Методические указания к проведению лабораторных занятий для студентов специальности 050732 -стандартизация, метрология и сертификация, очной и заочной форм обучения



страница2/12
Дата09.08.2019
Размер2.25 Mb.
#128249
ТипМетодические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Таблица 3. Общие характеристики преобразующих средств измерений

Наименование


Принцип преобразования

Первичный преобразователь

Чувствительный

элемент


Изменение выходного сигнала

аналоговое/ дискретное



Вид выходного сигнала

Устройство отображения информации






















Таблица 4. Аналоговые устройства отображения измерительной информации

Наименование прибора

Характеристики устройства шкала-указатель

Число шкал

Вид шкалы

Вид отметок

Цена деления

Число указат

Вид указателя






















Таблица 5. Дискретные (числовые) устройства отображение информации

Наименование прибора

Характеристики числового табло

Вид кода

Число разрядов

Номинальная ступень квантования

Запятая (точка)

Другие символы





















Лабораторная работа № 3

Тема: Структурная схема средств измерений , виды и методы измерений

Цель работы: Изучение видов и методов измерений физических величин

Задачи: 1. Применить для измерения ФВ метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой в разных вариантах

2.Проанализировать проведённые измерения. Классифицировать использованные виды и методы измерений и зафиксировать результаты измерений и их анализ



Материальное обеспечение работы

Объекты измерений:

Детали тел вращения, пластин, призмы, резисторы, источники постоянного тока.



Измеряемые параметры:

Линейные размеры, площадь, объём, масса, электрическое сопротивление, напряжение, сила тока.



Средства измерения:

Меры длины, угла, объёма и массы (линейка измерительная, набор плоскопараллельных мер длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов.

Накладные и станковые приборы для измерения длины (штангенциркуль, манометр гладкий, микрометр рычажной или скоба рычажная, измерительные головки со штативом или стойкой и др.

Весы для измерения массы взвешивания



1.Теоретическая часть

Измерение физической величинысовокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (здесь и далее курсивом выделены определения из РМГ 29 -99).

Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием некого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, являющийся основой измерения. Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Например, измерение температуры с помощью термопары (использование термоэлектрического эффекта); измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение силы тяжести, которая пропорциональна искомой массе, основано на принципе пропорционального упругого растяжения) и др. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на механических, оптических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных и других, в том числе и комбинированных принципах преобразования измерительной информации, чем фактически определяются принципы измерений при использовании этих средств.



Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. В соответствии с определением выделяют ряд областей измерений: механические, магнитные, акустические, измерения ионизирующих излучений и др.

Видом измерений названа часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Примеры видов измерений: измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции, относящиеся к области электрических и магнитных измерений. Дополнительно выделены подвиды измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.). Примеры подвидов: измерения больших длин, имеющих порядок десятков, сотен, тысяч километров или измерения сверхмалых длин — толщин пленок как подвиды измерений длины.

Более широкая трактовка видов измерений позволяет отнести к ним измерения, характеризуемые следующими альтернативными парами терминов:



  • прямые и косвенные измерения,

  • совокупные и совместные измерения,

  • абсолютные и относительные измерения,

  • однократные и многократные измерения,

  • статические и динамические измерения,

  • равноточные и неравноточные измерения.

Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений. Прямое измерениеизмерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примеры прямых измерений: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах.

В ходе прямых измерений искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением



Q = х,

где Q – измеряемая величина,



х – результат измерения.

Косвенное измерениеопределение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

При косвенных измерениях значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения



Q = F (X, Y, Z,…),

где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.

Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п. Один из наиболее часто встречающихся случаев применения косвенных измерений – определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы т, высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением

ρ = т/0,25π d2 h

Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.



Совокупные измеренияпроводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Пример – определение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.

К совокупным можно отнести измерение нескольких одноименных величин, например, длин L1, L2, L3 и т.д., выполняемые на специальных устройствах (измерительных установках) для одновременного измерения ряда геометрических параметров деталей.

Совместные измеренияпроводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Пример: одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. В более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами таких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортного средства (скорость, запас горючего, температура двигателя и др.).

Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том числе градуированные в единицах измеряемой физической величины, либо в некоторых относительных единицах, в том числе и в неименованных. В соответствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.



Абсолютное измерениеизмерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В таком понимании это понятие находит все большее и большее применение

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Пример — Измерение активности радионуклида в источнике по отношению к активности радионуклида в однотипном источнике, аттестованном в качестве эталонной меры активности.

По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения.



Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократное измерениеизмерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

Многократные измерения («измерения с многократными наблюдениями») проводят или для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух до нескольких десятков и даже сотен измерений).



Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Статические и динамические измерения наиболее логично рассматривать в зависимости от режима получения средством измерения входного сигнала измерительной информации. При измерении в статическом режиме (или квазистатическом) скорость изменения входного сигнала несоизмеримо ниже скорости его преобразования в измерительной цепи и результаты фиксируются без динамических искажений.

