Характеристики на видовете методи на измерване. Основни характеристики и методи за измерване. Разпределение по метод на броене

8. По естеството на измерената величина:

механичен

електрически и магнитни

топлофизичен

оптичен

физични и химични

акустичен

радиация

10. Според степента на достатъчност на измерванията:

необходимо

излишен

1. Технически измервания – измервания, извършвани с помощта на работещи измервателни уреди. Използват се с цел контрол и управление в производствения процес в предприятия от различни индустрии, в социалната сфера, в ежедневието. Например измервания на температурата по време на технологичния процес, измерване на плътността на разтвор на формалдехид по време на контрол на качеството на формалина, времето, когато един атлет пробяга 100 метра, масата на три крака на пазара. При технически измервания не е необходимо да се определят и анализират грешките в получените резултати. Следователно се приема грешката, приписана на измервателния уред или процедурата на измерване, което е достатъчно за решаване на този практически проблем. Техническите измервания са най-разпространеният вид измервания

Метрологични измервания - измервания, извършвани с помощта на еталони и примерни измервателни уреди с цел възпроизвеждане на единици физически величини и прехвърляне на техния размер към работещи измервателни уреди. Референтни измервания- това са измервания с възможно най-висока точност, постижими при сегашното ниво на развитие на техниката и технологиите, например измервания на фундаментални физически константи - абсолютната стойност на ускорението на гравитацията, масата на изотопите на химичните елементи. V контролни измерваниягрешката трябва да бъде определена или потвърдена и не трябва да надвишава определената стойност. Това включва измервания, извършвани от лаборатории на държавен метрологичен надзор. Например,„ГОСТ 8.024-75 GSI. Държавен първичен стандарт и общосъюзна схема за проверка на средства за измерване на плътност на течността.

Лабораторни измервания са междинни между технически и метрологични и могат да се извършват с различна точност в зависимост от целта на изследването.

2. Контактен метод на измерване, контактен метод – чувствителният елемент на уреда се привежда в контакт с измервателния обект. Примери: 1. Измерване на диаметъра на вал с шублер, измервателна скоба или проверка през и през габарити. 2. Измерване на телесната температура с термометър.

Безконтактен метод на измерване, безконтактен метод - метод на измерване, основан на факта, че чувствителният елемент на измервателния уред не е в контакт с обекта на измерване. Примери: 1. Измерете разстоянието до обект с радар 2. Измерете температурата в доменна пещ с пирометър.

3. Статично измерване – измерване на физическо количество, взето в съответствие със конкретна измервателна задача, като непроменено през времето на измерване. Границите на допустимите отклонения не са съществени по отношение на номиналната стойност на измерваната величина. Примери: 1. Измерване на електрическата проводимост на електролитен растер при постоянна температура. 2. Измерване на масата на солта при опаковането й в чували.

Динамично измерване – измерване на физическо количество, което варира по размер. Забележки: 1. Терминът "динамичен" се отнася до измерваната величина. 2. Строго погледнато, всички физически величини подлежат на една или друга промяна във времето. Това убеждава в необходимостта от използване на все по-чувствителни измервателни уреди, които позволяват да се открият промени в стойностите, считани преди за постоянни, така че разделянето на измерванията на динамични и статични е условно..

Примери: измервания на променливи в амплитудата на сигналите в електротехниката, радиотехниката, електрониката. В аналитичната химия това е сигнал в хроматографията, спектрометрията, волтаметрията. Резултатът от измерването се представя чрез променлива във времето стойност, указваща времевите точки, на които съответстват тези стойности.

4. Директни измервания - измервания, при които директно се получава желаната стойност на количеството. Например дължина се измерва директно с линийка, температура с термометър, сила с динамометър, ток с амперметър, напрежение с волтметър, електрическо съпротивление с омметър, маси на везните. Уравнение за директно измерване: X= q, къдетоkX- стойност на деление на измервателния уред.Индиректни измервания . Определяне на желаната стойност на физическа величина въз основа на резултатите от директни измервания на други физически величини, функционално свързани с търсената стойност. Например обемът на паралелепипед се намира чрез умножаване на три линейни величини (дължина, ширина и височина); електрическо съпротивление - чрез разделяне на спада на напрежението, измерено с волтметъра, на силата на електрическия ток, измерен с амперметъра, концентрацията на олово в рибни консерви с помощта на метода на атомно-абсорбционната спектрометрия, стриппинг волтаметрия - според калибровъчната графика в измерени координати стойност на имуществото - концентрация. Уравнение за непряко измерване: X= f(y 1 , y 2 ,…,y н ) , къде и –i ценности-Хнамерени стойностидиректни измервания.

Кумулативни измервания - едновременни измервания на няколко подобни (хомогенни) величини, при които желаната стойност се намира чрез решаване на система от уравнения, получена чрез измерване на тези величини в различни комбинации. Например, когато се определя концентрацията на два компонента от абсорбционния спектър, се съставя система от уравнения: 1 ( 1 ) С 1 +  2 ( 1 ) С 2 = А 1

 1 ( 2 ) С 1 +  2 ( 2 ) С 2 = А 2

където A е измерената стойност на оптичната плътност на разтвора при дължини на вълната 1 и 2

 1 и 2 - моларни коефициенти на поглъщане на светлината, таблични стойности.

Измервания на ставите - едновременни (преки и косвени) измервания на две или повече различни (хетерогенни) величини за намиране на функционална връзка между тях. Например съпротивлениеР т проводник при фиксирана температуратсе определя по формулатаР т = R 0 (1 +  т), къдетоР 0 и - съответно съпротивление при известна температурат 0 (обикновено 20 о ° С) и температурен коефициент (тези количества са постоянни и се измерват по косвен метод); t = t - t 0 - температурна разлика;те зададената температура, измерена по директния метод.

5. Метод на измерване – техника или набор от техники за сравняване на измерената физическа величина с нейната единица в съответствие с внедрения принцип на измерване. Методът на измерване обикновено се определя от дизайна на измервателните уреди.

