Konspekt_lekcii_EHSEHU

Государственный комитет стандартизации и метрологии (Держстандарт) Украины. Структура комитета – 35 центров стандартизации.

Законодательной основой национальной метрологической системы является закон Украины от 11 февраля 1998 года «о метрологии и метрологической деятельности». Эталонная база Украины включает в себя 28 государственных эталонов физических величин, а именно: массы, длины, температуры, силы света, времени, частоты, энергии, давления, объѐма жидкости и т.д.

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 путѐм специальными техническими средствами.

Контроль – это процесс получения информации путѐм 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.

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,

3

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 еѐ 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

сизмеряемой 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 определѐнного времени.

Методы измерений – это совокупность приѐмов и средств измерения Принцип измерения – это совокупность физических явлений, на которых

основаны измерения.

Методы прямых измерений

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

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

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

4

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.

5

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, утверждѐнных в качестве образца.

ОСИ бывают исходные и подчинѐнные. 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. Объѐм – кубический метр.

Частота периодического процесса – герц. Плотность – килограмм на кубический метр. Скорость – метр в секунду.

Угловая скорость – радиан в секунду. Ускорение – метр в секунду за секунду.

7

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.

Напряжѐнность электрического поля – вольт / метр. Электрическое сопротивление – ом.

Электрическая ѐмкость – фарада. Магнитный поток – вебер. Индуктивность – генри Магнитная индукция – тесла.

Электрическая проводимость – сименс.

КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ

8

Морска́я ми́ля — единица измерения расстояния, применяемая в мореплавании и авиации.

Первоначально морская миля определялась как длина дуги большого круга на поверхности земного шара размером в одну угловую минуту. Таким образом, перемещение на одну морскую милю вдоль меридиана примерно соответствует изменению географических координат на одну минуту широты.

По современному определению, международная морская миля равна ровно 1852 метрам.

Морская миля не является единицей СИ, однако, по решению Генеральной конференции по мерам и весам, еѐ использование допускается, хотя и не рекомендуется. Общепринятого обозначения не существует; иногда используются сокращения «NM», «nm» или «nmi» (от англ. nautical mile). Следует отметить, что сокращение «nm» совпадает с официально принятым обозначением нанометра.

Международная морская миля = 10 кабельтовых = 1/3 морской лиги

Морская миля Великобритании = 1853,184 метрам (до 1970 г.). До 1929 года в Великобритании морская миля соответствовала 1853,184 метрам. Связано это с тем, что хотели упростить пересчѐты с английских миль на морские. К одной миле добавили 800 футов и получилась длина английской морской мили (Admiralty Mile) в 6080 футов. На Международной гидрографической конференции в Монако в 1929 году была принята International Nautical Mile длиной 1852,00 м (по другой версии 1852,01 м).

Морская миля США = 1853,248 метрам или 6080,20 американским футам (до 1955 года). С 1955 года в США стали считать морскую милю равной ровно 1852 метрам.

Узел – единица измерения скорости, равная одной морской миле в час.

По международному определению, один узел равен 1,852 км/час или 0,514 м/с. Эта единица измерения, хотя и является несистемной, допускается для использования наряду с единицами СИ.

Происхождение названия связано с принципом использования секторного лага. Скорость судна определялась как число узлов на лине (тонкий трос), прошедших через руку измеряющего за определѐнное время (обычно 15с или 1 мин). При этом расстояние между соседними узлами на лине и время измерения были подобраны с таким расчѐтом, что это количество численно равнялось скорости судна, выраженной в морских милях в час.

9

СУДОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (СИП)

Современный морской флот характеризуется значительными единичными мощностями СЭУ комплексной автоматизацией и быстротечностью рабочих процессов. Меняется структура СЭУ и взаимосвязь между элементами в сторону усложнения.

Изменились условия эксплуатации, повышены требования надѐжности к судовому оборудованию и системам в связи с увеличением длительности плавания и обеспечения безвахтенного обслуживания. Это в свою очередь повысило требования к надѐжности, качеству и эффективности работы судовых измерительных приборов. Процесс усовершенствования КИП идѐт непрерывно.

Для успешного решения задач эксплуатации СЭУ, судовых систем и КИП необходимо знание основ метрологии, современных методов и средств измерения.

Подготовка КИП к функционированию и поддержанию их в работоспособном техническом состоянии, в условиях длительного плавания, могут быть обеспечены только при грамотной технической эксплуатации (ТЭ).

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

–повышается еѐ точность и быстродействие.

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

–значительно расширяется диапазон измеряемых величин.

На современных судах количество измерительных приборов значительно выросло, т.к. управление технической и коммерческой эксплуатацией транспортных средств связано с получением, анализом и передачей потребителю большого количества информации о различных процессах и свойствах судовых систем и оборудования. При этом передаѐтся разнородная информация: мощность, температура, давление, напряжение, сила тока. Также о техническом состоянии, износе, скорости, ускорении, расходе жидкости, газа. Всѐ это осуществляется либо автоматически, либо с помощью оператора по различным схемам.

Требования к судовым измерительным приборам:

1.Надѐжность 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.

10