1tom222

Metrologia

doc. dr inż. Andrzej Marcyniuk (p. 9.1 ^9.S) dr hab. inż. Jacek R. Przygodzki (p. 9.9) dr inż. Stanisław Waluś (p. 9.10)

9.1.    Wprowadzenie

Materiał podany w rozdziale Metrologia jest przede wszystkim przeznaczony dla inżynierów elektryków, którzy metrologii nie praktykują specjalistycznie. Jednak i specjaliści znajdą w tym rozdziale wiele podręcznych danych szczegółowych (których zwykle się nie pamięta) lub informacji i aktualnych opinii, które nic muszą być dla nich oczywiste.

Materiał zawarty w rozdziale jest prezentowany w dwu warstwach. Pierwsza dotyczy zagadnień ogólnych miernictwa — teorii i techniki. Obejmuje objaśnienia pojęć, bez których nie można zrozumieć technicznego sensu specjalistycznej literatury, w tym materiałów firmowych z zakresu aparatury pomiarowej. Przedstawiono tu także oceny stanu techniki pomiarowej — materiał niezbędny do podejmowania decyzji inżynierskich: co jest możliwe, co jest typowe, jakie są tendencje konstrukcyjne w omawianej tematyce, które rozwiązania są racjonalniejsze i w jakich okolicznościach. Przytoczono również podręczne dane liczbowe, które względnie często są niezbędne inżynierom. W każdym podrozdziale podano numer normy (PN) zawierającej wymagania i opis badań omawianej aparatury oraz numer instrukcji metrologicznego sprawdzania tych narzędzi. Instrukcji tych należy szukać w wymienionych Dziennikach Normalizacji i Miar*, dostępnych w obwodowych i okręgowych urzędach miar. W tej warstwie nie podano żadnych schematów ogólnych metod pomiarowych wielkości elektrycznych.

W drugiej warstwie przedstawiono podstawowe informacje o sposobie realizacji wyspecjalizowanych zadań pomiarowych, przed którymi staje najczęściej inżynier elektryk. Dlatego też zamieszczono tu odpowiednie schematy układów pomiarowych. Tak np w rozdziale nic podano schematów układów pomiaru rezystancji, lecz są schemat) pomiaru rezystancji uziomów, dielektryków czy wewnętrznej rezystancji źródła elektr⁰' chemicznego. W dziedzinie pomiarów wielkości nieelektrycznych zamieszczono tyJk pomiary tych wielkości, które najczęściej znajdują się w polu zainteresowania inżynier⁰ elektryków zatrudnionych zarówno w przemyśle, jak i w energetyce.

9.2.    Charakteryzowanie dokładności

Dokładność jest podstawową cechą narzędzi pomiarowych i wyników pomiar⁰,^ Dokładność charakteryzuje się pośrednio podając właściwość przeciwną: niezgodn (chybienie) albo niepewność (niedokładność).

Od 1994 r. — Dziennik Urzędowy Miar i Probicmictwa.

Elementarną i podstawową miarą liczbową niezgodności jest błąd¹ bezwzględny

j =    (9.1)

W równaniu tym a jest wartością, której błąd wyznacza się, a więc jest wynikiem pomiaru, kazaniem przyrządu, nominalną (przyjętą) wartością wzorca. Natomiast v jest wartoś-".^s j.tóra powinna być otrzymana jako poprawny wynik pomiaru, poprawne wskazanie rayrząću albo wartość, którą powinno się przypisać wzorcowi. W teorii pomiaru ? nazywa się wartością rzeczywistą [prawdziwą). Uważa się, że v jest znane praktycznie dokładnie wówczas, gdy jego niepewność jest pomijalnie mała w stosunku do \A\ (np. avnosi ±10 do ±20% A). Z zasady w praktyce tok działań jest przeciwny; A jest otrzymywane w przybliżeniu z analizy dokładności i służy do dalszych obliczeń; może być _Dp. obliczona poprawka

,= -zl

(9.2)

(9.2a)

oraz może być w przybliżeniu wyznaczone v zc wzoru v = x+p

Wyznaczanie błędu bezwzględnego i poprawki jest zawsze zadaniem cząstkowym i sytuacyjnym przy opracowywaniu wyników pomiarów. Zadaniem głównym i docelowym jest zawsze liczbowe wyrażenie niepewności wyniku pomiaru, czynności pomiarowych lub narzędzia pomiarowego. Również poprawka jest zawsze wyznaczana z określoną niepewnością i ta niepewność jako jedna zc składowych przenosi się na niepewność wyniku pomiaru.

Liczbowymi miarami niepewności (niedokładności) są różnie dobierane funkcje f(A), w których A jest interpretowane jako zmienna losowa. Funkcja/(d)jest miarą liczbową rozrzutu wartości A zarówno ujawniających się przy powtarzaniu doświadczenia, jak i przewidywanych spekulatywnic (jako potencjalnie możliwych). Na najwyższym poziomie dokładności, w międzynarodowej i krajowej służbie miar, jest stosowana funkcja/(A) = o, tj. średnia kwadratowa (odchylenie standardowe). Charakteryzuje ona rozrzut możliwych (losowych) wartości A, które mogłyby zdarzać się w danych okolicznościach i obciążyć wynik pomiaru lub wartość wzorca. Z danych doświadczalnych praktycznie jest wyznaczane jedynie oszacowanie odchylenia a (estymator a). Na niższym poziomie dokładności — zarówno w metrologii prawnej, jak i w miernictwie technicznym — jest stosowanef(A) = S, tj. ocena ± S granic takiego przedziału, których prawic na pewno nic Przekracza ewentualny błąd A danego wyniku pomiaru lub narzędzia pomiarowego. Wówczas <5 nazywa się błędem granicznym bezwzględnym wyniku pomiaru lub błędem dopuszczalnym, gdy dotyczy narzędzia pomiarowego. Mówi się również wprost, że ± 5 jest ^n,ePewnością graniczną bezwzględną. Liczby wyrażające niepewność mają więc niejednoznaczny sens, gdyż mogą wyrażać charakterystykę średniokwadratową błędu albo też Stanice możliwego błędu (granice przedziału). Tylko 5 ma sens przedziału, ale sens różny zależnie od sposobu tworzenia oceny granic takiego przedziału (np. zależnie od im °^{mu u}^^no^^c')- Gdy więc jest podawana liczba wyrażająca niepewność, wówczas do jej ^eIPretacji są potrzebne dodatkowe dane, określające sens jej liczbowej miary, mó • ¹-^vraż^ania błędu i niepewności jest stosowana również skala względna. Wówczas ^s>ę zarówno o niepewności granicznej względnej, jak i odpowiednio o błędzie 9 ?dnym lub błędzie granicznym względnym wyrażonych następująco:

= A°

%

±3

v

-t-ó

■= ±ó°

(9.3)

dokj^to1c' względne podaje się w procentach (%) lub przy charakteryzowaniu dużej “uności — w milionowych częściach (ppm²) w stosunku do wyniku. Błąd dopusz-

1

Fy

2

Dnm ⁿ'^cj    używany termin uchyb.

^m - parts per miłiion (ang.); 1 ppm - 10"^ł\