A mérési eredmény megszerzésének módja szerint
A mérési eredmények bemutatásának módja szerint
A mért EF időbeli változásának jellege szerint
Pontossági jellemzők
A mérések száma szerint
- egyszer(a mérések egyszer történnek);
- többszörös(azonos méretű EF többszöri méréseinek sorozata)
-ugyanolyan pontos(bármilyen mennyiségű méréssorozat, amelyet azonos pontosságú mérőműszerekkel, azonos feltételek mellett és ugyanolyan gondossággal végeznek);
- egyenlőtlen(bármilyen mennyiségû méréssorozat, különbözõ pontosságban és különbözõ körülmények között végzett mérõeszközökkel).
- statikus;
- dinamikus.
- abszolút(egy mennyiség mérése mértékegységeiben);
- relatív(a mennyiség változásának mérése ugyananhoz a mennyiséghez viszonyítva, mint az eredeti). A relatív mérések, egyéb tényezők azonossága mellett, pontosabban végezhetők el, mint az abszolút mérések, mivel a teljes hiba nem tartalmazza a mennyiségmérés hibáját.
- egyenes(a kívánt PV értéket közvetlenül a kísérleti adatokból kapjuk meg).
- közvetett– egy fizikai mennyiség kívánt értékének meghatározása a kívánt mennyiséghez funkcionálisan kapcsolódó egyéb fizikai mennyiségek közvetlen mérésének eredményei alapján. Ebben az esetben a kívánt mennyiség számértékét számítással találjuk meg. A közvetett méréseket pedig kumulatív és közös mérésekre osztják.
Összesített mérések– több, azonos nevű mennyiség egyidejű mérése, amelyben a mennyiségek szükséges mérése a mennyiségek különböző kombinációiban történő mérésével kapott egyenletrendszer megoldásával kerül meghatározásra.
Közös mérések– két vagy több különböző mennyiség egyidejű mérése a köztük lévő kapcsolat megállapítására. A szükséges mennyiségek számszerű értékeit, akárcsak a kumulatív méréseknél, egy egyenletrendszerből találjuk meg, amely összeköti a keresett mennyiségek értékeit a közvetlenül (vagy közvetetten) mért mennyiségek értékével. Az egyenletek száma nem lehet kevesebb, mint a szükséges mennyiségek száma.
A mérés összetett folyamat, és a következő jellemzők fontosak számára: a mérés elve és módja, az eredmény, a hiba, a pontosság, a konvergencia, a reprodukálhatóság, a helyesség és a megbízhatóság.
Mérési elv– a mérések hátterében álló fizikai jelenség vagy hatás.
Mérés módja– a mért fizikai mennyiség mértékegységével való összehasonlítására szolgáló technika vagy technikák összessége a megvalósított mérési elvnek megfelelően.
Mérési eredmény– a méréssel kapott mennyiség értéke.
Mérési eredmény hiba– a mérési eredmény eltérése a mért mennyiség valódi (tényleges) értékétől.
A mérési eredmény pontossága– a mérési minőség egyik jellemzője, amely a mérési eredmény nullához közeli hibáját tükrözi. A nagy mérési pontosság kis hibáknak felel meg. A pontosságot a relatív hibamodul reciprok értéke számszerűsíti, például ha a relatív hiba 0,01, akkor a pontosság 100.
A mérési eredmények konvergenciája– az azonos mennyiségű, ugyanazon eszközökkel, módszerrel, azonos körülmények között és ugyanolyan gondossággal végzett mérések eredményeinek egymáshoz való közelsége. A mérések pontossága a véletlenszerű hibák mérési eredményre gyakorolt hatását tükrözi.
Reprodukálhatóság– különböző helyeken, különböző módszerekkel és eszközökkel, különböző kezelők által, különböző időpontokban, de azonos feltételekre (hőmérséklet, nyomás, páratartalom stb.) redukált, azonos mennyiségű mérési eredmények közelsége.
Jobb– a mérések minőségére jellemző, az eredményekben a szisztematikus hibák nullához közelségét tükrözi.
Hitelesség– a mérések minőségének olyan jellemzője, amely tükrözi az eredmények megbízhatóságát, amelyet az a valószínűség (konfidencia) határoz meg, hogy a mért mennyiség valódi értéke a meghatározott határokon belül van (konfidencia). A méréseket megbízhatóra és megbízhatatlanra osztják, attól függően, hogy mennyire ismertek a mért értékek tényleges értékétől való eltérésük valószínűségi jellemzői.
5. kérdés
A metrológia jelentősége a tudományos és technológiai haladás és az ország gazdaságának fejlődése szempontjából. A metrológia fő feladatai és problémái.
Mint már említettük, a gyakorlati életben az ember mindenhol mérésekkel foglalkozik. Minden lépésnél olyan mennyiségek mérésére kerül sor, mint a hosszúság, térfogat, tömeg, idő stb., és időtlen idők óta ismertek.
A mérések jelentősége a modern társadalomban nagy. Nemcsak a tudományos-műszaki ismeretek alapjául szolgálnak, hanem kiemelten fontosak az anyagi erőforrások elszámolásában és tervezésében, a bel- és külkereskedelemben, a termékminőség biztosításában, az alkatrészek és alkatrészek felcserélhetőségében és a technológia fejlesztésében, a munkabiztonság biztosításában. és más típusú emberi tevékenység.
A metrológia nagy jelentőséggel bír a természet- és műszaki tudományok fejlődése szempontjából, hiszen a mérések pontosságának növelése az emberi természet megismerésének, felfedezésének és a pontos ismeretek gyakorlati alkalmazásának egyik eszköze.
A tudományos és technológiai haladás biztosítása érdekében a metrológiának a tudomány és a technológia más területein is meg kell előznie a fejlődését, mert mindegyik esetében a pontos mérések jelentik ezek fejlesztésének egyik fő módját.
A tudományos és technológiai haladás felgyorsulása közvetlen összefüggésben áll a metrológia és a precíziós méréstechnika intenzív fejlődésével, amely mind a természet- és az egzakt tudományok fejlődéséhez, mind az új technológia megalkotásához, a műszaki ellenőrzési és irányítási eszközök fejlesztéséhez szükséges. Mindez számos fontos kihívás elé állítja a metrológiát.
A mértékegységek területén az egyik fő feladat ezek egységesítése az egységes nemzetközi mértékegységrendszer (SI) széleskörű bevezetése alapján. Ez a rendszer biztosítja az egységek egységességét a tudomány és a technológia minden területén. A mérőműszerek legmagasabb szintjére – a szabványokra – vonatkozó követelmények jelentősen emelkednek. Az iparban a mérések pontossága sok esetben megközelíti a lehetséges maximumot a technika állása és így maguk a szabványok pontossága miatt is. A következő lépés a nagy stabilitással jellemezhető alapvető fizikai állandók és atomi állandók egyre szélesebb körű alkalmazása új, fejlettebb szabványok alapjaként.
A különböző helyeken és időpontokban végzett mérések egységességének megőrzése érdekében biztosítani kell a mértékegységek méretének átvitelét a szabványokról a működő mérőműszerekre a legkisebb pontosságveszteséggel. A modern szabványok kialakításának és az egységméret továbbításának módszereinek biztosítania kell ennek a követelménynek a teljesítését.
Sürgős feladat a precíz mérések kiterjesztése olyan területekre, ahol a mért mennyiségek nagyon kicsi és nagy értékei vannak (kis és nagy tömegek, mélyvákuum és ultramagas nyomások, ultraalacsony és ultramagas hőmérsékletek, ultramagas frekvenciák stb. .). A mértékegységek méretének az eltűnőben kicsi vagy rendkívül nagy mennyiségeket mérő műszerekre való áthelyezése gyakran nem teszi lehetővé, hogy egy etalonra korlátozódjon, és több független speciális szabvány létrehozását teszi szükségessé ugyanarra a mennyiségre.
A rendkívül pontos mérések speciális, nem stacionárius körülmények között, dinamikus körülmények között, nagy gyorsulások, magas vagy nagyon alacsony hőmérsékletek, nyomások, frekvenciák melletti elvégzésének kérdései is nagy jelentőséggel bírnak.
A mérő- és mérő-ellenőrző rendszerek fejlődése magában a mérési folyamatban is minőségi változásokhoz vezetett, a mennyiségek mellett számos paraméterrel és jellemzővel rendelkező folyamatokat hasonlítanak össze. A metrológiai támogatást ki kell terjeszteni a mérési és ellenőrzési rendszerekre is.