Метод на директна оценка - метод на измерване, при който стойността на дадена величина се определя директно от показващия измервателен уред. Пример: налягане с манометър, време с хронометър, тежест на скала с циферблат, температура с живачен термометър и др.

Метод за сравнение на измерване - метод за измерване, при който измерваното количество се сравнява с количеството, възпроизводимо от мярката. Пример: - измерване на маса на везна с теглилки (мерки), измерване на съдържанието на елемент в проба чрез сравнение със стандартна проба от състава,

нулев метод на измерване - метод за сравнение с мярка, при който нетният ефект на измерваната величина и мярката върху компаратора се намалява до нула. Пример: измерване на електрическо съпротивление, индуктивност и капацитет с помощта на напълно балансиран мост, претегляне на везни с равно рамо

Метод за измерване на изместване – метод за сравнение с мярка, при който измерваната величина се заменя с мярка с известна стойност на величината.

Метод за измерване на добавяне - метод за сравнение с мярка, при който стойността на измерената величина се допълва с мярка на същата величина по такъв начин, че компараторът се влияе от тяхната сума, равна на предварително определена стойност.

Метод на диференциално измерване - метод за сравнение с мярка, при който измерената величина се сравнява с хомогенна величина, която има известна стойност. Малко се различава от стойността на измереното количество. и при което се измерва разликата между двете величини.

6. Абсолютно измерване - измерване, основано на директни измервания на една или повече основни величини и (или) използване на физически константи, тоест в абсолютни единици. Забележка – Концепцията за „абсолютно измерване“ се използва за разлика от понятието „относително измерване“ и се разглежда като измерване на величина в нейните единици.

Относително измерване - измерване на съотношението на величина към едноименна величина, която играе ролята на единица, или измерване на величина спрямо едноименна величина, взета за начална, т.е. относителни единици. Примери: измерване на стойността на пропускане в инфрачервена спектрометрия, относителна влажност на въздуха - е съотношението на количеството водна пара в 1 m 3 въздух до количеството водна пара, което насища 1 m 3 въздух при определена температура. Относителните измервания, при равни други условия, могат да се извършват по-точно от абсолютните, тъй като грешката в мярката за количество не се включва в общата грешка.

7. Еквивалентни измервания - поредица от измервания на величина, извършени от измервателни уреди със същата точност при същите условия със същата точност. Забележка: преди да обработите серия от измервания, трябва да се уверите, че всички измервания от тази серия са еднакво точни.. Процедурата за обработка на равни и неравни измервания е различна, в първия случай е по-проста.

Нееднакви измервания - поредица от измервания на определено количество, извършени от измервателни уреди, различни по точност и (или) при различни условия. Забележка - Серия от неравномерни измервания се обработва, като се вземе предвид теглото на отделните измервания, включени в серията.

8. Единично измерване – измерване, извършено еднократно. Забележка – В много случаи на практика се извършват единични измервания. Например измерването на определен момент от времето от часовника обикновено се извършва веднъж. Практическото приложение на този тип измерване винаги е свързано с големи грешки. За да се елиминира груба грешка - пропуск, трябва да се извършат две или три единични измервания и крайният резултат трябва да се намери като средноаритметично от две или три измервания.

Множество измервания - измерване на физична величина със същия размер, чийто резултат се получава от няколко последователни измервания, тоест състоящо се от множество единични измервания, най-често повече от четири. Предимството на множеството измервания е значително намаляване на влиянието на случайни фактори върху грешката на измерването.

В момента има много видове измервания, които се отличават с физическата природа на измерваната величина и фактори, които определят различни условия и режими на измерване. Основните видове измервания на физически величини, включително линейно-ъглови (GOST 16263-70), са прав, непряк, кумулативна, става, абсолютени роднина.

Най-широко използван директни измервания , състояща се в това, че желаната стойност на измерената величина се намира от експериментални данни с помощта на измервателни уреди. Линейният размер може да се задава директно върху везната на линийката, ролетката, шублер, микрометър, действащата сила - с динамометър, температурата - с термометър и др.

Уравнението за директно измерване има формата:

където Q е желаната стойност на измерената стойност; X е стойността на измерената величина, получена директно от показанията на измервателните уреди.

Непряк- такива измервания, при които желаната стойност се определя от известната връзка между тази стойност и други величини, получени чрез директни измервания.

Уравнението за непряко измерване има формата:

Q \u003d f (x 1, x 2, x 3, ...),

където Q е желаната стойност на непряко измерената величина; х 1 , х 2 , х 3 , ... са стойностите на величините, измерени чрез директния тип измервания.

Индиректните измервания се използват в случаите, когато желаната стойност е невъзможна или много трудна за директно измерване, т.е. директно измерване или когато директното измерване дава по-малко точен резултат.

Примери за индиректен тип измерване са установяване на обема на паралелепипед чрез умножаване на три линейни величини (дължина, височина и ширина), определени с помощта на директния тип измерване, изчисляване на мощността на двигателя, определяне на електрическото съпротивление на проводник по неговото съпротивление, дължина и площ на напречното сечение и др.

Пример за индиректно измерване е също измерването на средния диаметър на външната закрепваща резба по метода "три проводника". Този метод се основава на най-точното определяне на средния диаметър на резбата d 2 като диаметъра на условен цилиндър, чиято генерираща разделя профила на резбата на равни части P / 2 (фиг. 2.1):

където D meas е разстоянието, включително диаметрите на проводниците, получено чрез директни измервания;

d 2 - диаметър на телта, осигуряващ контакт с профила на резбата в точките, лежащи върху генератора d 2;

α е ъгълът на профила на резбата;

P - стъпка на резбата.

Кумулативни измерванияизвършва се чрез едновременно измерване на няколко едноименни величини, при което се намира желаната стойност чрез решаване на система от уравнения, получени чрез директни измервания на различни комбинации от тези величини. Пример за кумулативни измервания е калибрирането на теглата на набор от известната маса на едно от тях и от резултатите от директните сравнения на масите на различни комбинации от тежести.

Например, необходимо е да се калибрира изгоряла маса от 1; 2; 5; 10 и 20 кг. Примерно тегло е 1 кг, обозначено с 1 об.

