Основные этапы измерений, их содержание

        Основные этапы измерений , их содержание

Измерение традиционно разделяются по многим классификационным признакам.

1. Наиболее громоздкой является классификация по измеряемой физической величине (в настоящее время насчитывается около 2000 величин).

2. По режиму использования СИ последние делят на статические- с использованием СИ в статическом режиме и динамические- с использованием СИ в динамическом режиме.

3.В соответствии с количеством элементарных измерительных актов выделяют измерения с однократными и многократными наблюдениями(На практике к однократным относятся измерения с числом наблюдений не более 3-х).

4. Если измерения основаны на наблюдении основных величин и использовании значений физических констант, то они называются абсолютными, в противном случае - относительными.

5.В отношении тщательности оценивания обычно выделяют три категории измерений: с точной апостериорной, приближенной апостериорной и априорной оценкой погрешностей. К первой категории относятся измерения, проводимые при метрологических исследованиях, а также особо ответственные измерения. При этом обработка данных выполняется наиболее точно.

6. Важнейшим для обработки экспериментальных данных является разделение измерений на прямые, косвенные, совместные и совокупные. При этом основным признаком является вид уравнения измерения связывают измеряемую и непосредственно наблюдаемые величины.

 

 

 

Рассмотрим подробнее этапы измерительной процедуры. Первый этап целесообразно разделить на две части: постановку измерительной задачи и планирование измерительного эксперимента.

1. Постановка измерительной задачи осуществляется в такой последовательности:

а) уточнение данных об условиях измерения и исследуемой физической величине

б) формирование модели объекта и определение измеряемой величины

в) постановка измерительной задачи на основе принятой модели объекта

г) выбор конкретных величин, на основе которых будет находится значение измеряемой величиныд) формулирование уравнения измерения.

Содержание и этапы обработки данных при измерениях.

Ж) обеспечение требуемых условий или создание возможности контроля.

В рамках принятой модели объекта исследователь может формально поставить измерительную задачу, что дает возможность планировать измерение.

Наиболее важным является формирование модели, особенно при решении сложных измерительных задач и исследование сложных объектов. Модель объекта формируется на основе априорных данных. Измеряемая величина определяется с помощью принятой модели объекта как параметр или характеристика объекта. Выбор измеряемой величины может быть неоднозначным даже при фиксированной модели объекта.

2. Планирование измерения в зависимости от вида и сложности задачи выполняется в такой последовательности:

а) выбор методов измерений непосредственно измеряемых величин (аргументов), возможных типов средств измерений.

б) априорная оценка погрешности измерения.

в) формулирование требований к метрологическим характеристикам средств измерений и условиям измерения

г) выбор СИ в соответствии с указанными требованиями

д) выбор параметров измерительной процедуры: числа наблюдений для каждого аргумента, моментов времени и точек выполнения наблюдений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Обработка  результатов косвенных измерений

При косвенных измерениях значение искомой величины находят на основании известной зависимости, связывающей ее с другими величинами, полученными прямыми измерениями.

Рассмотрим простейший случай, когда косвенно измеряемая величина является суммой или разностью величин, определяемых прямыми измерениями, т. е.

Так как результаты прямых измерений величин X и У (после исключения систематических погрешностей) включают в себя некоторые случайные погрешности, то формулу косвенного измерения суммы можно переписать в виде

гдеЛ У - средние арифметические (или средние взвешенные), полученные при обработке результатов прямых измерений величин X и У; АХ, АУ - случайные погрешности средних значений величин X

и У2 и А2 - оценка истинного значения косвенно измеряемой величины и его случайная погрешность.

Таким образом, из уравнения следует, что Z будет равна

сумме оценок X иУу а случайные погрешности АХ и АУ в сумме дадут случайную погрешность АЖ

Математическое ожидание oцeнки Z равно, очевидно, истинному значению искомой величины:

и ее дисперсия соответственно равна:

Следует, что дисперсия суммы двух слагаемых величин кроме суммы дисперсий этих величин включает еще удвоенное математическое ожидание произведения погрешностей, которое называют корреляционным моментом. Корреляционный момент определяет степень тесноты "линейной" связи между погрешностями. Через корреляционный момент выражается безразмерная величина, получившая название коэффициента корреляции гху

