Реферат: Метрологические измерения

CЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Метрология ионизирующих излучений»

Тема: Классификация и характеристикаизмерений. Погрешности измерений

Выполнил:

Студент заочного отделения

Факультета ЯХТ

Д-35б

Бурак А.В.

Севастополь

2007

ПЛАН

Введение

1.Классификация и характеристикаизмерений

1.1.Процессы сопутствующие измерениям

1.2.Классификацияизмерений

1.3.Средства измерения

2. Погрешности измерений

Заключение

Литература

Введение

Вданной работе рассмотрена классификация измерений и дана их краткаяхарактеристика. Измерение- совокупность действий, выполняемых при помощисредств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины впринятых единицах измерения. Различают прямые измерения (например, измерениедлины проградуированной линейкой) и косвенные измерения, основанные наизвестной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемымивеличинами. К методам измерения относятся: метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой (компенсационный), нулевой. Втораячасть работы посвящена погрешностям измерения. Погрешности измерений (ошибкиизмерений) — отклонения результатов измерений от истинных значений измеряемойвеличины. Систематические погрешности обусловлены в основном погрешностямисредств измерений и несовершенством методов, случайные — неконтролируемымиизменениями условий измерений, промахи — неисправностью средств измерений. Видамипогрешностей являются абсолютная и относительная. Разность чисел х-а, где а — данное число,которое рассматривается как приближенное значение некоторой величины, точноезначение которой равно х называется абсолютной погрешностью.Отношение х-а к а — относительной погрешностью числа а. Приоценке погрешностей измерений производится математическая отборка наблюдений, котораяподразумевает применение к результатам наблюдений методов теории вероятностей иматематической статистики для выводов об истинных значениях искомых величин. Измерения проводятся с помощьютехнических средств измерений. Погрешности средств измерений — отклонения метрологических свойств илипараметров средств измерений от номинальных, влияющие на погрешностирезультатов измерений (создающие т. н. инструментальные ошибки измерений).

1.Классификация ихарактеристика измерений

1.1 Процессы сопутствующиеизмерениям

Измерительной информациейявляется информация о значениях величины. Результатом измерения являетсяколичественная характеристика в виде именного числа. Основной характеристикойпроцесса измерения является точность, которая характеризуется погрешностьюизмерения и вероятностью.

Для более четкогопредставления особенностей процесса измерения рассмотрим основные особенностиблизких к нему информационных процессов – контроля и счета.

Контролем называетсяпроцесс установления соответствия между состояниями, свойствами объектаконтроля и заранее заданной нормой путем восприятия контролируемых величин,сопоставления их с уставками и формирования суждения, вывода. Контролюподвергается физическая величина или состояние объекта. Результатом контроляявляется качественная характеристика – суждение, вывод о нахождении объектаконтроля в норме или вне нормы. Основной характеристикой процесса контроляявляется достоверность контроля, которая численно выражается вероятностью правильногосуждения, вывода.

Счетом называется процессопределения числового значения дискретной величины или количества предметов вданной совокупности. Результатом счета является неименованное число, числопредметов в данной совокупности, не имеющих строго одинаковых параметров.

Сходства и различияконтроля и измерения.

Возникает вопрос, какойиз процессов – измерение или контроль- являются более общими или болеесложными, контроль включает измерение или измерение включает контроль? Процессыизмерения и контроля близки по своей информационной сущности, содержат рядобщих операций, например, сравнение, могут иметь одинаковые объекты, тесносвязаны между собой, дополняют друг друга. Контролю иногда предшествует измерение,и такой процесс называют цифровым контролем. Измерению часто предшествуетконтроль, например определение полярности и выбор предела измерения являютсясобственно контрольными операциями и в автоматических и цифровых приборах онипредшествуют измерению. Однако контроль и измерение во многом существенноразличны – результатом измерения является количественная характеристика, арезультатом контроля – качественная, измерение осуществляется в широкомдиапазоне значений измеряемой величины, а контроль – в пределах небольшогочисла возможных состояний.

1.2 Классификация измерений

По способу получения значения измеряемой величины.

По способу получения числового значения искомой величины измерения можноподразделить на два вида: прямые и косвенные.