Нека направим измервания, променяйки комбинацията от тегла всеки път:

1 = 1 06 + а; 1 + l около = 2 + б; 2 = 2 + С; 1+2 + 2 = 5 + ди т.н.

писма а, б, С, д– неизвестни стойности на тежестите, които трябва да се добавят или изваждат от масата на гирлата. Чрез решаване на система от уравнения можете да определите стойността на всяко тегло.

Измервания на ставите- едновременни измервания на две или повече различни величини за намиране на връзката между тях, например измервания на обема на тяло, направени с измервания на различни температури, причиняващи промяна в обема на това тяло.

Основните видове измервания, въз основа на естеството на резултатите от измерването за различни физически величини, включват абсолютни и относителни измервания.

Абсолютни измерваниясе основават на директни измервания на една или повече физически величини. Пример за абсолютно измерване е измерването на диаметъра или дължината на зърното с шублер или микрометър, или измерването на температурата с термометър.

Абсолютните измервания са придружени от оценка на цялата измервана величина.

Относителни измерваниясе основават на измерване на съотношението на измерената стойност, която играе ролята на единица, или измерване на стойността спрямо едноименната стойност, взета за първоначална. Като проби често се използват примерни мерки под формата на плоскопаралелни крайни блокове с дължина.

Пример за относителни измервания могат да бъдат измервания на калибрите на тапи и скоби на хоризонтални и вертикални оптиметри с настройка на измервателните уреди според примерни мерки. Когато се използват примерни мерки или примерни части, относителните измервания могат да подобрят точността на резултатите от измерването в сравнение с абсолютните измервания.

В допълнение към разглежданите видове измервания, според основната характеристика - метода за получаване на резултата от измерването, видовете измервания също се класифицират според точността на резултатите от измерването - в еквивалентени неравностойно, според броя на измерванията многократнии единичен, по отношение на изменението на измерената стойност във времето - по статичени динамичен, от наличието на контакт на измервателната повърхност на измервателния уред с повърхността на продукта - на контакти безконтактнои т.н.

В зависимост от метрологичното предназначение измерванията се разделят на технически– производствени измервания, контрол и проверкаи метрологичен- измервания с възможно най-голяма точност, като се използват еталони, за да се възпроизведат единици физически величини с цел прехвърляне на техния размер към работещи измервателни уреди.

Методи за измерване

В съответствие с RMG 29–99, основните методи за измерване включват метода на директна оценка и методите за сравнение: диференциал, нула, заместване и съвпадение.

директен метод- метод на измерване, при който стойността на дадена величина се определя директно от отчитащото устройство на измервателно устройство с директно действие, например измерване на вал с микрометър и сила с механичен динамометър.

Методи за сравнение на измерване- методи, при които измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката:

диференциален методхарактеризиращ се с измерване на разликата между измерената стойност и известната стойност, възпроизводимата мярка. Пример за диференциален метод е измерването с волтметър на разликата между две напрежения, от които едното е известно с голяма точност, а другото е желаната стойност;

нулев метод- при което разликата между измерената стойност и мярката се намалява до нула. В същото време нулевият метод има предимството, че мярката може да бъде многократно по-малка от измерената стойност, например претегляне на везна, когато теглото, което се претегля, е на едната ръка и е включен набор от референтни тежести другият;

метод на заместване- метод за сравнение с мярка, при който измерената стойност се заменя с известна стойност, възпроизводима от мярката. Методът на заместване се използва при претегляне с алтернативно поставяне на измерената маса и тежести върху една и съща везна;

метод на съвпадение- метод за сравнение с мярка, при който разликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се измерва с помощта на съвпадение на маркировки на скалата или периодични сигнали. Пример за използването на този метод е измерването на дължината с шублер.

В зависимост от вида на използваните средства за измерване се различават инструментални, експертни, евристични и органолептични методи на измерване.

инструментален методвъз основа на използването на специални технически средства, включително автоматизирани и автоматични.

експертен методОценката се основава на използването на преценките на група специалисти.

Евристични методиоценките се основават на интуиция.

Органолептични методиоценките се основават на използването на човешките сетива. Оценката на състоянието на обекта може да се извърши чрез елемент по елемент и сложни измервания. Методът елемент по елемент се характеризира с измерване на всеки параметър на продукта поотделно. Например, ексцентричност, овалност, рязане на цилиндричен вал. Комплексният метод се характеризира с измерване на общия качествен индекс, който се влияе от отделните му компоненти. Например измерване на радиалното биене на цилиндрична част, която се влияе от ексцентриситет, овалност и др.; контрол на позицията на профила по гранични контури и др.

Грешки при измерване

Общи положения. Процесът на измерване неизбежно е придружен от грешки, които се дължат на несъвършенството на измервателните уреди, нестабилността на условията на измерване, несъвършенството на самия метод и техниката на измерване, недостатъчен опит и несъвършенство на сетивните органи на лицето, което извършва измерване. измерванията, както и други фактори.

Грешка в измерванетоотклонението на резултата от измерването от истинската стойност на измерената величина се нарича:

ΔХ izi \u003d X i - X и,

където X j е i-тата стойност на резултата от измерването;

X и - истинската стойност на измерената стойност.

Тъй като истинската стойност на измерената величина винаги остава неизвестна, за нея се взема средноаритметичната стойност при многократни измервания:

, (2.1)

където n е броят на направените измервания.

Грешката на измерването (ΔХ izi), изразена в единици от измерената величина, се нарича абсолютна. Не винаги е информативно. Например, абсолютна грешка от 0,01 mm може да бъде доста голяма при измерване на стойности в десети от милиметъра и малка при измерване на стойности, по-големи от няколко метра.

По-информативна стойност е относителната грешка, която се разбира като съотношението на абсолютната грешка на измерването към нейната истинска стойност (или математическо очакване), %:

.

Това е относителната грешка, която се използва за характеризиране на точността на измерване.

По природа ( модели на проявление) грешките при измерване се разделят на систематични, случайни и груби грешки.

