Метрология, её задачи и роль в народном хозяйстве

   Совместные  – измерения 2-х или нескольких неодноимённых величин, проводимые одновременно, для определения зависимости  м/у ними. 

   Основные  методы прямых измерений:

   Метод измерений – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой ФВ с её единицей в соотв с реализованным принципом измерения.

   Принцип измерений – физ явление или  эффект, положенные в основу измерений  тем или иным СИ: применение эффекта  Джозефа для измерения Эл.напряжения; применение эффекта Доплера для измерения скорости.

   Метод непосредственной оценки – метод, при котором значения измеряемой ФВ получают непосредственно по отсчётному устройству СИ. Измерение массы на Эл.весах без гирь. «+»: быстрота и простота проведения измерения. «-»: в ряде случаев невысокая точность измерения.

   Метод сравнения с мерой – метод  измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой  мерой.

   Мера  – средство измерения, которое воспроизводит  одно или несколько значений ФВ.

   Однозначная мера – воспроизводит одно значение измеряемой величины.

   Многозначная  мера – воспроизводит ряд значений одноимённой ФВ.

   Значение  ФВ, которое указано на мере или  прописано на ней наз номинальным. Значение, которое на самом деле воспроизводит мера наз действительным значением меры. Разность м/у номинальным и действительным значением меры – погрешность меры.

   Дифференциальный  метод – метод сравнения с  мерой, в котором на измерительный  прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой  мерой. Метод позволяет получить результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Осуществление метода возможно только при условии воспроизведения с большой точностью известной величины, значение которой близко к значению измеряемой.

   Нулевой метод – один из первых методов  в истории развития техники точных измерений. Взвешивание на рычажных весах – характерный пример нулевого метода измерений. Измеряемую величину сравнивают с величиной, значение которой  известно. Последнюю выбирают таким образом, чтобы разность м/у измеряемой и известной величинами равнялась нулю. Совпадение значений этих величин отмечают при помощи нулевого указателя. По сравнению с разностным методом недостаток нулевого метода заключается в необходимости иметь средство измерений, позволяющее воспроизводить любое значение известной величины без существенного понижения точности.

   Метод совпадения – метод сравнения  с мерой, в котором раность  м/у измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. По этому принципу построен нониус штангенциркуля и ряда других приборов. Метод применяется также при приёме сигналов времени. По радио передаются ритмические сигналы, с которыми сравнивают удары хронометра. Принцип совпадения сигналов лежит также в основе методов измерений, в которых используются явления биений и интерференции, а также стробоскопический эффект. Биение – сравнение2-х близких по частоте колебаний. Используется для установления равенства или разности двух частот. Интерференция – наблюдается при взаимодействии колебаний одной и той же частоты, но сдвинутых по фазе. Стробоскопический эффект – методы измерения различных величин, в основном связанных со скоростью периодических: процессов: скорости вращения, частоты колебаний и т.д. 

   Результат измерения ФВ – значение величины, полученное путём её измерения.

   Неисправленный  результат измерений – значение величины, полученное с помощью СИ, до введения в него поправок, учитывающих  систематические погрешности.

   Исправленный результат – полученное с помощью СИ значение величины и уточнённое путём введения в него необходимых поправок на действие предполагаемых систематических погрешностей.

   Ряд результатов измерений – ряд  значений одной и той же величины, последовательно полученных из следующих друг за другом измерений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Погрешности измерения

   Истинное  значение ФВ – значение ФВ, которое  идеальным образом отражало бы в  качественном и количественном отношении  соответствующую ФВ.

   Действительное  значение ФВ – значение ФВ, найденное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной задачи может его заменить. За это значение принимают показания эталонных СИ.

   Результат измерений – значение, полученное при измерении. Если проводится однократное измерение, то за результат принимают показания СИ. Если проводится многократные измерения одного и того же размера, то за результат принимают среднее арифметическое полученного ряда.

   Погрешность результата измерения – отклонение рез измерения от действительного значения измеряемой величины, определяемое по формуле . Классификация: по характеру проявления: систематическая и случайная; по форме числового выражения: абсолютная и относительная.

   Систематическая – составляющая погрешности рез измерения, остающаяся постоянной или же закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же ФВ. В неё входят: погрешность метода измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений; погрешность из-за изменений условий измерения, являющаяся следствием неучтённого влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характер условия изменения, от установленного значения; субъективная погрешность, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

   Случайная - составляющая погрешности рез измерения, изменяющаяся случайным образом.

   Абсолютная  – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

   Относительная – погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности  измерения к действительному значению измеряемой величины.