При прямых измеренияхрезультат получается непосредственно из опытных данных в тех же единицах, что иизмеряемая величина. Примером прямого измерения можно считать измерение длины проградуированнойлинейкой. Инструментальные ошибки при наблюдениях и измерениях обусловленыотличиями реального инструмента от «идеального», представляемогосхемой, а также неточностью установки инструмента в рабочем положении. Учетинструментальных ошибок необходим при точных, например, астрономическихизмерениях.

Ккосвенным относятся измерения, результат которых получается на основании прямыхизмерений нескольких других величин, связанных с искомой величиной определеннойзависимостью. Или — косвенныеизмерения основаны на известной зависимости между искомой величиной инепосредственно измеряемыми величинами. Примером косвенных измерений служит определение расходажидкости и газа по перепаду давления в сужающем устройстве.

Пометоду измерения.

Существуют следующиеметоды измерений:

1)        методнепосредственной оценки, в котором значение измеряемой величины определяютнепосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямогодействия;

2)        метод сравнения смерой, или компенсационный, в котором измеряемую величину сравнивают свеличиной воспроизводимой меры;

3)        нулевой метод, вкотором эффект действия измеряемой величины полностью уравновешивается эффектомизвестной величины так, что в результате х взаимодействие сводится к нулю.

Измерения проводятся спомощью технических средств измерений.

1.3 Средства измерения

Основные виды средствизмерений следующие:

— мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведенияфизической величины заданного размера, например, мера массы – гиря;

— измерительный прибор–это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительнойинформации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.Показания измерительного прибора могут быть представлены в аналоговой илицифровой форме. В показывающих приборах производится только отсчитываниепоказаний, в регистрирующих приборах осуществляется запись показаний в форме диаграммыи печатание в цифровой форме. В интегрирующих измерительных приборах измеряемаявеличина подвергается интегрированию по времени или по другой независимойпеременной.

— измерительныйпреобразователь –это средство измерений, предназначенное для выработки сигналаизмерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшегопреобразования, обработки и хранения, но не подающейся непосредственномувосприятию оператором. Измерительные преобразователи в зависимости от ихназначения подразделяются на первичные, промежуточные, передающие, масштабные идругие.

— первичный измерительныйпреобразователь – это преобразователь, к которому подведена измеряемаявеличина. Передающий измерительный преобразователь предназначен длядистанционной передачи сигнала измерительной информации, масштабныйизмерительный преобразователь – для изменения измеряемой величины в заданноечисло раз.

— измерительноеустройство – это средство измерений, состоящее из измерительных приборов иизмерительных преобразователей. В зависимости от назначения измерительныеустройства подразделяются на первичные и вторичные. Под первичным измерительнымустройством понимают средство измерений, к которому подведена измеряемаявеличина. Вторичными измерительными устройствами (вторичными приборами)называют средства измерений, которое предназначены для работы в комплекте спервичными измерительными устройствами.

Первичные измерительныеустройства часто называют датчиками. Датчик прибора для измерений той или инойвеличины – это конструктивная совокупность ряда измерительных преобразователей,размещенных непосредственно у объекта измерения.

— измерительныеинформационные системы – это измерительное устройство, которое осуществляетмногоканальное измерение и обработку информации по некоторому заданномуалгоритму.

В зависимости отназначения средства измерений подразделяются на три категории:

1)        рабочие меры,измерительные приборы и преобразователи;

2)        образцовые меры,измерительные приборы и преобразователи;

3)        эталоны.

Рабочие средстваизмерений применяют для измерений в производственных и лабораторных условиях.Образцовые средства измерений предназначены для проверки рабочих средствизмерений. Эталоны предназначены для хранения единиц измерений и проверки мер,приборов и преобразователей высшего разряда точности.

2. Погрешности измерений

При измерениилюбой величины, как бы тщательно мы ни производили измерения, не представляетсявозможным получить свободный от искажения результат. Причины эти искажениймогут быть различны. Поэтому качество передачи информации и качестворезультатов измерений принято характеризовать размером допущенных погрешностей.

Погрешностями измеренийназывают отклонения результатов измерений от истинных значений измеряемойвеличины.

Погрешностиклассифицируются по целому ряду признаков:

1)        Инструментальныеи методические погрешности.

2)        Основная идополнительная погрешность.

3)        Систематические,прогрессирующие и случайные погрешности.