Системни грешки. Системните грешки включват грешки, които при повтарящи се измервания остават постоянни или се променят според някакъв закон. Систематичните грешки при измерването по един и същ метод и едни и същи измервателни уреди винаги имат постоянни стойности. Причините за появата им включват:

– грешки в метода или теоретични грешки;

– инструментални грешки;

– грешки, причинени от влиянието на околната среда и условията на измерване.

Грешки в методавъзникват поради грешки или недостатъчно развитие на метода на измерване. Това включва и незаконната екстраполация на свойство, получено в резултат на еднократно измерване, към целия измерван обект. Например, когато се взема решение за пригодността на вал чрез еднократно измерване, може да се допусне грешка, тъй като не се вземат предвид такива грешки във формата като отклонения от цилиндричност, закръгленост, профил на надлъжно сечение и т. н. Следователно, за да се елиминиране на такива систематични грешки в процедурата на измерване, се препоръчва да се извършват измервания на местата на части и взаимно перпендикулярни посоки.

Грешките в метода включват също влиянието на инструмента върху свойствата на обекта (например значителна измервателна сила, която променя формата на тънкостенна част) или грешки, свързани с прекалено грубо закръгляване на резултата от измерването.

Инструментални грешкисвързани с грешки в измервателните уреди, причинени от производствени грешки или износване на компонентите на измервателния уред.

на причинените грешки влиянието на околната среда и условията на измерване, отнасят се до температура (например измервания на част, която все още не е охладена), вибрации, нетвърдост на повърхността, върху която е монтиран измервателният уред и др.

Един от методите за откриване на системна грешка може да бъде замяната на измервателен уред с подобен, ако се предполага, че е източник на систематична грешка. По подобен начин може да се открие системна грешка, причинена от външни условия: например, замяна на повърхността, върху която е монтиран измервателният инструмент, с по-твърда.

Появата на систематична грешка може да бъде открита статистически чрез нанасяне на резултатите от измерването на хартия на определени интервали с определени граници (например ограничаващи размери). Стабилното движение на резултата от измерването към една от границите ще означава поява на системна грешка и необходимост от намеса в технологичния процес.

За да се елиминират системните грешки в производствените условия, измервателните уреди се калибрират, причините, причинени от влиянието на околната среда, се елиминират, а самите измервания се извършват в стриктно съответствие с препоръчаната методика, като се вземат мерки за подобряването й, ако е необходимо.

Постоянните систематични грешки не влияят на стойностите на случайните отклонения на измерванията от средноаритметичната стойност, така че са трудни за откриване със статистически методи. Анализът на такива грешки е възможен само въз основа на априорни познания за получените грешки, по-специално по време на проверката на измервателните уреди. Например, когато се проверяват инструменти за измерване на линейни величини, измерената стойност обикновено се възпроизвежда чрез примерна мярка (крайна мярка за дължина), чиято действителна стойност е известна. Систематичните грешки водят до изкривяване на резултатите от измерването и следователно трябва да бъдат идентифицирани и взети предвид при оценка на резултатите от измерването. Напълно систематичната грешка е почти невъзможно да се отстрани; винаги в процеса на измерване остава известно малко количество, наречено неизключена систематична грешка. Тази стойност се взема предвид чрез извършване на корекции.

Разликата между средноаритметичната стойност на резултатите от измерването и стойността на мярката с точност, определена от грешката по време на нейното сертифициране, се нарича изменение . Вписва се в сертификата на сертифицираното средство за измерване и се приема като желана систематична грешка.

Случайни грешки. Случайните грешки са грешки, които приемат многократни измервания на различни стойности, независими по знак и величина, които не подлежат на никаква редовност. Може да има много причини за случайни грешки; например колебания в надбавката за обработка, механичните свойства на материалите, чуждите включвания, точността на монтиране на части на машината, точността на инструмента за измерване на детайла, промените в измервателната сила на фиксиране на детайла върху машината, сили на рязане, и т.н.

По правило индивидуалното влияние на всяка от тези причини върху резултатите от измерването е малко и не може да бъде оценено, особено след като, както всяко случайно събитие, то може или не може да се случи във всеки конкретен случай.

Случайните грешки са обект на редица условия:

– малките случайни грешки са по-чести от големите;

- еднакво често се срещат отрицателни и положителни спрямо средната измервана стойност, равни по грешка;

– всеки метод на измерване има своя собствена граница, отвъд която грешки практически не възникват (в противен случай тази грешка ще бъде груба).

Идентифицирането на случайни грешки е особено необходимо за прецизни, например лабораторни измервания. За целта се използват множество измервания на една и съща величина, а резултатите от тях се обработват чрез методи на теорията на вероятностите и математическата статистика. Това ви позволява да прецизирате резултатите от измерванията.

Влиянието на случайните грешки се изразява в разсейването на получените резултати спрямо математическото очакване, следователно наличието на случайни грешки е добре количествено определено от стандартното отклонение (RMS).

За да се оцени дисперсията на резултатите от измерването на физическата величина X i спрямо средната, определена от (2.1), RMS се определя по формулата

за n ≥ 20 (2.2)

за n ≤ 20, (2.3)

където n е броят на измерванията.

Тъй като средната стойност на серия от измервания е произволно приближение към истинската стойност на измерената величина, тогава за оценка на възможните отклонения на средната стойност се използва експерименталното RMS - S:

. (2.4)

Стойността на S се използва при оценка на грешките на крайния резултат.

Случайните грешки при измерване, без да променят точността на резултата от измерването, все пак влияят на неговата надеждност.

В този случай дисперсията на средноаритметичната стойност на серия от измервания винаги има по-малка грешка от грешката на всяко конкретно измерване. От формули (2.2) и (2.3) следва, че ако е необходимо да се увеличи точността на резултата (с изключена систематична грешка) с коефициент 2, тогава броят на измерванията трябва да се увеличи с коефициент 4.