A méréselmélet területén is vannak fontos problémák. A matematikai statisztika és a véletlenfüggvények elméletének fejlődése befolyásolja a mérési eredmények metrológiai feldolgozásának kérdéseit.
Az automatikus vezérlési és szabályozási módszerek széleskörű elterjedése a meglévő metrológiai koncepciók és elképzelések kiegészítését teszi szükségessé. Fejleszteni kell az orvostudományban, az építőiparban, a vegyiparban és más tudomány- és technológiai ágakban alkalmazott módszereket, mérőműszereket.
A méréstechnika tudományos alapjául szolgáló metrológiának biztosítania kell a kapott mérési információk szükséges megbízhatóságát és pontosságát, valamint jogilag meg kell határoznia a mérések országos egységességét, a technológiai folyamatok nyomon követésének és a termékek vizsgálatának módszereinek egységességét. A metrológia általánosítja ezen a területen a gyakorlati tapasztalatokat, és ennek megfelelően irányítja a méréstechnika fejlődését.
A metrológia szervesen kapcsolódik a szabványosításhoz, és ez az összefüggés elsősorban a mértékegységek szabványosításában, az állami etalonrendszerben, a mérőműszerekben és a hitelesítési módszerekben, az anyag tulajdonságait és összetételét vizsgáló standard minták létrehozásában fejeződik ki. A szabványosítás viszont a metrológián alapul, amely biztosítja az anyagok és termékek vizsgálati eredményeinek helyességét és összehasonlíthatóságát, valamint a mérési módszerekből kölcsönöz a minőségi mutatók meghatározására és ellenőrzésére.
A metrológia és a szabványosítás szoros kölcsönhatásban a tudomány és az ország gazdaságának minden területén a műszaki haladás fontos mozgatórugói.
Mérés– egy fizikai mennyiség valódi értékének kísérleti megállapítása szabványos jellemzőkkel rendelkező speciális technológiai eszközökkel.
A méréseknek 4 fő típusa van:
1) Közvetlen mérés - olyan mérés, amelyben a fizikai mennyiség kívánt értékét közvetlenül a kísérleti adatokból, vagy olyan műszaki mérőműszer segítségével találják meg, amely közvetlenül leolvassa a mért mennyiség értékét egy skálán. Ebben az esetben a mérési egyenlet alakja: Q=qU.
2) Közvetett mérés - olyan mérés, amelyben egy fizikai mennyiség értékét a mennyiség és a közvetlen mérés tárgyát képező mennyiségek ismert funkcionális kapcsolata alapján állapítják meg. Ebben az esetben a mérési egyenlet a következő: Q=f(x1,x2,…,xn), ahol x1 - xn közvetlen méréssel kapott fizikai mennyiségek.
3) Kumulatív mérések - egyszerre több azonos nevű mennyiséget mérnek, amelyekben a kívánt értéket e mennyiségek különféle kombinációinak közvetlen méréséből nyert egyenletrendszer megoldásával találják meg.
4) Együttes mérések – egyidejűleg két vagy több különböző nevű fizikai mennyiségből, hogy megtalálják a köztük lévő funkcionális kapcsolatot. Általában ezeket a méréseket a kísérlet klónozásával és egy rangmátrix táblázat összeállításával hajtják végre.
Ezenkívül a méréseket a következők szerint osztályozzák: végrehajtási feltételek, pontossági jellemzők, az elvégzett mérések száma, a mérések időbeli jellege, a mérési eredmények kifejezése.
9. Mérési módszer. A mérési módszerek osztályozása.
Mérési módszer– a mérési elvek és eszközök alkalmazásának technikáinak összessége. Az összes létező mérési módszer hagyományosan két fő típusra osztható: Közvetlen értékelési módszer– a meghatározandó mennyiség értékét közvetlenül a műszer vagy közvetlen működésű mérőeszköz jelzőkészülékéről határozzák meg. Módszer összehasonlítása mértékkel– egy mennyiséget megmérünk és összehasonlítunk egy adott mértékkel. Ebben az esetben az összehasonlítás lehet átmeneti, egyenlő idejű, többidős és egyéb. A mérési összehasonlítási módszer a következő két módszerre oszlik: - Null módszer- biztosítja a mért érték és az intézkedés egyidejű összehasonlítását, és az ebből eredő hatáshatást egy összehasonlító eszközzel nullára nullázza. - Differenciál- a mérőeszközt befolyásolja a mért érték és a mérés által reprodukált ismert érték különbsége, példa erre a kiegyensúlyozatlan híd diagramja.
Mindkét módszer a következőkre oszlik:
1) Kontrasztos módszer– a mért mennyiség és a mértékkel reprodukált mennyiség egyidejűleg befolyásolja az összehasonlító eszközt, amelynek segítségével a mennyiségek közötti összefüggéseket megállapítják. (hányszor?)
2) Helyettesítő módszer– a mért mennyiséget a mérés által reprodukált ismert mennyiség helyettesíti. A nem elektromos mennyiségek mérésénél széles körben elterjedt módszerrel a mért mennyiséget egyidejűleg vagy periodikusan összehasonlítják egy mért mennyiséggel, majd a skálajelek egybeesésével vagy a periodikus jelek időbeni egybeesésével mérik a köztük lévő különbséget.
3) Match módszer– a mért érték és a mérés által reprodukált érték közötti különbség mérése skálajelek vagy periodikus jelek egybeesésével történik.
Az összes mérési módszer közül az összehasonlító módszer pontosabb, mint a közvetlen értékelési módszer, és a differenciális mérési módszer pontosabb, mint a nulla mérési módszer.
A nulla mérési módszer hátránya, hogy nagyszámú mérésre, különféle kombinációkra van szükség a mért értékek többszörösének reprodukálásához. A nulla módszer egy változata a kompenzációs mérési módszer, amelyben egy fizikai mennyiséget mérnek anélkül, hogy megzavarnák azt a folyamatot, amelyben részt vesz.
Jelenleg sokféle mérés létezik, amelyeket a mért mennyiség fizikai természete és a különféle feltételeket és mérési módokat meghatározó tényezők különböztetnek meg. A fizikai mennyiségek mérésének fő típusai, beleértve a lineáris-szögleteseket is (GOST 16263–70), a következők: egyenes, közvetett, halmozott, közös, abszolútÉs relatív.
Legszélesebb körben használt közvetlen mérések , amely abból áll, hogy a mért mennyiség kívánt értékét mérőműszerekkel végzett kísérleti adatokból találják meg. A lineáris méret közvetlenül beállítható egy vonalzó, mérőszalag, tolómérő, mikrométer skálájával, a ható erő - próbapaddal, hőmérséklet - hőmérővel stb.
A közvetlen mérési egyenlet alakja:
ahol Q a mért mennyiség kívánt értéke; X a mért mennyiség értéke, amelyet közvetlenül a mérőműszerek leolvasásából kapunk.
Közvetett– olyan mérések, amelyeknél a kívánt mennyiséget e mennyiség és más közvetlen méréssel kapott mennyiségek ismert kapcsolata határozza meg.
A közvetett mérési egyenlet a következőképpen alakul:
Q = f (x 1, x 2, x 3, ...),
ahol Q a közvetetten mért mennyiség kívánt értéke; x 1, x 2, x 3, ... – a mennyiségek közvetlen méréssel mért értékei.
A közvetett méréseket olyan esetekben alkalmazzuk, amikor a kívánt érték közvetlenül nem vagy nagyon nehezen mérhető, pl. közvetlen típusú mérés, vagy amikor a közvetlen mérési típus kevésbé pontos eredményt ad.
A közvetett mérési típusra példa a paralelepipedon térfogatának meghatározása a direkt mérési móddal meghatározott három lineáris mennyiség (hossz, magasság és szélesség) összeszorzásával, a motorteljesítmény kiszámítása, a vezető elektromos ellenállásának meghatározása az ellenállása, hossza alapján. és keresztmetszeti terület stb.
A közvetett mérésre példa a külső rögzítőmenet átlagos átmérőjének „három huzal” módszerrel történő mérése is. Ez a módszer a d2 átlagos menetátmérő legpontosabb meghatározásán alapul egy hagyományos henger átmérőjeként, amelynek generátora a menetprofilt egyenlő P/2 részekre osztja (2.1. ábra):
ahol Dmeas – távolság, beleértve a huzalátmérőket is, közvetlen mérésekkel mérve;
d 2 – a huzal átmérője, amely biztosítja az érintkezést a menetprofillal a generatrice-n fekvő pontokon d 2;
α – menetprofil szöge;
P – menetemelkedés.
