Метрология практическая работа №1

Практическая работа №1.

Основные понятия метрологии. Измерение и контроль.

Метрология – это наука об измерении. Метрология рассматривает широкий круг вопросов:

* Установление единиц измерения и воспроизведения их в виде конкретных эталонов.

* Технические средства измерений и их применение.

* Организация и юридические основы измерений.

* Единства и точности измерений.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путём специальными техническими средствами.

Контроль – это процесс получения информации путём сравнения измеряемой и нормативной величин о состоянии объекта и окружающей среды. Результатом измерения являются управляющие воздействия оператора или средств защиты объекта.

Контроль и измерение – это два основных понятия метрологии.

В настоящее время с развитием судостроения и совершенствованием судового оборудования и судов развивается приборостроение и измерительная техника.

1. повышается её точность и быстродействие.

2. создаются и совершенствуются работающие информационные системы. Они позволяют контролировать и регистрировать значения многих измеряемых величин и передавать их на вычислительные машины (судовые компьютеры).

3. значительно расширяется диапазон измеряемых величин.

Требования к судовым измерительным приборам (СИП):

1. надёжность в работе и простота ТО в процессе использования и обслуживания.

2. большой срок службы без изменения характеристик прибора.

3. большая информативность показателя. Малая потребляемая мощность.

4. должны быть мало подвержены внешним факторам.

Основные понятия (СИИС) судовых информационно-измерительных

систем.

СИИС- это совокупность технических средств, логических устройств, которые решают задачу сбора и переработки информации и выдачи её потребителю.

Кроме того СИИС решает задачи:

1. регистрация параметров в различных режимах работы через установленное время.

2. при нарушении работы СЭУ.

3. измерение режимов работы и переключение режимов для предотвращения аварийной ситуации.

4. определение диагностических параметров элементов СЭУ.

5. Учёт наработка часов механизмов.

деформаций, загрязнений прибора она увеличивается с течением времени.

Абсолютной погрешностью показаний прибора ΔА_абс называется разность между показанием прибора А_пр и действительным значением измеряемой величины А_Д (определяется образцовым прибором), выраженная в единицах измерения:

ΔА_абс = ±(А_пр – А_Д).

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой. Ее определяют по графику поправок для данного прибора и алгебраически прибавляют к показаниям прибора для получения действительного значения измеряемой величины: А_пр ± ΔА_абс = А_Д.

Относительной погрешностью показаний прибора ΔА_отн называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины: ΔА_отн = .

Приведенной погрешностью показаний прибора А_прив называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к наибольшему значению, которое может быть измерено по шкале прибора: А_прив = .

Установленный стандартами и нормами наибольший размер приведенной погрешности при определенных условиях работы прибора называется допустимой погрешностью.

Основной погрешностью прибора называется погрешность, определяемая при нормальных, неизменных условиях, точно соответствующих условиям градуировки прибора: температуре окружающей среды 20±5°С, давлению 1013 гПа (760 мм рт. ст.), нормальному положению прибора и т. д.

Величина основной погрешности определяет класс точности прибора. Например, приборы, приведенная погрешность измерения которых при нормальных условиях работы составляет ±0,2 %, ±0,5 %, ±2,5 %, ±4,0 %, имеют класс точности соответственно 0,2; 0,5; 2,5 и 4,0. Обозначение класса точности ставится на шкале прибора в кружке.

С течением времени из-за износа подвижных частей, остаточных деформаций, загрязнений и механических повреждений погрешность приборов увеличивается. Поэтому периодически все КИП подлежат обязательной проверке.

По точности измерений КИП подразделяются на:

- технические (стационарные и переносные);

- контрольно-эталонные;

- образцовые.

Технические КИП предназначенные для постоянного или периодического эксплуатационного контроля, соответствуют классу точности 1,5 и 2,5.

Стационарные КИП могут быть местного отсчета (устанавливают в том месте системы, где контролируется параметр) и дистанционного. В местных приборах визуального отсчета чувствительный элемент (ЧЭ), передаточный механизм, стрелка со шкалой либо просто шкала находятся в общем корпусе, укрепленном с помощью штуцера на трубопроводе или в резервуаре в месте измерения. В приборах дистанционного измерения ЧЭ находится в датчике, установленном непосредственно в месте измерения, а показывающий прибор - в некотором отдалении на пульте или приборном щите. Датчик и показывающий (вторичный) прибор дистанционного измерения соединены линией связи (в электрических - проводами, в механических - трубками). Связи могут быть сложными с включением в них преобразователей, усилителей или счетных устройств.

Переносные приборы подключают на промежуток времени необходимый для снятия показаний, например индикаторы, пиметры, максиметры, газоанализаторы и т. д.

