Zoologija 

Metode za merjenje osnovnih fizikalnih veličin. Merjenje fizikalnih veličin: osnovne metode merjenja

Merjenje fizikalne količine- niz operacij za uporabo tehničnega sredstva, ki shranjuje enoto fizične količine, ki zagotavlja ugotavljanje razmerja (v eksplicitni ali implicitni obliki) merjene količine z njeno enoto in pridobivanje vrednosti te količine.

V najpreprostejšem primeru se z uporabo ravnila z delitvami na kateri koli del dejansko primerja njegova velikost z enoto, ki jo shrani ravnilo, in po štetju vrednost količine (dolžina, višina, debelina in drugi parametri del) je pridobljen. Z uporabo merilne naprave se velikost vrednosti, pretvorjene v gibanje kazalca, primerja z enoto, shranjeno na lestvici te naprave, in izvede se odčitavanje.

Opredelitev pojma "merjenje" zadovoljuje splošno enačbo meritev, ki je bistvenega pomena pri urejanju sistema pojmov v meroslovju. Upošteva tehnični vidik (nabor operacij), razkrije meroslovno bistvo meritev (primerjava z enoto) in pokaže epistemološki vidik (pridobitev vrednosti količine).

Vrste meritev

Merilno območje- niz meritev fizikalnih veličin, ki so značilne za katero koli področje znanosti ali tehnologije in se razlikujejo po svoji specifičnosti. Opomba - Ločimo številna merilna področja: mehanska, magnetna, akustična, meritve ionizirajočega sevanja itd.

Vrsta meritve- del merilnega območja, ki ima svoje značilnosti in ga odlikuje homogenost izmerjenih vrednosti. PRIMER Na področju električnih in magnetnih meritev lahko ločimo naslednje vrste meritev: meritve električnega upora, elektromotorne sile, električne napetosti, magnetne indukcije itd.

Obstaja več vrst meritev.

Glede na naravo odvisnosti izmerjene vrednosti od časa so meritve razdeljene na:

statične meritve;

dinamične meritve.

Glede na način pridobivanja rezultatov meritev jih delimo na:

posredni;

kumulativno;

sklep.

Glede na pogoje, ki določajo točnost rezultata, so meritve razdeljene na:

meroslovne meritve;

kontrolne in verifikacijske meritve;

tehnične meritve.

Glede na način izražanja rezultatov se razlikujejo:

absolutne meritve;

relativne meritve.

Glede na značilnosti merilnega instrumenta so:

enake mere;

neenake meritve.

Glede na število meritev v seriji meritev:

posamezne meritve;

več meritev.

Meritve ločimo po načinu pridobivanja informacij, po naravi sprememb merjene vrednosti v procesu merjenja, po količini merskih informacij glede na osnovne enote.

Glede na način pridobivanja informacij delimo meritve na neposredne, posredne, agregatne in skupne.

Neposredne meritve so neposredna primerjava fizikalne količine z njeno mero. Na primer, pri določanju dolžine predmeta z ravnilom se želena vrednost (kvantitativni izraz vrednosti dolžine) primerja z mero, to je ravnilom.

Posredne meritve - se od neposrednih razlikujejo po tem, da se iskana vrednost količine ugotovi iz rezultatov neposrednih meritev takšnih veličin, ki so povezane z iskano specifično odvisnostjo. Torej, če merite tok z ampermetrom, napetost pa z voltmetrom, potem lahko z uporabo znanega funkcionalnega razmerja vseh treh veličin izračunate moč električnega tokokroga.

Agregatne meritve - povezane z rešitvijo sistema enačb, sestavljenih iz rezultatov hkratnih meritev več homogenih veličin. Rešitev sistema enačb omogoča izračun zahtevane vrednosti.

Skupne meritve so meritve dveh ali več nehomogenih fizikalnih veličin za določitev razmerja med njima.

Agregatne in skupne meritve se pogosto uporabljajo za merjenje različnih parametrov in značilnosti na področju elektrotehnike.

Glede na naravo spremembe merjene vrednosti v merilnem procesu ločimo statistične, dinamične in statične meritve.

Statistične meritve so povezane z določanjem značilnosti naključnih procesov, zvočnih signalov, ravni hrupa itd. Statične meritve se izvajajo, ko je izmerjena vrednost praktično konstantna.

Dinamične meritve so povezane s takšnimi količinami, ki v procesu meritev doživijo določene spremembe. Idealne statične in dinamične meritve so v praksi redke.

Po količini meritvenih informacij ločimo posamezne in večkratne meritve.

Posamezne meritve so ena meritev ene količine, to pomeni, da je število meritev enako številu merjenih veličin. Praktična uporaba te vrste meritev je vedno povezana z velikimi napakami, zato je treba izvesti vsaj tri posamezne meritve in končni rezultat najti kot aritmetično sredino.

Za več meritev je značilen presežek števila meritev števila izmerjenih vrednosti. Prednost večkratnih meritev je v občutnem zmanjšanju vpliva naključnih faktorjev na merilno napako. merilna meroslovna lestvica

Fizične venlene. Fizične enote

Širok razvoj in širjenje metod in sredstev meroslovja je privedlo do oblikovanja celih sistemov merskih enot državnih in mednarodnih organizacij. V trenutku splošne globalizacije se vloga meroslovja in zahtevnost nalog bistveno povečuje. Vsaka kakovostna lastnost fizičnega predmeta se imenuje fizična količina (dolžina, masa, hitrost). Fizična količina ima določeno velikost, ki je izražena z mersko enoto. Med fizikalnimi količinami ločimo osnovne in pretvorjene iz osnovnih. Obe fizikalni količini tvorita sistem enot. V različnih časih so obstajali različni sistemi merskih enot. Sistem ISS - meter, kilogram, sekunda. Sistem SGS je vključeval centimeter, gram, sekundo itd. Na podlagi njih je bil zgrajen mednarodni sistem enot (SI), ki je bil sprejet na XI mednarodni konferenci o uteži in merah leta 1960, da bi uvedel enotnost merskih enot po vsem svetu.