Груби грешки (пропуски). Грубите грешки са грешки, които не са характерни за технологичния процес или резултат, водещи до очевидни изкривявания на резултатите от измерването. Най-често те се допускат от неквалифициран персонал поради неправилно боравене с измервателния уред, неправилно отчитане на показанията, грешки в записа или поради внезапна външна причина при изпълнение на технологични процеси за обработка на детайли. Те се виждат веднага сред получените резултати, тъй като получените стойности се различават от останалите стойности на набора от измервания.

Ако по време на процеса на измерване е възможно да се намерят причините, които причиняват значителни разлики, и след отстраняване на тези причини повторните измервания не потвърждават такива разлики, тогава такива измервания могат да бъдат изключени от разглеждане. Но необмисленото отхвърляне на измервания, които рязко се различават от другите резултати, може да доведе до значително изкривяване на характеристиките на измерването. Понякога при обработката на резултатите от измерването не е възможно да се вземат предвид всички обстоятелства, при които са получени. В този случай, когато се оценяват грубите грешки, трябва да се прибягва до обичайните методи за проверка на статистическите хипотези.

Тестваната хипотеза се състои в твърдението, че резултатът от измерването X i не съдържа груба грешка, а е една от стойностите на произволна променлива. Обикновено проверявайте най-големите X m ah и най-малките X min стойности на резултатите от измерването. Следните критерии се използват за проверка на хипотези.

1) Ако броят на измерванията е n ≤ 10, тогава Критерий на Шовине. В този случай груба грешка (пропуск) е резултатът X i, ако разликата надвишава стойностите S, определени в зависимост от броя на измерванията:

където σ x е стандартното отклонение, получено по формула (2.3).

2) Критерий на Романовски, използва се, когато броят на измерванията е 10< n < 20. При этом вычисляют отношение

и получената стойност на β се сравнява с теоретичната β t при избраното ниво на значимост q (виж Таблица 2.4). Припомнете си, че нивото на значимост е вероятността за отхвърляне на правилната хипотеза в тест за статистическа хипотеза. Обикновено при обработка на резултатите от измерванията стойността му се взема в диапазона от 0,05 ... 0,1. Ако β надвишава β t, тогава резултатът X i се счита за грешка.

Таблица 2.4

Таблица със стойности β t = е(н)

3) Критерий 3S - най-често срещаният. Използва се, когато броят на измерванията n ≥ 20…50. В този случай се счита, че резултатът, получен с вероятност P = 0,003, е малко вероятен и може да се квалифицира като пропуск, т.е. съмнителният резултат X i трябва да бъде изключен от измерванията, ако

Пример 1. При измерване на отвора Ø20H13(+0,33) бяха получени следните резултати:

Ø20,32; Ø20,18; Ø20,26; Ø20,21; Ø20,28; Ø20,42 мм.

Необходимо е да се провери дали размерът Ø20,42 мм е пропуск.

Тъй като n = 6, се прилага критерият на Шовине:

от уравнение (2.1) намираме

по уравнение (2.3) намираме S

Това означава, че въпреки че резултатът е извън определеното ограничение за размер, той не може да се счита за пропуск. Следователно артикулът следва да бъде отхвърлен.

Пример 2. При измерване на вала Ø40h12(-0,25) бяха получени следните резултати: 39,72; 39,75; 39,76; 39,80; 39,81; 39,82; 39,82; 39,83; 39,85; 39,87; 39,88; 39,88; 39,90; 39,91; 39,92; 39,92; 39,93; 39,94; 39,96; 39,98; 39,99 мм.

Тъй като резултатът от 39,72 mm е извън границата на най-малкия размер и частта може да бъде отхвърлена, трябва да се определи дали този размер не е пропуск.

Тъй като броят на измерванията надвишава 20, можете да използвате критерия S. След обработка на резултатите от измерването получаваме:

39,91 мм, S=0,12 мм,

тогава 3S = 3 0,12 = 0,36 mm

Следователно резултатът от измерването от 39,72 mm не може да се счита за пропуск и частта трябва да бъде отхвърлена.

Колчков В.И. МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ. М.: Урок

3. Метрология и технически измервания

3.2. Видове и методи на измерване

Измерване- процесът на намиране на стойността на физическа величина емпирично с помощта на измервателни уреди.

Резултатът от процеса е стойността на физическото количество Q = qU, където q- числена стойност на физическа величина в приети единици; У- единица физическа величина. Стойността на физическо количество Внамерен по време на измерването се нарича валиден.

Принцип на измерване- физическо явление или съвкупност от физически явления, лежащи в основата на измерванията. Например, измерване на телесното тегло чрез претегляне с помощта на гравитация, пропорционална на масата, измерване на температурата с помощта на термоелектричния ефект.

Метод на измерване- набор от методи за използване на принципите и средствата за измерване.

Измервателни уреди (SI)се използват т Технически средства с нормализирани метрологични свойства.

Има различни видове измервания.Класификацията на видовете измервания се извършва въз основа на естеството на зависимостта на измерената стойност от времето, вида на уравнението за измерване, условията, които определят точността на резултата от измерването и методите за изразяване на тези резултати.

• Според естеството на зависимостта на измерената стойност от времето на измерване се различават статични и динамични измервания.

Статично са измервания, при които измерената стойност остава постоянна във времето. Такива измервания са например измервания на размери на продукта, постоянно налягане, температура и др.

динамичен - Това са измервания, по време на които измерената стойност се променя с времето, например измерване на налягането и температурата при компресиране на газ в цилиндъра на двигателя.

• Според метода на получаване на резултатите, определени от вида на уравнението за измерване, те разграничават пряк, косвен, агрегатни и съвместни измервания.

Директен - Това са измервания, при които желаната стойност на физическа величина се намира директно от експериментални данни. Директните измервания могат да бъдат изразени с формулата В = х, където В- желаната стойност на измереното количество, и х- стойността, директно получена от експерименталните данни. Примери за такива измервания са: измерване на дължина с линийка или рулетка, измерване на диаметър с шублер или микрометър, измерване на ъгъл с гониометър, измерване на температура с термометър и др.