Összesített mérések több azonos nevű mennyiség egyidejű mérésével történik, amelynél a kívánt értéket e mennyiségek különféle kombinációinak közvetlen mérésével kapott egyenletrendszer megoldásával találják meg. A kumulatív mérésekre példa egy halmaz súlyainak kalibrálása az egyik ismert tömegével, valamint a különböző súlykombinációk tömegeinek közvetlen összehasonlításának eredményei.
Például 1-es égetett tömeget kell kalibrálni; 2; 5; 10 és 20 kg. Példaértékű súly 1 kg, 1 kötet jelöléssel.
Vegyünk méréseket, minden alkalommal változtatva a súlyok kombinációját:
1 = 1 06 + A; 1 + l fordulat = 2 + b; 2 = 2 + Val vel; 1+2 + 2 = 5 + d stb.
Levelek A, b, Val vel, d– a súlyok ismeretlen értékei, amelyeket hozzá kell adni vagy ki kell vonni a súly tömegéből. Az egyenletrendszer megoldásával meghatározhatja az egyes súlyok értékét.
Közös mérések– két vagy több különböző mennyiség egyidejű mérése a köztük lévő összefüggés megtalálása érdekében, például egy test térfogatának mérése különböző hőmérsékletek mérésével, amelyek meghatározzák a test térfogatának változását.
A mérések fő típusai a különböző fizikai mennyiségek mérési eredményeinek jellege alapján abszolút és relatív méréseket tartalmaznak.
Abszolút mérések egy vagy több fizikai mennyiség közvetlen mérésén alapulnak. Az abszolút mérésre példa lehet a görgő átmérőjének vagy hosszának mérése tolómérővel vagy mikrométerrel, vagy a hőmérséklet mérése hőmérővel.
Az abszolút méréseket a teljes mért érték értékelése kíséri.
Relatív mérések Az egység szerepét betöltő mért mennyiség arányának mérésén, vagy a kezdetiként vett azonos nevű mennyiséghez viszonyított mennyiség mérésén alapulnak. Mintaként gyakran szabványos mértékeket használnak sík-párhuzamos véghosszmértékek formájában.
A relatív mérések példája lehet a dugók és kapcsok kalibereinek mérése vízszintes és függőleges mérőeszközökön a mérőműszerek szabványos méretek szerinti beállításával. Referencia szabványok vagy referencia alkatrészek használata esetén a relatív mérések javíthatják a mérési eredmények pontosságát az abszolút mérésekhez képest.
A figyelembe vett mérési típusok mellett a fő jellemző - a mérési eredmény megszerzésének módja szerint - a mérési eredmények pontossága szerint is osztályozzák a méréstípusokat. ugyanolyan pontosÉs egyenlőtlen, a mérések száma szerint – per többszörösÉs egyszer, a mért érték időbeli változásához viszonyítva – a statikusÉs dinamikus, a mérőműszer mérőfelületének a termék felületével való érintkezésével - be kapcsolatba lépniÉs érintésmentes satöbbi.
A mérési céltól függően a méréseket felosztják műszaki- gyártási mérések, ellenőrzés és ellenőrzésÉs metrológiai– szabványok segítségével a lehető legnagyobb pontossággal végzett mérések a fizikai mennyiségek egységeinek reprodukálása érdekében, hogy azok mérete átkerüljön a működő mérőműszerekre.
Mérési módszerek
Az RMG 29–99 szerint a fő mérési módszerek közé tartozik a közvetlen értékelési módszer és az összehasonlítási módszerek: differenciális, nulla, helyettesítés és koincidencia.
Közvetlen módszer– olyan mérési módszer, amelyben egy mennyiség értékét közvetlenül egy közvetlen működésű mérőeszköz leolvasó berendezéséről határozzák meg, például tengelyt mikrométerrel, erőt pedig mechanikus fékpaddal mérnek.
Módszerekkel való összehasonlítás módszerei– módszerek, amelyekben a mért értéket összehasonlítják a mérés által reprodukált értékkel:
differenciális módszer azzal jellemezve, hogy megmérjük a mért mennyiség és a mértékkel reprodukált ismert mennyiség közötti különbséget. A differenciálmódszerre példa a két feszültség különbségének voltmérővel történő mérése, amelyek közül az egyik nagy pontossággal ismert, a másik pedig a kívánt érték;
null módszer– amelyben a mért mennyiség és a mérték különbsége nullára csökken. Ebben az esetben a nulla módszernek az az előnye, hogy a mérték többszöröse lehet a mért értéknek, például mérlegen történő mérlegelésnél, amikor az egyik vállon a mérendő teher, a másikon pedig a referenciasúlyok halmaza van. ;
helyettesítési módszer– mértékkel való összehasonlítás módszere, amelyben a mért értéket a mértékkel reprodukált ismert értékkel helyettesítik. A helyettesítési módszert akkor alkalmazzák, amikor a mért tömeget és a súlyokat felváltva ugyanarra a skálára helyezik;
véletlen módszer– mértékkel való összehasonlítás módszere, amelyben a mért mennyiség és a mértékkel reprodukált érték közötti különbséget skálajelek vagy periodikus jelek egybeesésével mérik. Ennek a módszernek egy példája a hosszmérés nóniuszos tolómérővel.
Az alkalmazott mérőműszerek típusától függően műszeres, szakértői, heurisztikus és érzékszervi mérési módszereket különböztetnek meg.
Instrumentális módszer speciális technikai eszközök használatán alapul, beleértve az automatizált és automatizált eszközöket is.
Szakértői módszer Az értékelés egy szakértői csoport megítélésén alapul.
Heurisztikus módszerek a becslések intuíción alapulnak.
Érzékszervi módszerek az értékelések az emberi érzékszervek használatán alapulnak. Egy objektum állapotának felmérése elemenkénti és összetett mérésekkel is elvégezhető. Az elemenkénti módszerre jellemző, hogy minden termékparamétert külön mérünk. Például excentricitás, ovális, hengeres tengely vágása. A komplex módszerre jellemző a teljes minőségi mutató mérése, amelyet annak egyes összetevői befolyásolnak. Például egy hengeres rész sugárirányú kifutásának mérése, amelyet excentricitás, ovális stb. befolyásol; a profil helyzetének szabályozása határkontúrok mentén stb.
Mérési hibák
Általános rendelkezések. A mérési folyamatot elkerülhetetlenül olyan hibák kísérik, amelyek a mérőműszerek tökéletlenségéből, a mérési körülmények instabilitásából, magának a módszernek és a mérési technikának a tökéletlenségéből, a mérést végző személy elégtelen tapasztalatából és érzékszervi tökéletlenségéből, valamint egyéb tényezőkből adódnak. .
Mérési hiba A mérési eredménynek a mért mennyiség valódi értékétől való eltérését nevezzük:
ΔХ könnyű = Х i – Х és,
ahol X j a mérési eredmény i-edik értéke;
X és – a mért mennyiség valódi értéke.
Mivel a mért mennyiség valódi értéke mindig ismeretlen marad, ezért az ismételt mérések során a számtani középértéket veszik fel:
, (2.1)
ahol n a mérések száma.
A mért érték egységeiben kifejezett mérési hibát (ΔX easy) abszolútnak nevezzük. Nem mindig informatív. Például a 0,01 mm-es abszolút hiba meglehetősen nagy lehet, ha tizedmilliméteres mennyiségeket mérünk, és kicsi, ha több métert meghaladó méreteket mérünk.
Informatívabb mennyiség a relatív hiba, amely az abszolút mérési hiba és a valódi érték (vagy matematikai elvárás) aránya, %:
.
A mérési pontosság jellemzésére a relatív hiba szolgál.
Természeténél fogva ( megnyilvánulási minták) a mérési hibák szisztematikus, véletlenszerű és durva hibákra oszthatók.
Szisztematikus hibák. A szisztematikus hibák közé tartoznak azok a hibák, amelyek az ismételt mérések során állandóak maradnak, vagy valamilyen törvény szerint változnak. Az azonos módszerrel és azonos mérőműszerekkel mért szisztematikus hibák mindig állandó értéket mutatnak. A megjelenésük okai a következők:
– módszerhibák vagy elméleti hibák;
– hangszeres hibák;
– a környezet és a mérési feltételek hatása által okozott hibák.
Módszer hibák hibák vagy a mérési módszer elégtelen fejlesztése miatt következnek be. Ide tartozik az egyetlen mérés eredményeként kapott tulajdonság jogellenes extrapolálása is a teljes mért objektumra. Például, amikor egyetlen mérés alapján döntenek egy tengely alkalmasságáról, hibázhat, mivel nem veszik figyelembe az olyan alakhibákat, mint a hengerességtől való eltérés, a kerekség, a hosszmetszeti profil stb. Ilyen szisztematikus méréstechnikai hibák esetén ajánlatos több helyen és egymásra merőleges irányban méréseket végezni.
A módszerhibák közé tartozik még a szerszámnak a tárgy tulajdonságaira gyakorolt hatása (például egy vékonyfalú alkatrész alakját megváltoztató jelentős mérőerő), vagy a mérési eredmény túlzottan durva lekerekítésével kapcsolatos hibák.
Műszeres hibák gyártási hibákból vagy a mérőműszer alkatrészeinek kopásából eredő mérőműszerek hibáihoz kapcsolódnak.
Az okozott hibákra környezeti hatások és mérési feltételek, tartalmazzák a hőmérsékletet (például egy még ki nem hűlt alkatrész mérése), a rezgést, a felület puhaságát, amelyre a mérőműszert felszerelik stb.
A szisztematikus hiba észlelésének egyik módja lehet a mérőműszer lecserélése egy hasonlóra, ha feltételezhető, hogy szisztematikus hiba forrása lehet. Hasonló módon lehet észlelni a külső körülmények okozta szisztematikus hibákat: például a mérőműszert felhelyezett felületet merevebbre cserélni.
A szisztematikus hiba megjelenése statisztikailag kimutatható úgy, hogy a mérési eredményeket papírra ábrázoljuk adott határokkal (például maximális méretekkel) adott gyakorisággal. A mérési eredmény egyenletes mozgása az egyik határ felé szisztematikus hiba megjelenését és a technológiai folyamatba való beavatkozás szükségességét jelenti.
A gyártási körülmények szisztematikus hibáinak kiküszöbölése érdekében a mérőműszereket hitelesítik, a környezeti hatások okozta okokat kiküszöbölik, magukat a méréseket szigorúan az ajánlott módszertan szerint végezzük, szükség esetén annak javítására.
Az állandó szisztematikus hibák nem befolyásolják a mérések számtani átlagoktól való véletlenszerű eltéréseinek értékeit, ezért statisztikai módszerekkel nehezen észlelhetők. Az ilyen hibák elemzése csak a hibákra vonatkozó előzetes ismeretek alapján lehetséges, különösen a mérőműszerek ellenőrzése során. Például a lineáris mennyiségek mérésére szolgáló műszerek ellenőrzésekor a mért mennyiséget általában egy szabványos mértékkel (a mérőhossz-mértékkel) reprodukálják, amelynek a tényleges értéke ismert. A szisztematikus hibák a mérési eredmények torzulásához vezetnek, ezért ezeket azonosítani kell és figyelembe kell venni a mérési eredmények értékelésénél. Szinte lehetetlen teljesen kizárni a szisztematikus hibákat; a mérési folyamat során mindig marad egy bizonyos kis érték, amelyet nem kizárt szisztematikus hibának nevezünk. Ezt az értéket a módosítások során figyelembe veszik.
A mérési eredmények számtani középértéke és a hitelesítés során a hiba által meghatározott pontosságú mérőszám értéke közötti különbséget ún. módosítás . Beírják a hitelesítendő mérőműszer útlevelébe, és a kívánt szisztematikus hibának tekintik.
Véletlenszerű hibák. A véletlenszerű hibák olyan hibák, amelyek az ismételt mérések során különböző előjelben és nagyságrendben független értékeket vesznek fel, és nem engedelmeskednek semmilyen mintának. Számos oka lehet véletlenszerű hibáknak; például a feldolgozási ráhagyás ingadozása, az anyagok mechanikai tulajdonságai, idegen zárványok, az alkatrészek gépre történő beszerelésének pontossága, a munkadarab mérőműszer pontossága, az alkatrész gépen történő rögzítésének mérőerő változása, forgácsolóerő stb.
Általános szabály, hogy ezen okok mindegyikének egyéni hatása a mérési eredményekre csekély, és nem értékelhető, különösen azért, mert mint minden véletlenszerű esemény, ez minden esetben előfordulhat vagy nem.
A véletlenszerű hibákat számos feltétel jellemzi:
– a kis véletlenszerű hibák gyakoribbak, mint a nagyok;
– az átlagos mérési értékhez viszonyított negatív és pozitív, tévedésben egyenlő arányban fordul elő;
– minden mérési módszernek megvan a maga határa, amelyen túl gyakorlatilag nem fordul elő hiba (különben ez a hiba durva lesz).
A véletlenszerű hibák azonosítása különösen precíz, például laboratóriumi méréseknél szükséges. Ehhez ugyanazon mennyiség többszörös mérését alkalmazzák, amelyek eredményeit valószínűségszámítási és matematikai statisztikai módszerekkel dolgozzák fel. Ez lehetővé teszi az elvégzett mérések eredményeinek tisztázását.
A véletlenszerű hibák befolyása a kapott eredmények matematikai elvárásokhoz viszonyított szórásában fejeződik ki, ezért a véletlenszerű hibák megléte a szórás (RMS) segítségével kvantitatívan jól értékelhető.
Az X i fizikai mennyiség mérési eredményeinek a (2.1) által meghatározott átlaghoz viszonyított szórásának értékeléséhez a szórást a képlet határozza meg.
n ≥ 20 esetén (2,2)
n ≤ 20 esetén (2.3)
ahol n a mérések száma.
Mivel egy méréssorozat átlagértéke a mért érték valódi értékének véletlenszerű közelítése, ezért az átlagérték lehetséges eltéréseinek felmérésére a kísérleti szórást – S – használjuk:
. (2.4)
Az S értéket a végeredmény hibáinak értékelésénél használjuk.
A véletlenszerű mérési hibák a mérési eredmény pontosságának megváltoztatása nélkül azonban befolyásolják annak megbízhatóságát.
Ebben az esetben egy méréssorozat számtani középértékének szórása mindig kisebb hibával rendelkezik, mint az egyes mérések hibája. A (2.2) és (2.3) képletekből az következik, hogy ha az eredmény pontosságát (a szisztematikus hiba kizárásával) 2-szeresére kell növelni, akkor a mérések számát 4-szeresére kell növelni.
Nagy hibák (kihagyások). A durva hibák olyan hibák, amelyek nem jellemzőek a technológiai folyamatra vagy eredményre, és a mérési eredmények nyilvánvaló torzulásához vezetnek. Leggyakrabban a mérőműszer szakszerűtlen kezelése, hibás leolvasások, rögzítési hibák, vagy az alkatrészek megmunkálásának technológiai folyamatainak végrehajtása során hirtelen fellépő külső ok miatt nem szakképzett személyzet készíti őket. Azonnal láthatóak a kapott eredmények között, mivel a kapott értékek eltérnek a méréskészlet többi értékétől.
Ha a mérés során olyan okokat találunk, amelyek jelentős eltéréseket okoznak, és ezen okok kiküszöbölése után az ismételt mérések nem erősítik meg az eltéréseket, akkor az ilyen mérések kizárhatók a számításból. De a más eredményektől élesen eltérő mérési eredmények meggondolatlan elutasítása a mérési jellemzők jelentős torzulásához vezethet. Előfordul, hogy a mérési eredmények feldolgozása során nem lehet figyelembe venni az összes körülményt, amelyek között azokat megszerezték. Ebben az esetben a durva hibák értékelése során a statisztikai hipotézisek tesztelésének hagyományos módszereihez kell folyamodni.
A tesztelés alatt álló hipotézis az az állítás, hogy az X i mérési eredmény nem tartalmaz durva hibát, hanem egy valószínűségi változó egyik értéke. Általában a mérési eredmények legnagyobb X m ax és legkisebb X min értékeit ellenőrzik. A hipotézisek teszteléséhez a következő kritériumokat használjuk.
1) Ha a mérések száma n ≤ 10, akkor használható Chauvin-kritérium. Ebben az esetben az X i eredményt bruttó hibának (miss) tekintik, ha a különbség meghaladja az S értékeit, a mérések számától függően:
ahol σ x a (2.3) képletből kapott szórás.
2) Romanovszkij-kritérium, akkor használatos, ha a mérések száma 10< n < 20. При этом вычисляют отношение
és a kapott β értéket összehasonlítjuk az elméleti β t értékkel a kiválasztott q szignifikancia szinten (lásd 2.4. táblázat). Emlékezzünk vissza, hogy a szignifikancia szint a helyes hipotézis elutasításának valószínűsége a hipotézis statisztikai tesztelése során. Általában a mérési eredmények feldolgozása során annak értékét 0,05...0,1 tartományon belül veszik fel. Ha β meghaladja β t, akkor az X i eredményt durva hibának tekintjük.