SI ima sedem osnovnih enot, s katerimi je mogoče meriti vse mehanske, električne, magnetne, akustične, svetlobne in kemične parametre ter značilnosti ionizirajočega sevanja. Glavne enote SI so:

meter (m) - za merjenje dolžine;

kilogram (kg) - za merjenje mase;

sekunda (s) - za merjenje časa;

amper (A) - za merjenje jakosti električnega toka;

kelvin (K) - za merjenje termodinamične temperature;

mol (mol) - za merjenje količine snovi;

candela (cd) - za merjenje svetlobne jakosti.

SI je sprejel novo definicijo dolžinske enote - meter. Pred uvedbo SI so bile kot mednarodne in nacionalne etalone merilnika uporabljene črtne mere iz zlitine platina-iridij in imajo v prerezu obliko X. Merilnik je bil določen pri temperaturi 20 °C med osema obeh srednjih črt merila z natančnostjo ± 0,1 µm.

V novem sistemu enot je 1 m izražen v valovnih dolžinah svetlobnih valov atoma kriptona, torej je povezan z naravno količino. Zdaj je meter dolžina enaka 1.650.763,73 valovnih dolžin v vakuumu sevanja, ki ustreza oranžni črti spektra kriptona-86. Z novim standardom se dolžina 1 m zdaj reproducira z napako 0,002 mikrona, kar je 50-krat manj kot napaka starega umetnega etalona števca.

Merilna metoda- sprejem oziroma sklop metod za primerjavo merjene fizikalne količine in njene enote v skladu z implementiranim merilnim principom.

Merilna metoda je običajno določena z zasnovo merilnega instrumenta. Obstaja več osnovnih metod merjenja: neposredna ocena, primerjava z mero, diferencial ali razlika, nič, kontaktna in brezkontaktna.


Merilno orodje in tehnike za njegovo uporabo skupaj tvorijo merilno metodo. Glede na način pridobivanja vrednosti merjenih veličin ločimo dve glavni metodi merjenja: metodo neposredne ocene in metodo primerjave z mero.

Metoda neposredne ocene- metodo merjenja, pri kateri se vrednost količine določi neposredno iz odčitne naprave neposredno delujoče merilne naprave.

Na primer, z merjenjem dolžine z ravnilom, dimenzij delov z mikrometrom, merilnimi čeljustmi, smo dobili vrednost velikosti

Slika 7.1- Merilna shema po metodi primerjave z mero

Primerjalna metoda z mero- merilna metoda, pri kateri se izmerjena količina primerja s količino, ki jo reproducira standard. Na primer za merjenje višine L podrobnosti 1 (sl. 7.1) minimeter 2 pritrjen v stojalu. Puščica minimetra je nastavljena na nič glede na neki vzorec (nabor merilnih meril 3), ki imajo višino N, enaka nazivni višini L del, ki ga je treba izmeriti. Nato začnejo meriti serije delov. O dimenzijski natančnosti L ocenjeno po odstopanju ± ∆ puščice minimetra glede na ničelni položaj.

Glede na razmerje med odčitki naprave in merjeno fizikalno količino delimo meritve na neposredne in posredne, absolutne in relativne.

Pri neposredno Pri meritvah se želena vrednost količine najde neposredno v procesu meritev, na primer merjenje kota z goniometrom, premera - s čeljustjo, mase - na tehtnici.

Pri posredno meritev se vrednost količine določi na podlagi razmerja med to količino in količinami, ki so izpostavljene neposrednim meritvam, na primer določitev povprečnega premera navoja s tremi žicami na navpičnem merilniku dolžine, kota s sinusnim ravnilom, itd.

Pri merjenju linearnih veličin, ne glede na obravnavane metode, ločimo kontaktne in brezkontaktne metode merjenja.

Kontaktna metoda se izvede s stikom med merilnimi površinami orodja ali naprave in delom, ki se preverja. Njegova pomanjkljivost je potreba po določenem naporu pri merjenju, kar povzroča dodatne napake (na primer meritve s čeljustjo, mikrometrom, vzvodno-mehanskimi napravami).

Brezkontaktna metoda je brez stika, saj med merjenjem ni stika med kontrolnim orodjem in izdelkom. To je preverjanje projektorjev, mikroskopov, s pnevmatskimi napravami.

Merjenje površin delov s kompleksno geometrijsko obliko (navoji, zgibni spoji) se lahko izvede bodisi po elementu bodisi z integrirano metodo.

Po metodi element za elementom, na primer, nit povprečnega premera se preveri s trižično metodo, zunanji premer se preveri z mikrometrom, profilni kot pa se preveri z univerzalnim mikroskopom.

Kompleksna metoda Uporabljajo se pri preverjanju navoja s pomočjo vijačnih čepov in obročev za ličenje, hkrati pa preverjajo naklon, profilni kot in povprečni premer navoja.

Merilna sredstva (naprave) so razvrščena glede na njihov namen, konstrukcijske in funkcionalne značilnosti ter tehnološke značilnosti izdelave. V tovarnah specializirane delavnice in sekcije izdelujejo naslednje skupine merilnih instrumentov.

1. Optične naprave:

a) naprave za merjenje dolžin in kotov - dolgometri, profilometri, sferometri, instrumentalni in univerzalni merilni mikroskopi, linearni merilni instrumenti, stroji, optične delilne glave, goniometri,

refraktometri, avtokolimacijske cevi, katetometri itd.;

b) mikroskopi (daljnogledi, interferenčni, biološki itd.);

c) opazovalne naprave - Galilejev in prizmatični daljnogled, stereoskopi, periskopi;

d) geodetski instrumenti - nivoji, teodoliti, optični daljinomeri;

e) prizmatične in difrakcijske spektralne naprave - mikrofotometri, interferometri, spektroprojektorji.

