На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Метрологическая надёжность СИ

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 18.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 9. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 
Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

«Уральский  государственный экономический  университет»

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА  

По дисциплине:  Методы и средства измерений, испытаний и контроля 

На тему: Метрологическая надёжность СИ   
 
 
 
 
 
 

Выполнил       Бобровский Варвара Сергеевна
студент:      
                                                 
                                          группа УК-09
                                                       
Проверил
преподаватель:     Михеева С.В. 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург
2011
Тема 1. Средства измерения, классификация и метрологические характеристики 

1.1.Средства  измерения 

Поскольку на практике необходимо измерять свойства общие  в качественном отношении многим объектам или явлениям, эти свойства без участия органов чувств человека должны быть каким-то образом обнаружены, в чем-то должны проявиться. Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств называют индикаторами. Например, стрелка магнитного компаса – индикатор направления силовых линий магнитного поля; осветительная электрическая лампочка – индикатор наличия электрического напряжения в сети; лакмусовая бумага – индикатор активности ионов водорода в растворах. 

С помощью индикаторов  устанавливается наличие измеряемой физической величины и регистрируется изменение ее значения. В этом отношении индикаторы играют роль человеческих чувств, а также значительно расширяют их возможности. Человек слышит в диапазоне 16…20000 Гц, в то время как техническими средствами обнаруживаются звуковые колебания от инфранизких (доли герца) до ультравысоких частот. Видят люди в узком оптическом диапазоне электромагнитных волн, а инструментально регистрируются электромагнитные колебания от сверхнизкочастотных радиоволн до жесткого гамма-излучения с частотой порядка 1022 Гц. В то же время еще не создано устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека или животных. 

Так как индикаторы должны обнаруживать проявления внешнего мира, важнейшей их технической характеристикой  является порог обнаружения (чувствительности). Чем меньше порог – тем более слабые проявления свойства регистрируются индикатором. Современные индикаторы имеют очень низкий порог обнаружения, лежащий на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Последние имеют тепловую природу, поэтому для снижения порога чувствительные элементы и электронные узлы особо чувствительных индикаторов охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. 

Индикаторы являются средствами измерения по шкале порядка. Для измерения по шкале отношений необходимо сравнивать неизвестный размер с известным и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется в сравнении. Так измеряют длину – линейкой, плоский угол – транспортиром, электрическое сопротивление – с помощью магазина сопротивлений. Если же нет физической величины известного размера, то сравнивается реакция прибора на воздействие измеряемой величины. Так измеряют: силу электрического тока – амперметром, давление – манометром, термодинамичекую температуру – термометром. При этом предполагается, что соотношение между откликами такое же, как и между сравниваемыми размерами. Для облегчения сравнения отклик на известное воздействие фиксируют на шкале прибора еще на стадии его изготовления, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой шкалы. 

Все технические  средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений. К ним относятся все вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и установки. 

Вещественные  меры предназначены для воспроизведения  физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением. При условии, что указывается точность, с которой воспроизводится номинальное значение физической величины, гиря является мерой массы, конденсатор – мерой емкости и т.д. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер. Гиря и конденсатор – однозначные меры, линейка и переменный конденсатор – многозначные. Измерения методом сравнения с мерой выполняются с помощью компаратора. Им могут служить равноплечные весы, измерительный мост. 

Измерительные преобразователи – это средства измерений, преобразующие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, хранения, обработки, но, как правило, недоступную для непосредственного восприятия наблюдателем. К измерительным преобразователям относятся термопары, измерительные усилители, преобразователи давления. По месту, занимаемому в измерительной цепи, они делятся на первичные, промежуточные и т.д.  

Измерительный прибор представляет собой совокупность преобразовательных элементов, образующих измерительную цепь, и отсчетного устройства. В отличие от вещественной меры измерительный прибор не воспроизводит известное значение физической величины.  

Измерительные установки состоят из функционально  объединенных средств измерений  и вспомогательных устройств, собранных в одном месте. В измерительных системах эти средства и устройства территориально разобщены и соединены каналами связи. И в установках, и в системах измерительная информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления. 

Качество измерений  зависит от многих факторов, однако в некоторых случаях требуется  заранее знать, какое влияние  на результаты измерений и их точность оказывают средства измерений. К таким случаям относятся: 

– Априорная  оценка точности измерений. При ее выполнении наряду с другими факторами должна учитываться точность средств измерений; 

– Выбор средств  измерений, применение которых в известных условиях обеспечит требуемую точность измерений. Эта задача является обратной к предыдущей; 

– Сравнение  различных средств измерений  по их метрологическим свойствам  как на этапе проектирования, так  и в процессе эксплуатации. 

