Файл: Основы технических измерений 1 Понятие об измерениях. Единицы измерений Измерение.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Основы технических измерений
1.1 Понятие об измерениях. Единицы измерений
Измерение — нахождение физической величины опытным путем с помощью научных знаний. Они служат для обеспечения качества изделий, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологии производства, его автоматизации и стандартизации.
С развитием науки и техники измерения все усложняются, повышается их точность, возрастает количество. Потребность в обширной информации, в определении новых параметров ускоряет создание новых измерительных средств и увеличение их выпуска.
Можно выделить три главные функции измерений в народном хозяйстве: учет продукции народного хозяйства; научные исследования, испытания и контроль продукции; контроль и регулирование технологических процессов.
Измерения по способу получения числового значения делятся на прямые, косвенные, совокупные, совместные, абсолютные и относительные.
Прямое — это измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерение длины линейкой, температуры термометром).
Косвенное измерение характеризуется тем, что искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (нахождение объема цилиндра по результатам измерения его диаметра и высоты).
Совокупные измерения представляют собой одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (определение Массы отдельных гирь набора по известной одной из Них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Совместные — это проводимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними (определение зависимости длины тела от изменения температуры).
Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Относительное — это измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
Контроль — это процесс получения и обработки информации об объекте с целью определения его годности.
Для измерения физических величин очень важно выбрать единицы их измерения.
Единица измерения физической величины представляет собой величину, принятую по соглашению за основание для количественной оценки величин, качественно однородных с нею.
Основное уравнение измерения имеет вид
где Q — измеряемая величина; q — числовое значение измеряемой величины в принятых единицах; И — единица измерения.
Часто вместо определения числового значения величины проверяют, находится ли значение этой величины : в установленных пределах.
Раньше единицы измерения физических величин выбирали произвольно и независимо одну от другой. Позже было установлено, что разумнее выбирать некоторые единицы независимо, а остальные устанавливать на основании определенных закономерных связей между физическими телами.
Основными называются единицы измерения, которые принимают независимо одну от другой.
Производными называют единицы, которые определяют с помощью уравнений.
Система единиц измерения — это совокупность основных и производных единиц.
Одной из первоначальных систем была система МКС с основными единицами: метр, килограмм, секунда. Кроме этой системы, существовали МКСА (добавлена единица силы тока — ампер), МКСГ (добавлена единица температуры — градус). Неудобства возникали из-за пересчетов при переходе от одной системы к другой. В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц измерения SI (система интернациональная); русское обозначение СИ.
Система СИ содержит семь основных и множество производных единиц. Основные единицы: длины — метр (латинское обозначение m, русское—м); массы — килограмм (kg, кг); времени — секунда (s, с); силы электрического тока — ампер (A, А); термодинамической температуры — градус Кельвина (К, К); силы света— кандела (cd, кд); количества вещества — моль (mol, моль).
Метрология представляет собой науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Слово «метрология» в переводе с греческого языка означает учение о мерах. К задачам современной метрологии относятся следующие: установление и
воспроизведение в виде эталонов единиц измерений; создание средств измерений; разработка методов измерений и повышение их точности; усовершенствование способов передачи единицы измерений от эталона к изделию.
Научно-технический прогресс в метрологии проявляется в освоении измерения новых величин и расширении диапазонов измерения всех величин.
1.2 Классификация методов и средств измерений
Метод измерений — это совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Методы и средства измерений выбирают с учетом множества факторов: является ли измеряемая величина постоянной или переменной, случайной или неслучайной, зависимой или независимой, движущейся или неподвижной. Существуют следующие методы измерения:
непосредственной оценки, сравнения с мерой, противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений (ГОСТ 16263—70).
Метод непосредственной оценки — метод, при котором значение величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
Метод сравнения с мерой заключается в том, измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
Метод противопоставления — сравнение с мерой, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения. С помощью прибора устанавливают соотношение между этими величинами.
Дифференциальный метод основан на сравнении с мерой, при котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.
Нулевой метод — сравнение с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.
Метод замещения — это метод сравнения с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Метод совпадения представляет собой сравнение с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Средства измерений в соответствии с Государственной системой измерений (ГСИ) делятся на следующие группы.
Эталоны — меры и приборы, предназначенные для воспроизведения и хранения какой-либо величины. К ним относятся государственный эталон метра, этапные приборы концевых мер длины.
Образцовые меры и приборы предназначены для проверки и градуировки лабораторных и заводских мер.
Производственные меры и приборы служат для проверки изделий в производственных условиях.
По характеру использования в производственном процессе средства измерений делятся на меры, измерительные приборы (инструменты) и калибры.
1.3. Метрологические показатели средств измерений
Диапазон показаний — это область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями школы.
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы,
Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
Чувствительность — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.
Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
При конструировании средств измерений стремятся к тому, чтобы погрешность измерения была наименьшей, а другие метрологические показатели средств измерений находились в заданных пределах. Этого достигают сочетанием больших передаточных отношений с простотой и технологичностью конструкции. Необходимо также, чтобы по возможности ось шкалы прибора и контролируемый размер проверяемой детали располагались на одной прямой. Если это условие не выдерживается, то перекос и непараллельность направляющих измерительного прибора обусловливают значительные погрешности измерения.
1.4 Погрешности измерений
Если истинное значение величины обозначить через Q, погрешность через , то результат измерения у будет равен
Погрешность измерения выражается либо в единицах измеряемой величины (абсолютная погрешность), либо в долях или процентах от значения измеряемой величины (относительная погрешность). В зависимости характера проявления погрешности делятся на систематические и случайные.
Систематическая погрешность — это составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторныхизмерениях одной и той же величины. Косновным причинам возникновения систематических погрешностей относятся погрешности инструмента или метода измерений, индивидуальные особенности зкспериментатора.
Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности не могут быть исключены из результата измерения. Однако их влияние может быть уменьшено при обработке результатов измерений. Значения случайных погрешностей зависят от точности прибора и опытности экспериментатора. В механических приборах появление случайных погрешностей вызвано зазорами в звеньях кинематической цепи механизма прибора и другими подобными причинами. Значения случайных погрешностей заранее установить нельзя, но можно определить вероятность их появления. Для этого надо знать закон распределения случайных погрешностей.
Числовые характеристики погрешностей измерения принято выражать средним арифметическим
, средним квадратическим 
, предельным lim значениями случайных погрешностей.Среднее арифметическое значение результатов ряда наблюдений определяется уравнением
где xi — значения отдельных случайных величин; пik — число появлений случайной величины в данном интервале; N — общее число случайных величин; k — число интервалов группирования.
Средняя квадратическая погрешность ряда измерений равна
Предельная погрешность составляет
Погрешности более ±3 не учитывают и считают грубыми ошибками.