При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные динамические погрешности, связанные со слишком быстрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины.

По реализованной точности и по степени рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и той же величины различают равноточные и неравноточные, а также равнорассеянные и неравнорассеянные измерения.



Равноточные измеренияряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измеренияряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Оценка равноточности и неравноточности, а также равнорассеянности и неравнорассеянности результатов измерений зависит от выбранных значений предельных мер расхождения точности или оценок рассеяния. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения.



Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых оценки погрешностей i и j можно считать практически одинаковыми

(1  2),

а к неравноточным относят измерения с различающимися погрешностями



(1  2).

Измерения в двух сериях считают равнорассеянными (1 2), или при (1 2) неравнорассеянными (в зависимости от совпадения или различия оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравниваемых серий 1 и 2).

В зависимости от планируемой точности измерения делят на технические и метрологические. К техническим следует относить те измерения, которые выполняют с заранее установленной точностью. Иными словами, при технических измерениях погрешность измерения не должна превышать заранее заданного значения []:

  [],

где [] – допустимая погрешность измерения.

Именно такие измерения наиболее часто осуществляются в производстве, откуда и взято их наименование.



Метрологические измерения выполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной (при имеющихся ограничениях) погрешности измерения , что можно записать как

 0.


Такие измерения имеют место при эталонировании единиц, при выполнении уникальных исследований.

В тех случаях, когда точность результата измерений не имеет принципиального значения, а цель измерений состоит в приблизительной оценке неизвестной физической величины прибегают к ориентировочным измерениям, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах, поскольку любая реализуемая в процессе измерений погрешность , принимается за допустимую []



[] = .

Общность метрологического подхода ко всем этим видам измерений состоит в том, что при любых измерениях определяют значения реализуемых погрешностей, без чего невозможна достоверная оценка результатов.



Метод измеренийприем или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Определение дает слишком много возможностей для произвола, поскольку можно акцентировать принципы ("фотоэлектрический метод угловых измерений"), средства ("интерференционный метод измерения длины"), приемы использования средств измерений ("метод полного уравновешивания", "контактный метод").

В нормативном документе есть ряд частных понятий, определяющих разновидности метода измерений, но они не покрывают всех разновидностей методов. В частности НД содержит определения следующих терминов:


  • Метод непосредственной оценки;

  • Метод сравнения с мерой;

  • Нулевой метод измерений;

  • Дифференциальный метод измерений;

  • Метод измерений замещением;

  • Метод измерений дополнением;

  • Контактный метод измерений;

  • Бесконтактный метод измерений.

Анализ метода измерений следует начинать с выяснения основных признаков: является он методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Принципиальные различия между этими двумя методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры. Меры в явном виде воспроизводят с выбранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера.

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

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

При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера "заложена" в измерительный прибор опосредовано. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.

Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме:

Q = х,

где Q – измеряемая величина,



х – показания средства измерения.

Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что измеряемая величина сравнивается с известной величиной, воспроизводимой мерой.

Примерами этого метода являются измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы), измерения напряжения постоянного тока прибором-компенсатором путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента. Часто используемые меры: гири, концевые меры длины или угла, эталонные резисторы.

Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением:

Q = х + Хм,

где Q – измеряемая величина,



х – показания средства измерения.

Хм величина, воспроизводимая мерой.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях, среди которых различают:



  • дифференциальный и нулевой методы измерений,

  • метод совпадений,

  • метод измерений замещением и метод противопоставления,

  • метод измерений дополнением.

Дифференциальный и нулевой методы отличаются друг от друга в зависимости от степени приближения размера, воспроизводимого мерой, к измеряемой величине.

Дифференциальный метод измерений метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Пример – измерения длины, выполняемые на станковом приборе с измерительной головкой при настройке по блоку концевых мер.

Фактически дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0 в выражении



Q = х + Хм.

Нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (х ≈ 0 в том же выражении Q = х + Хм из чего следует, что Q ≈ Хм ). Пример – измерения массы взвешиванием на равноплечих рычажных весах с полным уравновешиванием чашек.

Метод совпадений (по ГОСТ 16263 –70) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины). Для оценки совпадения используют прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, другие эффекты).

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.



Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).

В другой интерпретации рассматривают альтернативную пару: методы замещения и противопоставления. В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно. Метод противопоставления метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.



Метод измерений дополнением (метод дополнения) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению. Метод дополнения может быть реализован как при замещении, так и при противопоставлении измеряемой величины и меры.

Контактный метод измерений метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: измерение диаметра вала индикаторной скобой, измерение температуры тела термометром.

Бесконтактный метод измерений метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами могут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта радиолокатором.

Для оценки метода измерений предлагается ответить на следующие вопросы:

- применяется ли мера для воспроизведения физической величины в явном виде?