   Систематическая – составляющая погрешности рез  измерения, остающаяся постоянной или  же закономерно изменяющейся при  повторных измерениях одной и  той же ФВ. В неё входят: погрешность  метода измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений; погрешность из-за изменений условий измерения, являющаяся следствием неучтённого влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характер условия изменения, от установленного значения; субъективная погрешность, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

   Общие св-ва: систематическая погрешность  при многократном измерении размера  ФВ остаётся постоянной по знаку и  значению, либо измеряется по опред  з-ну; при многократном измерении за результат измерения принимают среднее арифметическое ряда. Систематич погрешность данного ряда не зависит от числа измерений в ряду и равна систематич погрешности единичного результата; причину появления систематич погрешности можно обнаружить проводя измерения одного размера разными приборами, методами, людьми, в разных условиях; если фактор вызывающий систематич погрешность известен, то его можно устранить используя способы: - исключение фактора до начала проведения измерения, - в процессе проведения измерения, - если погрешность известна по величине и по знаку, т о после завершения измерения можно внести поправку к результату.

   Инструментальная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, обусловленная свойствами применяемого СИ. Причины: собственная погрешность СИ, обусловленная принципом его действия, конструкцией, материалами, из которого оно изготовлено; износ, старение; технология изготовления. 

   Методы  устранения погрешностей:

   Устранение  влияния температуры. Применяют  термостатирование, т.е. обеспечение определённой температуры окружающей среды с теми или иными допускаемыми колебаниями. Термостатируют большие помещения, небольшие помещения, СИ в целом или их отдельные части.

   Устранение  влияния м.полей:

   Способ  защиты приборов от влияния м.поля Земли – устр-во замкнутых и непрерывных экранов из магнитомягких материалов. Магнитные силовые линии должны огибать цепи экрана.

   Устранение  вредных вибраций и сотрясений:

   Устраняют путём амортизации СИ и его  деталей. Используют поглотители колебаний в зависимости от частоты этих колебаний и чувствительности СИ к этим влияниям. 

   Методы  исключения погрешностей:

   Способ  замещения: является одним из наиболее распространённых способов исключения погрешностей. Измеряемый объект заменяют известной мерой, находящейся при этом в тех же условиях, в каких находился он сам. Точные взвешивания часто производят по способу Борда: на одну чашу весов кладут взвешиваемую массу. Весы приводят в равновесие, накладывая на другую чашу какой-либо груз, который в процессе измерения не изменяется, например, дробь. Когда равновесие достигнуто, взвешенную массу снимают и на её место ставят гири для восстановления равновесия. Т.О. достигается исключение из результата взвешивания погрешности из-за неравноплечия весов.

   Способ  компенсации погрешности по знаку: измерение проводят дважды так, чтобы известная по природе, но неизвестная по размеру погрешность входила в результаты с противоположным знаками. Пример применения такого способа: исключение погрешности, обусловленной влиянием м.поля Земли. 1-е измерение можно проводить, когда СИ находится в любом положении. Перед тем, как выполнить второе измерение, СИ поворачивают в горизонтальной плоскости на 180^◦. Если в 1-м случае м.поле Земли, складываясь с полем СИ, вызывает положительную погрешность, то при повороте его на 180^◦ м.поле Земли будет оказывать противоположное действие и вызовет отрицательную погрешность по размеру, равную первой. Пользуясь этим способом можно исключить погрешности, вызванные явлениями гистерезисного характера.

   Способ  противопоставления: этот способ имеет  большое сходство со способом компенсации. Он заключается в том, что измерения  проводят 2 раза, причём так, чтобы причина, вызывающая погрешность, при первом измерении оказала противоположное  действие на результат второго. Пример: взвешивание на равноплечих весах. При первом взвешивании массу х, помещённую на одну чашу весов, уравновешивают гирями с общей массой m1, помещёнными на другую чашу. Затем взвешенную массу перемешают на ту чашу, где находились гири, а гири – на ту, где находилась масса. Т.к. отношение плеч не точно равно 1, равновесие нарушится, и для уравновешивания массы х придётся использовать гири с общей массой m2. массу х можно вычислить .

   Способ  симметричных наблюдений: применяется для исключения прогрессивной погрешности, являющейся линейной функцией времени. Заключается в том, что измерения производят последовательно ч/з одинаковые интервалы времени. При обработке используют сво-во результатов любых двух наблюдений, симметричных относит средней точки интервала наблюдений. Это свойство сост в том, чтол погрешности результатов любой пары симметричных наблюдений равно погрешности, соотв средней точке интервала.

   Метод совпадения: характеризуется использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Пример: приложим линейку с миллиметровыми делениями к линейке с дюймовыми делениями и совместим их нулевые отметки. при этом должны совпасть некоторые деления. 

   Поправка  – значение величины, вводимое в  неисправленный результат измерения с целью исключения одной из систематических составляющих погрешности. Знак поправки противоположен знаку погрешности. Поправку прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению меры; поправку, вводимую в показание измерит прибора, наз поправкой к показанию прибора.

   Поправочный множитель – числовой коэффициент, на который умножают неисправленный результат измерения с целью  исключения влияния систематической  погрешности. Поправочным множителем пользуются в случаях, когда систематическая погрешность пропорциональна значению величины.

   Результат измерения исправляют путём вычисления. Наиболее распространённым случаем  внесения поправок является алгебраическое сложение результата измерения и  поправки (с учётом знака). Поправка по числовому значению равна систематической погрешности и противоположна ей по знаку.