4)        Абсолютная,относительная и приведенная погрешности.

5)        Аддитивные имультипликативные погрешности.

Инструментальнаяпогрешность зависит от качества изготовления элементов прибора. Чем вышекачество изготовления элементов, тем меньше погрешность.

Причиной возникновенияметодической погрешности является то, что мы сознательно измеряем на выходеприбора не ту величину, которая нам нужна, а другую, которая отражает нужнуюлишь приблизительно, но гораздо проще технически реализуется. Такой путь широкоиспользуется в приборостроении и позволяет создать наиболее простые, надежные идешевые приборы.

Любой измерительныйпреобразователь или измерительный прибор работает в сложных, во времениизменяющихся условиях. Поэтому наряду с чувствительностью к измеряемой величинеон не минуемо имеет некоторую чувствительность к не измеряемым, но влияющим нанее величинам, т.е. помехам (температура окружающей среды, давление, вибрация,перепад напряжения источника питания и т.п.). При градуировке прибора, всевеличины влияющие на измеряемую величину поддерживаются в узких пределах ихизменения (температура – в пределах 2050С, атмосферное давление инапряжение питания – в пределах />3 % отноминального, частота – в пределах />2 % ит.д.). Оговоренные в технической документации условия эксплуатации называютсянормальными, а суммарную результирующую погрешность, возникающую в этихусловия, называют основной.

В эксплуатационных условияхприбору или преобразователю приходится работать при изменении температур от –50до + 500С, давлении от 0,01 до 10 атм., напряжения питания />20 % и частоты до /> 10 %, что вызываетпогрешности, значительно выше основной. Изменения показаний прибора приотклонении условий эксплуатации от нормальных называются дополнительнымипогрешностями. В тяжелых рабочих условиях дополнительные погрешности могут бытьбольше основной.

Систематическиминазываются погрешности, которые остаются постоянными при повторных измеренияходной и той же величины. Они слагаются из основной и дополнительнойпогрешностей. Эти погрешности благодаря постоянству во времени функции влияниямогут быть скорректированы введением дополнительных корректирующихпреобразователей, воспринимающих влияющую величину и вводящих соответствующуюпоправку в результат преобразования.

Прогрессирующиминазываются погрешности, медленно изменяющиеся с течением времени. Этипогрешности, как правило, вызываются процессами старения деталей прибора. Онимогут быть скорректированы введением поправки лишь на данный момент времени, адалее вновь постепенно нарастают. Поэтому прогрессирующие погрешности требуютнепрерывного повторения коррекции.

Случайными называютсянеопределенные по своей величине или недостаточно изученные погрешности. Впоявлении различных значений этих погрешностей не удается установить какой-либозакономерности. Они определяются сложной совокупностью причин, трудноподающихся анализу. Их частные значения не могут быть предсказаны, а для всейих совокупности может быть установлена закономерность лишь для частот появленияих различных значений. В подавляющем большинстве случаев процесс появленияслучайных погрешностей есть случайный стационарный процесс, поэтомуразнообразие величин случайных погрешностей характеризуют указанием законараспределения их вероятностей или указанием параметров этого закона,разработанных в теории вероятности и теории информации.

Разделение погрешностейна систематические, прогрессирующие и случайные является лишь приемом иханализа. В реальной же действительности все три составляющие проявляютсясовместно.

Абсолютная погрешностьпредставляет собой разность между измеренным значением (показанием прибора) идействительным или истинным значением, найденным, например, при помощиобразцового прибора.

/> = х – хд (3.1)

Относительнаяпогрешность, указываемая в процентах, есть отношение абсолютной погрешности кдействительному значению, т.е.:

γ = />/> ·100 (3.2)

Приведенная погрешность,указываемая в процентах, есть отношение абсолютной погрешности к постояннойвеличине, которая представляет собой конечное значение предела измерения, т.е.:

δ = /> · 100 (3.3)

Погрешность,не зависящая от значения преобразуемой величины, называется аддитивной, илипогрешностью нуля (рис.1). Если она является систематической, то она может бытьскорректирована путем смещения шкалы или нулевого положения указателя. Если жеаддитивная погрешность является случайной, то она не может бытьскорректирована, и реальная характеристика, смещаясь произвольным образом, нооставаясь параллельной самой себе, образует полосу погрешностей, ширина которойостается постоянной для любых значений измеряемой величины (рис.4).