- измеряются ли значения отклонений физической величины от известного значения меры?

Отрицательный ответ на первый вопрос означает, что мы имеем дело с методом непосредственной оценки, а положительный позволяет утверждать, что применяется метод сравнения с мерой. Если при этом значение разности измеряемой величины и меры доводится до нуля, реализуется нулевой метод измерений (иногда называемый методом полного уравновешивания), а если разность этих значений алгебраически суммируется со значением меры – дифференциальный метод.

Если в ходе измерения мера и измеряемый объект последовательно воздействуют на вход средства измерений (СИ), "замещая" друг друга, реализуется метод замещения. Например, измерительная головка на стойке настраивается по плоскопараллельной концевой мере длины, после чего мера убирается и замещается контролируемой деталью.

Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обеспечивают возможность одновременного воздействия на них меры и измеряемой физической величины. С помощью таких приборов реализуется метод противопоставления.

Примеры кратких характеристик методик выполнения измерений:

- измерение диаметра цилиндрической поверхности детали штангенциркулем в одном сечении – прямое абсолютное однократное (при повторении многократное) статическое измерение, выполняемое методом непосредственной оценки;

- нахождение значения угла прямоугольного треугольника по результатам измерений его сторон – косвенное измерение плоского угла, при котором осуществляются прямые измерения дли. Методы прямых измерений зависят от конкретной выбранной реализации;

- определение плотности материала по результатам измерений размеров (длин) образца и его массы – косвенное измерение искомой величины, требующее совместных измерений разноименных величин (длины и массы) и совокупных измерений нескольких одноименных физических величин (длин). Вычисляемый объем в этом случае также можно рассматривать как результат косвенного измерения.



2. Порядок выполнения работы

Задание

1. Измерить размеры призматической детали (длину l, ширину b, высоту h) пластины и (или) длину и диаметр цилиндрической детали (l, d).

2. Измерить (определить) площади поверхностей и объем V детали.

3. Измерить массу M детали и (определить) плотность ρ ее материала.

4. Измерить электрическое сопротивление резистора R.

5. Измерить электрическое напряжение U источника постоянного тока.

6. Провести анализ использованных видов и методов измерений и оформить результаты работы.

Выполнение измерений

Каждая из предложенных физических величин может быть измерена с использованием одной или нескольких отличающихся методик выполнения измерений (МВИ). Различия могут заключаться в применении разных средств измерений для реализации одного метода и/или разных методов и видов измерений. Например, измерение объема детали можно выполнить как прямое (по вытесняемому объему жидкости в измерительном сосуде), либо как косвенное (с измерением линейных величин и использованием известных геометрических зависимостей). В последнем случае для измерений линейных размеров можно использовать метод сравнения с мерой либо непосредственной оценки.

При измерении с использованием одной МВИ допускается выполнение многократных измерений (как правило, не более пяти наблюдений) с фиксацией всех результатов. При многократных измерениях следует обратить внимание на необходимость повторных наблюдений одной и той же физической величины, например, толщину пластины или диаметр цилиндра следует измерять в одном выбранном сечении.

Фиксация результатов прямых измерений в данной работе осуществляется без описания погрешностей измерений с указанием всех значащих цифр, получаемых при измерении величины, например:

b = 0,20 мм (при измерении штангенциркулем с ценой деления нониуса 0,05 мм);

b = 0,08 мм (при измерении индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм и снятии отсчета с округлением до целого деления);

b = 0,082 мм (при измерении индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм и снятии отсчета с интерполированием доли деления);

Оформление результатов работы

При оформлении результатов следует использовать таблицы. Рекомендуемые формы таблиц с примерами заполнения приведены ниже. При необходимости идентификации измеряемой физической величины привести эскиз объекта с указанием контрольных точек (контрольных сечений) и схему измерения, например, как на рис. 1:
Таблица 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Измеряемый параметр, средства измерений и единица ФВ

Результаты наблюдений (измерений) параметра

1

2

3

4

5

Среднее

1.1 Ширина детали b, штангенциркуль, мм

2,2

2,1

2,3





2,2

1.2 …………………………………

……

……

……

……

……

……

1.3 …………………………………

……

……

……

……

……

……

1.4 Сопротивление резистора R, омметр, Ом

125

125







125

Каталог: files -> book
book -> Гельминтоз
book -> Отчеты и обработки подсистемы учета ндс настройка параметров учета Настройка параметров учетной политики для целей ндс
book -> Секреты профессиональной работы с С: Бухгалтерией (редакция 0). Учет расчетов по ндс
book -> Медицинское информационное агентство
book -> Эрик Перл Воссоединение: Исцеляй других, исцеляйся сам
book -> Паисий Святогорец
book -> Учение об элементах (Таттва-видья)
book -> Структура книги Теория бухгалтерского учета расчетов по налогу на прибыль


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница