Определение погрешности измерений. Основные источники погрешности результата измерений

Альметьевский государственный  нефтяной институт

Кафедра «Автоматизации и информационных технологий»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация»

 

на тему:

«Определение погрешности  измерений. Основные источники погрешности результата измерений»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                  студента: Хасановой Г.К.

                                                                            группа: 34-61

                                                                            Научный руководитель:

                                                                            Корженевский А.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Альметьевск - 2005

Альметьевский государственный  нефтяной институт

Кафедра «Автоматизации и информационных технологий»

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация»

 

Студента  Хасановой Гульнары Кашифовны    группы  34-61                                  

Тема  «Определение погрешности результата измерений. Основные источники    погрешности результата измерений»           

Исходные данные  Для измерения тока в цепи включен микроамперметр типа H906 класса точности К_А=1,0 с пределом измерения I_K=50 мкА и внутренним сопротивлением R_A=1900 Ом. Определите погрешность метода измерения тока, если E=22мВ, R_E=100 Ом, R=1000 Ом.

Литература  1)Радкевич Я.М., Лактионов Б.И. «Метрология, стандартизация и взаимозаменяемость»; 2)Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. «Основы метрологии; 3)Проненко В.И., Якирин Р.В. «Метрология в промышленности».

 

Предоставить  следующий материал:

1. Пояснительную записку, включающую:

  а) Введение;

  б) Теоретическую  часть;

  в) Расчетную часть;

  г) Графическую  часть;

  д) Выводы.

Дата выдачи задания__________________________________________

Срок предоставления работы___________________________________

Консультант__________________________________________________

Зав. кафедрой_________________________________________________

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

Для измерения тока в  цепи включен микроамперметр типа М906 класса точности К_А = 1,0 с пределом измерения I_K = 50 мкА и внутренним сопротивлением R_A = 1900 Ом.

Определите погрешность  метода измерения тока, если Е = 22 мВ, R_E = 100 Ом и R = 1000 Ом. Определите погрешность измерения тока, обусловленную классом точности и пределом измерения микроамперметра. Сопоставьте эту погрешность с погрешностью метода.

Решение.

Ток в цепи до включения  микроамперметра:

Ток в цепи после включения  микроамперметра:

Погрешность метода измерения тока, обусловленная внутренним сопротивлением микроамперметра, равна:

 

где - входное сопротивление цепи со стороны измерителя тока.

Наибольшая абсолютная погрешность прибора:

Относительная погрешность  показания прибора:

Погрешность метода измерения  примерно в 10 раз больше относительной погрешности показания прибора .

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Значение метрологии в научно-техническом прогрессе

 

Первоначально метрология возникла как наука о различных  мерах и соотношениях между ними. Слово метрология в буквальном переводе означает - учение о мерах.

В практической жизни  человек всюду имеет дело с  измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая  действующие в природе закономерности. Практически ни одна наука немыслима без измерений. Математика, механика, физика стали именоваться точными науками потому, что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие объективные законы природы.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин,  подлежащих измерению.  Если  при  метрической системы мер существовала необходимость лишь в измерении длины, площади, объема, вместимости и веса, то в настоящее время круг величин подлежащих измерению, значительно расширился, включив механические, тепловые, электрические, световые и другие величины.

Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерения, - это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за единицу.

Особенно большое значение измерения имеют в современном  обществе. Научно-технический прогресс во всех областях науки, техники, производства и потребления связан с созданием  новых видов технических устройств, автоматизированных систем управления и контроля различного назначения. При этом идет процесс электронизации практически любых технических устройств, будь то такие традиционные механические системы, как станки, автомобили или бытовые приборы, как холодильники, стиральные машины и др.

Вместе с тем, непрерывно повышаются требования к качеству и  надежности функционирования технических  устройств, и чем сложнее это  устройство, тем труднее достигнуть высокого уровня показателей качества и надежности. Общеизвестно, что обеспечить эти показатели невозможно без проведения измерений десятков, сотен, в ряде случаев тысяч параметров и характеристик    технических устройств. Известно также, что при разработке и производстве сложных технических, особенно электронных и радиоэлектронных устройств, измерения занимают до 50% и более от числа всех технологических операций, а при эксплуатации — более 50 % времени, отводимого на техническое обслуживание устройств и систем. Только в нашей стране ежедневно совершаются более миллиардов измерений, а число различных средств измерений достигает одного миллиарда.

Поскольку по результатам  измерений принимаются ответственные решения, то должна быть обеспечена соответствующая точность, достоверность и своевременность измерений. Часто на первый план выдвигается задача обеспечения единства измерений, т. е. сопоставимости и согласуемости их результатов независимо от того, где, когда и кем эти результаты получены.

С каждым новым поколением технических, особенно радиоэлектронных, устройств растут требования к точности измерений их параметров и характеристик. Например, в американской глобальной навигационной космической системе NAVSTAR  (в России — ГЛОНАСС)  для того, чтобы обеспечить кораблям,    самолетам и другим  подвижным объектам точность определения местонахождения не хуже 20—30 м (в любом географическом районе Земли), предусмотрена установка на борту спутников этой системы квантовых стандартов частоты с точностью до10^-13. Близкую к этой точности имеют государственные  (национальные)   эталоны времени и частоты. Высокие требования к точности измерений предъявляются в ракетно-космической технике. Известно, что 80 % отклонений головных частей ракет от допустимых значений обусловлены  незначительными  погрешностями  измерений при  регулировке установке  параметров бортовых и наземных систем. Так, погрешность измерения температуры топлива в один градус  (по Цельсию)  приводит к отклонению головной части    ракеты на 100 м и более.

