Метрологические процессы, погрешность измерений и их оценка. Порядок выбора измерительных средств

     Правила выполнения измерений оговорены  в методике выполнения измерений.

Методика  выполнения измерений (МВИ) - это нормативный  документ, в котором установлена  совокупность операции и правил, выполнение которых обеспечивает получение  необходимых резу измерения.

     В МВИ указываются: ее назначение и  область применения; нормы точности; метод измерений; требования к средствам  измерений; требования к безопасности; условия выполнения измерений; операции подготовки к выполнению измерений; экспериментальные операции, выполняемые  для получения результатов; способы  обработки результатов и оценки показателей точности измерений; требования к оформлению результатов измерений.

     Под методом измерения понимают прием  или совокупность приемов сравнения  измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным  принципом измерений. Метод измерений  обычно обусловлен устройством средств  измерений и реализованным принципом  измерений. Различают несколько  основных методов измерений: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный или разностный, нулевой, контактный и бесконтактный.

     Метод непосредственной оценки дает значение измеряемой величины непосредственно  по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия (манометрам, весам и гак далее). Точность измерений  с помощью этого метода бывает ограниченной, но быстрота процесса измерений  делает его незаменимым для практики.

     Для выполнения точных измерений применяют  метод сравнения с мерой.

Измеряемую  величину сравнивают с величиной, воспроизводимой  мерой.

Например, измерение с помощью гирь, линейки, бюретки.

     Дифференциальный (разностный) метод характеризуется  измерением разности между значениями измеряемой и известной величинами (проверка мер длины сравнением с  образцовой мерой).

     Нулевой метод, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (измерение  электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

     Контактный  метод основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в  контакт с объектом измерения (измерение  температуры тела термометром).

     Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора  не приводится в контакт с объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором). 
 
 
 
 
 
 

     Виды  погрешностей и причины  их возникновения 

     Качество  измерений характеризуется: точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью  и воспроизводимостью измерений. Точность измерительного прибора это - метрологическая характеристика прибора, определяемая погрешностью измерения, в пределах которой можно обеспечить использование данного измерительного прибора.

     В метрологии используется понятие "класс  точности" прибора или меры. Класс  точности средства измерений (ГОСТ 8.401-80) является обобщенной характеристикой  средства намерений, определяемой пределами  основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими  на точность, значения которых устанавливаются  в стандартах на отдельные виды средств  измерения.

     Класс точности характеризует свойства средства измерения, но не является показателем  точности выполненных измерений, поскольку  при определении погрешности  измерения необходимо учитывать  погрешности метода, настройки и  др.

     В зависимости от точности приборы  разделяются на классы: первый, второй и т.д. Допускаемые погрешности  для разных типов приборов регламентируются государственными стандартами. Точность - это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному  значению измеряемой величины. Количественная оценка точности - обратная величина модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 10 в степени минус 6, то точность равна 10 в степени плюс 6.  

     Точность  измерения зависит от погрешностей возникающих в процессе их проведения.

     Абсолютная  погрешность измерения - разность между  значением величины, полученным при  измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величины.

     Относительная погрешность измерения - отношение  абсолютной погрешности, измерения  к истинному значению измеряемой величины.

     Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному  закону при повторных измерениях одной и той же величины. Систематическая  погрешность может быть исключена  с помощью поправки.

     Случайная погрешность - составляющая погрешности  измерения, изменяющаяся при повторных  измерениях одной и той же величины случайным образом.

     Грубая  погрешность измерения - погрешность, значение которой существенно выше ожидаемой.

     В зависимости от последовательности причины возникновения различают следующие виды погрешностей:

     Инструментальная  погрешность - составляющая погрешности  измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств. Эти погрешности  определяются качеством изготовлении самих измерительных приборов.

     Погрешность метода измерения - составляющая погрешности  измерения, вызванная несовершенством  метода измерений.

     Погрешность настройки - составляющая погрешности  измерения, возникающая из-за несовершенства осуществления процесса настройки.

