Слайд 1Краткий конспект лекции
по дисциплине:
«МЕТРОЛОГИЯ,
стандартизация и сертификация»
Разработал: Червонцева М.А.
Слайд 2ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их
единства и способах достижения требуемой точности.
В переводе с греческого:
«metro» - мера; «logos» - «учение»
Слайд 3Измерение – совокупность операций, выполняемых с помощью специального технического средства, хранящего
единицу величины и позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение этой величины.
Это значение называют – результатом измерения
Слайд 4Величина – это свойство, которое может быть выделено среди других свойств
и оценено тем или иным способом, в том числе количественно.
Объект измерения – физическая величина (вес, длина пути, сила тока), нефизическая величина – связано с термином «измерение» в экономике, информатике, управлении качеством.
Слайд 5Истинное значение физической величины – значение, которое идеальным образом отображало бы
в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта.
Действительное значение физической величины – значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному, что может быть использовано вместо него.
Слайд 6Эталон единицы величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения
единицы величины с целью передачи ее другим средствам измерений данной величины.
Для характеристики качества измерений устанавливаются следующие свойства измерений: точность, сходимость измерений
Слайд 7 Точность измерений средствами измерений определяется их погрешностью.
Точность – свойство измерений,
отображающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям СИ.
Слайд 8 Погрешность – это разность между показаними СИ и истиным (действительным)
значением измеряемой физической величины.
(Погрешности измерений приводятся в технической документации на СИ).
Сходимость – свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях, одним и тем же оператором.
Слайд 9Все приведенные выше понятия обобщают понятие – ЕДИНСТВО ИЗМЕРЕНИЙ
В России, как
и в большинстве стран мира, узаконенными единицами являются единицы величин Международной системы единиц, принятой Международной организацией метрологии.
Слайд 10Классификация измерений
Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят
непосредственно из опытных данных (измерение массы на весах).
Равноточные измерения – ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в одинаковых исходных условиях.
Слайд 11Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины.
(Примером такой
постоянной во времени физической величины может служить длина земельного участка).
Технические измерения – измерения, выполняемые техническими средствами измерений.
Метрологические измерения – измерения, выполняемые с использованием эталонов.
Слайд 12Измерительные шкалы
Физические величины
Измеряемые
Оцениваемые
(Нефизические величины могут быть только оценины)
Слайд 13Шкала наименований – не содержит нуля и единиц измерений (атлас цветов).
Процесс измерения заключается в визуальном сравнении .
Слайд 14Шкала порядка – размеры измеряемых величин расположены в порядке возрастания или
убывания (знания например измеряют неудв., удв. и т.д.)
Так же точками шкалы порядка могут быть приняты цифры, называемые баллами. (интенсивность землетрясений измеряются по бальной шкале)
Слайд 15Шкала интервалов – состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и
произвольно выбранное начало – нулевую точку. (температурные шкалы Цельсия и Фарингейта).
00С = 320F
Слайд 16
Шкала отношений – имеет естественное нулевое значение, а единица
измерения устанавливается по согласованию. (Шкала веса, начинается от нуля, но может быть градуирована по-разному, в зависимости от требуемой точности – бытовые и аналитические весы).
Слайд 17Средства измерений
Средство измерений (СИ) – это устройство, предназначенное для измерений, вырабатывающее
сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины.
Измерительный прибор – средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем.
Слайд 18Измеритель параметров электрических сетей
Измеритель статического электричества
Слайд 19Контрольно-измерительный прибор давления
Линейки
Слайд 20Показывающее устройство
(индикатор часового типа)
Шкала
Указатель
Слайд 21Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется
делением шкалы
Цена деления шкалы
– это разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерения.
Слайд 22Решение задач при работе с измерительными приборами
Пример:
Равномерная шкала милливольтметра имеет 100
интервалов (N=100). Нижний предел измерения Uн = -30мВ , верхний предел Uв = +35мВ. Определить цену деления и чувствительность милливольтметра.
Слайд 23Решение задач при работе с измерительными приборами
Пример:
На индикаторе часового типа при
измерении прогиба конструкции начальный отсчет – 252, конечный отсчет – 764. Цена деления на шкале индикатора – 0.01 мм. Определить значение измеренного прогиба.
Слайд 24Каждое СИ характеризуется диапазоном показаний и диапазоном измерений
Диапазон показаний – область
значения шкалы, ограниченная ее начальным и конечным делениями.
Диапазон измерений – область значений физической величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерения.
Слайд 25
Измерительный преобразователь – также средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал
в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия.
Слайд 26Измерительный преобразователь переменного тока и напряжения
Виброизмерительный преобразователь
Слайд 28Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе СИ к
вызывающему его изменению измеряемой величины.
Коэффициент преобразования измерительного преобразователя – отношение сигнала на выходе измерительного преобразователя, отображающего измеряемую величину, к вызывающему его сигналу на входе преобразователя.
Слайд 29Средства для измерения и контроля линейных размеров
(измерительные линейки,
штангенинструмент и микрометрический инструмент)
Слайд 30Измерительные линейки – относятся к штриховым мерам и предназначены для измерения
размеров изделий прямым методом.
Поверку линеек, т.е. определение
погрешности нанесения штрихов
производят путем сравнения с об-
разцовыми измерительными ли-
нейками, которые называют штри-
ховыми мерами.
Погрешность сравнения не должна
превышать 0,01 мм.