Система измерений в  современных условиях должна обеспечивать не только их точность и единство, но также и своевременность. В технологических процессах и особенно в высоких технологиях высокоточные измерения должны проводиться за доли секунды, иногда за сотые доли секунды.

Мероприятия по обеспечению  единства и точности измерений включают ряд общих правил и норм, которыми необходимо руководствоваться каждому, кто соприкасается с измерениями, особенно тем, кто занят созданием и эксплуатацией технических устройств, а также самих средств измерений и контроля. Но, прежде всего, эти знания и соответствующее умение необходимы специалистам-метрологам, на которых возлагаются наиболее трудные операции по обеспечению единства измерений. Говорят, можно знать очень много, но не знать самое нужное.

Высококвалифицированный метролог должен знать очень много и знать самое нужное, чтобы уметь организовать и квалифицированно выполнить работы по метрологическому обеспечению сложных технических устройств. Поэтому в настоящее время за рубежом и в нашей стране возрастает интерес к деятельности специалистов-метрологов. Значимость их работы особенно характерна при переходе к рыночным отношениям, связанным с конкуренцией производителей, и, следовательно, с повышением требований к качеству и надежности технических устройств и систем.

В ряде случаев к одной  из основных задач метрологии относят  необходимость: обеспечить исследования, производство, эксплуатацию многообразных технических устройств; контроль за состоянием окружающей среды, медицину соответствующими измерениями и средствами измерений. При этом нередко эту задачу не считают важнейшим фактором успешной деятельности современного общества, что иногда обходится слишком дорого.

По опубликованным в  США данным, в период 1974—1978 гг. на американских АЭС произошла 31 авария, причем все они были связаны с недостатками измерений (в 10 случаях оказались неисправными измерительные приборы, в  21 — «грубые» погрешности  в градуировке датчиков).   Авария   на   Чернобыльской АЭС явилась также и следствием плохой организации измерений.

Качеством, точностью  измерений в настоящее время  определяется возможность или невозможность создания принципиально новых технических устройств. Так, радиоэлектроника развивалась и развивается в направлении использования все более высокочастотных электромагнитных колебаний. Но «вторжение» в новую область СВЧ колебаний становится возможным только после того, как созданы приборы для измерения частоты, мощности и других характеристик соответствующих передатчиков, приемников и антенно-фидерных устройств. В этом понимании измерительная техника должна развиваться опережающими темпами.

Решение многих проблем  метрологии является настолько важным для государства, что в большинстве стран  мира мероприятия по обеспечению  единства  и требуемой точности измерений (узаконение единиц измерений, проведение регулярной поверки мер и измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, испытания и аттестация вновь выпускаемых средств измерений) установлены законодательно. Поэтому один из разделов метрологии называется законодательной метрологией.

Метрология связывает  воедино теорию и практику в любых  отраслях знаний. Как нельзя обойтись без математики в теоретических расчетах, так нельзя обойтись без метрологии при реализации этих расчетов. Это подметил и четко сформулировал Д. И. Менделеев:  "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры".

 

 

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Определение погрешности результата измерений

 

Любые   измерения лишь тогда  приобретают какую-то    значимость,   когда их результатам можно доверять. Измерения проводятся с различными целями:    когда необходимо удостовериться в том, что производимая  продукция соответствует заданным  качественным и количественным свойствам;    когда необходимо определить    неизвестные свойства объекта (физической системы, процесса, явления);    когда    необходимо      наблюдать        за      количественными    и качественными изменениями объекта измерений. Каждый объект измерений обладает некоторым количеством свойств (признаков),   по которым можно судить о его состоянии.

Но какую бы цель не преследовали измерения, главным всегда остается оценка по их результатам истинного значения величины (как правило, физической), которое рассматривается как идеальная в качественном и количественном отношениях ее характеристика. Истинное значение величины с философской точки зрения сопоставляется абсолютной истине, т. е. оно может быть определено только в результате бесконечного процесса измерений с соответствующим бесконечным процессом совершенствования применяемых методов и средств измерений. Таким образом, мы в состоянии наблюдать истинную величину (например, длину обрабатываемой детали),   но определить ее точное значение с помощью измерений не можем.

Вместе с тем, измерения целесообразны только тогда, если измеряемую величину удается сопоставить с некоторой известной величиной — мерой, эталоном. Поэтому для практического применения «неизвестному» истинному значению величины сопоставляется действительное значение величины. Это значение определяется экспериментально, приписывается измеряемой величине и рассматривается как величина, значение которой наиболее точно отображает в данной измерительной задаче истинное значение величины.

В рекомендательных международных  словарях по метрологии аналогом действительному значению величины является термин «conventional true value», который переводится как условное истинное значение величины. Этот термин адекватен термину «действительное значение величины» и мы по традиции будем использовать его при дальнейшем изложении.

Очевидно, истинное значение величины, несмотря на недостаточную известность, по своей природе является единственным (во всяком случае, в момент измерений). Действительное значение величины, в зависимости от методов и средств, используемых для его определения, может иметь множество значений,    сопоставляемых этому единственному. Несоответствие действительного значения физической величины, найденного путем измерения, истинному - называют погрешностью результата измерения.