С учетом формулы уравнение примет вид

Если косвенно измеряемая величина является разностью величин, определяемых прямыми измерениями, т. е. Z = Х - У, то

Если погрешности измерения величин Хи Кне коррелированы, то

Теоретические дисперсии распределения прямых результатов измерений случайных величин Хи У, как правило, неизвестны. В этом случае оценка дисперсии результата косвенных измерений определяется через оценки дисперсий

В формуле (7.65) знак плюс соответствует условию Z = X + К, а знак минус условию Z = X - У

Оценки коэффициента корреляции вычисляют на основании результатов наблюдений исходных величин:

Значения коэффициента корреляции лежат в интервале - 1 < г"£ 1. Чем ближе значение коэффициента корреляции к единице, тем теснее связь между величинами Хи У.

Если Гю > 0, то имеет место положительная корреляция, т. е. величины Хи К изменяются согласованно в одном направлении - увеличение одной величины влечет за собой увеличение другой.

Если гху< О, то имеет место отрицательная корреляция - увеличение одной величины сопровождается уменьшением другой. Если гху= О, то величины Хи Кне коррелированы. Если требуется оценить истинное значение величины г, которая связана со многими величинами х, (/' = I, 2, т), измеряемыми прямым способом

(в общем случае - нелинейным), то поступают следующим  образом.

Рассматривая / как функцию т переменных л;, запишем ее полный дифференциал

Каждая из величин х измерена с некоторой погрешностью Дх,. Полагая, что погрешности Дх, малы, можем заменить ах1 на Ах;.

В выражении  каждое слагаемое -^-Ах. представляет собой дх, частную погрешность результата косвенного измерения, вызванную погрешностью Дх, определения величины х,. Частные производные носят названия коэффициентов влияния соответствующих погрешностей.

Формула является приближенной, так как учитывает только линейную часть приращения функции, однако в большинстве практических случаев она обеспечивает удовлетворительную точность оценки погрешностей результатов косвенных измерений.

Систематические погрешности Д"х,, если они определены или известны, используются для определения систематической погрешности Ди^с учетом их знаков подстановкой

Эта же формула используется и для определения предельной погрешности косвенно измеряемой величины по предельным погрешностям аргументов.

Рассмотрим оценки случайных погрешностей результатов косвенных измерений. Предположим, что величины х, измерены со случайными погрешностями Дхм имеющими нулевые математические ожидания М(Ах) = 0 и дисперсии <т2х ■ Найдем выражения для математического ожидания М(Аг) и дисперсии <г(Аг) погрешности Д^, принимая во внимание

где ги - коэффициенты корреляции погрешностей всех испытаний у и /, кроме /' = /

Если погрешности Ддг, некоррелированы, то

В качестве оценки косвенно измеряемой величины принимается величина /Г, значение которой определяется по следующей формуле:

Коэффициенты влияния, приведенные в формулах, в случае нелинейной функции/зависят от значений величин хг Коэффициенты влияния определяются подстановкой в выражение частных производных оценок соответствующих параметров, что является дополнительным источником погрешности. При экспериментальном определении коэффициентов влияния также возникает погрешность их определения.

Пример.

Определить момент инерции круглой платформы, связанный формулой

со следующими величинами, измеряемыми прямыми способами: Я = (I1,50 ± 0,05) 10"! м - радиус платформы; г = (10,00 ± 0,05) Ю"г м - радиус верхнего диска подвеса; / = (233,0 ± 0,2) 10"! м - длина нитей подвеса; т - (125,7 ± 0,1) 10"*' кг - масса платформы; Т~ (2,81 ± 0,01) с - период малых колебаний платформы; g ~ 9,81 м-с"! - ускорение свободного падения; я= 3,14.

Результаты приведены со средними квадратичными отклонениями.

Решение. Подставляя в исходную формулу средние арифметические значения измеряемых прямыми способами величин и округленные значения постоянных, получим оценку истинного значения моментов инерции платформы:

так как результат должен быть округлен до трех значащих цифр.

Для оценки точности полученного результата вычислим частные производные и частные погрешности косвенных измерений:

Таким образом, среднее квадратичное отклонение косвенного измерения момента инерции платформы составит

Окончательно результат косвенного измерения записывается в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обработка результатов прямых равноточных измерений

 

Прямые измерения – это измерения, посредством которых непосредственно получается значение измеряемой величины.

