Дисциплина : « МЕТРОЛОГИЯ » Тема:

Дисциплина : « МЕТРОЛОГИЯ » Тема: « Класс точности СИ и его обозначение. Погрешности измерений. Источники и классификация погрешностей измерений. Систематические погрешности. Методы исключения систематических погрешностей» Лекция № 3 Вопросы: 1 Класс точности СИ 2 Допуск. Квалитет 3 Погрешность измерения. Доверительный интервал, доверительная вероятность, стандартная ошибка, предел погрешности 4 Классификация погрешностей. Принцип неопределенности Гейзенберга 5 Классификация систематических погрешностей измерений. формы представления результатов измерений. Методы борьбы с систематическими погрешностями

Класс точности СИ Класс точности — основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения 1 Рис 1 Класс точности СИ. Прим. Счетчик электроэнергии

2 Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения

3 Доверительный интервал, стандартная ошибка среднего, предел погрешности Доверительным называется интервал , который с заданной надежностью покрывает оцениваемый параметр P(L ≤ Ф ≤ U) = p Предел погрешности (также предельная погрешность, предел ошибки, доверительная граница или доверительный предел) — статистическая величина, определяющая, с определенной степенью вероятности, максимальное значение, на которое результаты выборки отличаются от результатов генеральной совокупности. Составляет половину длины доверительного интервала.

4 Среднеквадратическая погрешность, метод Корнфельда, средняя квадратическая погрешность среднего арифметического Метод Кронфельда , заключается в выборе доверительного интервала в пределах от минимального до максимального результата измерений, и погрешность как половина разности между максимальным и минимальным результатом измерения Средняя квадратическая погрешность среднего арифметического. Среднеквадратическое отклонение — в теории вероятностей и статистике наиболее распространённый показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания. При ограниченных массивах выборок значений вместо математического ожидания используется среднее арифметическое совокупности выборок.

5 Классификация погрешностей По форме представления Абсолютная погрешность — Δ X является оценкой абсолютной ошибки измерения где Δ X – абсолютная погрешность измерений X true – истинное значение измеряемой величины X meas – измеренное значение величины Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или среднему значению измеряемой величины Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.

По способу применения и конструктивному исполнению: стационарные, щитовые, панельные, переносные По принципу действия учётом конструкции: с подвижными частями и без подвижных частей Для приборов с механической частью также по способу создания противодействующего момента : механическим противодействием, магнитным или на основе электромагнитных сил По характеру шкалы и положению на ней нулевой точки: равномерная шкала, неравномерная, с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалой

8 По конструкции отсчётного устройства: непосредственный отсчёт, со световым указателем — световым зайчиком, с пишущим устройством, язычковые — вибрационные частотомеры, со шкалой на оптоэлектронном эффекте — люминофор, ЖК, СИД По точности измерений: нормируемые и ненормируемые — индикаторы или указатели По виду используемой энергии (физическому явлению): электромеханические, электротепловые, электрокинетические, электрохимические По роду измеряемой величины: вольтметры, амперметры, веберметры, частотомеры, варметры и т. д.

Параметры измерительных приборов 9 Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, на который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения) Порог чувствительности — некоторое минимальное или пороговое значение измеряемой величины, которое прибор может различить Чувствительность — связывает значение измеряемого параметра с соответствующим ему изменением показаний прибора Точность — способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или неопределённость измерения) Стабильность — способность прибора поддерживать заданную точность измерения в течение определенного времени после калибровки

10 Измерительная установка и измерительная система Измерительная установка – это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом Рис 5 Измерительная установка К 2 -76 Предназначены для измерений и поверки средств измерений импульсной и осциллографичсской групп в полосе частот до 18 ГГц

11 Измерительная система – это средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве Рис 6 Flexijet 3 D мобильная система трехмерных измерений

Классификация средств измерений Средства измерений можно классифицировать по следующим основным признакам: тип, вид и метрологическое назначение 12 Тип — это совокупность средств измерений, имеющих принципиальную одинаковую схему, конструкцию и изготавливаемых по одним и тем же техническим условиям Вид — это совокупность типов средств измерений, предназначенных для измерений какой-либо одной физической величины По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на рабочие средства измерений, предназначенные для измерений физических величин; метрологические средства измерений, предназначенные для обеспечения единства измерений По конструктивному исполнению средства измерений подразделяются на: меры; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы; измерительные комплексы По уровню автоматизации — на неавтоматизированные средства измерений; автоматические средства измерений По уровню стандартизации : стандартизованные средства измерений; нестандартизованные средства измерений

