Основы технических измерений

Поправки могут быть аддитивными (от лат. «additivus» — прибавляемый) и мультипликативными (от лат. «multiplico» — умножаю). Например, для расчета сопротивления измеряют значение электрического тока, протекающего через резистор, и падение напряжения на нем. При этом возможны два варианта включения вольтметра и амперметра и соответственно различные аддитивные поправки. В одном случае из показания

амперметра нужно вычесть ток, протекающий через вольтметр, в другом — из показания вольтметра нужно вычесть падение напряжения на амперметре. Другой пример (по учету мультипликативной поправки): при измерении ЭДС вольтметром учитывают сопротивление источника питания путем умножения показания вольтметра на поправочный множитель, опреде-емый расчетным путем.

Влияние СИ на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор. Например, ртутный термометр, опущенный в пробирку с охлажденной жидкостью, подогревает ее и показывает не первоначальную температуру жидкости, а температуру, при которой устанавливается термодинамическое равновесие. Другим фактором является инерционность СИ. Некоторые СИ дают постоянно завышенные или постоянно заниженные показания, что может быть результатом дефекта изготовления, некоторой нелинейности преобразования. Эти особенности СИ выявляются при их метрологическом исследовании. По итогам устанавливается аддитивная или мультипликативная поправка в виде числа или функции, она может задаваться графиком, таблицей или формулой. Например, если вследствие дефекта изготовления стрелка на шкале удлинений разрывной машины в исходном положении устанавливается не на нуле, а на делении 5 мм, то все результаты будут иметь систематическую погрешность 5 мм, на которую нужно делать аддитивную поправку при подсчете.

Условия измерения как фактор, влияющий на результат, включают температуру окружающей среды, влажность, атмосферное давление, напряжение в сети и многое другое.

Рассмотрев факторы, влияющие на результаты измерений, можно сделать следующие выводы: при подготовке к измерениям они должны по возможности исключаться, в процессе измерения компенсироваться, а после измерения учитываться.

Учет указанных факторов предполагает исключение ошибок и внесение поправок к измеренным величинам.

Появление ошибок вызвано недостаточной надежностью системы, в которую входят оператор, объект измерения, СИ и окружающая среда. В данной системе могут происходить отказы аппаратуры, отвлечение внимания человека, описки в записях, сбои в аппаратуре, колебания напряжения в сети.

При однократном измерении ошибка может быть выявлена при сопоставлении результата с априорным представлением о нем или путем логического анализа. Измерения повторяют для устранения причины ошибки.

При многократном измерении одной и той же величины ошибки проявляются в том, что результаты отдельных измерений заметно отличаются от остальных. Если отличие велико, ошибочный результат необходимо отбросить. При этом руководствуются «правилом трех сигм»: если при многократном измерении сомнительный результат отдельного измерения отличается от среднего больше чем на Зδ ( δ — среднее квадратическое отклонение значения измеряемой величины от среднего значения), то с вероятностью 0,997 он является ошибочным и его следует отбросить.

Прежде чем обрабатывать ряд измерений, необходимо убедиться в том, что все они являются равноточными. Неравноточные измерения обрабатывают с целью получения результата только в том случае, когда невозможно получит ряд равноточных измерений.

Качество измерений является главным фактором производства, базирующегося на быстропротекающих процессах, автоматических процессах, на большом числе измеряемых величин. Нередко причиной брака продукции становятся неверно назначенные СИ (в первую очередь по точности). Бывает и так, что СИ вовсе не назначаются там, где это необходимо, из-за их отсутствия [1, c. 181-182].

Методика выполнения измерений. На обеспечение качества измерений направлено применение аттестованных методик выполнения измерений (МВИ). В 1997 г. начал действовать ГОСТ Р 8.563—96 «ГСИ. Методики выполнения измерений».

Опорным понятием точности методов измерений является термин «результат измерений».

Результат измерений — значение характеристики, полученное выполнением регламентированного метода измерений.

В нормативном документе на метод измерений должно регламентироваться: сколько (одно или несколько) единичных наблюдений должно быть выполнено; способы их усреднения; способы представления в качестве результата измерений; стандартные поправки (при необходимости).

Методика выполнения измерений (МВИ) — совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью. Как очевидно из определения, под МВИ понимают технологический процесс измерений. Методика измерений реализуется на основе того или иного метода. МВИ — это, как правило, документированная измерительная процедура. МНИ в зависимости от сложности и области применения излагают в следующих формах: отдельном документе (рекомендации и т.п.); разделе стандарта: части технического документа (разделе ТУ, паспорта).

Аттестация МВИ — процедура установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям.

В документах (разделах, частях документов), регламентирующих МВИ, в общем случае указывают: назначение МВИ; условия измерений; требования к погрешности измерений; метод (методы) измерений; требования к СИ (в том числе к стандартным образцам), вспомогательным устройствам, материалам, растворам и пр.; операции при подготовке к выполнению измерений; операции при выполнении измерений; операции обработки и вычисления результатов измерений; нормативы, процедуру и периодичность контроля погрешности результатов выполняемых измерений; требования к квалификации операторов, требования к безопасности выполняемых работ.

При разработке МВИ одни из основных исходных требований — требования к точности измерений, которые должны устанавливать, в виде пределов допускаемых значений характеристик, абсолютную и относительную погрешности измерений.

Наиболее распространенным способом выражения требований к точности измерений являются границы допускаемого интервала, в котором с заданной вероятностью Р должна находиться погрешность измерений.

Если граница симметрична, то перед их числовым значением ставятся знаки «±». Если заданное значение вероятности равно единице (Р = 1), то в качестве требований к точности измерений используются пределы допускаемых значений погрешности измерений. При этом вероятность Р = 1 не; указывается.

Ответственным этапом является оценивание погрешности измерений путем анализа возможных источников и составляющих погрешности измерений: методических составляющих (например, погрешности, возникающие при отборе и приготовлении проб), инструментальных составляющих (допустим, погрешности, вызываемые ограничения разрешающей способностью СИ); погрешности, вносимые оператором (субъективные погрешности).

 Скачать реферат