2. Vzvodno-optične naprave: optimometri, ultrametri itd.

3. Vzvodno-mehanske naprave:

a) dejansko vzvod (minimetri itd.);

b) orodja (kazalniki številčnic itd.);

c) z vzvodom (mikrometri itd.);

d) vzvod-vijak (indikator-mikrometer);

e) z vzmetnim prenosom (mikrokatorji itd.).

4. Pnevmatski instrumenti z manometrom in rotametrom.

5. Mehanske naprave:

a) črtkane črte, opremljene z noniusom (noniusi in univerzalni goniometri);

b) mikrometrični, ki temeljijo na uporabi vijačnega prenosa (mikrometri, mikrometrični merilniki izvrtine, merilniki globine itd.).

6. Elektrificirane naprave (induktivne, kapacitivne, fotovoltaične itd.).

7. Avtomatske naprave: krmilni in sortirni stroji, aktivne krmilne naprave itd.

Vrsta merilnih instrumentov Je niz merilnih instrumentov, namenjenih meritvam določene vrste fizikalnih veličin.

Vrsta merilnih instrumentov lahko vključuje več vrst. Na primer, ampermetri in voltmetri (na splošno) so vrste merilnih instrumentov, oziroma električnega toka in napetosti.

Naprava za branje kazalna naprava ima lahko lestvico in kazalec. Kazalec izvedena v obliki puščice, svetlobnega snopa itd. Trenutno se široko uporabljajo odčitne naprave z digitalno indikacijo. Lestvica je niz oznak in je na nekatere od njih pritrjen z referenčnimi številkami ali drugimi simboli, ki ustrezajo nizu zaporednih vrednosti količine. Interval med dvema sosednjima oznakama lestvice se imenuje delitev lestvice.

Interval delitve lestvice- razdalja med dvema sosednjima oznakama skale. Večina merilnih instrumentov ima skale od 1 do 2,5 mm.

Slika 7.2- Razponi lestvice

Delitev lestvice- razlika med vrednostmi količin, ki ustrezajo dvema sosednjima oznakama na lestvici. Na primer (glej sliko), indikator ima graduacijo 0,002 mm.

Začetna in končna vrednost skale (meja merjenja)- najmanjšo oziroma največjo vrednost izmerjene vrednosti, ki je navedena na lestvici, ki označuje zmogljivosti lestvice merilnega instrumenta in določa obseg indikacij.

1.5 Merilna negotovost in njeni viri

Pri analizi meritve se prave vrednosti fizikalnih veličin primerjajo z rezultati meritev. Odklon ∆ merilnega rezultata X od prave vrednosti Q merjena količina se imenuje napaka pri merjenju:

∆ = X-Q

Merilne napake so običajno razvrščene glede na njihov pojav in po vrsti napake. Glede na vzroke za nastanek ločimo naslednje merilne napake.

Napaka metode- Gre za komponento merilne napake, ki je posledica nepopolnosti merilne metode. Skupna napaka merilne metode je določena s celoto napak njenih posameznih komponent (odčitki instrumenta, merilni bloki, temperaturne spremembe itd.).

Napaka pri branju- komponenta merilne napake, ki je posledica premalo natančnega odčitka odčitkov merilnega instrumenta in je odvisna od individualnih sposobnosti opazovalca.

Instrumentalna napaka- komponento merilne napake, odvisno od napak uporabljenih merilnih instrumentov. Razlikovati med osnovnimi in dodatnimi napakami merilnih instrumentov. Per osnovna napaka sprejeti napako merilnega instrumenta, ki se uporablja v normalnih pogojih. Dodatna napaka je vsota dodatnih napak merilnega pretvornika in mere zaradi odstopanja od normalnih pogojev.

Če se temperatura preskušanega predmeta razlikuje od temperature, pri kateri se izvaja kontrola, bo to povzročilo napake zaradi toplotnega raztezanja. Da bi se izognili njihovemu videzu, je treba vse meritve izvajati pri normalni temperaturi (+ 20 ° C).

Nepravilna namestitev dela pod nadzorom in napake pri namestitvi naprave vpliva tudi na natančnost merjenja. Na primer, merilno merilno merilo je treba namestiti pravokotno na površino, ki se meri pri merjenju. Vendar pa lahko med meritvenim postopkom pride do popačenj, kar vodi do napak pri merjenju.

Naštetim napakam lahko dodamo še napake, ki nastanejo ob meritvi izvajalca velikosti zaradi njegovih subjektivnih podatkov, napake zaradi negostote stika med merilnimi površinami in izdelkom.

Vse merilne napake so po vrsti razdeljene na sistematične, naključne in bruto.

Spodaj sistematično razumejo napake, ki so stalne ali se redno spreminjajo pri ponavljajočih se meritvah iste količine. Naključen napake - komponente merilne napake, ki se naključno spreminjajo pri ponavljajočih se meritvah iste količine. TO nesramno se nanaša na naključne napake, ki so veliko večje od pričakovanih v danih merilnih pogojih (npr. napačni odčitki, sunki in udarci na instrument).

Umerjanje je ugotavljanje meroslovnih značilnosti merilnih instrumentov, ki niso zajeti v državnem meroslovnem nadzoru; kalibracijo izvajajo kalibracijski laboratoriji.

Prag občutljivosti (odzivnosti) je najmanjše povečanje vhodne količine, ki povzroči opazno spremembo izhodne količine.

Elementarna napaka je komponenta napake, ki je v dani analizi ni treba dodatno deliti na komponente. Univerzalnih metod za odkrivanje sistematičnih napak ni. Zato se za njihovo zmanjšanje ali odpravo uporabljajo različne metode. Grobe napake rezultatov meritev so izključene z uporabo kriterija nenormalnih rezultatov, za katerega vzamem interval glede na središče porazdelitve v delih standardnega odklona. Običajno, če je merilna vrednost večja od 3 σ, se takšno odstopanje imenuje nenormalno.

