Metrologia- dziedzina wiedzy o pomiarach. We współczesnym ujęciu m. można określić jako naukę o zabezpieczeniu środkami technicznymi i organizacyjnymi poprawności pomiarów we wszystkich dziedzinach nauki, techniki i gospodarki.
1.Przedmiot metrologii:
jednostki miar i ich etalony (ustalanie, odtwarzanie, konserwacja, przekazywanie)
pomiary (metody, wykonywanie, ocena dokładności)
narzędzia pomiarowe (budowa, właściwości metrologiczne)
obserwatorzy (predyspozycje, kwalfikacje)
2. M. obejmuje wszystkie zagadnienia zarówno teoretyczne, jak i praktyczne, odnoszące się do pomiarów niezależnie od ich dokładności i miejsca wykonania.
3. M. obejmuje wyznaczanie stałych fizycznych oraz właściwości materiałów i tworzyw.
Działy metrologii:
m. ogólna -obejmuje problemy wspólne dla wszystkich zagadnień metrologicznych niezależnie od wielkości mierzonej.
m. stosowana - obejmuje pomiary wykonywane w określonych dziedzinach nauki i techniki
m. techniczna - obejmuje zagadnienia pomiarów w technice
m. teoretyczna - obejmuje teoretyczne zagadnienia pomiarowe
m. prawna - odnosi się do jednostek miar, metod pomiarowych i narzędzi pomiarowych z pkt. widzenia urzędowo ustalonych wymagań technicznych i prawnych mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa i należytej dokładności pomiarów.
Technika pomiarowa - obejmuję technikę wykonania pomiarów.
STOSOWANA
Podział wg:
1. Dziedziny zastosowania:
przemysłowa
techniczna
astronomiczna
medyczna
2. Mierzonej wielkości:
chronometria
termometria
manometria
metr. długości i kąta
TECHNICZNA
metrologia mechaniczna
wielkości geometrycznych (dł. i kąt)
badanie właściwości mechanicznych
badania nieniszczące
wyważanie statyczne i dynamiczne.
Wielkość - (1) w. poddana mierzeniu nazywana jest w. mierzoną.
(2) w. nie będąca przedmiotem pomiaru, ale wpływająca na wartość wielkości mierzonej lub wskazania przyrządu pomiarowego, lub wartości wzorca miary, odtwarzającego w. jest wielkościa wpływową. Np. podczas dokładnych pomiarów dł. w. wpływową jest temperatura.
Wartość wielkości - iloczyn liczby i jednostki miary
CECHY:
niemierzalne:
smak
zapach
estetyka
styl
mierzalne:
długość
masa
czas
kąt
Jednostka miary - jest to wartość danej wielkości, której wartość liczbową umownie przyjęto równą jedności.
Wartość liczbowa wartości - jest to liczba oderwana w wyrażeniu wartości określonej wielkości. Wartość liczbowa zależy od przyjętej jednostki miary.
Wartość rozpatrywanej wielkości wyznacza się podczas pomiaru.
Wielkości podstawowe - wielkości, które w danym układzie są przyjęte jako niezależne od siebie i przy użyciu których wyrażane są wzorami definicyjnymi wielkości pochodne tego układu.
Wielkości pochodne - definiuje się jeza pomocą wielkości podstawowych. Wg normy, wielkość pochodna jest to wielkość określona w danym układzie jako funkcje wielkości podstawowych tego układu.
UKŁAD SI
Wielkości podstawowe:
długość (metr - m)
masa (kilogram - kg)
czas (sekunda - s)
prąd elektryczny (amper - A)
temperatura (kelwin - K)
liczność materii (mol)
światłość (kandela - cd)
Wielkości uzupełniające:
kąt płaski (radian - rad)
kąt bryłowy (steradian - sr)
Metr
def. 1791r.
1/10 mln części ćwiartki południka przechodzącego przez Paryż (wzorzec nat.)
+/-0.15÷0.2 mm
def. 1799r.
Metr archiwalny (wrzozec końcowy) +/-0.01÷0.02mm
def. 1889r.
