Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Metrologia METROLOGIA - nauka o pomiarach (metron – miara, logos – słowo, nauka) Rola metrologii w dzisiejszym świecie: orientacja w środowisku, poznanie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Metrologia METROLOGIA - nauka o pomiarach (metron – miara, logos – słowo, nauka) Rola metrologii w dzisiejszym świecie: orientacja w środowisku, poznanie."— Zapis prezentacji:

1 1 Metrologia METROLOGIA - nauka o pomiarach (metron – miara, logos – słowo, nauka) Rola metrologii w dzisiejszym świecie: orientacja w środowisku, poznanie nowych i weryfikacja znanych praw fizycznych są możliwe gdy przyjmowane hipotezy mogą być zweryfikowane przynajmniej jakościowo – wymagają pomiarów najwyższej dokładności, metrologia jest podstawową częścią infrastruktury dzisiejszego świata, ekonomiczny sukces większości przemysłów wytwórczych jest bezpośrednio zależny od jakości wytworzonych produktów - wymagania w którym metrologia spełnia kluczową rolę, wymiana handlowa, zdrowie i bezpieczeństwo ludzkie zależne jest od wiarygodności pomiarów w diagnostyce i opiece medycznej, ochrona środowiska w zakresie krótko- i długotrwałych destrukcyjnych efektów działalności przemysłu (człowieka) może być tylko zapewniona na podstawie dokładnych i wiarygodnych pomiarów; automatyczne sterowanie,

2 2 Metrologia METROLOGIA [gr.], dziedzina wiedzy o pomiarach; obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne problemy związane z pomiarami, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej i dokładności pomiaru; w zakres metrologii wchodzą zagadnienia dotyczące jednostek miar oraz ich etalonów, pomiarów, narzędzi pomiarowych oraz cech obserwatorów; metrologia obejmuje również wyznaczanie stałych fizycznych oraz określanie właściwości materiałów i tworzyw. Rozróżnia się: metrologię ogólną, zajmującą się wspólnymi problemami wszystkich zagadnień metrologicznych, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej (np. ogólne zagadnienia teoretyczne i praktyczne dotyczące jednostek miar, błędów pomiarów, właściwości metrologicznych narzędzi pomiarowych); metrologię stosowaną, odnoszącą się do określonego rodzaju wielkości mierzonej (np. metrologię długości, czasu, masy, temperatury) lub obejmującą pomiary w określonych dziedzinach nauki i techniki (m.in. metrologia elektryczna, mechaniczna, przemysłowa, techniczna, warsztatowa, medyczna, sportowa); metrologię teoretyczną, zajmującą się teoretycznymi zagadnieniami pomiarów (np. ogólną teorią pomiarów, teorią wielkości oraz jednostek miar, błędów pomiarów, przetwarzaniem oraz przekazywaniem informacji pomiarowej);

3 3 Metrologia technikę pomiarów - to sposób wykonania pomiarów, a w tym użyta aparatura badawcza i narzędzia pomiarowe (zwłaszcza ich niedokładność) (np. technika pomiaru zakłóceń, technika pomiaru ścieków, technika pomiarów ciała ludzkiego, technika pomiaru tętna itp.); metrologię prawną, formułującą urzędowo obowiązujące wymagania techniczne i prawne, mające na celu zapewnienie jednolitości jednostek miar, bezpieczeństwa i należytej dokładności pomiarów. Zagadnieniami metrologii w Polsce zajmuje się Główny Urząd Miar (metrologia prawna) oraz wyspecjalizowane katedry wyższych uczelni, instytuty nauk.-badawcze, organy NOT; najważniejsze międzynarodowe organizacje, zajmujące się metrologią, to organy Konwencji Metrycznej ( ) oraz Międzynarodowa Organizacja Metrologii Prawnej.

4 4 Metrologia Pomiar - doświadczalne porównanie określonej wielkości mierzalnej z wzorcem tej wielkości przyjętym umownie za jednostkę miary, którego wynikiem jest przyporządkowanie wartości liczbowej mówiącej ile razy wielkość mierzona jest większa lub mniejsza od wzorca.

5 5 Metrologia Wielkość fizyczna, mierzalna, to właściwość zjawiska lub ciała, którą można rozróżnić jakościowo i wyznaczyć ilościowo. Wielkość taka posiada swoją jednostkę miary. Wielkość mierzona to konkretny stan wielkości fizycznej, którego wyznaczenie jest celem pomiaru. Jednostka miary jest umownie przyjętą i wyznaczoną z dostateczną dokładnością wartością danej wielkości, która służy do porównania ze sobą innych wartości tej samej wielkości. Zbiór jednostek miar wielkości mierzalnych nosi nazwę układu jednostek miar.