Za zagotavljanje meroslovne enotnosti meritev se meroslovno certificiranje merilnih instrumentov izvaja v merilnih laboratorijih.

Preverjanje- ugotavljanje primernosti merilnega instrumenta za uporabo na podlagi skladnosti eksperimentalno ugotovljenih meroslovnih lastnosti in kontrole z uveljavljenimi zahtevami.

Glavna meroslovna značilnost merilnega instrumenta, ugotovljena med preverjanjem, je njegova napaka. Praviloma se ugotovi na podlagi primerjave kalibriranega merilnega instrumenta z zglednim merilnim instrumentom ali etalonom, torej z natančnejšim sredstvom, namenjenim verifikaciji.

Razlikovati med pregledi: državnimi in oddelčnimi, periodičnimi in neodvisnimi, izrednimi in inšpekcijskimi, kompleksnimi, posamičnimi itd. Preverjanje izvajajo meroslovne službe, ki imajo pravico do tega na predpisan način. Preverjanje izvajajo posebej usposobljeni strokovnjaki, ki imajo certifikat za pravico do le-tega.

Rezultati preverjanja merilnih instrumentov, ki so priznani kot primerni za uporabo, se formalizirajo z izdajo potrdil o overitvi, namestitvijo verifikacijske oznake ipd. Verificirajo se vsi merilni instrumenti, ki se uporabljajo v nacionalnem gospodarstvu.

V podjetjih so glavno sredstvo za ohranjanje dolžinskih mer končne mere. Vsi delavniški merilni instrumenti so predmet preverjanja v kontrolno-mernih laboratorijih z zglednimi merilnimi instrumenti.

Merjenje- to je empirično iskanje vrednosti fizikalne količine s pomočjo posebnih tehničnih sredstev. Meritve so razvrščene glede na: ♦ način pridobivanja informacij; ♦ naravo sprememb količine v procesu njenega merjenja; ♦ količino informacij o meritvah; ♦ glede na osnovne merske enote. Glede na način pridobivanja informacij delimo meritve na neposredne posredne, agregatne in skupne. Avtor naravo sprememb merjene vrednosti med meritvijo razlikujejo statistične, dinamične in statične meritve.

Avtor količino informacij o meritvah razlikovati med enojnimi in večkratnimi meritvami. glede na osnovne merske enote razlikovati med absolutnimi in relativnimi meritvami.

Načelo merjenja - fizični pojav ali učinek, na katerem temeljijo meritve (na primer uporaba Dopplerjevega učinka za merjenje hitrosti – poteka v katerem koli valovnem procesu širjenja energije; uporaba gravitacije pri spreminjanju mase s tehtanjem).

Merilna metoda - to je tehnika ali sklop tehnik za primerjavo merjene fizikalne količine z njeno enoto v skladu z implementiranim merilnim principom (metodo meritve običajno določa naprava merilnih instrumentov)

Obstajajo naslednje merilne metode: metode neposrednega vrednotenja meritev (vrednost količine določi neposredno kazalni merilni instrument); ♦ metode primerjave z mero (merjene količine se primerjajo z količinami, ki reproducirajo mero); ♦ ničelna merilna metoda (nastali učinek izmerjene količine in mere na primerjalni napravi se zniža na nič); ♦ substitucijska merilna metoda (izmerjena količina se nadomesti z mero z znano vrednostjo količine); tak izračun, da na primerjalno napravo vpliva njihova vsota, enaka vnaprej določeni vrednosti); ♦ diferencialna merilna metoda (merjena vrednost se primerja s homogeno vrednostjo, ki ima znano vrednost, ki se nekoliko razlikuje od vrednosti izmerjene vrednosti, če je razlika med tema dvema merimo vrednosti); ♦ kontaktni način merjenja (merjenje premera gredi z merilnim nosilcem ali skoznim in neskoznim merilom); ♦ brezkontaktni način merjenja (element merilnega instrumenta ni priveden v stik s predmetom merjenja (na primer merjenje temperature v peči). Merilna tehnika je uveljavljen niz operacij in pravil za merjenje.

Fizikalne količine kot objekti merjenja Fizična količina je ena od lastnosti fizičnega predmeta, ki je kvalitativno skupna številnim fizičnim predmetom, a kvantitativno individualna za vsakega od njih. Izmerjena fizična količina je kvantitativna fizikalna količina, ki jo je treba izmeriti, izmeriti ali izmeriti v skladu z glavnim namenom merilne naloge. Sistem enot fizikalnih veličin je skupek osnovnih in izpeljanih fizikalnih veličin, oblikovanih v skladu s sprejetimi načeli, ko so nekatere količine vzete kot neodvisne, druge pa so njihove funkcije. Osnovni je fizična količina, ki je vključena v sistem količin in je običajno sprejeta kot neodvisna od drugih količin tega sistema. Izpeljanka se imenuje fizična količina, ki je vključena v sistem in določena z osnovnimi količinami tega sistema.



Glavne količine so med seboj neodvisne, lahko pa služijo kot osnova za vzpostavljanje odnosov z drugimi fizikalnimi količinami, ki jih imenujemo njihovi derivati. Na primer, Einsteinova formula vključuje osnovno enoto - maso in izpeljano enoto - energijo. Osnovne količine ustrezajo osnovnim merskim enotam, izpeljankam pa izpeljankam Vsaka fizikalna količina ima določeno dimenzija - izraz v obliki močnostnega monoma, sestavljenega iz produktov simbolov osnovnih fizikalnih veličin v različnih stopnjah, ki odraža razmerje dane fizikalne količine s fizikalnimi količinami, sprejetimi v tem sistemu količin kot osnovne, in s koeficientom sorazmernosti enak do enega.



22. Sredstva za merjenje temperature. Obstajata dva glavna načina merjenja temperature - kontaktno in brezkontaktno. Kontaktne metode temeljijo na neposrednem stiku temperaturnega merilnega pretvornika s preiskovanim objektom, s čimer se doseže stanje toplotnega ravnotežja med pretvornikom in predmetom. Ta metoda ima svoje pomanjkljivosti. Temperaturno polje predmeta se popači, ko se vanj vstavi toplotni detektor. Temperatura pretvornika se vedno razlikuje od dejanske temperature predmeta. Zgornja meja merjenja temperature je omejena z lastnostmi materialov, iz katerih so izdelani temperaturni senzorji. Poleg tega številnih problemov merjenja temperature v nedostopnih objektih, ki se vrtijo z veliko hitrostjo, ni mogoče rešiti s kontaktno metodo.

Brezkontaktna metoda temelji na zaznavanju toplotne energije, ki se prenaša s sevanjem in je zaznana na določeni razdalji od preiskovanega volumna. Ta metoda je manj občutljiva kot kontaktna metoda. Meritve temperature so močno odvisne od reprodukcije kalibracijskih pogojev med delovanjem, sicer pa se pojavijo pomembne napake. Naprava, ki se uporablja za merjenje temperature s pretvorbo njenih vrednosti v signal ali indikacijo, se imenuje termometer (GOST 13417-76),

Po principu delovanja so vsi termometri razdeljeni v naslednje skupine, ki se uporabljajo za različna temperaturna območja: 1 Ekspanzijski termometri od –260 do +700 °C, ki temeljijo na spremembi prostornine tekočin ali trdnih snovi z sprememba temperature. 2 Merilni termometri od -200 do +600 °C, ki merijo temperaturo glede na odvisnost tlaka tekočine, pare ali plina v zaprti prostornini od spremembe temperature. 3. Upornostni termometri so standardni od -270 do +750 ° C, pretvarjajo spremembo temperature v spremembo električnega upora prevodnikov ali polprevodnikov. 4. Termoelektrični termometri (ali pirometri), standardni od -50 do +1800 ° C, katerih pretvorba temelji na odvisnosti vrednosti elektromotorne sile od temperature spoja različnih prevodnikov.

Sevalni pirometri od 500 do 100000 °C, ki temeljijo na merjenju temperature na podlagi intenzivnosti sevalne energije, ki jo oddaja segreto telo, Termometri na podlagi elektrofizičnih pojavov od -272 do +1000 °C (termoelektrični pretvorniki s toplotnim šumom, volumetrični resonančni termični pretvorniki, volumetrični resonančni termični pretvorniki jedrska resonanca).

Meroslovje, standardizacija in certificiranje

Splošna vprašanja osnov meroslovja in merilne tehnike

V praktičnem življenju se človek povsod ukvarja z meritvami. Na vsakem koraku so meritve takih količin, kot so dolžina, prostornina, teža, čas itd.

Meritve so eden najpomembnejših načinov človekovega spoznavanja narave. Zagotavljajo kvantitativno značilnost okoliškega sveta in človeku razkrivajo zakone, ki delujejo v naravi. Vse veje tehnologije ne bi mogle obstajati brez podrobnega merilnega sistema, ki določa tako vse tehnološke procese, njihovo kontrolo in upravljanje ter lastnosti in kakovost izdelkov.

Veja znanosti, ki preučuje meritve, je meroslovje. Beseda "metoslovje" je sestavljena iz dveh grških besed: metron - merilo in logos - doktrina. Dobesedni prevod besede "metoslovje" je nauk o ukrepih. Dolgo je ostalo meroslovje predvsem deskriptivna veda o različnih merah in razmerjih med njimi. Od konca 19. stoletja je zaradi napredka fizikalnih znanosti meroslovje doživelo pomemben razvoj. DI Mendelejev, ki je v obdobju 1892-1907 skrbel za domače meroslovje, je imel pomembno vlogo pri oblikovanju sodobnega meroslovja kot ene od ved fizičnega cikla.

V skladu z GOST 16263-70 "Meroslovje. Pogoji in definicije": meroslovje Je znanost o meritvah, metodah in sredstvih za zagotavljanje njihove enotnosti in načinih za doseganje zahtevane natančnosti.

Enotnost meritev- takšno stanje meritev, pri katerem so njihovi rezultati izraženi v zakonitih enotah in so merilne napake znane z dano verjetnostjo. Enotnost meritev je nujna, da lahko primerjamo rezultate meritev, opravljenih na različnih mestih, ob različnih časih z uporabo različnih metod in merilnih instrumentov.

Natančnost meritev za katere je značilna bližina njihovih rezultatov resnični vrednosti izmerjene vrednosti. Natančnost je vzajemna netočnosti(o tem bomo govorili spodaj).

Merilna tehnologija Je praktično, uporabno področje meroslovja.

Merljive količine, s katerimi se meroslovje ukvarja, so fizikalne količine, torej količine, vključene v enačbe eksperimentalnih znanosti (fizike, kemije itd.), ki se ukvarjajo s spoznanjem sveta. empirično(T.

e. eksperimentalno) na nek način.

Meroslovje prodira v vse vede in discipline, ki se ukvarjajo z meritvami, in je zanje ena sama znanost.

Osnovni koncepti, ki jih uporablja meroslovje, so naslednji:

Fizična količina;

fizična enota;

Sistem enot fizikalnih veličin;

Velikost enote fizične količine (prenos velikosti enote fizične količine);

Instrumenti za merjenje fizikalnih veličin;

Vzoren merilni instrument;

Delovni merilni instrument;

Merjenje fizikalne količine;

Merilna metoda;

Rezultat meritve;

Napaka pri merjenju;

Meroslovna služba;

Meroslovna podpora itd.