Абсолютная погрешность,пропорциональная текущему значению преобразуемой величины, называетсямультипликативной, или погрешностью чувствительности. На рис. 2 представленслучай, когда абсолютная погрешность оказывается пропорциональна текущемузначению преобразуемой величины. Здесь реальная характеристика прибораотклоняется от номинальной пропорционально преобразуемой величине и являетсясистематической мультипликативной погрешностью. Если же отклонение являетсяслучайным, то реальная характеристика образует полосу погрешностей (рис.3).

/>/>У />У

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>реальная характеристика реальная характеристика

/> /> /> /> /> /> <td/> /> />
Δ

/>

/>/>/>/>Δ0 номинальная характеристика номинальная характеристика

 

Х

/>/>0

Рис. 1. Аддитивная погрешность Рис.2. Систематическаямультипликативная погрешность.

/> /> /> /> /> /> <td/> />

У У

/>/>номинальная погрешность

/>/>/>/>полоса погрешностей

/> /> /> /> /> /> /> /> /> />

номинальная характеристика +Δ

/>Х

/>0

-Δ

0 Х

/>

Рис. 3. Случайнаямультипликативная Рис. 4. Полоса погрешностей

погрешность. измерительногоприбора.

Заключение

В основе теории измеренийлежат вопросы, связанные с видами и погрешностями измерений. Большое вниманиеуделяется средствам измерения. Процесс измерения – это процесс полученияинформации, уменьшения неопределённости в результате выполнения эмпирическойпроцедуры. Мерой отклонения результата измерения от истинного, а точнее,действительного значения измеряемой величины, является погрешность, котораяможет в процессе измерения проявиться в виде случайной или систематической.Тогда при их одновременном проявлении погрешность представляется в виде ихсуммы. Для получения результатов минимально отличающихся от истинных значенийвеличин, проводятся многократные наблюдения за измеряемой величиной споследующей математической обработкой. Проявление случайных погрешностей носитсобытийный характер, а сами погрешности и их распределения могут быть описаныметодами математической статистики и теории вероятности. Систематическиепогрешности постоянны для всей серии наблюдений и являются некоторыми функциямивремени. Определённая систематическая погрешность может быть устранена путёмвведения поправок. Результаты измерения после введения поправок называютсяисправленными. Среди случайных погрешностей встречаются погрешности,значительно отличающиеся от средних в данном эксперименте. При этом решаетсяпроблема отнести их к грубым погрешностям (промахам) или они являютсязакономерностью с определённой вероятностью. По способу получения результатовизмерений их разделяют на прямые и косвенные. Прямые- это измерения при которыхискомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных.При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемуювеличину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью приборов,градуированных в соответствующих единицах. Косвенные измерения искомую величинуопределяют на основании известной зависимости между этой величиной ивеличинами, подвергаемыми прямым измерениям. Измеряют не собственно измеряемуювеличину, а другие- функционально с ней связанные. Совокупные измерения- этопроизводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которыхискомую величину определят решением системы уравнений, получаемых при прямыхизмерениях различных сочетаний этих величин.

В практике измеренийимеют дело с многократно повторяющимися процессами определения значенияфизических величин. Множество измерений, проводимых с помощью одногоизмерительного средства, множество средств измерений одного типа, множествоопераций контроля- все эти массовые явления сопровождаются случайнымисобытиями, случайными процессами и величинами. Здесь на помощь приходит теориявероятности.

Литература

1.Сергеев А.Г., КрохинВ.В.Метрология.- М.: Логос,2001.

2.Рудзит Т.Я., Плуталов В.Н. Основыметрологии, точность и надёжность в приборостроении.- М.: Машиностроение,1991.

3.Г.П.Мясоедов, А.В.Афанасьев.Метрология ионизирующих излучений. Методические указания длястудентов-заочников.СНИЯЭиП. Севастополь: 4.

2003.

4.Фарзане Н.Г., Илясов П.В.,Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. Учебник. Москва. Высшаяшкола.1989.

5.Брегадзе Ю.И. Степанов Э.К. ЯрынаВ.П. Прикладная метрология ионизирующих излучений.- М.: Энергоатомиздат,1990.