2.4. táblázat
Értéktáblázat β t = f(n)
| q szignifikancia szint | Mérések száma n | ||||||
| 0,01 | 1,73 | 2,16 | 2,43 | 2,62 | 2,75 | 2,90 | 3,08 |
| 0,02 | 1,72 | 2,13 | 2,37 | 2,54 | 2,66 | 2,80 | 2,96 |
| 0,05 | 1,71 | 2,10 | 2,27 | 2,41 | 2,52 | 2,64 | 2,78 |
| 0,10 | 1,69 | 2,00 | 2,17 | 2,29 | 2,39 | 2,49 | 2,62 |
3) A 3S kritérium a leggyakoribb. Akkor használatos, ha a mérések száma n ≥ 20…50. Ebben az esetben úgy tekintjük, hogy a P = 0,003 valószínűséggel kapott eredmény nem valószínű és hibásnak minősíthető, azaz a kétes X i eredményt ki kell zárni a mérésekből, ha
1. példa. Egy Ø20Н13(+0,33) furat mérése során a következő eredményeket kaptuk:
Ø20,32; Ø20,18; Ø20,26; Ø20,21; Ø20,28; Ø20,42 mm.
Ellenőrizni kell, hogy a Ø20,42 mm-es méret hiányos-e.
Mivel n = 6, a Chauvinet-tesztet alkalmazzuk:
a (2.1) egyenletből azt találjuk
a (2.3) egyenlet felhasználásával S-t találunk
Ez azt jelenti, hogy bár az eredmény kívül esik a megadott maximálisan megengedett méreten, ez nem tekinthető kihagyásnak. Ezért ezt a részt el kell utasítani.
2. példa. A tengely Ø40h12(-0,25) mérésekor a következő eredményeket kaptuk: 39,72; 39,75; 39,76; 39,80; 39,81; 39,82; 39,82; 39,83; 39,85; 39,87; 39,88; 39,88; 39,90; 39,91; 39,92; 39,92; 39,93; 39,94; 39,96; 39,98; 39,99 mm.
Mivel a 39,72 mm-es eredmény kívül esik a legkisebb mérethatáron, és az alkatrész elutasítható, meg kell határozni, hogy ez a méret hiányos-e.
Mivel a mérések száma meghaladja a 20-at ezért használhatjuk az S kritériumot A mérési eredmények feldolgozása után kapjuk:
39,91 mm, S = 0,12 mm,
akkor 3S = 3 0,12 = 0,36 mm
Ezért a 39,72 mm-es mérési eredmény nem tekinthető hiányosnak, és az alkatrészt el kell utasítani.
Többféle mérés létezik. Osztályozásukkor általában a mért mennyiség időfüggésének jellegéből, a mérési egyenlet típusából, a mérési eredmény pontosságát meghatározó feltételekből és ezen eredmények kifejezési módszereiből indulnak ki.
1) A mért mennyiség időfüggőségének jellege szerint:
a) statikus- akkor fordulnak elő, ha a mért érték gyakorlatilag állandó (testméret, állandó nyomás mérések);
b) dinamikus, olyan mennyiségekhez kapcsolódik, amelyek a mérési folyamat során bizonyos változásokon mennek keresztül (pulzáló nyomások, rezgések mérése).
2) Az eredmények elérése érdekében:
a) Közvetlen mérések- olyan mérések, amelyek során egy fizikai mennyiség kívánt értékét közvetlenül a kísérleti adatokból találják meg, közvetlenül összehasonlítva a mértékkel. (nyomás, hőmérséklet mérés stb.).
b) Közvetett mérések- olyan mérések, amelyek során a kívánt mennyiséget e mennyiség és a közvetlen mérésnek alávetett mennyiségek ismert kapcsolata alapján határozzák meg, pl. Nem a ténylegesen meghatározandó mennyiséget mérik, hanem másokat, amelyek funkcionálisan kapcsolódnak hozzá. A mért mennyiség értékét transzformációval vagy egy megállapított képlettel találjuk meg (test térfogatának meghatározása geometriai méreteinek közvetlen mérésével, egy vezető elektromos ellenállásának megállapítása ellenállása, hossza és keresztmetszete alapján).
c) Összesített mérések- ezek egy adott tárgyra vagy termékre jellemző több azonos nevű mennyiség egyidejű mérései, amelyekben a szükséges mennyiség meghatározása e mennyiségek különféle kombinációinak közvetlen mérésével (egyedi súlyok tömegének meghatározásával) kapott egyenletrendszer megoldásával történik. egy halmaz (vagy időjárás-előrejelzés a szélerő, a levegő páratartalma, a frontok stb. mérése alapján).
d) Közös mérések- ezek két vagy több inhomogén fizikai mennyiség egyidejű mérése a köztük lévő függőségek megtalálása érdekében (elektromos ellenállás mérése bizonyos hőmérsékleti paramétereknél és a mérőellenállás hőmérsékleti együtthatóinak mérése az ellenállásának különböző hőmérsékleteken történő közvetlen mérése alapján).
3) Az eredmény pontosságát meghatározó feltételek szerint:
a) A lehető legnagyobb pontosságú mérések, elérhető technológiai szinttel.
Ide tartoznak mindenekelőtt a megállapított fizikai mennyiségek egységek reprodukálására vonatkozó szabványos mérések, valamint a fizikai állandók mérése, elsősorban az univerzálisak (például a gravitációs gyorsulás abszolút értéke, stb.). Ez az osztály néhány speciális mérést is tartalmaz, amelyek nagy pontosságot igényelnek.
b) Ellenőrző és ellenőrző mérések, amelynek hibája bizonyos valószínűséggel nem haladhat meg egy meghatározott értéket.
Ide tartoznak a végrehajtást és a szabványok betartását, valamint a mérőberendezések állapotát államilag felügyelő laboratóriumok, valamint a gyári mérőlaboratóriumok által végzett mérések, amelyek bizonyos valószínűséggel, egy előre meghatározott értéket meg nem haladó valószínűséggel garantálják az eredmény hibáját.
c) műszaki mérések, amelyben az eredmény hibáját a mérőműszerek jellemzői határozzák meg.
Műszaki mérések például a gyártási folyamat során gépgyártó vállalkozásoknál, erőművek kapcsolótábláin stb. végzett mérések.
4 ) A mérési eredmények kifejezésének módja szerint:
a) Abszolút olyan mérések, amelyek egy vagy több alapmennyiség közvetlen mérésén vagy fizikai állandók értékeinek felhasználásán alapulnak (hossz meghatározása méterben, elektromos áram amperben, gravitációs gyorsulás méter per másodperc négyzetben).
b) Rokon egy mennyiség és az azonos nevű mennyiség arányának mérésének nevezzük, amely egység szerepét tölti be, vagy egy mennyiségnek az azonos nevű mennyiséghez viszonyított mérését, amelyet kezdeti értéknek tekintünk (relatív levegő mérése). páratartalom, amelyet az 1 m3 levegőben lévő vízgőz mennyiségének az adott hőmérsékleten 1 m j levegőt telítő vízgőz mennyiségéhez viszonyított arányaként határozunk meg).
5) A mért mennyiség változásának jellege szerint:
a) Statikus- véletlenszerű folyamatok mérésére, majd az átlagos statisztikai érték meghatározására szolgál;
b) Állandó— folyamatos folyamatok vezérlésére szolgál.
6) A mérési információ mennyisége szerint:
a) Egyszeri mérések egy mennyiség egy mérése, azaz. a mérések száma megegyezik a mért mennyiségek számával. Az ilyen típusú mérés gyakorlati alkalmazása mindig nagy hibákkal jár.
b) Több mérés- a mérések számának többletével jellemezhető a mért mennyiségek száma. A többszörös mérés előnye, hogy jelentősen csökken a véletlenszerű tényezők mérési hibára gyakorolt befolyása.
A mérések főbb jellemzői:
Mérési elv;
Mérési módszer;
Hiba;
Pontosság;
Jobb;
Hitelesség.
Mérési elv- a mérések hátterében álló fizikai jelenség vagy fizikai jelenségek összessége (testtömegmérés tömegarányos gravitációval, hőmérsékletmérés termoelektromos hatás segítségével).
Mérési módszer— az elvek és a mérőeszközök használatára vonatkozó technikák összessége. A mérőműszerek olyan műszaki eszközök, amelyek szabványos metrológiai tulajdonságokkal rendelkeznek.