Opredelimo nekaj osnovnih pojmov:

Fizična količina- značilnost ene od lastnosti fizičnega predmeta (pojava ali procesa), ki je kvalitativno skupna za številne fizične objekte, a kvantitativno individualna za vsak predmet (tj. vrednost fizične količine za en predmet je lahko določeno število krat večji ali manjši kot pri drugem). Na primer ": dolžina, čas, električni tok.

Fizična enota- fizična količina fiksne velikosti, ki ji je običajno dodeljena številčna vrednost, enaka 1, in se uporablja za kvantificiranje homogenih fizikalnih veličin. Na primer: 1 m - enota dolžine, 1 s - čas, 1 A - električni tok.

Sistem enot fizikalnih veličin- niz osnovnih in izpeljanih enot fizikalnih veličin, oblikovanih v skladu s sprejetimi načeli za dani sistem fizikalnih veličin. Na primer: mednarodni sistem enot (SI), sprejet leta 1960.

V sistemu enot fizikalnih veličin obstajajo osnovne enote sistema enot(v SI - meter, kilogram, sekunda, amper, kelvin). Iz kombinacije osnovnih enot, izpeljane enote(hitrost - m / s, gostota - kg / m 3).

Z dodajanjem nameščenih predpon osnovnim enotam nastane več (na primer - kilometer) ali podveč (na primer - mikrometer) enot.

Zgodovinsko gledano je bil prvi sistem enot fizikalnih veličin metrični sistem mer, ki ga je leta 1791 sprejela francoska državna skupščina. To še ni bil sistem enot v sodobnem smislu, ampak je vključeval enote dolžine, površine, prostornine, zmogljivosti in teže, ki so temeljile na dveh enotah: meter in kilogram.

Leta 1832 je nemški matematik K. Gauss predlagal metodo za konstruiranje sistema enot kot množice osnovnih in izpeljank. Zgradil je sistem enot, v katerem so bile za osnovo vzete tri poljubne, neodvisne enote - dolžina, masa in čas. Vse druge enote bi bilo mogoče identificirati s temi tremi. Tak sistem enot, ki je na določen način povezan s tremi osnovnimi, je Gauss imenoval absolutni sistem. Za osnovne enote je vzel milimeter, miligram in sekundo.

Kasneje, z razvojem znanosti in tehnologije, so se pojavili številni sistemi enot fizikalnih veličin, zgrajenih po načelu, ki ga je predlagal Gauss, ki temelji na metričnem sistemu mer, vendar se med seboj razlikujejo v osnovnih enotah.

Razmislimo o glavnih sistemih enot fizikalnih veličin.

SGS sistem. CGS sistem enot fizikalnih veličin, v katerem so osnovne enote centimeter kot enota za dolžino, gram kot enota mase in sekunda kot enota časa, je bil vzpostavljen leta 1881.

Sistem ICGSS. Uporaba kilograma kot enote teže, kasneje pa kot enote sile nasploh, je ob koncu 19. stoletja privedla do oblikovanja sistema enot fizikalnih veličin s tremi osnovnimi enotami: meter je enota dolžina, kilogram-sila je enota sile, sekunda pa enota časa.

ISSA sistem. Temelje tega sistema je leta 1901 predlagal italijanski znanstvenik Georgi. Osnovne enote sistema ISSA so meter, kilogram, sekunda in amper.

Prisotnost številnih sistemov enot fizikalnih veličin, pa tudi veliko število nesistemskih enot, neprijetnosti, povezane s preračunavanjem med prehodom iz enega sistema enot v drugega, so zahtevale poenotenje merskih enot. Rast znanstvenih, tehničnih in gospodarskih vezi med različnimi državami je zahtevala takšno poenotenje v mednarodnem merilu.

Potreben je bil enoten sistem enot fizikalnih veličin, ki je praktično priročen in pokriva različna merilna področja. Hkrati je moral ohraniti načelo koherentnosti (enakost enotnosti koeficienta sorazmernosti v enačbah komunikacije med fizikalnimi količinami).

Leta 1954 je X. Generalna konferenca za uteži in mere določila šest osnovnih enot (meter, kilogram, sekunda, amper, kelvin, kandela + mol). Sistem, ki temelji na šestih osnovnih enotah, odobrenih leta 1954, se je imenoval mednarodni sistem enot, skrajšano kot SI (SI so začetne črke francoskega imena Systeme International). Potrjen je bil seznam šestih osnovnih, dveh dodatnih in prvi seznam sedemindvajsetih izpeljanih enot ter predpone za tvorbo večkratnikov in podmnožnikov.

V Ruski federaciji sistem SI ureja GOST 8.417-81.

Fizična velikost enote- kvantitativna določenost enote fizikalne količine, ki jo reproducira ali shrani merilni instrument. Velikost osnovnih enot SI je določena z opredelitvijo teh enot s strani Generalne konference za uteži in mere (GCMW). Torej je v skladu z odločitvijo XIII GKMV enota termodinamične temperature, kelvin, nastavljena na 1 / 273,16 termodinamične temperature trojne točke vode.

Reproduciranje enot izvajajo nacionalni meroslovni laboratoriji s pomočjo nacionalni standardi... Razlika med velikostjo enote, ki jo reproducira nacionalni etalon, in velikostjo enote, kot jo določa Državni komite za politehnično industrijo, se ugotavlja v mednarodnih primerjavah merilnih etalonov.

Velikost shranjene enote zgledno (OSI) oz delavci (RSI) merilnih instrumentov, se lahko nastavi glede na nacionalni primarni etalon. V tem primeru je lahko več stopenj primerjave (preko sekundarnih standardov in OSI).

Merjenje fizikalne količine- niz operacij za uporabo tehničnega sredstva, ki shranjuje enoto fizične količine, ki je sestavljena iz primerjave (v eksplicitni ali implicitni obliki) merjene količine z njeno enoto, da se ta količina pridobi v najprimernejši obliki za uporabo.