 

Равноточными или равнорассеянными называют прямые, взаимно независимые измерения определенной величины, причем результаты этих измерений могут быть рассмотрены как случайные и распределенные по одному закону распределения.

 

Обычно при обработке результатов прямых равноточных измерений предполагается, что результаты и погрешности измерений распределены по нормальному закону распределения.

 

После снятия расчетов вычисляется значение математического ожидания по формуле:

 

 

где xi – значение измеряемой величины;

 

n – количество проведенных измерений.

 

Затем, если систематическая погрешность определена, ее значение вычитают из вычисленного значения математического ожидания.

 

Потом вычисляется значение среднеквадратиче-ского отклонения значений измеряемой величины от математического ожидания.

 

Алгоритм обработки результатов многократных равноточных измерений

 

Если известна систематическая погрешность, то ее необходимо исключить из результатов измерений.

 

Вычислить математическое ожидание результатов измерений. В качестве математического ожидания обычно берется среднее арифметическое значений.

 

Установить величину случайной погрешности (отклонения от среднего арифметического) результата однократного измерения.

 

Вычислить дисперсию случайной погрешности.

 

Вычислить среднеквадратическое отклонение результата измерения.

 

Проверить предположение, что результаты измерений распределены по нормальному закону.

 

Найти значение доверительного интервала и доверительной погрешности.

 

Определить значение энтропийной погрешности и энтропийного коэффициента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные методы сандартизации.

 

Стандартизация — деятельность по разработке, опубликованию и применению стандартов; также деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; единства измерений; экономии всех видов ресурсов; безопасности хозяйственных объектов с учётом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; обороноспособности и мобилизационной готовности страны. Стандартизация направлена на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.[1][2]

Метод стандартизации — это прием или совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации.

В работе по стандартизации широко используются рассмотренные ниже методы.

Упорядочение объектов стандартизации — универсальный метод в области стандартизации продукции, процессов и услуг. Упорядочение как управление многообразием связано прежде всего с сокращением многообразия. Результатом работ по упорядочению являются, например, ограничительные перечни комплектующих изделий для конечной готовой продукции; альбомы типовых конструкций изделий; типовые формы технических, управленческих и прочих документов. Упорядочение как универсальный метод состоит из отдельных методов: систематизации, селекции, симплификации, типизации и оптимизации.

Систематизация объектов стандартизации заключается в научно обоснованном, последовательном классифицировании и ранжировании совокупности конкретных объектов стандартизации. Примером результата работы по систематизации продукции может служить Общероссийский классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП), который систематизирует всю товарную продукцию (прежде всего по отраслевой принадлежности) в виде различных классификационных группировок и конкретных наименований продукции.

Селекция объектов стандартизации — деятельность, заключающаяся в отборе таких конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего производства и применения в общественном производстве.

Симплификация — деятельность, заключающаяся в определении таких конкретных объектов, которые признаются нецелесообразными для дальнейшего производства и применения в общественном производстве.

Процессы селекции и симплификации осуществляются параллельно. Им предшествуют классификация и ранжирование объектов и специальный анализ перспективности и сопоставления объектов с будущими потребностями.

Типизация объектов стандартизации —деятельность по созданию типовых (образцовых) объектов — конструкций, технологических правил, форм документации. В отличие от селекции отобранные конкретные объекты подвергают каким-либо техническим преобразованиям, направленным на повышение их качества и универсальности.

Оптимизация объектов стандартизации заключается в нахождении оптимальных главных параметров (параметров назначения), а также значений всех других показателей качества и экономичности. В отличие от работ по селекции и симплификации, базирующихся на несложных методах оценки и обоснования принимаемых решений, например, экспертных методах, оптимизацию объектов стандартизации осуществляют путем применения специальных экономико-математических методов и моделей оптимизации. Целью оптимизации является достижение оптимальной степени упорядочения и максимально возможной эффективности по выбранному критерию.

Параметрическая стандартизация. Параметр продукции — это количественная характеристика ее свойств.

Наиболее важными параметрами являются характеристики, определяющие назначение продукции и условия ее использования:

• размерные параметры (например, размер одежды и обуви, вместимость посуды);
• весовые параметры (масса отдельных видов спортинвентаря);
• параметры, характеризующие производительность машин и приборов (производительность вентиляторов и полотеров, скорость движения транспортных средств);
• энергетические параметры (мощность двигателя и пр.).

Продукция определенного назначения, принципа действия и конструкции, т.е. продукция определенного типа, характеризуется рядом параметров. Набор установленных значений параметров называется параметрическим рядом. Разновидностью параметрического ряда является размерный ряд. Например, для тканей размерный ряд состоит из отдельных значений ширины тканей, для посуды — отдельных значений вместимости. Каждый размер изделия (или материала) одного типа называется типоразмером. Например, сейчас установлено 105 типоразмеров мужской одежды и 120 типоразмеров женской одежды.

Процесс стандартизации параметрических рядов — параметрическая стандартизация — заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров. Решается эта задача с помощью математических методов.

Унификация продукции. Деятельность по рациональному сокращению числа типов деталей, агрегатов одинакового функционального назначения называется унификацией продукции. Она базируется на классификации и ранжировании, селекции и симплификации, типизации и оптимизации элементов готовой продукции.

Основными направлениями унификации являются:

• разработка параметрических и типоразмерных рядов изделий, машин, оборудования, приборов, узлов и деталей;
• разработка типовых изделий в целях создания унифицированных групп однородной продукции;
• разработка унифицированных технологических процессов, включая технологические процессы для специализированных производств продукции межотраслевого применения;
• ограничение целесообразным минимумом номенклатуры разрешаемых к применению изделий и материалов.

Результаты работ по унификации оформляются по-разному: это могут быть альбомы типовых (унифицированных) конструкций деталей, узлов, сборочных единиц; стандарты типов, параметров и размеров, конструкций, марок и др.

В зависимости от области проведения унификация изделий может быть межотраслевой (унификация изделий и их элементов одинакового или близкого назначения, изготовляемых двумя или более отраслями промышленности), отраслевой и заводской (унификация изделий, изготовляемых одной отраслью промышленности или одним предприятием). В зависимости от методических принципов осуществления унификация может быть внутривидовой (семейств однотипных изделий) и межвидовой или межпроектной (узлов, агрегатов, деталей разнотипных изделий).

Агрегатирование. Агрегатирование — это метод создания машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов, многократно используемых при создании различных изделий на основе геометрической и функциональной взаимозаменяемости.

Агрегатирование очень широко применяется в машиностроении, радиоэлектронике. Развитие машиностроения характеризуется усложнением и частой сменяемостью конструкции машин. Для проектирования и изготовления большого количества разнообразных машин потребовалось в первую очередь расчленить конструкцию машины на независимые сборочные единицы (агрегаты) так, чтобы каждая из них выполняла в машине определенную функцию. Это позволило специализировать изготовление агрегатов как самостоятельных изделий, работу которых можно проверить независимо от всей машины.

Комплексная стандартизация. При комплексной стандартизации осуществляются целенаправленное и планомерное установление и применение системы взаимоувязанных требований как к самому объекту комплексной стандартизации в целом, так и к его основным элементам в целях оптимального решения конкретной проблемы. Применительно к продукции — это установление и применение взаимосвязанных по своему уровню требований к качеству готовых изделий, необходимых для их изготовления сырья, материалов и комплектующих узлов, а также условий сохранения и потребления (эксплуатации). Практической реализацией этого метода выступают программы комплексной стандартизации (ПКС), которые являются основой создания новой техники, технологии и материалов.

В связи с резким сокращением финансирования работ по стандартизации в последнее десятилетие работы по комплексной стандартизации выполняются в очень ограниченном объеме, в основном в рамках федеральных целевых программ, которые содержат раздел по нормативному обеспечению качества и безопасности работ и услуг.

Опережающая стандартизация. Метод опережающей стандартизации заключается в установлении повышенных по отношению к уже достигнутому на практике уровню норм и требований к объектам стандартизации, которые согласно прогнозам будут оптимальными в последующее время.