Непряк - Това са измервания, при които стойността на дадена величина се определя на базата на известна връзка между желаното количество и величините, чиито стойности се намират чрез директни измервания. По този начин стойността на измерената величина се изчислява по формулата Q = Ф(x1, x2 ... xN), където В- желаната стойност на измереното количество; Ф- известна функционална зависимост, x1 , x2, … , xN- стойности на количествата, получени чрез директни измервания. Примери за индиректни измервания: определяне на обема на тяло чрез директни измервания на неговите геометрични размери, намиране на електрическото съпротивление на проводник по неговото съпротивление, дължина и площ на напречното му сечение, измерване на средния диаметър на нишката по метода на три проводника и др. . Непреките измервания са широко разпространени в случаите, когато желаната стойност не може да бъде измерена или е твърде трудна за измерване чрез директно измерване. Има случаи, когато величината може да бъде измерена само косвено, например размерите на астрономическия или интраатомния ред.

Кумулативно - това са измервания, при които стойностите на измерените величини се определят от резултатите от многократни измервания на едно или повече едноименни количества с различни комбинации от мерки или тези величини. Стойността на желаната величина се определя чрез решаване на система от уравнения, съставена от резултатите от няколко директни измервания. Пример за кумулативни измервания е определянето на масата на отделните тегла на комплект, т.е. извършване на калибриране според известната маса на един от тях и според резултатите от директни измервания и сравнение на масите на различни комбинации от тежести. Помислете за пример за кумулативни измервания, който се състои в калибриране на тежест, състояща се от тежести с маса 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 kg. Редица тегла (с изключение на 2*) представляват примерни тегла с различни размери. Звездичка означава тегло, което има стойност, различна от точната стойност от 2 кг. Калибрирането се състои в определяне на масата на всяка тежест с помощта на едно стандартно тегло, например, като се използва тегло от 1 kg. Като променим комбинацията от тежести, ще направим измервания. Нека направим уравнения, където обозначаваме масата на отделните тежести с числа, например 1abr означава масата на стандартно тегло от 1 kg, тогава: 1 = 1abr + а; 1 + 1 оборот = 2 + б; 2* = 2 + ° С; 1 + 2 + 2* = 5 + ди т.н. Посочени са допълнителни тегла, които трябва да се добавят или изваждат от масата на тежестта, посочена от дясната страна на уравнението, за да се балансират везните а, б, в, г. Чрез решаването на тази система от уравнения можете да определите стойността на масата на всяка тежест.

Става - това са измервания, направени едновременно на две или повече противоположни величини с цел намиране на функционална връзка между тях. Примери за съвместни измервания са определянето на дължината на пръта в зависимост от неговата температура или зависимостта на електрическото съпротивление на проводника от налягането и температурата.

• Според условията, които определят точността на резултата, измерванията се разделят на три класа.

1. Измервания с възможно най-висока точност, постижимо при текущото състояние на техниката. Този клас включва всички високоточни измервания и преди всичко еталонни измервания, свързани с максимално възможната точност на възпроизвеждане на установените единици физически величини. Това включва и измервания на физически константи, предимно универсални, като измерване на абсолютната стойност на гравитационното ускорение.

2. Контролно-проверъчни измервания, чиято грешка с определена вероятност не трябва да надвишава определена дадена стойност. Този клас включва измервания, извършвани от лаборатории за държавен контрол (надзор) за съответствие с изискванията на техническите регламенти, както и състоянието на измервателното оборудване и заводските измервателни лаборатории. Тези измервания гарантират грешката на резултата с определена вероятност, която не надвишава някаква предварително определена стойност.

3. Технически измервания , при което грешката на резултата се определя от характеристиките на измервателните уреди. Примери за технически измервания са измервания, извършвани по време на производствения процес в промишлени предприятия, в сектора на услугите и др.

• В зависимост от начина на изразяване на резултатите от измерванията има абсолютни и относителниизмервания.

Абсолютно се отнася до измервания, които се основават на директни измервания на една или повече фундаментални величини или на използването на стойности на физически константи. Примери за абсолютни измервания са: определяне на дължината в метри, силата на електрическия ток в ампери, ускорението на гравитацията в метри в секунда на квадрат.

Относителна наричани измервания, при които желаната стойност се сравнява със стойността със същото име, играеща ролята на единица или приемана за оригинал. Примери за относителни измервания са: измерване на диаметъра на корпуса чрез броя на оборотите на измервателната ролка, измерване на относителната влажност на въздуха, дефинирана като отношение на количеството водна пара в 1 кубичен метър въздух към количеството на водна пара, която насища 1 кубичен метър въздух при дадена температура.

• В зависимост от метода за определяне на стойностите на желаните количества има два основни метода за измерване метод на пряка оценка и метод на сравнение с мярка.

Метод на директна оценка - метод за измерване, при който стойността на дадена величина се определя директно от отчитащото устройство на измервателно устройство с директно действие. Примери за такива измервания са: измерване на дължина с линийка, измерване на части с микрометър, гониометър, налягане с манометър и др.

Метод за сравнение на измерване - метод за измерване, при който измерената стойност се сравнява със стойността, възпроизведена от мярката. Например, за измерване на диаметъра на калибъра, оптиметърът се настройва на нула от блока от габаритни блокове, а резултатът от измерването се получава от индикацията на показалеца на оптиметъра, което е отклонение от нулата. По този начин измерената стойност се сравнява с размера на блока на крайния блок Има няколко разновидности на метода за сравнение:

а) метод опозиция, при което измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, едновременно действат върху устройството за сравнение, което ви позволява да установите връзката между тези количества, например измерване на съпротивление в мостова верига с включване на диагонал на показващото устройство мост;

б) диференциалметод, при който измервана величина се сравнява с известна величина, възпроизводима от мярката. Този метод, например, определя отклонението на контролирания диаметър на детайла на оптиметъра, след като е настроен на нула от блока от габаритни блокове;

v) нуламетод - също вид метод за сравнение с мярка, при който полученият ефект от въздействието на величини върху устройството за сравнение се свежда до нула. Този метод измерва електрическото съпротивление според мостовата верига с пълното й балансиране;

г) с метода съвпаденияразликата между измерената стойност и стойността, възпроизведена от мярката, се определя с помощта на съвпадението на маркировките на скалата или периодичните сигнали. Например, при измерване с шублер се използва съвпадението на маркировките на главната и нониусната скала.