Megkülönböztetni közvetlen értékelési módszerekÉs összehasonlítási módszerek.
Méréskor közvetlen értékelési módszer a mennyiség kívánt értékét közvetlenül a mérőműszer leolvasó berendezése határozza meg, amely a megfelelő mértékegységekben van kalibrálva.
Módszer összehasonlítása mértékkel - olyan mérési módszer, amelyben a mért mennyiséget összehasonlítják a mértékkel reprodukált mennyiséggel (például a tömeg összehasonlítása egy emelős skálán). Az összehasonlító módszerek sajátossága, hogy a mérőeszköz közvetlenül részt vesz a mérési eljárásban, míg a direkt értékelési módszernél a mérték nincs kifejezetten jelen a mérés során, és méretei átkerülnek a mérőműszer leolvasó készülékére (skálájára). előre, annak kalibrálása során. Az összehasonlító módszerben kötelező az összehasonlító eszköz jelenléte.
A mértékkel való összehasonlítás módszerének többféle változata van: a nulla módszer, a differenciál módszer, a helyettesítési módszer és a koincidencia módszer.
Null módszer(vagy a teljes kiegyenlítés módszere) olyan mértékkel való összehasonlítás módszere, amelynél a mért mennyiség befolyásának és a mértéknek az összehasonlító eszközre gyakorolt ellenhatásának eredő hatása nullára csökken.
Például. Tömegmérés egyenlő karú mérlegeken, amikor az m x tömeg mérlegére gyakorolt hatást teljesen kiegyenlíti az m 0 súlyok tömege (2. ábra).
2. ábra – Teljes kiegyensúlyozási módszer
Nál nél differenciális módszer nem történik teljes kiegyensúlyozás, és a mért érték és a mérés által reprodukált érték közötti különbséget a készülék skáláján számolják.
Például. Tömegmérés egyenlő karú mérlegen, ha az m x tömeg mérlegre gyakorolt hatását részben kiegyenlíti az m 0 súlyok tömege , a tömegkülönbséget pedig egy skálán mérjük, tömegegységben osztva (3. ábra).
3. ábra - Differenciál módszer
Ebben az esetben a mért mennyiség értéke m x = m 0 + m, ahol m — skála leolvasások
Helyettesítés módja - mértékkel való összehasonlítás módszere, amelyben a mért mennyiséget egy ismert mennyiséggel helyettesítik, amelyet a mérték reprodukál.
Például: Mérlegelés rugós mérlegen. A mérés két lépésben történik. Először a lemérendő tömeget a mérleg serpenyőjére helyezzük, és feljegyezzük a mérleg mutatójának helyzetét; majd az m x tömeget az m 0 súlyok tömegére cseréljük, úgy választva, hogy a skálajelző pontosan ugyanabba a pozícióba kerüljön, mint az első esetben. Jól látható, hogy m x = m 0 (4. ábra).
4. ábra - Szubsztitúciós módszer
BAN BEN véletlen módszer a mért érték és a reprodukálható érték közötti különbség mérése skálajelek vagy periodikus jelek egybeesésével történik.
Például . Tengelyfordulatszám mérése villogó fény segítségével - a tengelyt időszakonként fényvillanások világítják meg, és a felvillanások gyakoriságát úgy választják meg, hogy a tengelyre helyezett jel állónak tűnjön a megfigyelő számára. A fő és a nóniusz skálajelek egybeesését alkalmazó koincidencia módszert a lineáris méretek mérésére használt tolómérő műszerekben valósítják meg.
Mérési hiba— a mérési eredmény eltérése a mért érték valódi értékétől. A hibát számos tényező befolyása okozza, mint például: a mért érték jellege, az alkalmazott mérőműszerek minősége, a mérési módszer, a mérési körülmények (hőmérséklet, páratartalom, nyomás stb.), a mért egyedi jellemzői a mérést végző személy stb. Ezen tényezők hatására a mérési eredmény eltér a mért érték valódi értékétől.
A mérések pontossága- a mérések minőségi jellemzője, amely tükrözi az eredményeknek a mért érték valós értékéhez való közelségét.
Mennyiségileg a pontosság a „pontossági osztály” értékkel fejezhető ki. Ez egy olyan jellemző, amely a mérőműszerek megengedett hibáinak kifejezési módjától függ. A pontossági osztály bevezetése a mérőeszközök pontossági osztályozását követte. Napjainkban, amikor a mérőműszerek áramkörei és kialakításai bonyolultabbá váltak, a mérőeszközök alkalmazási területei pedig nagymértékben bővültek, a mérési hibát más tényezők is elkezdték jelentősen befolyásolni: a külső körülmények változása és a mért érték változásának jellege. mennyiségek idővel.
A mérőműszerek hibája megszűnt a mérési hiba fő összetevője lenni, és a pontossági osztály nem teszi lehetővé a fent felsorolt gyakorlati problémák teljes körű megoldását. A „pontossági osztály” jellemző gyakorlati alkalmazási köre csak azokra a mérőeszközökre korlátozódik, amelyek statikus mennyiségek mérésére szolgálnak. A nemzetközi gyakorlatban a „pontossági osztályt” csak az eszközök kis részére állapítják meg.
Helyes mérések— a mérések minősége, amely tükrözi az eredményeik szisztematikus hibáinak nullához való közelségét (azaz olyan hibákat, amelyek állandóak maradnak, vagy azonos mennyiségű ismételt méréssel természetesen változnak). A mérések pontossága különösen attól függ, hogy a mérési egység tényleges mérete mennyiben tér el a valós méretétől (definíció szerint), pl. arról, hogy az adott típusú méréshez használt mérőeszközök mennyire voltak helyesek (helyesek).
Hitelesség jellemzi a mérési eredmények bizalmát, és két kategóriába sorolja őket: megbízható és megbízhatatlan, attól függően, hogy a megfelelő mennyiségek valós értékétől való eltérésük valószínűségi jellemzői ismertek vagy ismeretlenek. Ezért az ilyen valószínűségeket az ellenőrzés megbízhatóságának kritériumainak kell tekinteni a minőségi és biztonsági paraméterek tűréshatárokon belüli helyes jellemzése érdekében.
A hiba jelenléte korlátozza a mérések megbízhatóságát, pl. korlátozást vezet be a mért mennyiség számértékének megbízható szignifikáns számjegyei számára, és meghatározza a mérések pontosságát. A mérési hiba jellemzőit a termékminták vizsgálatakor az ellenőrzés megbízhatóságára vonatkozó követelményeknek megfelelően kell kiválasztani.
A mérések mint a metrológia fő tárgya elsősorban a fizikai mennyiségekhez kapcsolódnak:
Fizikai mennyiség- egy fizikai tárgy, jelenség, folyamat egyik tulajdonsága, amely minőségileg sok fizikai tárgyra jellemző, ugyanakkor mennyiségi értékben különbözik.
Egy fizikai mennyiséget, amelyhez definíció szerint eggyel egyenlő számértéket rendelünk, hívunk a fizikai mennyiség egysége.
Vannak alap és származtatott egységek.
A fizikai mennyiség alapegységei tetszőlegesen vannak kiválasztva, függetlenül a többi mértékegységtől (hosszegység - méter, tömegegység - kilogramm, hőmérséklet mértékegysége - fok stb.)
A fizikai mennyiségek közötti összefüggést kifejező képletek segítségével képzett egységeket nevezzük származtatott egységek. Ebben az esetben a mennyiségi egységeket más mennyiségek egységeivel fejezzük ki. Például a sebesség mértékegysége méter per másodperc (m/s), a sűrűség mértékegysége kilogramm négyzetméterenként (kg/m2).
A különböző, azonos méretű egységek méretükben különböznek egymástól. Az ilyen egységeket ún többszörösei(pl. egy kilométer 10 3 m, egy kilowatt 10 3 W) vagy praktikus (például egy milliméter 10 -3 m, egy ezredmásodperc 10 -3 s). Az ilyen egységeket úgy kapjuk meg, hogy a független vagy származtatott egységet egész számmal, általában 10-zel szorozzuk vagy osztjuk.
A fizikai mennyiségek egységeit egy bizonyos elv szerint egységrendszerekké egyesítik. Ezek az elvek a következők: bizonyos mennyiségekre önkényesen egységeket állítanak fel, ún alapegységekés képleteket használva az alapokon át egy adott mérési terület összes származtatott egységét megkapjuk. Egy bizonyos mennyiségrendszerhez kapcsolódó, elfogadott elvek szerint kialakított alap- és származtatott egységek halmaza az a fizikai nagyság mértékegységeinek rendszere.