Стандарты не могут только фиксировать достигнутый уровень развития науки и техники, так как из-за высоких темпов морального старения многих видов продукции они могут стать тормозом технического прогресса. Для того чтобы стандарты не тормозили технический прогресс, они должны устанавливать перспективные показатели качества с указанием сроков их обеспечения промышленным производством. Опережающие стандарты должны стандартизировать перспективные виды продукции, серийное производство которых еще не начато или находится в начальной стадии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям

править исходный текст]

Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (стран СНГ) установлены следующие виды поверки

Первичная поверка — поверка, выполняемая до ввода в эксплуатацию средства измерений или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы, при продаже.

Периодическая поверка — поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.

Внеочередная поверка — Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.

Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.

Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Организация и порядок проведения поверки

 

 

1 Средства измерений подвергают  первичной,  периодической,

внеочередной и инспекционной поверке.

8 Первичной    поверке    подлежат    средства    измерений

утвержденных типов  при  выпуске  из  производства и ремонта,  при

ввозе по импорту.

Первичной поверке могут не подвергаться средства измерений при

ввозе по импорту на основании заключенных международных соглашений

(договоров) о   признании  результатов  поверки,  произведенной  в

зарубежных странах.

3 Первичной поверке подлежит, как правило, каждый экземпляр

средств измерений.

Допускается выборочная поверка.

4 Первичную  поверку органы Государственной метрологической

службы  могут  производить   на  контрольно - поверочных  пунктах,

организуемых  юридическими  лицами,  выпускающими и ремонтирующими

средства измерений.

5. Периодической  поверке   подлежат   средства   измерений,

находящиеся в  эксплуатации  или  на хранении,  через определенные

межповерочные интервалы.

6. Конкретные перечни  средств измерений, подлежащих поверке,

составляют юридические  и  физические  лица  -  владельцы  средств

измерений.

Перечни средств измерений,  подлежащих поверке,  направляют  в

органы Государственной метрологической службы.

Органы Государственной  метрологической  службы   в   процессе

осуществления государственного      надзора     за     соблюдением

метрологических правил   и   норм    контролируют     правильность

составления перечней средств измерений, подлежащих поверке.

7. Периодическую поверку  должен проходить  каждый  экземпляр

средств измерений.  Периодической  поверке  могут  не подвергаться

средства измерений,   находящиеся    на    длительном    хранении.

Периодическую поверку   средств   измерений,  предназначенных  для

измерений (воспроизведения)   нескольких   величин   или   имеющих

несколько диапазонов  измерений,  но  используемых  для  измерений

(воспроизведения) меньшего числа  величин  или  на  меньшем  числе

диапазонов измерений  допускается  на  основании  решения Главного

метролога или руководителя юридического лица производить только по

тем требованиям   нормативных   документов   по  поверке,  которые

определяют пригодность средств измерений  для  применяемого  числа

величин и применяемых диапазонов измерений.

Соответствующая запись должна быть сделана в  эксплуатационных

документах.

8. Результаты периодической  поверки действительны в  течение

межповерочного интервала.

9. первый   межповерочный   интервал   устанавливается   при

утверждении типа.

Органы Государственной метрологической  службы  и  юридические

лица обязаны   вести  учет  результатов  периодических  поверок  и

разрабатывать рекомендации    по    корректировке    межповерочных

интервалов с учетом специфики их применения.

10. Корректировка   межповерочных   интервалов    проводится

органом Государственной  метрологической  службы по согласованию с

метрологической службой юридического лица.

11. В  тех  случаях,  когда  согласие сторон по п.  2.10  не

достигнуто, результаты    исследований,    позволяющие     вынести

заключение об  изменении  межповерочных  интервалов,  передаются в

государственные научные  метрологические   центры,   которые  дают

соответствующее заключение.

12. Периодическая поверка  может производиться на  территории

пользователя, органа  Государственной  метрологической  службы или

      юридического  лица, аккредитованного на право  поверки.

          Место поверки выбирает пользователь средств измерений,  исходя

      их экономических  факторов и возможности транспортировки  поверяемых

      средств  измерений и эталонов.

          13. Средства измерений должны  представляться на  поверку  по

      требованию  органа     Государственной    метрологической    службы

      расконсервированными, вместе с техническим описанием,  инструкцией

      по эксплуатации, методикой поверки, паспортом или  свидетельством о

      последней  поверке,    а    также    необходимыми    комплектующими

      устройствами.

14.  Внеочередную  поверку  средств измерений,  находящихся  в