Międzynarodowy prototyp metra (wzorzec kreskowy)
+/-200nm
def. 1960r.
Metr jako wielokrotność dł. fali świetlnej kryptonu 86
+/-4nm
def. 1983r.
metr jako dł. drogi przebytej przez światło w określonym ułamku sekundy
+/-0.13nm
Pomiar - czynności doświadczalne mające na celu wyznaczenie wartości wielkości.
Mierzenie - (1) polega na porównaniu cechy o nieznanym stanie ze znanymi stanami tej samej cechy, aż do ustalenia takiego stanu o znanej mierze, który jest równoważny stanowi mierzonemu, jako miarę cechy przyjmuje się miarę równoważnej jej cechy wzorcowej.
(2) jest eksperymentem prowadzącym do wyznaczania liczby modelującej konkretne cechy przedmiotów i zdarzeń.
Zasada pomiaru - zjawisko fizyczne stanowiące podstawę pomiaru
Sposób pomiaru - kolejność czynności niezbędnych do wykonania pomiaru.
Metoda pomiarowa - sposób porównania zastosowany w pomiarach.
KONTROLA WYMIARÓW
Sprawdzanie:
przygotowanie sprzętu
przygotowanie przedmiotu
ustawienie przedmiotu
właściwe sprawdzenie
ocena stwierdzonego stanu
zabezpieczenie sprzętu
zabezpieczenie przedmiotu
Pomiar:
przygotowanie sprzętu
przygotowanie przedmiotu
ustawienie przedmiotu
nastawienie sprzętu
mierzenie
odczytanie
przeliczenie
korygowanie
ustalnie wyniku pomiarowego
ocena stwierdzonego stanu
zabezpieczenie sprzętu
zabezpieczenie przedmiotu
Kontrola - jest to postępowanie mające na celu stwierdzenie czy sprawdzany przedmiot (część, zespół, wyrób) spełnia wymagania określone w dokumentacji technicznej stanowiącej podstawe wykonania.
Sprawdzenie - zespół czynności potrzebnych do stwierdzenia czy kontrolowany przedmiot odpowiada stawianym wymaganiom i ma pożądane właściwości, bez potrzeby wyznaczania wartości tych własności.
KONTROLA:
100%
czynna
bierna
-ręczna
-automatyczna
2. Wyrywkowa
procentowa
SKJ
-odbiorcza
-bieżąca
Metody pomiarowe. Klasyfikacja:
dzieli się je ze względu na sposób:
uzyskania wyniku pomiaru
porównania dokonywanego w trakcie procesu pomiarowego
przetwarzania sygnału pomiarowego
ze względu na wykorzystywaną bazę pomiarową na:
odniesieniowe
bezodniesieniowe
ze względu na sposób odbierania sygnału pomiarowego:
stykowe
bezstykowe
!ten sam pomiar można zakwalifikować (w niektórych przypadkach) do różnych metod, a nawet do tego samego kryterium!
PODZIAŁ METOD POMIAROWYCH
ze względu na:
Metody pomiarowe
m. bezpośrednia
m. pośrednia
m. złożona
M. bezpośrednia - metoda dzięki której wartość wielkości mierzonej otrzymuje się bezpośrednio, bez potrzeby wykonywania dodatkowych obliczeń opartych na zależności funkcyjnej mierzonej wielkości od innych wielkości.
Równanie:
Y=c*X
Y- surowy wynik pomiaru
c- stała przyrządu
X- wartość odczytana
M. pośrednia - polega na tym, że wartość wielkości mierzonej otrzymuje się pośrednio z pomiarów bezpośrednich innych wielkości związanych odpowiednio (znaną zależnością) z wielkością mierzoną.
Wynik pomiaru jest funkcją wielkości mierzonych:
Y=f(X1, X2, X3, …, Xn )
gdzie X1, X2, X3, …, Xn - surowe wyniki pomiarów wielkości mierzonych bezpośrednio
M. złożona - polega na bezpośrednim wyznaczaniu wartości pewnej liczby wielkości albo na pośrednim wyznaczeniu wartości tych wielkości grupowanych w różnych kombinacjach, co wymaga rozwiązania odpowiednich układów równań.
Metody porównawcze dzieli się na:
m. bezpośredniego porównania
m. różnicowe
m. pośredniego porównania
oraz wyodrębnia się z m. zerowej m. kompensacyjną i m. komparacyjną.
Metoda pomiarowa podstawowa - polega na pomiarach wielkości podstawowych wymienionych w def. wielkości. Metoda ta jest nazywana również m. bezwzględną.
Metoda pomiarowa porównawcza - polega na porównaniu wartości wielkości mierzonej z inną wartością tej samej wielkości lub też ze znaną wartością innej wielkości jako funkcji wielkości mierzonej.
Metoda pomiarowa bezpośredniego porównania - polega na porównaniu całkowitej wielkości mierzonej z wartością znaną tej samej wielkości, która w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do pomiaru.
Odmianami m. bezpośredniego porównania są m. podstawiania i przestawiania.
Pierwsza z nich polega na zastąpieniu wartości wielkości mierzonej wartości a znaną tej samej wielkości, wybraną w ten sposób aby skutki wywołane przez te wartości były takie same.
Druga z m. polega na zrównoważeniu wartości wielkości mierzonej najpierw ze znaną wartością A tej samej wielkości, następnie na podstawieniu wielkości mierzonej na miejsce A i ponownym zrównoważeniu jej za pomocą wartości B tej samej wielkości. Jeżeli pozycja wskazówki pokazuje równowagę jest jednakowa w obu przypadkach to wartość wielkości mierzonej jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z iloczynu AiB
Metoda pomiarowa różnicowa - polega na porównaniu wartości wielkości mierzonej z niewiele różniącą się od niej znzną wartością tej samej wielkości i pomiarze różnicy tych wartości
Metoda pomiarowa zerowa (odmiana m. różnicowej) - polega na sprowadzeniu do zera różnicy między wartością wielkości mierzonej a wartości a znaną tej samej wielkości z nią porównywaną. Porównanie ze sobą wartości pewnej wielkości może być zastąpione przez porównanie odpowiadających im wartości innej wielkości.
d=N+Δ
Metoda koincydencyjna - polega na wyznaczeniu przez obserwację koincydencji pewnych wskazów lub sygnałów małej różnicy między wartością wielkości mierzonej i z nią porównywanej znanej wartości tej samej wielkości.
Metoda wychyleniowa - jest to m.porównawcza polegająca na wyznaczaniu wartości mierzonej na podstawie wychylenia wskazówki urządzenia wskazującego lub ogólniej - na podstawie zmiany wzajemnego położenia wskazówki i podziałki
Metoda kompensacyjna - charakteryzuje się tym, że wielkości mierzonej przeciwstawia się wzorcową wielkość kompensacyjną tego samego rodzaju o znanej wartości, która kompensuje fizyczne działanie wielkości mierzonej na detektor. W stanie równowagi fizycznej działanie wielkości mierzonej i kompensującej są jednakowe i przeciwnie skierowane, dlatego następuje pełna kompensacja ich działań.
Metoda komparacyjna - jeżeli jedną lub obie porównywane wielkości przetworzy się tak, aby reprezentowały wielkości jednakowe, będące nośnikami energii, a następnie je skompensuje, to taka metoda pomiaru nazywa się m. komparacyjną
BŁĘDY POMIARÓW
(tu zaczyna się mnóstwo wzorów, których nie umiem przepisac, więc będzie sama teoria)
Błąd pomiaru - niezgodność wyniku pomiaru z wartością wielkości mierzonej.
Błąd bezwzględny - różnica algebraiczna między wynikiem pomiaru x a wartością wielkości mierzonej Xw.
Wartość rzeczywista wielkości - wartość charakteryzująca wielkość określoną jednoznacznie w warunkach istniejących w chwili, w której wartość ta jest badana. Jest pojęciem idealnym i nigdy nie może być znana dokładnie.
