Требования к точности измерений

Оглавление

Введение

Глава 1. Универсальная система метрологического описания

Глава 2. Метрологическое проектирование

Заключение

Список использованной литературы

Введение

С процессами измерения в настоящее время имеет дело любой человек. Даже современный быт заполнен приборами и измерениями. Простейший пример измерения — взвешивание товара в магазине. А про технику говорить вообще не приходится, измерительный прибор главная часть любого производства, а измерение — важнейшая частью почти любой работы.

Проблемами измерения занимается метрология. Именно эта наука описывает правильное измерение. Следовательно, определенными познаниями в области метрологии должен обладать любой человек. Но для того, чтобы довести метрологические знания до самых широких масс людей, чтобы можно было преподавать ее в школе на уровне примерно пятого класса, чтобы процесс измерения мог грамотно провести любой даже малоквалифицированный работник, метрология должна сама иметь некую базовую основу, доступную для широких масс.

Для того, чтобы было более понятна наша мысль, приведем простой пример. Телевидение широко вошло в жизнь современного человека. И перед специалистами в области телевидения также встала проблема, как создать такую систему его описания, чтобы она была понятна любому человеку, вплоть до ребенка.

Представим себе, что система описания телевидения опиралась бы на понятия частот, модуляции, уровень черного и другие сложные понятия, на которых в действительности и основано само телевидение. Но телевизионщики создали простое понятие “телеканал”. И вот уже в системе понятия “телеканал” управление телевизионными устройствами стало доступным самым широким массам. Но создать с технической стороны систему описания на основе телеканала было вовсе не просто, это сложнейшая техническая система. Но всего этого массовому пользователю вовсе нет необходимости знать, чтобы эффективно управлять свои телевизором. Ему достаточно знать, что есть телеканал и где расположены кнопки для их переключения.

Аналогично и в области метрологии необходимо довести некоторые основополагающие понятия до столь же простого уровня, чтобы любой человек мог метрологически грамотно осуществлять процесс измерения даже ничего не зная о метрологии.

Метрологическая безграмотность приводит иногда к трагическим последствиям как техническим, так и социальным. Метрологические ошибки могут вызывать аварии и даже катастрофы. Известны примеры, когда люди попадали в тюрьму только по метрологической безграмотности следственных и судебных органов, например, продавцов привлекали к ответственности за погрешности в отпуске товаров, лежащие в пределах погрешности измерения.

Недостатки в метрологическом обеспечении могут приводить к многомиллиардным убыткам. Например, в горном деле существует норматив точности производства маркшейдерских работ в пять процентов. И на основании маркшейдерских измерений судят об объемах добычи. Но при любой поверке этих измерений реальные объемы ВСЕГДА оказываются заниженными именно на эти пять процентов. Фактически, это означает, что все маркшейдерские работы реально осуществляются со значительно большей точностью, а пять процентов накидывают сверх измеренного в качестве “премии”. Можно представить, какие суммы выплачены в счет этих маркшейдерских “премий”.

Измерение без указания его точности бессмысленно, любое нецелое число есть результат измерения либо получено из измерения, либо служит для измерения. В настоящее время мы используем буквально пять-десять действительных чисел. Все остальные есть метрологические числа, т.е. полученные из измерения или обработкой измерения. А метрологическое число имеет две характеристики — номинальную и метрологическую. Без метрологической характеристики метрологическое число бессмысленно.

Важнейшей задачей метрологии является повышение метрологической культуры общества. Но для этого необходимо создать простую систему метрологического описания. Причем именно простую для пользователя, а вовсе не обязательно простую саму по себе. Причем она должна быть универсальной.

Цель работы: рассмотреть задачи и предмет исследований науки «метрологии».

Задачи: определить перспективы развития метрологии в связи с компьютеризацией.

Предмет работы: измерения.

Объект работы: измерения на производстве, их точность.

Глава 1. Универсальная система метрологического описания

В настоящее время для метрологического описания измерения используется множество самых разнообразных характеристик: абсолютная ошибка, относительная ошибка, размах, среднеквадратичное отклонение, допуск и т.д. Все эти описания или не наглядны, либо сложны для использования.

Необходимо создать единую простую метрологическую характеристику. При этом мы должны иметь в виду следующее: метрологическая характеристика точности сама может быть очень неточной. Например, рассмотрим метрологическое число 23543± 5. Это вполне корректная запись метрологического числа с метрологической характеристикой абсолютной ошибки. Заметим, что номинал числа имеет 6 значащих цифр, а метрологическая характеристика — 1. А представим себе, что мы бы написали такое метрологическое число: 23543,5± 0,2021. Что бы мы сказали о таком числе? Что метрологическая характеристика просто бессмысленна. Ведь если для измерения первого числа мы использовали прибор с 6 значащими цифрами, то для того, чтобы установить такую точность, мы, надо полагать, использовали прибор уже с десятью значащими цифрами, т.е. на четыре порядка более точный. А использовать столь точный прибор для этого измерения просто бессмысленно.

