воды. Механические и электрические единицы просто связаны между собой: 1килоджоуль равен 1000джоулям работы.

     Система  МКС – основные единицы: метр  – килограмм – секунда. Наиболее  важными  производными системы  являются единицы силы – ньютон, мощности – ватт, динамическая  вязкость – килограмм на метр  – секунду, кинематическая вязкость – квадратный метр в секунду.     

    Система МКСГ – предназначена для измерения тепловых величин. Основные единицы метр – килограмм – секунда – градус. Производными системы являются единицы количества теплоты – джоуль, теплоемкости тела – джоуль на градус, удельной теплоемкости – джоуль на килограмм градус, теплового потока – ватт, коэффициента теплопроводности – ватт на метр градус.

      Система МСС – система единиц  световых величин. Она соответствует  системе МКС.

Основные единицы: метр – секунда – свеча. Производными единицами являются люмен, люкс, нит. Размерность люмена совпадает с размерностью свечи, так как телесный угол принимают за безразмерную величину. 

        Эталоны.

       Эталон – это средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение  единицы с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации официально утвержденное в установленном порядке.

      Воспроизведение единиц осуществляется одним из двух способов, выбираемых исходя из технико–экономических соображений, централизованное – с помощью единого для всей страны государственного эталона, когда требуемая точность воспроизведения может быть обеспечена посредством косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы с помощью образцовых средств измерений.  

      Первым способом воспроизводятся  все основные единицы Международной  системы единиц (СИ) и большую  часть производных.

      Второй способ применим к производным  единицам, размер которых может передаваться прямым сравнением с эталоном или если поверка мер посредством косвенных измерений проще, чем их сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность.

      Первичным называют эталон, обеспечивающий  воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью. Первичные эталоны – наиболее точные из всех видов эталонов данной единицы, служащие для ее воспроизведения в наиболее благоприятных условиях. Первичный или специальный эталон, официально утвержденный Госстандартом в качестве исходного для страны, называется государственным.

      Хранение единиц в состоянии,  обеспечивающем неизменность ее  размера во времени, и передачу  размеров единиц всем применяемым в стране средствам измерений осуществляют с помощью вторичных эталонов и образцовых средств измерений.

 Вторичные  эталоны создают и утверждают  в случаях необходимости организации  поверочных работ и предохранения  государственного эталона от  излишнего износа. Действительное значение величины, воспроизводимой вторичным эталоном, устанавливается по результатам его сличений с соответствующим государственным эталоном. По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие.

       Эталон-копию применяют вместо  государственного эталона для  хранения единицы и передачи  ее размера рабочим эталонам. Он не всегда является физической  копией государственного эталона,  а применяется в качестве копии  только по метрологическому назначению.  

      Эталон сравнения применяют для  сличения эталонов, которые по  тем или иным причинам не  могут быть непосредственно сличаемы  друг с другом (находятся в  различных органах метрологической  службы и их нельзя транспортировать). Рабочий эталон применяют для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерения высшего разряда и при необходимости наиболее точным рабочим мерам и измерительным приборам. Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

      Вторичные эталоны выполняют  в виде комплекса средств измерений,  одиночного эталона, группового  эталона или эталона набора.

      Одиночный эталон состоит из  одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа. Например, вторичные эталоны единицы массы – килограмм в виде платиноиридиевой гири №26 и гирь из нержавеющей стали №65, 8 и 15.

       Групповой эталон состоит из  совокупности однотипных мер,  измерительных приборов или других  средств измерений, применяемых  как одно целое для повышения  надежности хранения единицы.  Размер единицы, хранимой групповым  эталоном, определяется как среднее арифметическое из значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Например, групповой эталон-копия вольта – группа из 20 нормальных элементов.

         Эталонный набор представляет собой набор мер или набор измерительных приборов, позволяющих хранить единицу или измерять величину в определенном диапазоне, в котором отдельные меры или измерительные приборы набора имеют различные номинальные значения или поддиапазоны  значений величины. Аналогично групповым эталонам различают эталонные наборы постоянного и переменного состава. Примером эталонного набора является рабочий эталон единицы плотности жидкостей в виде набора денсиметров, служащих для определения плотности жидкостей в различных участках диапазона. Для государственных эталонов указывают:

     случайную  погрешность воспроизведения единицы,  выраженную в виде среднего  квадратичного отклонения результата  измерений;

     неисключенную  систематическую погрешность воспроизведения единицы.

      Погрешности для эталонов-копий,  эталонов сравнения и рабочих  эталонов указывают с учетом  погрешностей передачи размера  единицы от соответствующего  квадратического отклонения результата  поверки. 