Характеристики  средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений и их точность, называются метрологическими характеристиками средств измерений. Их можно разбить на группы: 

– Характеристики, предназначенные для определения  показаний средств измерений. К  ним относятся: функция преобразования измерительного преобразователя; значения однозначной или многозначной меры; вид выходного кода, разрядность кода средств измерения, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде. 

– Характеристики качества показаний – точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при метрологической аттестации средства измерений. 

– Характеристики чувствительности средства измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции влияния и учет изменений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин. 

– Динамические характеристики средств измерений, учитывающие их инерционные свойства. 

– Характеристики взаимодействия с устройствами на выходе и на входе средств измерений. 

– Неинформативные  параметры выходного сигнала, обеспечивающие нормальную работу устройства, подключенного  к средству измерений. Например, выходным сигналом преобразователя напряжения в среднюю частоту следования импульсов является последовательность импульсов. Для определения значения измеряемого напряжения к выходу преобразователя подключается частотомер. Он будет нормально работать только в том случае, если амплитуда и форма импульсов преобразователя, хотя они не несут информацию о значении измеряемого напряжения, будут удовлетворять определенным условиям.  

Метрологические характеристики являются показателем  качества и технического уровня всех без исключения средств измерений.  

Учет всех метрологических  характеристик средств измерений  – сложная и трудоемкая процедура, оправданная только при измерениях очень высокой точности, характерных  только для метрологической практики. В обиходе и на производстве такая  точность, как правило, не нужна. Средства измерений, используемые в повседневной практике, принято делить по точности на классы. Классом точности называется обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и устанавливающая оценку снизу точности показаний. У плоскопараллельных концевых мер длины, например, такими характеристиками являются: пределы допустимых отклонений от номинальной длины и плоскопараллельности; пределы допустимого изменения длины в течение года. 

Обозначения классов  точности наносятся на циферблаты, корпуса средств измерений, приводятся в нормативных актах. Обозначения  могут быть в виде заглавных букв латинского алфавита, римских цифр. Их значение расшифровывается в нормативно-технической  документации. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средств измерений. 

Для средств  измерений с равномерной, практически  равномерной или степенной шкалой, нулевое значение выходного (входного) сигнала у которых находится на краю или вне диапазона измерений, обозначение класса точности арабской цифрой из ряда (1, 1.5, 1.6, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6) ?10n, где n =1, 0, -1, -2 и т.д., говорит, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на соответствующее число процентов от верхнего предела измерений. Заключение цифры в окружность означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое показывает указатель. 

1.2. Метрологическая  надежность средств  измерений 

В процессе эксплуатации средства измерений может возникнуть поломка или неисправность, называемая отказом. Внезапные отказы вследствие их случайности прогнозировать нельзя. Для большого числа промышленно выпускаемых электрических и радиотехнических элементов средств измерений (транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.) имеются специальные таблицы, в которых указывается интенсивность их отказов – количество отказов в единицу времени. Если таких данных нет, то их можно получить экспериментальным путем в результате испытания элементов на надежность. Для этого N однотипным элементам задаются одинаковые режимы работы и фиксируется число отказов M за время T. Тогда интенсивность отказа элемента вычисляется по формуле.  

 

Зная интенсивность  отказов каждого элемента, можно  определить интенсивность отказов  средства измерений, состоящего из этих элементов:  


 
где   n –  количество типов элементов, входящих в состав средства измерений; mi – количество элементов i-го типа. 

Когда речь идет о внезапных отказах, вероятность  безотказной работы определяется как
 

 и наработка на отказ (среднее время безотказной работы). 

 

По характеру  своего проявления внезапные отказы являются явными. Они сравнительно легко обнаруживаются и после выяснения их причин – устраняются. Сложнее дело обстоит с диагностикой так называемых постепенных отказов, которые заключаются в том, что с течением времени метрологические характеристики перестают соответствовать установленным для них нормам, и средство измерений вследствие этого становится непригодным. Такие отказы являются скрытыми и могут быть обнаружены только при очередной поверке средства измерений, поэтому межповерочные интервалы устанавливают исходя из метрологической надежности средств измерений. 

Метрологическая надежность – это свойство средств  измерений сохранять установленные  значения метрологических характеристик  в течение определенного времени  при нормальных режимах и рабочих условиях эксплуатации. Метрологическим отказом называют выход метрологической характеристики средства измерений за пределы нормы. Метрологические отказы являются следствием старения и износа элементов и узлов средств измерений, так что их интенсивность со временем возрастает. 

