PODSTAWY METROLOGII - wykład 1 25.10.2011

CO TO JEST POMIAROZNAWSTWO?

Cecha charakterystyczną wszelkich pomiarów jest obserwacja i pomiar.

obserwacja - proces poznawczy mający na celu przyporządkowanie wrażeń występujących w świadomości człowieka zjawiskom fizycznym. Wyniki obserwacji są niejednoznaczne, subiektywne, jakościowe. Cechą charakterystyczną obserwacji jest dążenie do ilościowego opisu obserwowanych zjawisk.

pomiar - proces poznawczy mający na celu za pomocą eksperymentu fizycznego, z określoną dokładnością porównianie wartości wielkości mierzonej, z pewną wartością tej wielkości przyjętej za jednostkę miary.

jednostka miary - wyznaczona z dostateczną dokładnością wartość danej wielkośći służąca do porównania innych wartości tej samej wielkości. W jednostce miary arbitralnie przypisujemy wartość 1. Jednostki miary powinny byc jednoznaczne, łatwo odtwarzalne i powszechnie stosowane. Spośród wszystkich jednostek miary wybiera się kilka w taki sposób aby były one względem siebie niezależne i by w oparciu o nie można było zdefiniować pozostałe jednostki. Wybrane w ten sposób jednostki miary nosza nazwę podstawowych, a pozostałe - pochodnych. Zbiór jednostek podstawowych i pochodnych tworzy układ jednostek. Obowiązującym układem jednostek jest układ SI, który to układ ma 7 jednostek podstawowych i 2 jednostki uzupełniające (radian i steradian). Układ jednostek SI dopuszcza stosowanie przedrostków będących wielokrotnością liczby 10 (decy - 10^-1, centy - 10^-2, mili - 10^-3, mikro - 10^-6, nano - 10^-9, piko - 10^-12 deka - 10¹, hekto - 10², kilo - 10³, mega - 10⁶, giga - 10⁹, tera - 10¹²).

PODZIAŁY POMIARU:

1) Metoda pomiarowa:

0. bezpośrednie - gdzie wartość wielkości mierzonej otrzymuje się ze wskazań miernika, w tej metodzie nie korzysta się ze wzorca, pomiar jest szybki ale mało dokładny

1. porównawcze - w metodach porównawczych wykorzystujemy wzorzec tej wielkości, której dokonujemy pomiaru:

-metoda różnicowa - określamy różnicę miedzy wartością mierzoną a wzorcem (przykł.: waga szalkowa)

-metoda zerowa - tę różnicę wskazań między wzorcem a wartością mierzoną sprowadzamy do zera

-metoda podstawieniowa - najpierw dokonujemy pomiaru masy, a następnie pomiarem wzorca tak by otrzymać konkretne wskazanie

-metoda koidencyjna - polegająca na zgraniu ze sobą wskazów (wskazy wielkości mierzonej, a także wskazy wzorca)(przykł.: pomiar długości suwmiarką, śrubą mikrometryczną , stroboskopem)

2) Sposób otrzymania wyników pomiarów:

0. bezpośrednie (proste) - wartość mierzonej wielkości y otrzymuje się w wyniku bezpośredniego pomiaru badanego parametru, którym jest x. A to jest skala pomiarowa

1. pośrednie (złożone) - których to pomiarach wartość wielkości mierzonej y otrzymuje się w wyniku pomiarów kilku innych wielkości związanych zależnością funkcyjną z poszukiwanym parametrem x (przykł.: gęstość = masa/objętość)

BŁĘDY POMIAROWE:

1) Błędy losowe (przypadkowe) - zawsze przy pomiarze, jeden jest decydujący i naszym obowiązkiem jest ten błąd wyznaczyć. Błędy te mają charakter błędu bezwzględnego jak i względnego.

2) Błędy maksymalne - zawsze przy pomiarze, jeden jest decydujący i naszym obowiązkiem jest ten błąd wyznaczyć. Błędy te mają charakter błędu bezwzględnego jak i względnego.

3) Błędy systematyczne - mogą ale nie muszą towarzyszyć zarówno błędom losowym jak i maksymalnym

4) Błędy grube - mogą ale nie muszą towarzyszyć zarówno błędom losowym jak i maksymalnym

NARZĘDZIA POMIAROWE:

sygnał pomiarowy - dowolna wielkość fizyczna podlegająca pomiarowi. Te sygnały pomiarowe mogą być stałe, niestałe, ciągłe, nieciągłe

Zespół środków technicznych umożliwiających przeprowadzenie pomiaru nosi nazwę narzędzi pomiarowych. Wśród narzędzi wyróżniamy:

- wzorce

- przyrządy pomiarowe

- mierniki służąće do odczytu wielkości mierzonych

- wskaźniki sygnalizujące przekroczenie zadanej lub określonej wartości sygnału

- czujniki służące do przetworzenia wielkości fizycznej w sygnał pomiarowy. Rozróżniamy czujniki parametryczne, czyli takie w których w czasie pomiaru wielkości nieelektrycznych nie jest generowane napięcie, a więc będą to czujniki redukcyjne, pojemnościowe, rezystancyjne. Czujniki generacyjne, podczas pomiaru wielkości nieelektrycznych jest generowane napięcie, np. fotoogniwa, fotodiody, termopary.

- przetworniki przetwarzające dany sygnał pomiarowy w inny sygnał pomiarowy, np. przetwornik analogowo - cyfrowy

- rejestratory służa do rejestracji wielkości sygnału pomiarowego.

Cechami charakterystycznymi tych narzędzi pomiarowych jest zakres pomiarowy, charakterystyka statyczna i czułość.

Zakres pomiarowy - zakres wartości danego narzędzia pomiarowego, którym z błędem nieprzekraczającym dopuszczalnej wartości można dokonać pomiaru badanej wielkości bez uszkodzenia czy zniszczenia danego narzędzia pomiarowego.

Charakterystyka pomiarowa - zależność w stanie ustalonym wartości wielkości mierzonej y funkcji wartości wielkości obserwowanej x. Ta charakterystyka może przybrać różne kształty - liniowa czasami, nieliniowa przeważnie, nieciągła, niejednoznaczna w postaci histerezy.

Czułość przyrządu - najmniejsza zmiana wielkości mierzonej dającą obserwowalną zmianę wielkości wyjściowej.

C=lim dy/dx = dy/dx = tg(alfa) dx->0 (d-delta­)

X_p - wartość rzeczywista danej wielkości

X_n - wartość wielkości mierzonej, jest różna od wartości rzeczywistej ze względu na narzędzia pomiarowe

dx = X_n - X_p

Różnica obu wielkości nosi nazwę błędu bezwzględnego. Jeśli tę wartość odniesiemy do rzeczywistej to otrzymamy błąd względny.

Błędy losowe są zwane błędami przypadkowymi. Te błędy nie są znane mierzącemu. O tym że taki błąd popełnił przekonuje się dokonując kilkakrotnego pomiaru tym samym przyrządem i tą samą metodą. W rezultacie czego otrzymuje się różne wyniki pomiaru. Rozrzut tych wyników pomiaru daje się opisać rozkładem normalnym (Gaussa), a miarą tergo rozrzutu jest błąd standardowy, nieobciążony, który dla pomiarów prostych przyjmuje wartość.

(Zdj. 1)

i - wskaźnik kolejnego pomiaru

n - liczba wszystkich pomiarów

x_i - wartośc i-tego pomiaru

X - wartość arytmetyczna wszystkich pomiarów

(Zdj. 2)

Ten błąd standardowy nieobciążony ma charakter błędu bezwzględnego. W przypadku pomiarów złożonych miarą błędów losowych (przypadkowych) jest też błąd.

(Zdj. 3)

j - wskaźnik wielkości mierzonej w sposób bezpośredni

n - liczba różnych wielkości mierzonych w sposób bezpośredni

x_j - j-ota wielkość mierzona w sposób bezpośredni

s_xj - błąd standardowy nieobciążony j-otej wielkości