       Измерение напряжения методом сличения.   

 В основу  классификации применяемых методов  поверки положены следующие признаки, в соответствии с которыми средства измерений могут быть поверены:

       без использования компаратора  (прибора сравнения), т.е. непосредственным  сличением поверяемого средства измерений с образцовым средством того же вида;

      сличением поверяемого средства  измерений с образцовым средством  измерений того же вида с  помощью компаратора;

      прямым измерением  поверяемым  измерительным прибором величины, воспроизводимой  образцовой мерой;

      прямым измерением образцовым измерительным прибором величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;

      косвенным измерением величины, воспроизводимой мерой или измеряемой  прибором, подвергаемыми поверке;  путем независимой поверки.

       Метод непосредственного сличения  двух средств измерения без  применения компарирующих приборов  широко применяется при поверке  различных средств измерений.  Например, в области электрических  и магнитных измерений. Основой  метода служит одновременное измерение одного и того же значения физических величин Х аналогичными по роду измеряемой величины поверяемым и образцовым приборами.

       При поверке данным методом  устанавливают требуемое значение  Х, затем сравнивают показания поверяемого прибора Х_п с показаниями

Х_о   образцового и определяют разность     . Разность                   

              равна абсолютной погрешности  поверяемого прибора, которую  приводят к нормированному значению  Х_N для получения приведенной погрешности

                                       g =   D/Х_N 100%.

        Этот метод может реализоваться двумя способами:

1. регистрацией совмещений. При этом указатель поверяемого прибора путем изменения входного сигнала совмещают с проверяемой отметкой шкалы, а погрешность определяют расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора и действительным значением, определяемым по показаниям образцового прибора;
2. отсчитываем погрешности по шкале поверяемого прибора. При этом номинальное для поверяемой отметки шкалы значение размера физической величины устанавливают по образцовому прибору, а погрешность определяют по расстоянию между проверяемой отметкой поверяемого прибора и его указателем.

     Первый способ удобен тем, что дает возможность точно определить погрешность по образцовому прибору, шкала которого обычно имеет большое число делений, а отсчетное устройство практически исключает появление погрешности отсчета вследствие параллакса.

      Второй способ удобен при автоматической поверке, так как позволяет поверять одновременно несколько приборов с помощью одного образцового. Недостатки этого способа нелинейность шкал аналоговых поверяемых приборов и неточность нанесения промежуточных делений.

      Поверка вольтметров методом сличения проводится, как правило на переменном токе. На постоянном токе поверяют приборы, предназначенные только для постоянного тока, или для постоянного и переменного, если отсутствуют соответствующие образцовые приборы переменного тока. 

      В соответствии с требованиями  ГОСТа допускаемая погрешность  образцового прибора в том  случае, когда поправки к его  показаниям не учитываются, должна  быть по крайней мере в 5 раз меньше допускаемой погрешности  поверяемого прибора. Возможно применение образцовых приборов с допускаемой погрешностью в 2,5 раза меньше основной погрешности поверяемого прибора. При этом необходимо введение поправок к показаниям образцового прибора во всех случаях, когда погрешности поверяемого прибора, отличаются от допускаемых на величину, близкую к допускаемой погрешности образцового прибора.     

             В качестве образцовых приборов, применяемых для поверки методом        сличения, нужно выбирать такие приборы, вариация показаний которых не превышает половины допускаемой погрешности. Конечные значения шкал образцовых и поверяемого приборов должны отличаться не более чем на 25%. Если отсутствуют образцовые приборы с соответствующим пределом измерения, может быть выбран прибор с более высоким пределом измерения, но по своему классу он должен быть соответственно более точным. В этом случае для выбора образцового прибора можно пользоваться следующими формулами:

        а) образцовым прибором пользуются  без учета поправок: 
 

б) образцовым прибором пользуется с учетом поправок:

    Схема поверки  вольтметров методом  сличения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           С П И С О К  Л И Т Е Р А Т У Р Ы: 
 
 
 
 

1. Любимов Л.И., Форсилова И.Д. Поверка средств электрических измерений. Ленинград. Энергоатомиздат,1987г.

2. Голубев С.М. Артемьев Б.Г. Справочное пособие для  работников метрологических служб.Москва, 1990 г.

3. Основы  метрологии и электрические измерения. Под редакцией Е.М.Душина. Ленинград. Энергоатомиздат,1987 г.

4. Алукер  Ш.М. Электроизмерительные приборы. Москва. Высшая школа, 1966г.

     5. Поверка электроизмерительных приборов. Сборник    инструкций и методических указаний.