Слайд 31Штангенинструмент предназначен для измерений абсолютных линейных размеров наружных и внутренних поверхностей.
А также для воспроизведения размеров при разметке деталей.
(штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы)
Слайд 32Штангенциркуль
а – для измерения наружных и внутренних размеров, а также глубин;
б
– слесарных;
В – для измерения только наружных и внутренних диаметров.
Слайд 33Штангенглубиномеры – принципиально не отличаются от штангенциркулей и применяются для измерения
глубины отверстий и пазов.
Штангенрейсмасы – являются основным инструментом при разметке деталей и определения их высоты.
(Конструкция и принцип штангенрейсмаса принципиально не отличаются от конструкции и принципа действия штангенциркуля)
Слайд 34Микрометрические инструменты – предназначены для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров,
высот уступов, глубин отверстий и пазов.
Принцип действия основан на использовании винтовой пары («винт – гайка»).
Слайд 35
Приборы для статических испытаний
Слайд 36Прогибомеры и индикаторы часового типа
(предназначены для определения линейных перемещений отдельных точек
конструкции);
Клинометры (для измерения угловых перемещений (углов поворота));
Тензометры и компораторы (для определения деформаций отдельных волокон на небольшом участке элемента конструкции);
Сдвигомеры (фиксируют деформации смещения параллельных волокон на сдвиге)
Слайд 37Прогибомер
В прогибомерах с проволочной связью проволока прикрепляется к испытываемой конструкции, а
на свободном конце подвешен груз (1-3 кг).
Слайд 38Клинометры – приборы для определения углов поворота – измеряют тангенсы углов.
Клинометры
представляют собой устройства близкие к геодезическим.
Слайд 39Тензометры – механические приборы для измерения деформации в волокнах – измеряют
удлинение или укорочение волокон элемента
Механический тензометр
Электронный тензометр
Слайд 40Интерферометр
измеряет длину волны света
Слайд 42Погрешность результата измерения – это отклонение результата измерения от истинного (или
действительного) значения величины.
Погрешность средства измерения – разность между показанием СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.
Слайд 43По характеру проявления погрешности делятся на:
Случайные
Систематические
Грубые погрешности (промахи)
Слайд 44Случайная погрешность – погрешность изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений
одного и того же размера физической величины, проведенных с одинаковой тщательностью и в одинаковых условиях.
В появлении таких погрешностей нет закономерностей
(случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения)
Слайд 45Систематическая погрешность – погрешность, остающаяся постоянной или закономерно меняющейся при повторных
измерениях
Такая погрешность может быть предсказана. Обнаружена и благодаря этому устранена введением соответствующей поправки
(зависит от технологических и конструктивных особенностей средств измерений и условий их применения)
Слайд 46Грубая погрешность (промах) – погрешность отдельного измерения
Источником грубых погрешностей могут быть
ошибки допущенные оператором во время измерения – неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, неправильная запись результата наблюдения и неисправности в аппаратуре
(обычно исправляются путем повторных измерений)
Слайд 47
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Слайд 48На практике все результаты измерений являются величинами, значения которых поддаются счету.
Обычно
приходится иметь дело с количеством измерений ограниченного объема – два-три десятка измерений.
Это связано с дороговизной и сложностью постановки каждого опыта.
В среднем ошибка тем больше, чем меньше число опытов.
Слайд 49Определение погрешности измерений
Среднее арифметическое значение:
Среднее квадратичное отклонение измеряемой величины:
Слайд 50Чтобы дать представление о точности и надежности оценки среднего арифметического показателя,
пользуются
доверительным интервалом и
доверительной вероятностью
Границы доверительного интервала вычисляют по формуле
Где - наибольшая вероятная ошибка при оценке истинного значения (половина доверительного интервала).
Слайд 51
В этой формуле параметр зависящий от доверительной вероятности
и количества независимых отсчетов при измерениях
Среднее квадратичное отклонение среднего арифметического
Слайд 52Обработка измерений при малом числе отсчетов
Пример:
При измерении физической величины было произведено
9 отсчетов. Определить окончательный результат измерения, его квадратичное отклонение и доверительный интервал отклонения результата измерений от наиболее вероятного значения с доверительной вероятностью 0,96.
В результате измерений получен ряд значений:
60,8; 61,6; 65,2; 64,2; 64,1; 63,4; 64,7; 63,4; 64,7; 64,4; 62,1
Слайд 53Определение границ доверительного интервала при заданной доверительной вероятности
Пример:
В результате проведенных измерений
(количество измерений более 30) нашли наиболее вероятное содержание цемента в сухой смеси 21,9%. При этом доверительный интервал погрешности измерения для доверительной вероятности 0,683 составил ±0,5%. Определить границы доверительного интервала при доверительной вероятности 0,95, если известно, что закон распределения погрешностей нормальный.
Слайд 54Обнаружение грубых ошибок при выполнении измерений
Обнаружить грубые ошибки можно используя «правило
трех сигм».
Если одно или несколько значений измеренных величин отличаются от выборочного среднего более чем на 3σ, то эти отсчеты следует считать ошибкой и исключить
Пример:
15 независимых числовых значений результата измерений прогиба балки в мм. Определить, не допущено ли грубых ошибок при выполнении измерений.
20,80; 20,81; 20,78; 20,81; 20,80; 20,81; 20,77; 20,65; 20,78; 20,81; 20,80; 20,79; 20,77; 20,77; 20,78