Načelo merjenja- fizični pojav ali učinek, na katerem temeljijo meritve z eno ali drugo vrsto merilnega instrumenta.

Uporaba Dopplerjevega učinka za merjenje hitrosti;

Uporaba Hallovega učinka za merjenje indukcije magnetnega polja;

Uporaba sile teže pri merjenju mase s tehtanjem.

Vrste meritev

Po naravi odvisnosti izmerjene vrednosti od časa meritve so razdeljene na:

statična pri kateri ostane izmerjena vrednost skozi čas konstantna;

dinamično, med katerim se izmerjena vrednost spreminja in sčasoma ni konstantna.

Statične meritve so na primer meritve velikosti telesa, konstantnega tlaka, električnih veličin v tokokrogih z ustaljenim stanjem, dinamične - meritve pulzirajočih tlakov, tresljajev, električnih veličin v pogojih prehodnega procesa.

Po metodi pridobivanja rezultatov meritev delijo se na:

posredni;

kumulativno;

sklep.

Neposredno- to so meritve, pri katerih se želena vrednost fizikalne količine poišče neposredno iz eksperimentalnih podatkov.

Neposredne meritve lahko izrazimo s formulo, kjer je želena vrednost merjene količine, in je vrednost, neposredno pridobljena iz eksperimentalnih podatkov.

Pri neposrednih meritvah se merjena vrednost podvrže poskusnim operacijam, ki jih primerjamo z meritvijo neposredno ali z uporabo merilnih instrumentov, umerjenih v zahtevanih enotah. Primeri ravnih črt so meritve dolžine telesa z ravnilom, mase z uporabo tehtnice itd.

Posredno- to so meritve, pri katerih se zahtevana vrednost določi na podlagi znanega razmerja med to vrednostjo in vrednostmi, ki so predmet neposrednih meritev, t.j. ne merijo količine, ki se določa sama, temveč druge, ki so z njo funkcionalno povezane. Vrednost izmerjene količine najdemo z izračunom po formuli, kjer je funkcionalna odvisnost, ki je vnaprej znana, so vrednosti neposredno izmerjenih količin.

Primeri posrednih meritev: določanje prostornine telesa z neposrednimi meritvami njegovih geometrijskih dimenzij, iskanje specifične električne upornosti prevodnika po njegovi upornosti, dolžini in površini prečnega prereza.

Posredne meritve so zelo razširjene v primerih, ko je želeno vrednost nemogoče ali pretežko izmeriti neposredno ali ko neposredna meritev daje manj natančen rezultat. Njihova vloga je še posebej velika pri merjenju veličin, ki niso dostopne neposredni eksperimentalni primerjavi, na primer dimenzij astronomskega ali znotrajatomskega reda.

Agregat- gre za hkratne meritve več istoimenskih veličin, pri katerih se z reševanjem sistema enačb, pridobljenih z neposrednimi meritvami različnih kombinacij teh veličin, določi želena vrednost.

Primer kumulativnih meritev je določanje mase posameznih uteži v nizu (kalibracija po znani masi ene od njih in po rezultatih neposrednih primerjav mas različnih kombinacij uteži).

Sklep- to so meritve dveh ali več neidentičnih veličin, ki se izvedejo hkrati, da se najdejo odvisnosti med njima.

Primer je merjenje električnega upora pri 20 0 С in temperaturnih koeficientov merilnega upora po podatkih neposrednih meritev njegove upornosti pri različnih temperaturah.

Merilne metode

Metoda merjenja- to je metoda eksperimentalnega določanja vrednosti fizikalne količine, to je niz fizikalnih pojavov in merilnih instrumentov, ki se uporabljajo pri meritvah.

Metoda neposredne ocene sestoji iz določanja vrednosti fizikalne količine glede na odčitno napravo neposredno delujoče merilne naprave. Na primer - merjenje napetosti z voltmetrom.

Ta metoda je najpogostejša, vendar je njena natančnost odvisna od natančnosti merilnega instrumenta.

Primerjalna metoda z mero – v tem primeru se izmerjena vrednost primerja z vrednostjo, ki jo reproducira mera. Natančnost meritve je lahko višja od natančnosti neposredne ocene.

Obstajajo naslednje različice metode primerjave meril:

Kontrastna metoda, pri katerem izmerjena in reproducirana vrednost hkrati delujeta na primerjalno napravo, s pomočjo katere se vzpostavi razmerje med vrednostmi. Primer: merjenje teže z uporabo tehtnice in niza uteži.

Diferencialna metoda, pri katerem na merilno napravo vpliva razlika med izmerjeno vrednostjo in znano vrednostjo, ki jo reproducira ukrep. V tem primeru izravnava izmerjene vrednosti na znano ni v celoti izvedena. Primer: merjenje enosmerne napetosti z diskretnim delilnikom napetosti, referenčnim virom napetosti in voltmetrom.

Metoda nič, pri katerem se nastali učinek vpliva obeh veličin na primerjalno napravo zniža na nič, kar beleži visoko občutljiva naprava – ničelni indikator. Primer: merjenje upora upora z uporabo štirikrakega mostu, pri katerem je padec napetosti na uporu neznanega upora uravnotežen s padcem napetosti na uporu z znanim uporom.

Metoda zamenjave, pri katerem se izmenično priklopi izmerjena in znana vrednost na vhod naprave, vrednost izmerjene vrednosti pa se oceni iz dveh odčitkov naprave, nato pa z izbiro znane vrednosti dosežeta, da sta oba odčitka sovpadajo. S to metodo je mogoče doseči visoko natančnost merjenja z visoko natančnostjo meritve znane vrednosti in visoko občutljivostjo naprave. Primer: natančno natančno merjenje nizke napetosti z uporabo visoko občutljivega galvanometra, na katerega se najprej priključi vir neznane napetosti in določi upogib kazalca, nato pa se enak upogib kazalca doseže z uporabo nastavljivega vira znane napetosti. . V tem primeru je znana napetost enaka neznani.