Wartość poprawna wielkości - wartość, którą uważa się w takim stopniu przybliżoną do wartości rzeczywistej tej wielkości, że różnica między tymi wartościami nie jest istotna z punktu widzenia celu, do którego wartość przybliżona jest potrzebna.
NIEPEWNOŚĆ POMIARU
BŁĄD POMIARU
Nieścisłości def. wielkości mierzonej
błędy instrumentalne
-b. tarciowe
-luzy mechanizmów
-zmiany właściwości przyrządów
-pod wpływem czynników zewnętrznych
-b. montarzowe
-b. wzorcowe
-b. wykonania podziałki
-b. nieliniowości
Błędy odczytania
-rozdzielczość optyczna
-paralaksa
-iuterpolacja
Błędy metody
- transparencja
- uproszczone wzory
Błędy środowiskowe
-ciśnienie
-temperatura
-wilgotność
-promieniowanie jonizujące
-drgania
-pola magn. I elekt.
Błędy obliczeniowe
-zaokrąglenia
Wynik surowy - wynik pomiaru przed wyeliminowaniem błędów systematycznych.
BŁĘDY
PRZYPADKOWE
SYSTEMATYCZNE (stały błąd)
-stałe
-okresowe
-postępowe
SPOSOBY USUWANIA BŁĘDÓW SYSTEMATYCZNYCH
1. Elminacja
-likwidacja lub ograniczenie źródła błędu
-kompensacja błędów
2. Korekta
-zmiana przyczyny błędu i pomiar wielokrotny
-pomiar przyczyny błędu i wprowadzenie poprawki.
Zasada Abbego - linia pomiarowa powinna być przedłużeniem wzorca miary.
Błąd systematyczny - przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów tej samej wielkości określonej, w warunkach praktycznie niezmiennych, jest stały lub zmienia się wg określonego prawa wraz ze zmianą warunków. B. systematyczny jest to zatem składowa błędu pomiaru pozostająca stała co do wartości bezwzględnej i znaku lub zmieniająca się w sposób dający się przewidzieć podczas wielu pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej.
Błędy przypadkowe - przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów, w warunkach praktycznie niezmiennych, zmieniają sięw sposób nieprzewidywalny, co do wartości bezwzględnej, jak i co do znaku. Jest to zatem taskładowa błędu pomiaru, która podczas wielu pomiarów tej samej wartości wielkości zmienia się w sposób nieprzewidziany.
Właściwość metrologiczna przyrządu pomiarowego - każda cecha charakteryzująca ten przyrząd i mogąca mie wpływ na pomiar.
Warunki graniczne - są to warunki, w których przyrząd pomiarowy nie ulega uszkodzeniu i nie ulegają zmianie jego warunki metrologiczne.
Zakres pomiarowy wartości - jest to zakres wielkości.
Zakres wskazań przyrządu pomiarowego - jest to zakres wartości wielkości, które można bezpośrednio odczyta.
Charakterystyka przetwarzania jest to różnica:
teoretyczna
doświadczalna
przedstawia się ją w formie:
wzoru
tablicy
wykresu
programu pc
Wartość działki elementarnej - różnica między wartościami odpowiadającymi dwóm kolejnych wskazom.
Długość działki elementarnej (przyrządu analogowego) - odległość między osiami dwóch sąsiednich wskazów (kres), mierzona wzdłuż linii podstawowej podziałki.
Linia podstawowa podziałki to taka linia, która przechodzi przez środki najkrótszych kres podziałki.
Zakres wskazań (zakres pomiarowy podziałki) - największy zakres wartości wielkości mierzonej, która może być odczytana na czujniku.
Zakres pomiarowy - zbiór wartości wielkości mierzonej, dla których przyjmuje się, że błąd przyrządu pomiarowego jest zawarty w określonych granicach.
Czułość czujnika - iloraz przyrostu obserwowanego sygnału wyjściowego dW do odpowiedniego przyrostu wartości wielkości mierzonej dU. Jeśli dW i dU są wyrażone w takich samych jednostkach długości, to ich iloraz bywa nazywany przełożeniem. Czułość czujników z podziałką kreskową można oszacować dzieląc długość działki przez jej wartość.