6 6 Metrologia Identyfikacja cech jest to odkrywanie i ścisłe określanie cech ciał i zjawisk użytecznych dla człowieka z praktycznego i naukowego punktu widzenia. Proces identyfikacji zawiera kilka nieodzownych operacji: · odkrycie interesującej człowieka cechy ciała lub zjawiska, · ścisłe określenie jej przez sformułowanie definicji, · nadanie jej nazwy słownej, · oznaczenie symbolem literowym, · powołanie do życia jednostki miary, · nadanie nazwy jednostce, · oznaczenie jednostki symbolem literowym. Aby zobiektywizować stopień występowania danej cechy w konkretnym przypadku dokonujemy odwzorowania stanu cechy z dziedziny rzeczywistości w abstrakcyjną wartość liczbową na skali. Skala pomiarowa jest uporządkowanym zbiorem W wartości wzorcowych danej wielkości mierzalnej. Tworzenie skali pomiarowej wymaga dwóch zasadniczych kroków. 1. Powołania do życia jednostki miary. 2. Obmyślenie i realizacja doświadczenia, w wyniku którego można byłoby stwierdzić równoważność dwóch cech tego samego rodzaju, np. przyłożenie linijki, pomiar mas na wadze szalkowej.

7 7 Skala pomiarowa Nauki przyrodnicze opisują świat w sposób ilościowy, dlatego muszą one korzystać z metod ilościowego pomiaru badanych parametrów. Pomiar ilościowy wymaga skali, czyli wyróżnionego, ustalonego wzorca, z którym porównuje się wartość mierzonego parametru, otrzymując wynik liczbowy, który można dalej przetwarzać matematycznie, zgodnie z prawami danej teorii. Istnieje kilka rodzajów skal, zależnych od własności mierzonej wielkości. Używa się 4 rodzajów skal pomiarowych: 1. skala nominalna – gdy obiektom przynależącym do tej samej kategorii przypisuje się tę samą liczbę np. płeć, region itp. Liczba przypisana w przypadku tej skali spełnia tylko rolę identyfikatora, informuje o przynależności, np. nie można tych liczb do siebie dodawać, porównywać. 2. skala porządkowa (rangowa) – gdy przypisanie obiektom liczb pozwala je uporządkować pod względem nasilenia cechy, np. wszystkich respondentów możemy uporządkować ze względu na wykształcenie (podstawowe, średnie itd.). Na podstawie danych możemy powiedzieć, że ktoś jest bardziej wykształcony od innej osoby, ale już nie możemy powiedzieć o ile, bo skala nie ma stałej jednostki pomiaru. Innymi przykładami skal porządkujących jest skala twardości minerałów, opracowana przez F. Mohsa w 1812 roku (służąca do określania względnej twardości minerałów; wzorcem jest w niej 10 minerałów uporządkowanych wg rosnącej twardości: 1 talk, 2 gips, 3 kalcyt, 4 fluoryt, 5 apatyt, 6 ortoklaz, 7 kwarc, 8 topaz, 9 korund, 10 diament), oraz skala Beauforta (1805).

8 8 Skala pomiarowa 3. skala przedziałowa (interwałowa) – zostaje określona przez wskazanie STAŁEJ jednostki miary i relacji przyporządkowującej każdemu wynikowi obserwacji liczbę określoną z dokładnością do przekształcenia liniowego (y = ax + b), co oznacza, że nie zmieniając relacji między poszczególnymi badanymi obiektami możemy do wszystkich wyników dodawać/odejmować stałą i/lub mnożyć przez stałą np. centymetry możemy zamienić na cale (1 cal = 2.54 cm) albo stopnie Celsjusza na stopnie Fahrenheita. 4. skala ilorazowa (stosunkowa) - określona zostaje przez wskazanie stałej jednostki miary, istnienie zera bezwzględnego (jednostronnego ograniczenia zakresu skali) oraz wskazanie relacji przyporządkowania każdemu wynikowi obserwacji liczby. Tym, co odróżnia skalę ilorazową od przedziałowej jest istnienie ZERA BAZWZGLĘDNEGO.

9 9 Jednostki miar Jednostka miary jest umownie przyjętą i wyznaczoną z dostateczną dokładnością wartością danej wielkości, która służy do porównania ze sobą innych wartości tej samej wielkości. Zbiór jednostek miar wielkości mierzalnych nosi nazwę układu jednostek miar. Z uwagi na bardzo dużą liczbę wielkości mierzalnych niezależnie definiowanie każdej wielkości fizycznej i jej jednostki miary prowadzi do powstawania bardzo niewygodnego w użyciu układu. Dlatego też dąży się do wyboru takich układów jednostek, w których kilka wielkości i ich jednostki przyjmuje się umownie za podstawowe, a pozostałe ustala się na podstawie równań wiążących je z wielkościami podstawowymi. W historii rozwoju pomiarów wprowadzono wiele układów jednostek. Obecnie obowiązuje międzynarodowy układ jednostek, tzw. układ SI. Różni się on od innych dotychczas stosowanych tym, że obejmuje wszystkie dziedziny nauki i techniki.

