Файл: методичка (учебное пособие) по лабор. МСС.doc

33

Северо-кавказский горнометаллургический институт

Метрология

Учебное пособие по выполнению лабораторных работ

по метрологии и электрическим измерениям

Составитель канд. техн. наук

доцент Л. В. Рогачев

Владикавказ, 2008.

Оглавление

Указатель обозначений --------------------------------------------------- 3

Глава 1. Обеспечение единства измерений ---------------------------------- 4

1. Термины и определения ---------------------------------------------- 4

2. Погрешность ------------------------------------------------------------ 6

3. Класс точности --------------------------------------------------------- 8

4. Градуировка ------------------------------------------------------------ 10

5. Калибровка ------------------------------------------------------------- 11

6. Поверка ----------------------------------------------------------------- 12

7. Выбор средств измерения ------------------------------------------- 14

Глава 2. Порядок выполнения лабораторных работ ----------------------- 16

2.1 Методические указания --------------------------------------------- 16

2.2 Требования безопасности ------------------------------------------- 19

Глава 3. Правила оформления отчета ---------------------------------------- 19

3.1 Изложение текста ---------------------------------------------------- 19

3.2 Применение единиц величин -------------------------------------- 20

3.3 Написание формул -------------------------------------------------- 22

3.4 Оформление диаграмм --------------------------------------------- 23

3.5 Построение таблиц --------------------------------------------------23

3.6 Требование к схемам, рисункам --------------------------------- 24

Приложение А. Поверочная схема ------------------------------------------- 25

Приложение Б. Градуировочная характеристика ------------------------- 26

Приложение В. Клейма калибровочные ------------------------------------ 27

Приложение Г. Поверительные клейма ------------------------------------- 28

Приложение Д. Свидетельство о поверке ---------------------------------- 30

Приложение Е. Извещение о непригодности ------------------------------ 29

Приложение Ж. Титульный лист --------------------------------------------- 31

Литература ------------------------------------------------------------------------ 32

Указатель обозначений

L – длина шкалы

Δl – расстояние между двумя отметками шкалы в заданной точке шкалы

Р_д – доверительная вероятность

S – чувствительность прибора в заданной точке шкалы

ΔR – цена деления шкалы

x_д – действительное значение измеряемой величины

x_н – нормирующее значение величины

x_п – показания прибора

x_пр – верхний предел измерения прибора

x_и – значение результата измерения

x_эб – показания эталона при подходе к поверяемой точке шкалы со стороны больших значений

x_эм – показания эталона при подходе к поверяемой точке шкалы со стороны меньший значений

γ – приведенная погрешность

γ_l – линейно-приведенная погрешность

γ_си – приведенная погрешность средства измерения

Δ_си – абсолютная погрешность средства измерения

Δ_и – абсолютная погрешность результата измерения

Δ_д – граница допустимой абсолютной погрешности

δ – относительная погрешность

δ_и – относительная погрешность результата измерения

δ_си – относительная погрешность средства измерения

Метрология.

Обеспечение единства измерений.

Настоящий раздел позволяет ознакомить студентов с основным видом деятельности метрологических служб – обеспечения единства измерений, что позволяет получать достоверные результаты при измерении одного и того же значения физической величины разными средствами и методами в разное время и в разных местах, что укрепляет доверие между покупателем и продавцом и увеличивает их прибыль.

Для обеспечения вышеизложенного в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) и Государственная метрологическая служба (ГМС).

ГСИ представляет собой комплекс нормативно-технических документов (стандартов, правил, рекомендаций и т.д.), устанавливающих единую номенклатуру средств измерений, их характеристик, испытаний, методы и средства поверки, аттестации, метрологической экспертизы документации и т.д.

Высшим органом ГМС в РФ, координирующим работу всех метрологических служб страны является Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (бывший до 2004г. Госстандарт), которое в своей деятельности руководствуется законом РФ «Об обеспечение единства измерений.»[1] Этот закон регулирует отношения государственных органов с юридическими и физическими лицами по вопросам метрологии и направлен на защиту прав и законных интересов граждан и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

ГМС включает в себя государственные метрологические институты, центры, службы, а также государственные метрологические территориальные центры.

Термины и определения.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности[2].

