Для студентов заочной формы обучения Метрология стандартизация и

Для студентов заочной формы обучения Метрология, стандартизация и сертификация

Лекцию читает Кривчун Екатерина Александровна доцент кафедры метрологии, кандидат химических наук kkrivchun@yandex. ru

ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ • Лекции • Самостоятельная работа с опорным конспектом • Лабораторные работы • Контрольная работа • Экзамен

Рекомендуемая литература

1. Учебно методический комплекс: Метрология, стандартизация и сертификация. 2. Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология. часть 1. Общая теория измерений.

Контрольная работа • 5 задачи по темам курса • УМК «Метрология, стандартизация и сертификация» стр. 132 • задачи 1, 3, 11, 12, 13

ЭКЗАМЕН: ? ? ?

• • Цели и задачи метрологии создание общей теории измерений; образование единиц физических величин и систем единиц; разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений; создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений.

Раздел 1. Метрология 1. 1. Физические величины, методы и средства их измерений

ТЕМА Физические величины, методы и средства их измерений общепринятые или установленные законодательным путем характеристики (меры) различных свойств, общих в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальных для каждого из них, называются физическими величинами

Физические величины • • длина время температура масса сила давление скорость сила электрического тока и т. д.

Качественная характеристика измеряемых величин Размерность – качественная характеристика измеряемых величин, dim Размерность основных физических величин обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l = L; dim m = M; dim t = T

Правила определения размерности производных величин размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей: Q = ABC

Правила определения размерности производных величин размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей: Q = A/B

Правила определения размерности производных величин размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна ее размерности в той же степени: Q = An

где L, M, T – размерности соответствующих основных физических величин; a, b, g, . . . – показатели размерности

Количественная характеристика измеряемых величин Количественной характеристикой физических величин служит – размер Q = q[Q] q – числовое значение; [Q] – размер единицы измерения 0. 001 км; 100 см; 1000 мм

Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью множителей и приставок: 0. 001 км; 100 см; 1000 мм 1012 – Тера 10 -12 – Пико 109 – Гига 10 -9 – Нано 106 – Мега 10 -6 –Микро 103 – Кило 10 -3 –Милли 102 – Гекто 10 -2 – Санти 101 – Дека 10 -1 –Деци

Измерительные шкалы Получение информации о количественной характеристике (размере) физической величины опытным путем называется измерением Способы сравнения:

шкала порядка - интервалов - отношений

Международная система единиц физических величин СИ (SI, Le Système International d'Unités), (Система Интернациональная) международная система единиц, современный вариант метрической системы.

Основные единицы СИ Единица измерения Основные Величина единицы русское название Обозначение международное название русское международ ное Длина метр metre (meter) м m Масса килограмм kilogram кг kg Время секунда second с s ампер ampere А A Термодинамическая температура кельвин kelvin К K Сила света кандела candela кд cd моль mole моль mol Сила тока Количество вещества

Дополнительные единицы СИ Плоский угол Телесный угол радиан radian рад rad м·м− 1 = 1 стерадиан steradian ср sr м 2·м− 2 = 1

Производные единицы СИ Единица измерения Величина Частота русское название Обозначение международн русс ое название кое междун ародное Выражение герц hertz Гц Hz с− 1 Сила ньютон newton Н N кг·м·c− 2 Энергия джоуль joule Дж J Н·м = кг·м 2·c− 2 ватт watt Вт W Дж/с = кг·м 2·c− 3 Мощность Давление паскаль pascal Па Pa Н/м 2 = кг·м− 1·с− 2 Световой поток люмен lumen лм lm кд·ср Освещённость люкс lux лк lx лм/м² = кд·ср/м² Электрический заряд кулон coulomb Кл C А·с Разность потенциалов вольт volt В V Дж/Кл = кг·м 2·с− 3·А− 1

Тест № 1 Основными единицами Международной системы единиц (СИ) физических величин являются: (укажите номера, которые в приведенном ниже списке соответствуют основным единицам СИ) 1). вольт 2). ватт 3). ампер 4). кельвин 5). кулон

Виды и методы измерений Метод непосредственной оценки при котором измеряемый размер сравнивается с информацией о размере единицы, хранящейся в измерительном приборе прямого действия, и результат сравнения определяется непосредственно по отсчетному устройству прибора (по циферблату часов, по шкале термометра или барометра и т. п. ).