На практике межповерочные интервалы устанавливают  исходя из следующей формулы: 

 

где   Рм(t) – вероятность безотказной в  метрологическом смысле работы, а  Рм.отк – вероятность метрологического отказа за время между поверками, выбираемая из следующих установок: 

Для средств измерений, используемых  при
Значение  вероятности  метрологического  отказа
технических измерениях 0,2…0,1
передаче  информации о размере единиц 0,15…0,05
особо важных, ответственных измерениях 0,05…0,01
 
1.3. Режимы работы  средств измерений 

1.3.1. Установившийся режим 

Указатель отсчетного устройства любых измерительных  приборов (амперметров, вольтметров, частотомеров как электронных, так и аналоговых) останавливается около одной  из отметок шкалы спустя некоторое время после начала измерения физической величины постоянного размера. У показывающих измерительных приборов это время называется временем установления показания, а режим работы средства измерений после установления показания – установившийся режим.  

У измерительных  преобразователей реакция на входное  воздействие называется откликом, или  выходным сигналом. Это может быть отклонение стрелки, изменение длины  столба термометрической жидкости и  т.п. Время установления выходного  сигнала называется временем реакции средства измерений. Зависимость между входным воздействием и откликом на него измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой или шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины, называется функцией преобразования. В установившемся режиме функция преобразования представляет собой линейное или нелинейное алгебраическое уравнение статики.
1.3.2. Переходный режим 

При времени, меньшем  времени установления показаний, режим  работы средств измерений называется переходным. В этом режиме сказываются инерционные свойства средства измерений: оно не успевает должным образом отреагировать на изменение входного воздействия, в результате чего выходной сигнал оказывается искаженным по сравнению с входным. В переходном режиме отклик средства измерений не соответствует значению измеряемой величины, установленному при градуировке шкалы. Такой режим описывается нелинейным или линейным дифференциальным уравнением динамики: 

 

где   Q(t) –  известное входное воздействие, называемое также входным сигналом, вызывающим на себя отклик средства измерений;
X(t) – выходной  сигнал. 

1.3.3. Стационарный режим 

До сих пор  предполагалось, что переходной режим  работы средства измерений с течением времени переходит в установившийся. Однако так бывает далеко не всегда. Например, при непрерывно изменяющемся входном воздействии инерционность средства измерений может привести к тому, что оно все время будет работать в неустановившемся режиме, характеризующимся искажением входного воздействия. В качестве примера рассмотрим работу пикового детектора – измерительного преобразователя, находящего широкое применение в вольтметрах переменного напряжения. 
 


Рис. 1.1. Пиковый детектор с открытым (а) и закрытым входом (б) 

Два варианта схемы работы пикового детектора: с открытым и закрытым входом приведены на рис. 1.1. При подаче на вход синусоидального напряжения во время положительных полупериодов происходит заряд конденсатора через сопротивление диода и внутреннее сопротивление источника. Во время отрицательных полупериодов конденсатор разряжается в пиковом детекторе с открытым входом через сопротивление нагрузки R, а в пиковом детекторе с закрытым входом – через сопротивление нагрузки R и внутреннее сопротивление источника. Постоянная времени разряда много больше постоянной времени заряда. Поэтому через несколько периодов к обкладкам конденсатора оказывается приложенным слабо пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого U0 немного меньше амплитуды входного сигнала. Отклик пикового детектора на входное напряжение синусоидальной формы показан на рис. 1.2. У пикового детектора с открытым входом напряжение является откликом на напряжение на конденсаторе, а у пикового детектора с закрытым входом постоянная составляющая напряжения на конденсаторе может рассматриваться как источник постоянного напряжения, включенный последовательно с Uвх. Поэтому у пикового детектора с закрытым входом 

 

Как бы долго  не продолжалась работа пикового детектора  в рассматриваемом режиме, напряжение на его выходе ни при каких условиях не будет стремиться к постоянному установившемуся значению. Вместе с тем основные характеристики выходного процесса остаются постоянными. Режим работы средств измерений, при которых параметры выходного процесса не зависят от времени, называется стационарным.
 

Рис. 1.2. Отклик пикового детектора с открытым (а) и закрытым входом (б)
на синусоидальное напряжение. 

1.3.4. Нестационарный режим
Режим работы средств  измерений, при котором хотя бы один из параметров выходного процесса меняется со временем, называется нестационарным. Так, в приведенном выше примере выход на стационарный режим работы пикового детектора осуществлялся в течение некоторого времени, пока конденсатор заряжался до некоторого установившегося среднего значения на его обкладках. Все это время пиковый детектор работал в нестационарном режиме. Нестационарный режим не всегда переходит в стационарный. Если параметры входного воздействия меняются во времени, средство измерений может постоянно работать в нестационарном режиме.  

1.4. Статические и динамические измерения 

Рассмотренные режимы работы средств измерений приведены на рис. 1.3. Измерения постоянных величин в установившемся режиме, а также измерения в стационарном режиме изменяющихся во времени процессов относят к статическим. Измерения постоянных величин в переходном режиме, меняющихся во времени величин в стационарном режиме, а также любые измерения в нестационарном режиме как самих величин, так и параметров протекающих во времени процессов относят к динамическим. 