Контрольно-эталонные приборы применяются для периодического контроля работы технических приборов (в соответствии с графиком проверок), имеют класс точности - 0,5 и 1,0.

Образцовые приборы высокого класса точности используются при проведении испытаний и наладок энергетических установок и систем, имеют класс точности - 0,35 и выше.

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ - представляют собой технические средства, служащие для определения значений физических величин и имеющие нормированные метрологические свойства. Основными видами средств измерения являются: мера, измерительный прибор, измерительная установка и измерительная система. Средства измерений подразделяют на рабочие, лабораторные и образцовые.

Мера - служит для воспроизведения физической величины заданного размера (гири, линейка, мерный сосуд и пр.).

Измерительный прибор – прибор, в котором измеряемая величина преобразуется в показание или сигнал, доступный непосредственному восприятию наблюдателя.

Измерительная установка – это совокупность средств измерения для получения измерительной информации, расположенной в одном месте.

Измерительная система – это средства измерения, связанные каналами связи с экспериментальной установкой.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИБОРОВ

Приборы состоят из отдельных элементов, которые по функциональному назначению можно разделить на следующие виды: чувствительный, преобразовательный и передающий элементы, измерительные механизмы и отсчетные устройства.

Чувствительный элемент - служит для непосредственного восприятия измеряемой величины. Он обычно входит в состав первичного преобразователя или датчика.

Преобразовательный элемент - или преобразователь служит для получения измерительной информации, удобной для передачи, дальнейшего преобразования. Его информация обычно недоступна наблюдателю.

Передающий элемент - предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации.

Измерительный механизм - предназначен для преобразования измеряемой величины в показания отсчетного устройства, состоящего из шкалы, указателя или записывающего устройства. Шкала устройства состоит из последовательно нанесенных отметок (делений) с цифрами, соответствующими значениям контролируемой величины. Начальная и конечная отметки шкалы определяют начальное и конечное значение диапазона показаний прибора. Если шкала прибора начинается с нуля, то её называют односторонней, если по обе стороны от нуля – двусторонней.

Виды измерений.

1. Прямые – измеряемая величина определяется непосредственно по показаниям прибора (измерение температуры, давления).

2. Косвенные – по измеряемым другим величинам, функционально связанным с измеряемой величиной. Косвенные применяют тогда когда прямые измерения осуществить невозможно (определение расходов, мощности СЭУ).

3. Совокупные – n- измерений одной величины и n- измерений различных величин.

4. Динамические измерения – для мгновенных измерений физической величины.

5. Статические измерения – измерение величин изменяющихся в течении определённого времени.

Методы измерений – это совокупность приёмов и средств измерения

Принцип измерения – это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Методы прямых измерений.

1. Метод непосредственной оценки – значение величины измерения определяется по отсчётному устройству прибора.

2. Метод сравнения с мерой. Измеряемую величину сравнивают с мерой, с эталоном. Более трудоёмкая задача, но более точное измерение.

3. Метод противопоставления. Мера и измеряемая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, который устанавливает число и соотношение.

4. Дифференциальный метод. На измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной.

5. Нулевой метод – результирующий эффект воздействия двух величин доводится до нуля.

6. Метод совпадений - разновидность метода сравнения с мерой. Разность значений между измеряемой величиной и мерой отсчитывается по шкале.

Режим измерений может быть статическим и динамическим. Режим считается статическим если можно пренебречь динамической составляющей.

Алгоритм измерений (детерминированный или стохастический)-это совокупность правил подготовки и выполнения операций процесса измерения.

( процесс может быть автоматическим и автоматизированным).

Методика измерений регламентируется нормативно-техническими документами и объединяет метод и алгоритм измерений.

Показатели качества измерений.

1. Погрешность измерений – отклонение результатов измерений от истинного значения измеряемой величины. Необходимо различать погрешность измерений и погрешность приборов. Последние являются составной частью погрешности измерений. Возникающие в процессе измерений погрешности, принято различать на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематическими называют погрешности, остающиеся постоянными или изменяющиеся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины. Причины систематических погрешностей обычно связаны с методами измерений, способом установки прибора, условиями окружающей среды и пр. Систематические погрешности могут быть заранее учтены и исключены путем внесения соответствующих поправок в методику проведения эксперимента.

Случайными называют погрешности, изменяющиеся случайным образом при измерении одной и той же величины. Случайные погрешности не исключаются, а результаты измерений обычно обрабатывают методами теории вероятности и математической статистики.

Грубыми называют погрешности, существенно превышающие систематические или случайные. Чаще всего причиной грубых погрешностей являются ошибки наблюдателя или неправильная запись в журнале наблюдателя.

2. Точность измерений – близость результатов измерений к истинному значению. Точность – это величина обратная погрешности по модулю измерения.