Метод сравнения с мерой, при котором измеряемый размер (напр. , масса груза) сравнивают с размером, воспроизводимым вещественной мерой (гирей). Метод замещения – разновидность метода сравнения с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы груза и гирь на одну и ту же чашу весов).

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, при котором измеряемый размер сравнивается с известным, причем последний подбирается таким, чтобы он равнялся измеряемому (т. е. разность между размерами, фиксируемая нулевым указателем, равнялась бы нулю, откуда и происходит название метода). Метод совпадений – метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой вещественной мерой, измеряется по совпадению отметок шкал или периодических сигналов.

Средства измерений - все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства (вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные прибо ры, измерительные установки и измерительные системы). Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением. (гиря является мерой массы, конденсатор — мерой емкости, кварцевый генератор — мерой частоты электрических колебаний и т. д. )

Различают: однозначные меры – гиря и измерительный конденсатор постоян ной емкости; многозначные меры – измерительная линейка и конденсатор переменной емкости; наборы мер – набор гирь и набор измерительных конденсаторов являются наборами мер.

Измерительные преобразователи – это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хране ния, обработки, но, как правило, недоступную для непосредст венного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные усилители, преобразовате ли давления и многие другие виды измерительных устройств

Измерительный прибор – совокупность преобразовательных элементов, образующих измерительную цепь, и отсчетного устройства. Прибор не воспроизводит известное значение физической величины (в отличие от вещественной ме ры). Измеряемая величина должна подводиться к нему и воздействовать на его первичный преобразователь. Измерительные установки состоят из функционально объединенных средств измерений и вспомогательных уст ройств, собранных в одном месте.

Теоретические основы метрологии

Основы теории измерений Любое измерение есть сравнение. Q – неизвестны размер, [Q] – размер единицы измерения, q – числовое значение измеряемой величины основное уравнение измерения x – безразмерное случайное число, подчиняющееся тому или иному закону распределения вероятности

Результат измерения Q подчиняется тому же закону распределения вероятности, что показание и отсчет, но смещенному по оси абсцисс на значение суммарной поправки. Qi=Xi+Θi Результат однократного измерения Результат многократного измерения

Факторы, влияющие на результат измерения

Форма предоставления результата измерения , первоначально - массивом экспериментальных данных, в которые внесены поправки; в наглядной форме - гистограммой; аналитически - выражениями для плотности вероятности или функции распределения вероятности

Законы распределения вероятности и их числовые характеристики

Законы распределения вероятности и их числовые характеристики Среднее значение; Среднее квадратическое отклонение (стандартное отклонение) – мера рассеяния отдельных результатов около их среднего значения

P(x) – плотность вероятности и функция распределения вероятности F(x) служат в теории вероятности моделями эмпирических законов распределения, полученных из экспериментальных данных методами математической статистики

Равномерный закон Плотность распределения вероятности Функция распределения вероятности

Нормальный закон F(x) p(x) 1 x Плотность распределения вероятности x Функция распределения вероятности

Законы распределения вероятности и их числовые характеристики p(x) – дифференциальная функция распределения вероятности F(x) – интегральной функцией распределения вероятности Вероятность того, что отдельный результат , окажется в интервале [x 1; x 2], равна площади, ограниченной p(x) и осью абсцисс

Однократные измерения Необходимым условием проведения однократного измерения служит наличие априорной информации (закон распределения вероятности из опыта, класс точности, значение поправок)

Порядок действия 1. Анализ априорной информации, определение поправки Qi 2. Получение единственного значения отсчета xi; 3. Перевод xi в единственное значение показания Xi=xi[Q] ; 4. Внесение в показание поправки и получение результата однократного измерения Qi=Xi+Qi 5. Определение максимально возможного отклонения e результата измерения от значения измеряемой величины; 6. Определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины.

Факторы, влияющие на результат измерения

Форма предоставления результата измерения У цифровых измерительных приборов все значения результата измерения строго фиксированы и промежуточных быть не может. Поэтому результат измерения у них подчиняется дискретному закону распределения вероятности. У аналоговых измерительных приборов результат измерения подчиняется непрерывному закону распределения вероятности.

Пример № 1 = d max -

Рис. 1. Вероятность попадания отдельного значения результата измерения в окрестность среднего значения