 

Рис. 1.3. Связь между характером измерений
и режимами работы средств измерений 

При статических  измерениях имеется возможность  воспользоваться градуировкой шкалы  отсчетного устройства по известным  входным воздействиям. Связь между  входным воздействием и откликом на него устанавливается функцией преобразования средств измерений. 

При динамических измерениях существенную роль играют инерционные свойства средств измерений. Они учитываются его динамическими  характеристиками, которые могут быть полными и частными. 

Полные динамические характеристики исчерпывающим образом  описывают инерционные свойства средств измерений. К ним относятся: уравнения динамики, передаточная функция, комплексный коэффициент преобразования (совокупность амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик), переходная характеристика, импульсная характеристика. 

Частные динамические характеристики отражают лишь некоторые  инерционные свойства средств измерений. Это отдельные параметры полных динамических характеристик или некоторые величины, определяющие динамику протекающих процессов: время установления показаний, ширина пропускания частот и т.д. 

На динамические характеристики средств измерений  устанавливаются нормы. Соответствие этим нормам проверяется при поверке  средств измерений. С этой целью в качестве входных воздействий используются так называемые испытательные сигналы. Наиболее распространенные из них – это единичная ступень, единичный импульс, монохроматическое колебание, показанные на рис. 1.4.  

 

Рис. 1.4. Испытательные сигналы:
а – единичная  ступень; б – единичный импульс; в – монохроматическое колебание 

Переходная характеристика экспериментально определяется как  отклик средства измерений на входное  воздействие в виде единичной  ступени. 

Импульсная характеристика экспериментально определяется как отклик средства измерений на входное воздействие в виде единичного импульса. 

При экспериментальном  определении динамических характеристик  приходится считаться с тем, что  реальные сигналы отличаются от теоретических моделей. Возможно, более точное воспроизведение испытательных сигналов составляет главную проблему метрологического обеспечения динамических измерений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема 2. Погрешности средств измерений 

Погрешность средств  измерений – разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. 

Примечание. Для  меры показанием является ее номинальное  значение.  

Номинальным значением  средства измерения является значение физической величины, определенное в соответствии с паспортом средства измерения. 

Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. 

Для сравнительной  оценки средств измерений используется понятие «точность» средства измерений – это характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю. 

2.1. Классификация погрешностей средств измерений 

    По форме  числового выражения
1.1. Абсолютная  погрешность – погрешность средства  измерений, выраженная в единицах измеряемой физической величины: 

 

где   XИ  – измеренная величина.  

XД – действительная  величина. Измерение действительного  значения производится с помощью  образцового прибора или воспроизводится  мерой.  

1.2. Относительная  погрешность – погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений как к действительному значению измеренной физической величины. Относительную погрешность выражают в процентах: 

 

где    XИ  – измеренная величина. 

XД – действительная  величина. 

1.3. Приведенная  погрешность – относительная  погрешность, выраженная отношением  абсолютной погрешности средства  измерений к условно принятому  значению величины (нормирующему  значению), постоянному во всем  диапазоне измерений или в части диапазона. Приведенную погрешность также выражают в процентах. 

 

где   XN –  нормирующее значение измеряемой величины. 

2. По закономерности  проявления.  

2.1. Систематическая  погрешность – составляющая погрешности  средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся. 

2.2. Случайная  погрешность – составляющая погрешности  средства измерений, изменяющаяся  случайным образом. 

2.3. Грубая погрешность  – погрешность измерения, существенно  превышающая ожидаемую при данных  условиях погрешность. 

3. По условиям  применений.  

3.1. Основная  погрешность – погрешность средства  измерений, применяемого в нормальных  условиях. 

Нормальными условиями  применения средств измерений называют условия, при которых влияющие величины имеют номинальные значения или находятся в пределах нормальной области значений. Нормальные условия применения указываются в стандартах или технических условиях применения на средствах измерений. При использовании средств измерений в нормальных условиях считают, что влияющие на них величины практически никак не изменяют их характеристики. Так, для многих типов средств измерений нормальными условиями являются – температура – (293 ± 5)К, относительная влажность – (65 ± 15)%, напряжение в сети питания – 220 В ± 10 %.  

3.2. Дополнительная  погрешность – составляющая погрешности  средства измерений, возникающая  дополнительно к основной погрешности  вследствие отклонения какой-либо  из влияющих величин от нормального  ее значения или вследствие  ее выхода за пределы нормальной  области значений. Дополнительная погрешность может быть вызвана изменением сразу нескольких влияющих величин. Дополнительная погрешность – это часть погрешности, которая добавляется (алгебраическое сложение) к основной в случаях, когда измерительное устройство применяется в рабочих условиях.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.