WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
В. Л. Ткалич Р. Я. Лабковская Обработка результатов технических измерений Санкт-Петербург 2011 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ В. Л. Ткалич, Р. Я. Лабковская Обработка результатов технических измерений Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 УДК 389.001  Ткалич В.Л., Лабковская Р.Я. «Обработка результатов технических измерений». Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. – 72 с.

В учебном пособии рассмотрены основные понятия метрологии. Теория воспроизведения единиц физических величин и передача их размеров, теория погрешностей, обработка результатов измерений и средства измерений.

Предназначено для обучения студентов в рамках общепрофессиональных дисциплин ОПД.Ф.05 «Метрология, стандартизация и сертификация», ОПД.Ф.05.01 «Метрология, стандартизация и технические измерения» и ОПД.Ф.06 «Метрология и электрорадиоизмерения» учебного плана подготовки специалистов по направлениям 090104 – «Комплексная защита объектов информатизации» и 210202 – «Проектирование и технология электронновычислительных средств».

Печатается по решению Совета факультета КТиУ СПбГУ ИТМО от 16.11.10 (протокол № 15).

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет».

Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы.

© Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2011 © Ткалич В.Л., Лабковская Р.Я., 2011 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение.........................................................................................2. Основные сведения об измерениях...........................................1.1. Сущность измерений.......................................................1.2. Классификация измерений.............................................1.3. Методы измерений........................................................1.4. Средства измерений......................................................1.5. Погрешности средств измерений.................................1.6. Методы повышения точности измерений...................3. Работа с результатами измерений..........................................2.1. Результат измерения и оценка его среднего квадратичного отклонения.......................................................2.2. Проверка нормальности распределения результатов наблюдений...............................................................................2.3. Доверительные границы случайной погрешности результата измерений...............................................................2.4. Доверительные границы неисключенной систематической погрешности результата измерений.........2.5. Доверительные границы погрешности результата измерений..................................................................................4. Порядок действий при вычислении окончательных результатов прямых и косвенных измерений......................3.1. Прямые многократные измерения...............................3.2. Косвенные измерения...................................................3.3. Форма записи результата измерения...........................3.4. Правила округлений......................................................5. ПРИЛОЖЕНИЕ 1.......................................................................6. ПРИЛОЖЕНИЕ 2.......................................................................7. ПРИЛОЖЕНИЕ 3....................................................................... 8. ПРИЛОЖЕНИЕ 4.......................................................................9. ПРИЛОЖЕНИЕ 5.......................................................................10. ПРИЛОЖЕНИЕ 6.......................................................................11. ПРИЛОЖЕНИЕ 7.......................................................................12. ПРИЛОЖЕНИЕ 8.......................................................................13. ПРИЛОЖЕНИЕ 9.......................................................................14. История кафедры.......................................................................15. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................ ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие разработано в рамках общепрофессиональной дисциплин ОПД.Ф.05 «Метрология, стандартизация и сертификация», ОПД.Ф.05.01 «Метрология, стандартизация и технические измерения» и ОПД.Ф.06 «Метрология и электрорадиоизмерения» учебного плана по ряду специальностей и направлений подготовки дипломированных специалистов и подготовки бакалавров и магистров в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Задачей дисциплины является формирование у студентов достаточных знаний в области основ метрологии, стандартизации и сертификации, позволяющих использовать современные измерительные технологии, которые представляют собой последовательность действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

Важную роль в подготовке специалистов по метрологии и управлению качеством играют нормативные документы метрологических органов. В настоящем пособии активно используются нормативные материалы Госстандарта.



Измерения – один из важнейших путей познания природы человеком. Они играют огромную роль в современном обществе.

Наука, техника и промышленность не могут существовать без них.

Каждую секунду в мире производятся многие миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения надлежащего качества и технического уровня выпускаемой продукции, обеспечения безопасной и безаварийной работы транспорта, для медицинских и экологических диагнозов и других важных целей. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля.

Диапазон измеряемых величин и их количество постоянно растет. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерений. Они, по сути дела, перестали быть одноактным действием и превратились в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации. Поэтому следует говорить об измерительных технологиях, понимаемых как последовательность  действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

Другой фактор, подтверждающий важность измерений, их значимость. Основой любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля или регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена только путем измерения требуемых физических величин, параметров и показателей. Естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений. Сотрудничество с зарубежными странами, совместная разработка научно-технических программ требуют взаимного доверия к измерительной информации. Ее высокое качество, точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений имеют первостепенное значение.

Настоящее учебное пособие распространяется на методы обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями. Единая методика нахождения результата и параметров его погрешности для измерений с многократными наблюдениями обеспечивает возможность сопоставления результатов, получаемых при измерении в разных лабораториях. Для этой цели учебное пособие рекомендует унифицированный выбор доверительной вероятности и уровня значимости, выбор методов проверки нормальности распределения результатов наблюдений, оценку анормальности результатов наблюдений, нахождение доверительных границ систематических и случайных погрешностей и т.д.

Рекомендуемая методика обработки экспериментальных данных распространяется на большинство случаев производимых измерений, результаты наблюдений которых распределены нормально. При составлении учебного пособия принимались во внимание только стандартизованные методы обработки результатов измерений.

Поэтому в учебном пособии используются основные положения проекта стандарта на методы обработки результатов прямых измерений с многократными наблюдениями.