В качестве универсальной метрологической характеристики результат измерения примем характеристику, которую назовем индексом точности, сокращенно ИТ. Единицу измерения индекса точности назовем числом индекса точности или чит. Для индекса точности имеем выражение

где Т — индекс точности измеряемой величины Х, х — измеренное значение, D х — абсолютная погрешность измерения. Скобки означают, что результат округляется до ближайшего целого неотрицательного числа.

Таким образом, индекс точности всегда целое неотрицательное число. Записывать индекс точности будем после самого числа через косую черту. Например, 234.5/23 есть уже правильно описанное метрологическое число. 234.5 есть номинал, например, в вольтах, а 23 есть индекс точности или просто точность в читах.

Индекс точности, равный 0 чит, означает отсутствие точности, т.е. полную неопределенность. Индекс точности 1 чит означает, некоторую вероятность, что что-то такое есть. Уровень точности больше единицы уже означает достоверность, что измеряемая величина присутствует.

Удобством этой системы описания является то, что второй десятичный знак указывает, сколько десятичных цифр в числе достоверны. Например, если мы имеем точность в 32 читов, то можем заведомо сказать, что три десятичных знака в числе точные, четвертый может иметь погрешность, а пятый вообще недостоверен. Поэтому для такого метрологического числа можно писать только четыре десятичных знака, например, 234,5/33 будет вполне корректная запись метрологического числа. Но запись 234,53/32 уже будет явно избыточной и его можно округлить на один десятичный разряд. В то же время запись числа 0.45/35 более грамотно писать в виде 0.4500/35.

В технике обычными являются точности порядка 20-50 чит. В геодезии точность доходит до 70 чит. Наибольшая достигнутая точность соответствует 120 чит. С такой точностью создан современный атомный эталон времени.

Зная индекс точности T легко вычислить и абсолютную погрешность измерения, она равна:

Рассмотрим понятие основного ряда чисел индексов точности. Основной ряд чисел индексов точности есть ряд

10, 20, 30, 40, 50,…

Введем дополнительный ряд чисел точности. Он состоит из чисел:

5, 15, 25, 35,…

Предполагаемый метрологический стандарт. При метрологическом проектировании рекомендуется преимущественно использовать числа точности из первого ряда, во вторую — из второго ряда. Числа вне этих рядов к использованию при метрологическом проектировании допускаются только в особых случаях.

Как правило, на практике используются не отдельные метрологические числа, а некоторые множества метрологических чисел. Дадим описание главных видов метрологических множеств

Множество метрологических чисел с максимальным значением индекса точности назовем классом точности по этому индексу.

Множество метрологических чисел с минимальным значением индекса точности назовем группой точности по этому индексу.

Множество метрологических чисел с минимальным и максимальным значением индекса точности назовем метрологическим полем. Метрологическое поле определяется нижним и верхним индексами точности. Разность между верхним и нижним индексами точности назовем девиацией метрологического поля.

Рассмотрим некоторый измерительный прибор. Мы можем осуществлять множество измерений этим прибором, получая определенный метрологический ансамбль. Так как каждый измерительный прибор имеет предельную точность, то этот ансамбль есть класс точности.

Итак, каждый прибор с метрологической точки зрения характеризуется величиной индекса точности получаемого с его помощью класса точности. Индекс точности получаемого класса точности назовем классом точности измерительного прибора.

Рассмотрим некоторый единый процесс измерения одной и той же величины. Как правило, технические условия на производство измерений включают в себя требование, чтобы точность измерений была не ниже некоторого значения. Таким образом, процесс измерения создает метрологическую группу. Индекс точности группы точности при производстве измерений есть характеристика измерительного процесса. Назовем ее процедурной точностью[1].

При измерении мы пользуемся некоторым прибором, имеющим определенный класс точности. Естественно, что класс точности измерительного прибора должен быть выше процедурной точности. Таким образом, измерительный процесс с помощью измерительных приборов создает измерительное поле, нижняя метрологическая грань которого определяется техническими условиями на процесс измерения, а верхняя — классом точности используемого(ых) прибора(ов).

Показывающие измерительные приборы

Рекомендуемая гамма измерительных приборов и устройств состоит из классов точности с рекомендуемыми значениями индекса точности, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 и т.д. чит.

Приборам класса 5 чит присваивается название индикаторов. Приборы класса 10 и 15 составляют группу низкоточных приборов, приборы класса 20 и 25 составляют группу средней точности, и приборы свыше 30 чит составляют группу высокоточных приборов.

Предмет изобретения. Измерительный прибор, отличающийся тем, что он содержит вторую шкалу с нанесенными на ней значениями точности измерения в читах.

Например, Если имеем прибор класса точности 20 с предельным значением измеряемого параметра 100 и с постоянной абсолютной ошибкой во всем диапазоне измерения, то имеем следующие положения значений шкалы точности по отношению к шкале измерения.

Шкала точности, чит             

Шкала измеряемой величины

При определении точности измерения берут ближайшее значение (справа или слева) значение точности, так как дробных значений точности не существует[2].