A különböző mérési területekre vonatkozó mértékegységrendszerek nehézségeket okoztak a tudományos és gazdasági tevékenységben mind az egyes országokban, mind nemzetközi szinten. Ezért felmerült az igény egy olyan egységes mértékegységrendszer létrehozására, amely a fizika minden ágára vonatkozóan tartalmazza a mennyiségi egységeket.
A Nemzetközi Mértékegységrendszer hét alapegységből, két kiegészítő egységből és a szükséges számú származtatott egységből áll.
A főbbek a következők:
A hossz mértékegysége a méter – annak az útnak a hossza, amelyet a fény vákuumban megtesz 1/299792458 másodperc alatt;
A tömeg mértékegysége a kilogramm - tömeg, amely megegyezik a kilogramm nemzetközi prototípusának tömegével;
Időegység - másodperc - 9192631770 sugárzási periódus időtartama, amely megfelel a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom szerkezetének két szintje közötti átmenetnek külső mezők okozta zavarás nélkül;
Az elektromos áram erősségének mértékegysége az amper - az állandó áram erőssége, amely vákuumban két párhuzamos, végtelen hosszúságú és elhanyagolhatóan kis kör keresztmetszetű, egymástól 1 m távolságra elhelyezkedő vezetéken áthaladva. 2-vel egyenlő erőt hozzon létre ezek között a vezetők között. 10-7 N hosszméterenként;
A termodinamikai hőmérséklet mértékegysége, a kelvin, a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének része. A Celsius-skála használata is megengedett;
Az anyag mennyiségi egysége - mól - egy olyan rendszer anyagmennyisége, amely ugyanannyi szerkezeti elemet tartalmaz, mint ahány atom van egy 0,012 kg tömegű szén-12 nuklidban;
A fényerősség mértékegysége a kandela - egy 540-10 12 Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó forrás adott irányú fényereje, melynek energiaintenzitása ebben az irányban 1/683 W/sr.
Az első három egység (méter, kilogramm, második) lehetővé teszi a származtatott egységek kialakítását a mechanikai és akusztikai mennyiségek mérésére. Ezekhez hozzáadva a negyedik mértékegységet, a kelvint, derivált mértékegységek képezhetők a termikus mennyiségek mérésére.
A mértékegységek (méter, kilogramm, másodperc, amper) alapul szolgálnak a származtatott mértékegységek kialakításához az elektromos, mágneses és ionizáló sugárzás mérése terén. Az egységmól a fiziko-kémiai mérések területén egységek képzésére szolgál.
További egységek:
Lapos szögű egység- radián és térszög egység- a szteradánokat a szögmennyiségekhez (például szögsebességhez, fényáramhoz stb.) társított derivált egységek képzésére használják.
MÉRÉSKÉRLEG
Név skála- ez egy minőségi, nem pedig mennyiségi skála, nem tartalmaz nullát vagy mértékegységet (például színskála).
Az ilyen skálákat olyan objektumok osztályozására használják, amelyek tulajdonságai csak az ekvivalencia (egyezés vagy eltérés) összefüggésében jelennek meg. Ezek a tulajdonságok nem tekinthetők fizikai mennyiségeknek, ezért az ilyen típusú mérlegek nem PV mérlegek. Az elnevezési skáláknál az értékelés emberi érzékszervekkel történik, a szakértők többsége által választott eredmény a legmegfelelőbb. Mivel ezeket a skálákat csak az ekvivalencia relációk jellemzik, nem tartalmazzák a nulla, a „több-kevesebb” és a mértékegység fogalmát.
Rendelési skála - a mért mennyiség pontokban kifejezett értékét jellemzi (például földrengés skálája; szélerősség stb.).
Monoton változik, és lehetővé teszi, hogy „több - kevesebb” kapcsolatokat hozzunk létre az ezt a tulajdonságot jellemző mennyiségek között. Nulla létezik vagy nem létezik, de alapvetően lehetetlen mértékegységeket bevezetni, mivel arányossági relációt nem állítottak fel rájuk, és ennek megfelelően nem lehet megítélni, hogy egy tulajdonság hányszor többé-kevésbé konkrét megnyilvánulásai.
Intervallum skála- feltételes nulla értéke van, az intervallumokat pedig megegyezés szerint állítjuk be (például időskála, hosszskála).
Ezek a skálák a rendelési skálák továbbfejlesztései. A skála egyenlő intervallumokból áll, van egy mértékegysége és egy tetszőlegesen választott kezdete - egy nulla pont. Ilyen skálák közé tartozik a kronológia és a hőmérsékleti skálák.
Arányskála - természetes nulla értékkel rendelkezik, és a mértékegység meghatározása megegyezés szerint történik, a mérési pontosság követelményétől függően (például súlyskála).
Formai szempontból ez a skála természetes eredetű intervallumskála. Minden aritmetikai művelet alkalmazható az arányskálán kapott értékekre, ami nagy jelentőséggel bír az EF mérésénél.
A szónak két különböző jelentése van. Az első esetben egy egység megnevezésének létrehozását értjük. A másodikban az intézkedés a paraméter egyetlen értékének reprodukálásához szükséges.
Általános információ
A fizikai mennyiség mutatója a mérések elvégzéséhez szükséges eszköz. Meghatározott fizikai egységek reprodukálására és tárolására szolgál. Ez magában foglalhat például egy súlyt vagy egy mérési ellenállást. Világszerte egyetlen definíció létezik a „metrológia” fogalmára. Ez a tudomány egy olyan ága, amely a méréseket, azok kombinálásának módszereit, valamint a szükséges pontossági szint elérésére vonatkozó szabályokat tanulmányozza. A "metrológia" kifejezés a görög szavakból származik, amelyek együttes jelentése "mértékek tanulmányozása".
A mérések egysége
Vannak bizonyos nyilvántartási szabályok, amelyekben a mutatókat a törvény által elfogadott mértékegységekben rögzítik. Az eredmények hibáinak azonban vannak határai. Ezen határokon belül a mutatók elfogadhatónak tekinthetők. Ezért különböző mérések jönnek létre, amelyek az eltérés mértékében különböznek. A rögzítési szabályok fő feladata, hogy a különböző pontokon, különböző pillanatokban, különböző eszközökkel és módszerekkel kapott összes eredményt egyetlen rendszerré alakítsák át. Napjainkban pontosabb és megbízhatóbb adatok beszerzésére van szükség a tudomány és a közgazdaságtan területén. Ezért tanulmányozzák olyan intenzíven a mérési típusokat. A metrológia nagy jelentőséggel bír.
Mérés. A mérés típusai
Különféle kölcsönhatásban lévő műveletek léteznek, amelyeknek az a feladata, hogy kapcsolatokat hozzanak létre a kiértékelt mennyiség és az egységnek tekintett mennyiség között. Ez utóbbit a mérőeszköz rögzíti. A számérték a kapott adat. Van egy másik nevük is - a fizikai mennyiség mutatója. Különféle típusú mérőműszerek léteznek. Ide tartoznak maguk az egységek, eszközök és speciális konverterek, valamint rendszerek és berendezések. A „mérés” fogalmának jelentése is kiterjedt. A mérések típusai is nagyon változatosak. Van azonban néhány általános szempont. A típusokat és egy szerkezet egyesíti. Az értékelési eljárások két szakaszból állnak. Mindenekelőtt össze kell hasonlítania a mért értéket egy referencia mértékegységgel, majd egy meghatározott módszerrel konvertálnia kell a kívánt formátumra.
Változékonyság
Nem csak a mérési típusok különböznek egymástól. Az eljárás végrehajtására szolgáló eszközök besorolása is különböző szakaszok jelenlétére utal. Átvették a cél szerinti rendszerezést, pl. Az eszközök egyik csoportját példaértékűnek, a másikat pedig működőnek nevezik. Az előbbiekre azért van szükség, hogy szabványként lehessen őket használni más mérések pontosságának ellenőrzésére. A munkások közé tartoznak azok, akik az emberek által felhasznált meghatározott mennyiségek méretét hivatottak megbecsülni. Elmondhatjuk, hogy egy ilyen besorolás értelme nem a műszerek pontosságában, hanem a célbeli különbségekben rejlik. A mérések elvégzésére többféle módszer létezik. A mérési típusok közé tartoznak a speciális mértékek, amelyek segítségével egy adott méretű bármely érték reprodukálható.