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Измерение физической величины – нахождение ее значения экспериментальным (опытным) путем с помощью технических средств, которые хранят единицу физической величины и сравнивают измеряемую величину с единицей с целью получения значения измеряемой величины.

В простейшем случае, прикладывая линейку с делениями к детали, сравнивают ее длину с единицей длины хранимой линейкой и, произведя отсчет, получают значение длины детали.

От термина «измерение» происходит термин «измерять»,

а такие встречающиеся на практике термины, как «мерить», «замерять», «обмерять» применять не следует.

Средства измерения – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющих нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины.

Суть средства измерений (СИ) заключается в умении хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и сравнивать с ней измеряемое значение величины. Если размер хранимой единицы с течением времени изменяется более чем установлено нормами, то таким средством нельзя получить результат с требуемой погрешностью.

Эталон единицы физической величины – средство измерений предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижеследующим по поверочной схеме средствам измерений.

Точность средства (результата) измерений – это качественная оценка, отражающая близость к нулю погрешности. Чем меньше погрешность, тем больше точность. Точность не имеет количественного (числового значения) выражения. Можно лишь сказать, что этот прибор (результат) точнее другого, но сказать на сколько или во сколько раз нельзя.

Поверочная схема – нормативный документ, в ранге стандарта, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (указанием методов, средств и погрешностей измерений при их передаче).

Вариант поверочной схемы, иллюстрирующий ее идею, приведен в приложении А. В настоящее время разработано и используются много поверочных схем для различных средств измерения, например массы, времени, частоты, температуры и т.д. Они все имеют статус государственного стандарта.

Метрологические характеристики средства измерений – это часть технических характеристик влияющих на результат измерений. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми, а определяемые экспериментально-действительными.

Вариация показаний измерительного прибора – разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе со стороны меньших («слева») и больших («справа») значений измеряемой величины, по показаниям рабочего эталона.

Действительное значение физической величины – значение, полученное наиболее точным экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Погрешность.

Погрешность средств измерений – разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.

Погрешность результата измерений – отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины. Она в несколько раз больше погрешности средства измерения, которым проводилось измерение, т.к. включает в себя и другие погрешности: методик, условий, оператора при отсчете и записи, математических операций и т.д.

По математическом выражению различают абсолютную, относительную и приведенную погрешность[3].

Абсолютная погрешность СИ выражается в единицах измеряемой величины и равна:

, (1)

где x_п – показание прибора, x_д – действительное значение измеряемой прибором величины.

Абсолютная погрешность результата измерения также выражается в единицах измеряемой величины:

, (2)

где x_ри – результат измерения физической величины.

При грубых однократных измерениях x_п и x_ри могут совпадать. В остальных случаях Δ_и > Δ, как правило в несколько раз.

Относительная погрешность выражается в процентах и вычисляется по формуле:

, (3)

или по уравнению:

, (4)

где c,d – положительные числа, выбираемые из ряда чисел, приведенного для класса точности,

x_пр – верхний предел измерения прибора.

Приведенная погрешность также выражается в процентах, используется для сравнения по точности одноименных приборов в том числе с разными пределами измерений и определяется выражением:

, (5)

где x_н – нормирующее значение равное верхнему пределу измерения x_пр для СИ с нулевой отметкой на краю диапазона измерений.

Для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой нормирующее значение устанавливают равным длине шкалы, соответствующей диапазону измерений. В этом случае приведенную погрешность вычисляют по формуле:

, (6)

где – линейно-приведенная погрешность выраженная в процентах от длины шкалы, % ;

L – длина шкалы, мм ;

S – чувствительность прибора в поверяемой точке шкалы, чувствительность указана в паспорте прибора.

Для экспериментального определения чувствительности в заданной точке диапазона измеряют расстояние в миллиметрах между двумя соседними отметками шкалы: соответствующей заданной точке и ближайшей к ней. Полученное значение делят на разность показанийв Омах (т.е. цене деления) соответствующей этим отметкам

.

Пример. Определить чувствительность омметра при показании 30 Ом. Расстояние между соседними отметками 30 и 25 Ом равно 3,7 мм. Чувствительность равна

мм/Ом

Класс точности средств измерений.

Класс точности это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемой основной и дополнительной погрешности, а так же другими свойствами средств измерений, влияющими на точность. Его вводят для удобства условных обозначений пределов допускаемых погрешностей и наносят на средства измерений.