Błąd wskazania (czujnika) - różnica wartości wskazanej przez czujnik i wartości prawdziwej wielkości mierzonej. Zwykle przyjmuje się, że błąd ten nie powinien przekraczać połowy wartości działki elementarnej.
Błędy graniczne dopuszczalne (czujnika) - wartości skrajne błędu, dopuszczone przez warunki techniczne lub wymagania, dotyczące danego przyrządu pomiarowego.
Niepoprawność (wskazań czujnika) - błąd systematyczny wskazania.
Powtarzalność (czujnika) - właściwość polegająca na tym, że wskazania są zbliżone do siebie w przypadku wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości mierzonej w tych samych warunkach. Błąd powtarzalności ujawnia się rozrzutem wskazań i jest wyrażany najczęściej za pomocą odchylenia standardowego lub jego wielokrotności.
Błędy odwracalności (in. błąd histerezy) - największa różnica wskazań otrzymana przy tej samej wartości wielkości mierzonej, osiągniętej raz przy jej zwiększaniu, drugi raz - przy jej zmniejszaniu.
Pobudliwość (wrażliwość) czujnika to zdolność reagowania na małe zmiany. Błąd graniczny pobudliwości - to największa zmiana wartości wielkości mierzonej, która nie wywołuje zauważalnej zmiany wskazań. Próg pobudliwości - to najmniejsza zmiana wartości mierzonej, przy której zauważa się zmiany wskazań.
Pełzanie - powolna zmiana w czasie charakterystyki przyrządu pomiarowego.
Pasowanie - jest to wzajemna relacja pomiędzy wymiarami otworu i wałka
Wcisk - jest to ujemna różnica wymiarów otworu i wałka, gdy średnica wałka>średnicy otworu
Pasowanie luźne -jest to dodatnia różnica wymiarów otworu i wałka, gdy śr. wałka<śr. Otworu
Pasowanie mieszane
Linia zerowa - jest to prosta oznaczająca wymiar nominalny względem której określa się odchyłki i tolerancje przy graficznym przedstawianiu wymiarów granicznych i pasowań.
Odchyłka - jest to algebraiczna różnica wymiaru zaobserwowanego lub granicznego i odchyłki górnej
ES=Bo-D
es=Bw-D
odchyłki dolne
EI=Bo-D
ei=Bw-D
D- wymiar nominalny względem którego określa się punkty graniczne i odchyłke zaopbserwowaną.
Oznaczenie pola tolerancji (IT)
-otwory duże litery
-walki male litery
np.: H8/f6
H,h- stała wtedy:
ES/es=0.000
Tolerancja wymiaru:
To=Bo-Ao=ES-EI
Tw=Bw-Aw=es-ei
przy wcisku:
Nmax=-(Ao-Bw)=-(EI-es)
Nmin=-(Bo-Aw)=-(ES-ei)
Granica minimalna materiałów:
Pmax=LMLo-LMLw
Pmin=MMLo-MMLw
Pmax>Pmin>=0 pasowanie luźne
Pmax>0>Pmin p. mieszane
0>=Pmax>Pmin p. ciasne
Bo=D+ES LMLo
Ao=D+EI MMLo
Bw=D+es MMLw
Aw=D+ei LMLw
EI=ES-IT
ei=es-IT
Postać geometryczna gwintu
Średnica zewnętrzna walca opisanego na wierzchołkach wystepów gwintu zewnętrznego (d) lub dnach bruzd gwintu wenętrznego D.
Średnica wewnętrzna walca wpisanego w dna bruzd gwintu zewnętrznego (d1,d3) lub w wierzchołki wsytepów gwintu wenętrznego D1.
Średnica podziałowa średnica walca podziałowego
Kąt gwintu ၡ miedzy równomiernymi bokami zarysu.
Podziałka odległośc osiową mięzy dwoma odpowiadającymi sobie punktami najbliższych jednoimiennych boków gwintu.
Skok Zależność między skokiem gwintu a podziałką