Egyértékű és többértékű intézkedések. Különbségek
Léteznek egyértékű és többértékű mérőszámok is. Az elsők azok, amelyek csak azonos méretű mennyiségeket képesek megjeleníteni. A többértékű készülékeknél különböző méretű sorozatok lejátszása elérhető. Az ilyen mértéket mondjuk milliméteres vonalzónak nevezhetjük. Vannak egyedi halmazok is, amelyek különböző mértékkészletekből állnak össze. Újra létrehozzák a mennyiségek köztes és összértékeit. Ezen túlmenően, az intézkedések, kölcsönhatásban, közös munkát végezhetnek, vagy mindegyik külön-külön járhat el. A méréshez speciális eszközt kell használni - összehasonlító eszközt. Ezt az eszközt gyakran egyenlő karú mérlegekkel és mérőhíddal játsszák.
Ha részletesebben tanulmányozzuk az egyértelmű méréseket, akkor azt mondhatjuk, hogy ezek között szerepelnek olyan minták és anyagok is, amelyek ezt a szerepet töltik be. Bizonyos összetételük és tulajdonságaik vannak. A legkisebb eltérések elfogadhatatlanok. Az ilyen referenciaanyagok segíthetnek az érdesség, keménység értékelésében és az anyagok egyéb tulajdonságainak azonosításában. A minták segítenek létrehozni a skálát alkotó pontokat. A cinket és az aranyat például akkor használják, ha egy bizonyos hőmérsékletet újra kell állítani.
Rang
A becslési hiba az összes mérőszámot több egymást követő kategóriába sorolja. Maguk az intézkedések színvonalától való eltérés esetén osztályfelosztás jön létre. Egy bizonyos kategóriájú egységek ellenőrzik a mérőműszerek hibáit, amelyek miatt mintaként kerülnek besorolásra.
Átalakítók. Általános információ
Mérőátalakítónak nevezzük azt a mérőeszközt, amely a mérés után kapott információból konvertálható, tárolható és feldolgozható adatokat képez, de vizuális hozzáférést nem biztosít. Mi a tevékenysége? Nézzük ezt részletesebben.
Az átalakulás lényege
Amikor egy érték éppen feldolgozásra készül, azt bemeneti értéknek nevezzük. A kapott információt pedig „kimenetnek” nevezik. Az átalakító-erősítő olyan eszköz, amely nem változtatja meg a feldolgozott adatok fizikai állapotát, és a transzformáció lineáris függvény formájában történik. Az "erősítő" kifejezést a működését magyarázó szóval együtt használják. Például "feszültségerősítő". Ha az átalakítás során az értéket egy másikra konvertálják, akkor az eszköz az új jelentésből kapja a nevét - „elektromechanikus”.
Átalakítók típusai
Attól függően, hogy az eszköz melyik részén található, az átalakító lehet elsődleges. Ez azt jelenti, hogy a mért érték közvetlenül áthalad rajta. Átadó is lehet. Ebben az esetben az értékek a feldolgozás után jelennek meg. Az átalakító is lehet köztes. Az elsődleges mellett található.
Eszközök. Általános információ
A mérőműszerek olyan mennyiségi adatok beszerzésének eszközei, amelyek szemrevételezéssel elérhető formátumban jelenítik meg azokat. Az értékelés típusától függően bizonyos csoportokba sorolják őket. Így a legelterjedtebbek azok az eszközök, amelyek közvetlen méréseket végeznek. Különlegességük, hogy az eredeti adatokat anélkül alakítják át, hogy információt hagynának a kezdeti állapotukról. Vannak olyan eszközök is, amelyek segítségével közvetett méréseket végeznek.
Összehasonlító eszközök
A közvetlen akciós rögzítők azonban nem a legpontosabbak. Ez a jellemző sokkal magasabb az összehasonlító készüléknél. Munkája azon alapul, hogy a vizsgált érték méréséből nyert adatokat összehasonlítja más értékekről már ismert információkkal. Ezt a módszert „közvetett mérésnek” nevezik. Megszerzésük akkor lehetséges, ha a kezdeti adatok rendelkezésre állnak. Más szóval, a paraméterek olyan mutatókból vannak kialakítva, amelyeket közvetlen méréssel állítanak elő. A mérési típusoknak több kategóriája van. Az értékek összehasonlításához kompenzációs vagy hídáramkörök használata szükséges. Először azokat a mennyiségeket kell összehasonlítani, amelyeknek van némi energiája vagy erőssége. Ez a módszer azon a tényen alapszik, hogy az összehasonlított mennyiségeket az áramkörbe kapcsoljuk, és megnyilvánulásukat tanulmányozzuk. Ugyanebben az esetben, ha a mennyiséget passzívnak tekintjük, azaz ellenállással rendelkezik, hídáramkörök kerülnek alkalmazásra.
Eloszlás referenciamódszer szerint
A műszerek különböző módszerekkel rendelkeznek a vizsgált mennyiségek adatainak olvasására. Ezért egy speciális osztályozást hoztak létre. Ez alapján megállapíthatjuk, hogy vannak olyan reprodukáló eszközök, amelyek nem csak analógot, hanem digitálisat is tartalmaznak. Egy másik típusú eszköz az, amely információkat rögzít. Az analóg eszközök a legnépszerűbbek. A számtartásért felelős komponensük két részből áll. Az első a mérleg, amely a mozgó részhez kapcsolódik. A készülék másik eleme a készülék testéhez csatlakoztatott mutató. A digitális elven működő mérők működése mechanikus és elektronikus elemek hatásának eredménye.
Változás rögzítési mód szerint
A rögzítőeszközöknek van egy másik osztályozása is. Például azzal a módszerrel, amellyel a rögzítőeszközről származó adatokat rögzítik. Vannak rögzítő eszközök, valamint nyomtatók. Az előbbiek fogadott és feldolgozott információkat és összesített méréseket szolgáltatnak grafikonok, diagramok és diagramok formájában. A második elven működő rögzítők egy papírcsíkon állítják elő munkájuk eredményét, számsorokká alakítva azokat. Nagyon gyakran vannak összehasonlító modell szerint működő készülékek, amelyek a fenti típusok kombinációi, vagyis a skálán végzett olvasási munka és a digitális technika kombinációját jelentik. Az adatok rögzítése, feldolgozása és nyomtatása történhet diagramokkal, valamint digitális értékek és számok sorozataival.
Az értékelést támogató elemek
A mérésekhez segédeszközök és eszközök is rendelkezésre állnak. Az ilyen eszközök sajátossága, hogy nemcsak önállóan végeznek mennyiségi kutatást. Szabályozhatják a fő elem működését, megváltoztatva annak működését az információ beolvasásakor, valamint feldolgozáskor vagy kiadáskor. A további eszközökkel biztosított adatok segítik a készülék leolvasásainak figyelését és szerkesztését. Például a hőmérők pontosabb működéséhez a környezeti nyomást mérő nyomásmérőket is fel kell szerelni. Ezenkívül a segédeszközök módosíthatják a mérő működési beállításait. Tehát abban az esetben, ha készüléket használ a páratartalom rögzítésére, be kell állítania a tartomány értékeit.
Beállítások
Vannak helyzetek, amikor a pontosabb mérési adatok megszerzéséhez egy eszköz nem elegendő. Ebben az esetben összetett berendezéseket állítanak össze, amelyek különféle célokra szolgáló eszközökből állnak. Egy bizonyos sorrendben, korlátozott területen helyezkednek el. Egyes használt eszközök az összesített méréseket egyetlen rendszerré alakítják át. Az információgyűjtésért, rendszerezésért és feldolgozásért felelős megfigyelő rendelkezésére áll.
Rendszerek
A mérőrendszerek más szinten vannak. Az ilyen komplexumok és a fent leírt létesítmények közötti különbség az, hogy hatalmas területeken szétszórva, speciális információs csatornákon keresztül kommunikálhatók. Az ilyen rendszerekben az adatok kétféle formában jelennek meg. Egyikük jobban hozzáférhető egy valós személy számára, aki a munka eredményeit tanulmányozza. A számítógép feldolgozza a másikat.
Mutatók
Vannak olyan eszközök, amelyeknek a feladata a fizikai tulajdonságok megnyilvánulásainak leolvasása. Ezeket indikátoroknak nevezik. Az iskolai kémia tantárgyból is mindenki ismeri az indikációs eszközökkel kapcsolatos mutatókat. Az iránytűt is ilyen eszköznek tekintik. Ezenkívül a mérő, amely az autó benzintartályában lévő üzemanyag szintjét mutatja, szintén mutató.