• В зависимост от това как се получава информацията за измерване, измерванията могат да бъдат контактни и безконтактни.
• В зависимост от вида , прилагани измервателни уреди , различавам инструментални, експертни, евристични и органолептичниметоди за измерване.

инструментален метод въз основа на използването на специални технически средства, включително автоматизирани и автоматични.

експертен метод Оценката се основава на използването на преценките на група специалисти.

Евристични методи оценките се основават на интуиция.

Органолептични методи оценките се основават на използването на човешките сетива. Може да се извърши оценка на състоянието на обекта елемент по елемент и комплексизмервания. Елемент по елементметодът се характеризира с измерване на всеки параметър на продукта поотделно. Например, ексцентричност, овалност, рязане на цилиндричен вал. Сложен методхарактеризиращ се с измерване на общия показател за качество, който се влияе от отделните му компоненти. Например измерване на радиалното биене на цилиндрична част, която се влияе от ексцентриситет, овалност и др.; контрол на позицията на профила по гранични контури и др.

теория РаботилницаЗадачи Информация

Ориз. 3. Класификация на видовете измервания

Директно измерване- измерване, при което желаната стойност на количеството се намира директно от експерименталните данни. Примери за директни измервания са измерване на дължина с линейни мерки или температура с термометър. Директните измервания са в основата на по-сложните непреки измервания.

Непряко измерване -измерване, при което желаната стойност на дадена величина се намира на базата на известна връзка между това количество и количествата, получени чрез директни измервания, например тригонометрични методи за измерване на ъгли, при които острият ъгъл на правоъгълен триъгълник се определя от измерени дължини на краката и хипотенузата, или измерване на средния диаметър на резбата по метода с три проводника или мощността на електрическата верига според напрежението, измерено от волтметъра, и силата на тока от амперметъра, като се използва известна зависимост. В някои случаи индиректните измервания позволяват да се получат по-точни резултати от директните измервания. Например, грешките при директни измервания на ъгли с гониометри са с порядък по-високи от грешките при непреките измервания на ъгли с помощта на синусови линийки.

Ставанаричани едновременно измервания на две или повече противоположни величини. Целта на тези измервания е да се намери функционална връзка между величините.

Пример 1Изграждане на калибровъчна характеристика y = f(x)предавател, когато набори от стойности се измерват едновременно:

X 1 , X 2 , X 3 , …, Xi , …, X n

Y 1 , Y 2 , Y 3 , …, Y i , …, Y n

Пример 2. Определяне на температурния коефициент на съпротивление чрез едновременно измерване на съпротивлението Ри температура ти след това дефиниране на зависимост a(t) = DR/Dt:

R 1 , R 2 , …, R i , …, R n

t 1 , t 2 , …, t i , …, t n

Кумулативни измерваниясе извършват чрез едновременно измерване на няколко едноименни величини, при което се намира желаната стойност чрез решаване на система от уравнения, получени в резултат на директни измервания на различни комбинации от тези величини.

пример:стойността на масата на отделните тежести от комплекта се определя от известната стойност на масата на една от тежестите и от резултатите от измерванията (сравненията) на масите на различни комбинации от тежести.

Има тежести с маси m1, m2, m3.

Масата на първата тежест се определя, както следва:

Масата на втората тежест се определя като разликата между масите на първата и втората тежест M 1.2и измерената маса на първата тежест:

Масата на третата тежест се определя като разликата между масите на първата, втората и третата тежест ( М 1,2,3) и измерените маси на първата и втората тежест ():

Това често е начинът за подобряване на точността на резултатите от измерването.

Агрегатните измервания се различават от съвместните измервания само по това, че няколко едноименни величини се измерват едновременно с кумулативни измервания и противоположни такива със съвместни измервания.

Агрегатните и съвместни измервания често се използват при измерване на различни параметри и характеристики в областта на електротехниката.

По естеството на промяната в измерената стойностИма статични, динамични и статистически измервания.

Статично– измервания на непроменливи във времето PV, например, измерване на дължината на част при нормална температура.

динамичен- измервания на променящи се във времето PV, като измерване на разстоянието до нивото на земята от спускащ се самолет или напрежението в мрежата с променлив ток.

Статистически измерваниясвързани с определянето на характеристиките на случайни процеси, звукови сигнали, нива на шум и др.

По точностима измервания с възможно най-висока точност, контрол и проверка и технически.

Измервания с възможно най-висока точност- това са еталонни измервания, свързани с точността на възпроизвеждане на единици на физическа величина, измервания на физически константи. Тези измервания се определят от състоянието на техниката.

Контрол и проверка– измервания, чиято грешка не трябва да надвишава определена определена стойност. Те включват измервания, извършвани от лаборатории за държавен надзор върху прилагането и спазването на стандартите и състоянието на средствата за измерване, измервания от заводски измервателни лаборатории и други, извършени със средства и методи, които гарантират грешка, не надвишаваща предварително определена стойност.

Технически измервания– измервания, при които грешката на резултата се определя от характеристиките на средствата за измерване (МИ). Това е най-разпространеният вид измерване, извършвано с работещи измервателни уреди, чиято грешка е известна предварително и се счита за достатъчна за изпълнение на тази практическа задача.

Измервания чрез изразяване на резултатите от измерванетоможе също да бъде абсолютен и относителен.

Абсолютно измерване– измерване въз основа на директни измервания на една или повече основни величини, както и на използването на стойности на физически константи. При линейни и ъглови абсолютни измервания, като правило, се намира една физическа величина, например диаметърът на вал с шублер. В някои случаи стойностите на измерената величина се определят чрез директно отчитане на скалата на инструмента, калибрирана в мерни единици.

Относително измерване- измерване на съотношението на величина към едноименна величина, която играе ролята на единица. В относителен методизмервания, се прави оценка на стойността на отклонението на измерената стойност спрямо размера на стандарта или пробата. Пример е измерване на оптиметър или миниметър.

