Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и 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 оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Метрологическая надёжность СИ

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 18.10.2012. Год: 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 оригинальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


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