Metoda ujemanja, pri katerem se razlika med izmerjeno vrednostjo in vrednostjo, ki jo reproducira mera, meri s sovpadanjem oznak skale ali periodičnih signalov. Primer: merjenje frekvence vrtenja dela z utripajočo stroboskopsko svetilko: opazovanje položaja oznake na vrtečem se delu v trenutkih utripa žarnice se frekvenca vrtenja dela določi iz znane frekvence utripov in premik oznake.

Dejavniki, ki vplivajo na rezultate meritev

V meroslovni praksi je treba pri izvajanju meritev upoštevati številne dejavnike, ki vplivajo na rezultate meritev. To so predmet in predmet merjenja, merilna metoda, merilni instrument in merilni pogoji.

Merilni predmet mora biti čista pred tujimi vključki, če se meri gostota snovi, brez vpliva zunanjih motenj (naravni procesi, industrijske motnje itd.). Sam objekt ne sme imeti notranjih motenj (delovanje samega merilnega objekta).

Predmet meritve, to pomeni, da operater v rezultat vnese »osebni« trenutek merjenja, element subjektivnosti. Odvisno je od usposobljenosti upravljavca, sanitarno-higienskih delovnih pogojev, psihofiziološkega stanja subjekta in upoštevanja ergonomskih zahtev.

Metoda merjenja. Zelo pogosto merjenje enake konstantne velikosti z različnimi metodami daje različne rezultate, od katerih ima vsaka svoje slabosti in prednosti. Umetnost operaterja je odpraviti ali upoštevati pristranskost rezultatov na ustrezen način. Če meritve ni mogoče izvesti tako, da bi izključil ali kompenziral kateri koli dejavnik, ki vpliva na rezultat, se pri slednjem v številnih primerih izvede ustrezen popravek.

Vpliv SI izmerjena vrednost se v mnogih primerih kaže kot moteč dejavnik, na primer notranji šum merilnih elektronskih ojačevalnikov.

Drug dejavnik je vztrajnost SI. Nekateri SI dajejo trajno precenjene ali trajno podcenjene odčitke, kar je lahko posledica proizvodne napake.

Merilni pogoji kot vplivni dejavniki so temperatura okolja, vlažnost, atmosferski tlak, omrežna napetost itd.

Upoštevanje teh dejavnikov predpostavlja odpravo napak in uvedbo popravkov izmerjenih vrednosti.

Merilne metode so določene z vrsto izmerjenih vrednosti, njihovimi dimenzijami, zahtevano natančnostjo rezultata, zahtevano hitrostjo merilnega procesa in drugimi podatki.

Merilnih metod je veliko, z razvojem znanosti in tehnologije se število povečuje.

Glede na način pridobivanja številčne vrednosti izmerjene vrednosti so vse meritve razdeljene na tri glavne vrste: neposredne, posredne in kumulativne.

naravnost se imenujejo meritve, pri katerih se želena vrednost količine poišče neposredno iz eksperimentalnih podatkov (na primer merjenje mase na številčnici ali tehtnici z enakimi rokami, temperature - s termometrom, dolžine - z linearnimi merami).

Posredno imenujemo meritve, pri katerih se na podlagi znanega razmerja med to količino in količinami, ki so podvržene neposrednim meritvam, najdemo želeno vrednost količine (na primer gostota homogenega telesa po masi in geometrijskih dimenzijah; določitev električne odpornost po rezultatih merjenja padca napetosti in jakosti toka).



Agregat meritve imenujemo meritve, pri katerih se hkrati meri več istoimenskih veličin, želeno vrednost količin pa najdemo z reševanjem sistema enačb, ki ga dobimo z neposrednimi meritvami različnih kombinacij teh veličin (npr. meritve, pri katerih se mase posameznih uteži niza ugotavljamo z znano maso enega od njih in z rezultati ravnih primerjav mas različnih kombinacij uteži).

Prej je bilo rečeno, da so v praksi neposredne meritve najbolj razširjene zaradi svoje preprostosti in hitrosti izvedbe. Naj na kratko opišemo neposredne meritve.

Neposredne meritve količin se lahko izvedejo z naslednjimi metodami:

1) Metoda neposredne ocene- vrednost količine določi neposredno odčitna naprava merilne naprave (merjenje tlaka - z vzmetnim manometrom, mase - s številčnico, električnega toka - z ampermetrom).

2) Primerjalna metoda z mero - izmerjena vrednost se primerja z vrednostjo, ki jo reproducira ukrep (merjenje mase s tehtnico za žarek z uravnoteženjem uteži).

3) Diferencialna metoda- metoda primerjave z mero, pri kateri na merilno napravo deluje razlika med izmerjeno vrednostjo in znano vrednostjo, ki jo reproducira mera (meritve, ki se izvajajo pri preverjanju dolžinskih mer s primerjavo z referenčno mero na komparatorju).

4) Metoda nič- metoda primerjave z mero, ko se nastali učinek vpliva veličin na primerjalnik zniža na nič (merjenje električnega upora z mostom z njegovo popolno ravnotežje).

5) Metoda naključja- metoda primerjave z mero, pri kateri se razlika med izmerjeno vrednostjo in vrednostjo, ki jo reproducira mera, meri s sovpadanjem oznak tehtnice ali periodičnih signalov (merjenje dolžine s čeljustjo, ko je naključje opazimo oznake na lestvici čeljusti in nonius).

6) Metoda zamenjave - metoda primerjave z mero, ko se izmerjena vrednost nadomesti z znano vrednostjo, ponovljivo z mero (tehtanje z izmenično namestitvijo izmerjene mase in uteži na isto posodo).