3. Правильность измерений – близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.

4. Сходимость измерений – близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

5. Воспроизводимость измерений – близость друг к другу при выполнении измерений в различных условиях.

Основное уравнение измеряемой величины.

Х=N(х)

где Х – обозначение измеряемой величины.

N – её числовое значение.

(х) – единица измерения физической величины.

Различают два вида значений физической величины.

1. истинное идеально отражает свойства объекта

2. действительное измеренное значение – значение полученное при измерении.

В технических измерениях в качестве действительного значения принимают среднее арифметическое ряда независимых измерений.

Система единиц измерения.

Каждая конкретная физическая величина имеет измерения, свою единицу измерения, совокупность которых образует систему единиц. За всю историю развития метрологии были созданы различные системы единиц измерений.

1. Система механических единиц (МКС), базируется на трёх единицах (метр, секунда, килограмм).

2. Система единиц для нужд теоретической физики (СГС), также основана на трёх единицах (секунда, грамм, сантиметр).

3. Система тепловых единиц (МКСГ), базируется на четырёх единицах (метр, секунда, килограмм, градус).

4. Система электромагнитных величин (МКСА), имеет четыре единицы измерения метр, секунда, килограмм, градус).

Каждая из названных систем имеет свои недостатки.

В 1954 году была принята к употреблению международная система единиц (СИ), которая является универсальной системой и охватывает все области науки и техники. Она включает в себя основные, дополнительные, производные и внесистемные единицы. В неё входят семь основных, которые не зависят друг от друга и две дополнительные.

Производные единицы образуются от основных на основании законов устанавливающих связь между физическими величинами. Единицы, которые не входят в систему принято считать внесистемными: (тонна, литр, бар, миллиметр ртутного столба, калория, рентген и др.).

Воспроизведение единиц измерения.

Для сопоставления результатов измерения должна быть соблюдена тождественность единиц. Последняя достигается путём точного воспроизведения и хранения единиц измерения. Воспроизведение основных единиц СИ осуществляется с помощью государственных эталонов.

Эталоны – обеспечивают воспроизведение и хранение единиц физических величин. Они утверждаются официально на государственном уровне.

1. Первичный эталон основной единицы воспроизводит единицу измерения с наивысшей в стране точностью.

2. Специальный эталон – заменяет первичный утверждается официально.

3. Вторичные эталоны устанавливается по первичному и делятся на рабочие, эталоны – свидетели, эталоны копии и эталоны сравнения.. По рабочему эталону, проверяют приборы высшей точности. Эталоны свидетели служат для проверки сохранности государственного эталона и его замены. Эталон сравнения переносится для сравнения с международным эталоном.

Образцовые средства измерения (ОСИ) – это меры, приборы, преобразователи комплекты для проверки других средств, утверждённых в качестве образца.

ОСИ бывают исходные и подчинённые. Исходные обладают наивысшей точностью.

Рабочие средства измерений – для технических измерений в лабораториях и на производстве.

СИСТЕМА ЕДИНИЦ СИ.

ОСНОВНЫЕ ЕДИНИЦЫ:

Длина – метр.

Масса – килограмм.

Время – секунда.

Сила электрического тока – ампер.

Термодинамическая температура – Кельвин.

Сила света - кандела.

Количество вещества – моль.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ:

Плоский угол – радиан.

Телесный угол – стерадиан.

ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ:

Площадь – квадратный метр.

Объём - кубический метр.

Частота периодического процесса – герц.

Плотность - килограмм на кубический метр.

Скорость – метр в секунду.

Угловая скорость – радиан в секунду.

Ускорение – метр на секунду в квадрате.

Угловое ускорение - радиан на секунду в квадрате.

Сила, вес - ньютон.

Давление – паскаль.

Работа, энергия – джоуль.

Мощность – ватт.

Количество электричества, электрический заряд - кулон

Электрическое напряжение, разность электрических

потенциалов ЭДС – вольт.

Напряжённость электрического поля – Вольт / метр.

Электрическое сопротивление – ом.

Электрическая ёмкость – фарада.

Магнитный поток – вебер.

Индуктивность - генри

Магнитная индукция – тесла.

Электрическая проводимость – сименс.

КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ.

Кратные: множитель 10¹² –тера.

-«»- 10⁹ – гига.

-«»- 10⁶ – мега.

-«»- 10³ – кило.

-«»- 10² – гекто.

-«»- 10 – дека.

Дольные: множитель 10^-1 – деци.

-«»- 10^-2 – санти.

-«»- 10^-3 – милли.

-«»- 10^-6 – микро.

-«»- 10^-9 – нано.

-«»- 10^-12 – пико.

-«»- 10^-15 – фемто.

-«»- 10^-18 – атто.

9