Диапазон измерений СИ Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором нормированы предельные значения погрешностей. Нижнюю и верхнюю (правую и левую) границу измерений называют нижним и верхним пределом измерений 13 Пределы измерения — это минимальное (нижний предел) и максимальное (верхний предел) значения шкалы прибора. Приборы выпускают однопредельными и многопредельными. В многопредельных приборах диапазон измерений разбивается на поддиапазоны, причём их верхние пределы выбирают так, чтобы существенно снизить относительную погрешность измерений. Динамический диапазон D , определяется как отношение наибольшего верхнего предела измерений прибора х в к минимальному значению х о измеряемому прибором. D =х в /х о

Градуировочная характеристика средства измерений. Стабильность СИ. Нестабильность средства измерений. Метрологическая исправность средства измерений. Метрологическая надежность средства измерений. Метрологический отказ средства измерений 14 Градуировочная характеристика средства измерений (градуировочная характеристика) — зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы Метрологическая исправность средства измерений — состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям Метрологическая надежность средства измерений — свойство средства измерений сохранять его метрологическую исправность в течение заданного интервала времени Метрологический отказ средства измерений — выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы Нестабильность средства измерений — изменение во времени метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени. Во многих случаях нестабильность обусловлена старением отдельных элементов средства измерений Стабильность средства измерений — качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических свойств

15 Погрешность средств измерений Погрешность измерения — отклонение измеренного значения величины от её истинного (действительного) значения. Погрешность измерения является характеристикой точности измерения Классификация погрешностей По форме представления: 1. Абсолютная погрешность, 2. относительная погрешность, 3. приведённая погрешность По причине возникновения: 1. Инструментальные/приборные погрешности, 2. методические погрешности, 3. субъективные / операторные / личные погрешности По характеру проявления : 1. Случайная погрешность, 2. систематическая погрешность, 3. прогрессирующая (дрейфовая) погрешность, 4. грубая погрешность (промах)

Метрологическая исправность средств измерений. Метрологический отказ средств измерений 16 Метрологическая исправность СИ – состояние средств измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям. Тогда они могут использоваться в соответствии с их назначением и метрологическими характеристиками Метрологический отказ СИ – выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы. Если метрологический отказ произошел из-за технических неполадок, то они должны быть устранены. Если же прибор технически исправен, то в случае метрологического отказа его класс точности должен быть понижен Метрологическая надежность средства измерений (метрологическая надежность) – надежность средства измерений в части сохранения его метрологической исправности. Метрологическую исправность средств измерений устанавливают по результатам их поверки или калибровки

17 Эталоны. Первичный, вторичный, рабочий эталоны. Поверочная схема Эталон — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке Рис 7 Эталон метра из платино-иридиевого сплава хранится в Национальном архиве Франции. Рис 8 Эталон килограмма

18 Виды эталонов Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами

19 Поверочная схема – это нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче участка шкал (размера единицы) от эталона к рабочим СИ с указанием метода и погрешностей (ГОСТ 8. 061 -80). Различают государственные и локальные поверочные схемы. Первые оформляются в виде стандарта (ГОСТ Р или ГОСТ) и обычно являются частью паспорта соответствующего эталона. Вторые являются документами внутреннего пользования отрасли (например, отраслевой стандарт), предприятия, организации Рис 9 Иерархия эталонов

Международное бюро мер и весов, МБМВ 20 Международное бюро мер и весов, МБМВ (фр. Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) — постоянно действующая международная организация со штаб-квартирой, расположенной в городе Севр (предместье Парижа, Франция). Учреждено в 1875 г. , вместе с подписанием Метрической конвенции. Основная задача Бюро заключается в обеспечении существования единой системы измерений во всех странах-участницах этой конвенции. В МБМВ хранятся международные эталоны основных единиц и выполняются международные метрологические работы, связанные с разработкой и хранением международных эталонов и сличением национальных эталонов с международными и между собой. В МБМВ также проводятся исследования в области метрологии, направленные на увеличение точности измерений. По состоянию на июль 2014 г. 56 стран являлись членами и 41 страна ассоциированными членами МБМВ

Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ) 21 Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ) — один из крупнейших центров научной и практической метрологии, головная организация России по фундаментальным исследованиям в метрологии, главный центр государственных эталонов России. Подчинен Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии. Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева преемствует деятельность Главной палаты мер и весов, первого в России и одного из старейших в мире государственных метрологических учреждений. Сегодня ВНИИМ является одним из крупнейших мировых центров научной и практической метрологии, головной организацией страны по фундаментальным исследованиям в метрологии, Главным центром государственных эталонов России. Подчинен Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии. В июле 1994 г. Постановлением Правительства РФ ВНИИМ присвоен статус Государственного научного центра РФ. Как Государственный научный центр РФ ВНИИМ подчинен Министерству образования и науки и входит в Ассоциацию государственных научных центров