Учебное пособие предназначается для применения как в учебном процессе, так и при выполнении научно-исследовательских работ.

 Глава ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ 1.1. Сущность измерений Измерение представляет собой информационный процесс, результатом которого является получение измерительной информации. Измерительная информация представляется в числовой форме и в дальнейшем используется оператором или автоматизированной системой.

Объектом измерения является физическая величина, например масса, расстояние, давление, сила, перемещение, ускорение и т.п.

Для получения измерительной информации необходимо сравнить измеряемую величину с физически однородной ей величиной известного размера. Для числового представления результата сравнения используется единица измерения.

1.2. Классификация измерений Измерения классифицируют по нескольким признакам, наиболее важные из которых отражены на рис. 1.1.

По первому классификационному признаку измерения подразделяют на: статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени в процессе измерения, и динамические, при которых измеряемая величина изменяется в процессе измерения.

Классификация по второму признаку является в большой степени условной, однако широко применяется в измерительной технике. Ею определяются сложившиеся совокупности родственных по природе или применению в отдельных областях науки или техники физических величин.

По третьему признаку измерения подразделяют на три класса.

Измерения максимально возможной точности, достижимой при современном уровне техники. Это измерения, связанные с созданием и воспроизведением эталонов, а также измерения универсальных физических констант.

 Контрольно-проверочные измерения, погрешности которых не должны превышать заданного значения. Такие измерения осуществляются в основном государственными и ведомственными метрологическими службами.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Технические измерения являются наиболее распространенными и выполняются во всех отраслях хозяйства и науки. К ним, в частности, относятся и технологические измерения.

Четвертым классификационным признаком служит число измерений (наблюдений при измерении или просто наблюдений), выполняемых для получения результата.

По пятому признаку измерения в зависимости от вида функциональной связи между искомой и непосредственно измеряемой величинами и от способа получения числового значения измеряемой величины все измерения разделяются на: прямые, косвенные, совокупные и совместные.





Прямым называется измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Примерами прямых измерений являются измерение сопротивления омметром, измерение мощности ваттметром, измерение давления манометром и т.д.

Косвенным называется измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

При этом числовое значение искомой величины определяется по формуле:

z = F (a1, a2,..., am), где z – значение искомой величины, a1, a2, …, am – значения непосредственно измеряемых величин.

Примеры косвенных измерений: определение значения активного сопротивления R резистора на основе прямых измерений силы тока I через резистор и падения напряжения U на нем по формуле R = U / I.

К совокупным относятся производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

 Рис. 1.1. Классификация измерений Совместные измерения – это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Числовые значения искомых величин при совокупных и совместных измерениях определяются из системы уравнений, связывающих значения искомых величин со значениями величин, измеренных прямым (или косвенным) способом.

Чтобы определить числовые значения искомых величин необходимо получить, по крайней мере, столько уравнений, сколько имеется этих величин, хотя в общем случае число прямых измерений может быть и больше минимально необходимого.

В качестве примера рассмотрим задачу экспериментального определения зависимости сопротивления резисто ра от температуры.

Предположим, что эта зависимость имеет вид:

Rt = R0(1 + t + t2), где R0 и Rt – значения сопротивлений резистора при нулевой температуре и температуре t соответственно; и – постоянные температурные коэффициенты.

Требуется определить значения величин R0, и. Очевидно, ни прямыми, ни косвенными измерениями здесь задачу не решить.

Поступим следующим образом. При различных (известных) значениях температуры (она может быть измерена прямо или косвенно) t1, t2 и t3 измеряем (прямо или косвенно) значения Rt1, Rt2 и Rt3 и записываем систему уравнений:

Rt = R0(1 + t1 + t1 );

Rt = R0(1 + t2 + t2 );

Rt = R0(1 + t3 + t3 ).

Решая эту систему относительно R0, и, получаем значения искомых величин. Это пример совместных измерений.

1.3. Методы измерений С учетом того, что метод измерений представляет собой совокупность приемов использования принципов и средств измерений,  различают два метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Классификационным признаком в таком разделении методов измерений является наличие или отсутствие при измерениях меры.

Для удобства изложения в дальнейшем используется классификация методов измерений, приведенная на рис. 1.2.

Метод непосредственной оценки (отсчета) – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Прибор прямого действия – измерительный прибор, в котором сигнал измерительной информации движется в одном направлении, а именно с входа на выход.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Методы сравнения в зависимости от наличия или отсутствия при сравнении разности между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, подразделяют на нулевой и дифференциальный.

Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (прибор сравнения, или компаратор, - измерительный прибор, предназначенный для сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно).

Дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Этот метод позволяет получать результаты измерений с высокой точностью даже в случае применения относительно неточных измерительных приборов, если с большой точностью воспроизводится известная величина.

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Методом замещения называется метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Это, например, взвешивание с поочередным помещением массы и гирь на одну и ту же чашку весов. Метод замещения можно рассматривать как разновидность диф-  Рис. 1.2. Классификация методов измерений ференциального или нулевого метода, отличающуюся тем, что сравнение измеряемой величины с мерой производится разновременно.

1.4. Средства измерений Классификация средств измерений представлена на рис. 1.3.

Самым многочисленным видом средств измерений являются измерительные устройства, применяемые самостоятельно или в составе измерительных установок и измерительных систем.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.