Средства измерений (приборы, преобразователи, эталоны, установки, системы).

Средства измерения это приборы или устройства с помощью которых измеряются значения физических величин.

Сейчас мы с вами рассмотрим основные средства измерений:

1 измерительный прибор — это СИ, предназначенные для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне:

–универсальные ( линейки, щупы, образцы шероховатости поверхности, штангенциркули индикаторы часовго типа и т.д),

– специальные ( предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа; например приборы для измерения (контроля) параметров коленчатого вала, параметров зубчатых колес, диаметров глубоких отверстий.)

– для контроля (например контроль геометрических параметров -калибры)

2) измерительный преобразователь —технические средства, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования или передачи:

- первичные (стоит первым в измерительной цепи)

- промежуточные (термопара и усилитель в вольтметре).

- на аналоговые АЦП (преобразующий одну аналоговую величину в другую - термопара, потенциометр и др)

– масштабные (предназначенные для изменения размера величины в заданное число раз - усилители, делители напряжения, измерительные трансформаторы, тензорезисторы).

– передающие на расстоянии измерительную информацию.

3. Эталоны- средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке:

• первичный эталон — эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей точностью

• вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы;

• рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерения;

• рабочее средство измерения — предназначенное для измерений техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и/или хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной по-грешности) в течение известного интервала времени.

4) мера физической величины — cредство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданных размеров. (гири, измерительные калибры, измерительные колбы): многозначные, однозначные набор мер, магазин мер

· 5) измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте. Например: 1. Установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов.Установка для испытаний магнитных материалов.

6) измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. Например: Силоизмерительная машина, Машина для измерения больших длин в промышленном производстве и т.д.

8) измерительно-вычислительный комплекс — это совокупность средств измерений, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения конкретной измерительной задачи.

8) Индикаторы. Это технические средства, предназначенные для установления наличия какой-либо величины. Например индикаторы часового типа

3.3. Методы измерений: непосредственной оценки и сравнения.

Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений.

- метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают величину с воспроизводимой мерой;

- нулевой – метод, при котором измеряемую величину и величину, воспроизводимой мерой доводят до ноля;

- замещение – измеряемую величину замещают известной величиной воспроизводимой меры;

- дополнения – значение измеряемой величины с расчетом, чтобы на прибор воздействовала сумма ранее заданного значения;

- дифференцированный – измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющих начальное значение известное, но незначительно отличающиеся от измеряемой величины, при этом измеряется разность между значениями.

Раздел 4 Подготовка эксперимента

Уточнение цели и данных об условиях проведения эксперимента и физической величине. Физические величины: род, вид, характер изменения по времени и по значению. Формулирование (выбор) модели объекта измерения. Требования, предъявляемые к модели. Приближенные и точные модели объекта (в виде дифференциального уравнения, скалярной величины, векторной величины, периодического сигнала) и их связь с постановкой измерительной задачи.

 

Раздел 4

 

4.1. Физические величины: род, вид, характер изменения по времени и по значению. Формулирование (выбор) модели объекта измерения.

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, процессов, явлений, но индивидуальное в количественном отношении. В системе Си существует

Значение физической величины — одно или несколько (в случае тензорной физической величины) чисел, характеризующих эту физическую величину, с указанием единицы измерения, на основе которой они были получены.

Размерность физической величины — единица измерения, фигурирующая в значении физической величины. Как правило, у физической величины много различных размерностей: например, у длины — метр, см

Единство измерений обеспечивается международной системой единиц СИ, в которой содержится 6 основных единиц (ниоткуда не выводимых: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела) и порядка двадцати дополнительных (выводимых из основных шести).

Истинное значение — такое значение физической величины, которое идеальным образом отражает качественным и количественным отношением соответствующие свойства объекта.

Действительное значение — значение физической величины, наиболее близко расположенное к истинному значению и полученное с точностью, удовлетворяющей использованию данного результата[1].

1. По возможности производить работу

1.1. активные w u, i, e v

1.2. пассивные w R, C, L v

2. По характеру изменений

2.1. детерминированные (значение можно предсказать)

2.2. случайные (изменяются по случайному закону)

3. По возможным значениям

3.1. аналоговые — интервал [ x _min, x _max] содержит бесконечно большое число значений величины:

3.2. квантованные — интервал [ x _min, x _max] содержит конечное либо счетное число значений величины:

4. По значениям в определенные моменты времени:

4.1. непрерывные:

4.2. дискретные:

Уточнение цели и данных об условиях проведения эксперимента и физической величине. Требования, предъявляемые к модели. Приближенные и точные модели объекта (в виде дифференциального уравнения, скалярной величины, векторной величины, периодического сигнала) и их связь с постановкой измерительной задачи

Моделью объекта называется отражение свойств реального объекта.

Адекватность модели — степень приближения этой модели к реальному объекту

 

При построении математической модели объекта измерения неизбежно приходится идеализировать те или иные его свойства. Модель никогда не может полностью описывать все свойства объекта измерений. Она отражает с определенной степенью приближения некоторые из них, имеющие существенное значение для решения данной измерительной задачи. Модель строится до измерения на основе априорной информации об объекте и с учетом цели измерения. Измеряемая величина определяется как параметр принятой модели, а его значение, которое можно было бы получить в результате абсолютно точного измерения, принимается в качестве истинного значения данной измеряемой величины. Эта неизбежная идеализация, принятая при построении модели объекта измерения, обуславливает неизбежное несоответствие между параметром модели и реальным свойством объекта, которое называется пороговым. Пороговое несоответствие принципиально ограничивает достижимую точность измерений при принятом определении измеряемой ФВ.

Изменения и уточнения цели измерения, в том числе и такие, которые требуют повышения точности измерений, приводят к необходимости изменять или уточнять модель объекта измерений и переопределять понятие измеряемой величины. Основной причиной переопределения является то, что пороговое несоответствие ранее принятого определения не позволяет повысить точность измерения до уровня требуемой. Вновь введенный измеряемый параметр модели также может быть измерен лишь с погрешностью, которая в лучшем случае равна погрешности, обусловленной пороговым несоответствием. Поскольку принципиально невозможно построить абсолютно адекватную модель объекта измерения, то нельзя устранить пороговое несоответствие между измеряемой ФВ и описывающим ее параметром модели объекта измерений. Отсюда вытекает важное следствие g₁: истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Модель можно построить только при наличии априорной информации об объекте измерения. При этом чем больше информации, тем более адекватной будет модель и соответственно точнее и правильнее будет выбран ее параметр, описывающий измеряемую ФВ. Следовательно, увеличение априорной информации уменьшает пороговое несоответствие. Из этого следствия вытекает, что при отсутствии априорной информации измерение принципиально невозможно. В то же время максимально возможная априорная информация заключается в известной оценке измеряемой величины, точность которой равна требуемой. В этом случае необходимости в измерении нет.

Требования, предъявляемые к модели: 1) представлять объект в упрощенном виде, но с допустимой степенью простоты для данного вида и цели исследования, проблемы и задач; 2) давать возможность перехода от модельной информации к реальной.

 

 

Вопрос Сущность планирования измерительного эксперимента

Планирование эксперимента (англ. experimental design techniques) — комплекс мероприятий, направленных на эффективную постановку опытов. Основная цель планирования эксперимента — достижение максимальной точности измерений при минимальном количестве проведенных опытов и сохранении статистической достоверности результатов.

Планирование эксперимента применяется при поиске оптимальных условий, построении интерполяционных формул, выборе значимых факторов, оценке и уточнении констант теоретических моделей и др.