     Погрешность отсчёта - составляющая погрешности  измерения, вызванная недостаточно точным считыванием показаний средств  измерений. Погрешность возникает  из-за видимого изменения относительных  положений отметок шкалы вследствие перемещения глаза наблюдателя - погрешность параллакса.

     Погрешность поверки - составляющая погрешности  измерений, являющаяся следствием несовершенства поверки средств измерений.

     Погрешности от измерительного усилия действуют  в случае контактных измерительных  приборов. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения, необходимо выделить упругие деформации установочного  узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.

     Влияющая  физическая величина - физическая величина, не измеряемая данным средством, но оказывающая  влияние на результаты измеряемой величины, например: температура и давление окружающей среды; относительная влажность  и др. отличные от нормальных значений.

     Погрешность средства измерения, возникающая при  использовании его в нормальных условиях, когда влияющие величины находятся в пределах нормальной области значений, называют основной.

     Если  значение влияющей величины выходит  за пределы нормальной области значений, появляется дополнительная погрешность.

     Нормальные  условия применения средств измерений - условия их применения, при которых  влияющие величины имеют, нормальные значения пли находятся в пределах нормальной (рабочей) области значений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых  измерений и поверки регламентированы соответственно ГОСТ 8.050-73 и ГОСТ 8.395-80.

Нормальная  температура при проведении измерений  равна 20 °C (293 K), при этом рабочая область температур составляет 20 °C ± 1°.

     Температурные погрешности вызываются температурными деформациями. Они возникают из-за разности температур объекта измерения  и средства измерения. Существуют два  основных источника, обуславливающих  погрешность от температурных деформаций: отклонение температуры воздуха  от 20 °C и кратковременные колебания температуры воздуха в процессе измерения.

     Субъективные  погрешности - погрешности, зависящие  от оператора . Возможны четыре вида субъективных погрешностей: погрешность отсчитывания;  погрешность присутствия (проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды, а тем самым и на измерительное средство); погрешность действия (вносится оператором при настройке прибора); профессиональные погрешности (связаны с квалификацией оператора, с отношением его к процессу измерения).

     Результат наблюдения - значение величины, полученное при отдельном наблюдении.

     Результат измерения - значение величины, найденное  в процессе измерения, после обработки  результатов наблюдения.

     Стабильность  средства измерений - качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических  свойств.

     В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений  или вариация его показаний. Достоверность  измерений .характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

     Правильность  измерений - это качество измерений, отражающее близость к нулю систематических  погрешностей в результатах измерений.

     Сходимость - это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов  измерений одного и того же параметра, выполненных повторно одними и теми же средствами одним и тем же методом  в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

     Воспроизводимость - это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, различными методами и средствами). 
 

     \ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Средства  измерения (СИ): классификация  СИ, погрешности СИ, нормированные метрологические характеристики СИ 

     Средством измерения (СИ) называется техническое  средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические  характеристики, воспроизводящее и  хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала  времени.

     Средства  измерения классифицируют по следующим  признакам: по конструктивному исполнению; по метрологическому назначению; по уровню стандартизации.

     По  конструктивному исполнению СИ подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные  преобразователи, измерительные установки, измерительные системы.

     Мера - это средство измерения, предназначенное  для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гири - мера массы, резистор - мера электрического сопротивления).

     Измерительный преобразователь это средство измерения, предназначенное для выработки  измерительной информации в форме, Удобной для передачи, дальнейшего  преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного  восприятия наблюдателем (термопара, частотный  преобразователь).

     Измерительные преобразователи могут быть первичными, к которым подведена измеряемая величина, и промежуточными, которые  располагаются в измерительной  цепи за первичными. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопары, датчики, электроды рН- метров.

     Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное  для получения значений измеряемой физической величины в установленном  диапазоне (рН-метры, весы, фотоэлектроколориметры и так далее).

     Под измерительной установкой понимают совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств для выработки сигналов информации в форме, удобной для восприятия и расположенных в одном месте (испытательный стенд).

     Измерительная система - это совокупность средств  измерений и вспомогательных  устройств, соединенных между собой  каналами связи, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерения одной или  нескольких физических величин, свойственных этому пространству