По брой измерванияразграничаване между единични и множество измервания.

Единични измервания- това е едно измерване на една величина, т.е. броят на измерванията е равен на броя на измерените стойности. Практическото приложение на този тип измерване винаги е свързано с големи грешки, поради което трябва да се извършат поне три единични измервания и крайният резултат трябва да се намери като средноаритметично.

Множество измерванияхарактеризиращ се с превишаване на броя на измерванията на броя на измерваните величини. Обикновено минималният брой измервания в този случай е повече от три. Предимството на множеството измервания е значително намаляване на влиянието на случайни фактори върху грешката на измерването.

Дадените видове измервания включват различни методи, т.е. методи за решаване на задачата за измерване с теоретична обосновка съгласно приетата методика.

Измерванията се разграничават по метода на получаване на информация, по естеството на промените в измерената стойност по време на процеса на измерване, по количеството информация за измерване по отношение на основните единици.

Според метода на получаване на информация измерванията се делят на преки, косвени, кумулативни и съвместни.

Директни измервания -това е пряко сравнение на физическа величина с нейната мярка. Например, когато се определя дължината на обект с линийка, желаната стойност (количествен израз на стойността на дължината) се сравнява с мярката, т.е. владетел.

Индиректни измерваниясе различават от директните по това, че желаната стойност на количеството се установява от резултатите от директните измервания на такива величини, които са свързани с желаната специфична зависимост. Така че, ако измервате силата на тока с амперметър и напрежението с волтметър, тогава чрез известната функционална връзка на всичките три посочени величини можете да изчислите мощността на електрическата верига.

Кумулативни измерванияса свързани с решението на система от уравнения, съставени от резултатите от едновременни измервания на няколко еднородни величини. Решението на системата от уравнения дава възможност да се изчисли желаната стойност.

Измервания на ставите -това са измервания на две или повече нехомогенни физически величини, за да се определи връзката между тях.

Кумулативните и съвместни измервания често се използват при измерване на различни параметри и характеристики в областта на електротехниката.

Според естеството на изменението на измерената стойност в процеса на измерване се различават статистически, динамични и статични измервания.

Статистически измерваниясвързани с определянето на характеристиките на случайни процеси, звукови сигнали, нива на шум и др.

Статични измерваниявъзниква, когато измерената стойност е практически постоянна.

Динамични измерванияса свързани с такива количества, които претърпяват определени промени по време на процеса на измерване.

Идеалните статични и динамични измервания са рядкост на практика.

Според количеството на измерваната информация се разграничават единични и многократни измервания.

Единични измервания- това е едно измерване на една величина, т.е. броят на измерванията е равен на броя на измерените стойности. Практическото приложение на този тип измерване винаги е свързано с големи грешки, поради което трябва да се извършат поне три единични измервания и крайният резултат трябва да се намери като средноаритметично.

Множество измерванияхарактеризиращ се с превишаване на броя на измерванията на броя на измерваните величини. Обикновено минималният брой измервания в този случай е повече от три. Предимството на множеството измервания е значително намаляване на влиянието на случайни фактори върху грешката на измерването.

По отношение на основните мерни единици те се делят на абсолютни и относителни.

Абсолютни измерваниясе наричат ​​тези, при които се използва директно измерване на една (понякога няколко) основна величина и физическа константа. И така, в добре познатата формула на Айнщайн E \u003d mc 2тегло ( м) е основната физическа величина, която може да бъде измерена директно (чрез претегляне), и скоростта на светлината ( ° С) е физическа константа.

Относителни измерваниясе основават на установяване на съотношението на измереното количество към хомогенното количество, използвано като единица. Естествено, желаната стойност зависи от използваната мерна единица.

Такива понятия като "скала на измерванията", "принцип на измерване", "метод на измерване" са свързани с измерванията.

Скала за измерванее подреден набор от стойности на физическа величина, която служи като основа за нейното измерване. Нека обясним тази концепция, като използваме температурните скали като пример.

В скалата на Целзий температурата на топене на леда се приема като референтна точка, а точката на кипене на водата се приема като основен интервал (референтна точка). Една стотна от този интервал е единицата за температура (градус по Целзий). В температурната скала на Фаренхайт температурата на топене на смес от лед и амоняк (или готварска сол) се приема като референтна точка, а нормалната телесна температура на здрав човек се приема за референтна точка. Единицата за температура (градус по Фаренхайт) е една деветдесет и шеста от основния интервал. В тази скала точката на топене на леда е +32°F, а точката на кипене на водата е +212°F. По този начин, ако по скалата на Целзий разликата между точката на кипене на водата и топенето на леда е 100°C, то във Фаренхайт е 180°F. В този пример виждаме ролята на приетата скала както в количествената стойност на измерената стойност, така и в аспекта на осигуряване на еднородност на измерванията. В този случай е необходимо да се намери съотношението на размерите на единиците, за да се сравнят резултатите от измерването, т.е. t o F/t°C.

В метрологичната практика са известни няколко вида скали: скалата на имената, скалата на порядъка, скалата на интервалите, скалата на съотношенията и др.

Имена скала -това е вид качествена, а не количествена скала, не съдържа нула и мерни единици. Пример е атласът на цветовете (цветната скала). Процесът на измерване се състои във визуално сравнение на боядисания обект с цветни проби (референтни образци на атласа

цветове). Тъй като всеки цвят има много опции, подобно сравнение е по силите на опитен експерт, който има не само практически опит, но и съответните специални характеристики на визуалните възможности.

мащаб за поръчкахарактеризира стойността на измерената величина в точки (мащаб на земетресенията, сила на вятъра, твърдост на физически тела и др.).

Интервална скала(разлики) има условни нулеви стойности, а интервалите се задават по споразумение. Такива скали са времевата скала, скалата на дължината.

Скала на взаимоотношениятаима естествена нулева стойност, а мерната единица се установява по споразумение. Например, една масова везна (обикновено казваме "тегла"), започваща от нула, може да бъде градуирана по различни начини в зависимост от необходимата точност на претегляне. Сравнете домакинството и аналитичното