10 10 Podstawowymi jednostkami układu SI są: jednostka długości - metr, jednostka masy - kilogram, jednostka czasu - sekunda, jednostka natężenia prądu - amper, jednostka - temperatury - kelwin, jednostka światłości - kandela, jednostka liczności materii - mol. Uzupełniającymi jednostkami tego układu są: jednostka kąta płaskiego – radian oraz jednostka kąta bryłowego - steradian. Do opisu zjawisk elektrycznych używa się jednostki natężenia prądu amper (A), której definicja jest następująca: "amper" jest to prąd elektryczny nie zmieniający się, który, płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości jednego metra od siebie, wywołałby między tymi przewodami siłę 2 ⋅ N (niutonów) na każdy metr długości przewodu. Jednostki innych wielkości elektrycznych można wyznaczyć opierając się na jednostce prądu. Jednostki miar

11 11 Najważniejsze pochodne jednostki elektryczne i magnetyczne: Wat (W) jest to moc, przy której praca wykonana w czasie 1s (sekunda) jest równa jednemu 1J (dżul). Wolt (V) jest to napięcie elektryczne występujące między dwiema powierzchniami ekwipotencjonalnymi jednorodnego przewodu prostoliniowego, którym płynie nie zmieniający się prąd 1A (amper), a moc wydzielana przez przewód między tymi powierzchniami jest równa 1W (wat). Om (Ω) jest to opór elektryczny między dwiema powierzchniami ekwipotencjonalnymi przewodu jednorodnego prostoliniowego, gdy niezmienne napięcie elektryczne 1V (wolt), występujące między tymi powierzchniami, wywołuje w tym przewodzie prąd elektryczny 1 A (amper). Kulomb (C) jest to ładunek elektryczny przepływający w czasie 1s (sekunda) przez powierzchnię, gdy prąd elektryczny płynący przez tę powierzchnię wynosi 1A (amper). Farad (F) jest to pojemność elektryczna, jaką ma kondensator, w którym między elektrodami występuje napięcie elektryczne 1V (wolt), gdy znajdują się na nich różnoimienne ładunki elektryczne o wartości 1C (kulomb). Jednostki miar

12 12 Henr (H) jest to indukcyjność obwodu, w którym indukuje się siła elektromotoryczna 1V (wolt), gdy prąd elektryczny płynący w tym obwodzie zmienia się jednostajnie o 1 A (amper) w czasie 1s (sekunda). Weber (Wb) jest to strumień magnetyczny, który, malejąc jednostajnie do zera w czasie 1s (sekunda), indukuje siłę elektromotoryczną 1V (wolt) w obejmującym ten strumień magnetyczny obwodzie zamkniętym, jednozwojowym, wykonanym z przewodu o przekroju kołowym znikomo małym. Tesla (T) jest to indukcja magnetyczna pola magnetycznego równomiernego, przy której na przekrój poprzeczny 1m 2 (metr kwadratowy) przypada strumień magnetyczny 1Wb (weber). Jednostki miar

13 13 Wielokrotność i podwielokrotność jednostek miar wyraża się w układzie dziesiętnym przez dodanie odpowiednio do nazwy lub oznaczenia jednostki miary następujących przedrostków lub ich oznaczeń. Jednostki miar

14 14 Wzorce są to narzędzia pomiarowe odtwarzające jednostki miary lub ich wielokrotności. Od wzorców wymaga się niezmienności w czasie, dużej dokładności, łatwego odtwarzania i stosowania. Wzorce charakteryzują się następującymi parametrami: nominalna miara wzorca, niedokładność miary wzorca, okres zachowania niedokładności miary wzorca, warunki, w których miara i dokładność są zachowane. Powyższe dane podaje się bądź bezpośrednio na wzorcu lub w jego metryce. Wzorce z postępem techniki zmieniają definicje, a co najważniejsze ich dokładność jest coraz wyższa. Dobrym przykładem tego procesu jest wzorzec metra, którego definicja w ostatnich 200 latach uległa zmianie pięciokrotnie, a błąd graniczny dokładności odtworzenia wzorca metra zmniejszył się milion razy. Wzorce

15 15 Wzorce

16 16 W zależności od roli, jaką pełnią w procesach pomiarowych, tworzy się pewną „piramidę” hierarchiczną wzorców. Na wierzchołku tej piramidy znajdują się etalony. Etalonami nazywamy wzorce przeznaczone wyłącznie do przekazywania jednostki miary (jej wielokrotności lub podwielokrotności) innym wzorcom. Są to wzorce pierwotne o randze wzorca państwowego (etalon państwowy) oraz wzorce I i II rzędu (etalony odniesienia i kontrolne). Piramida hierarchiczna wzorców opiera się na wzorcach użytkowych, które okresowo porównywane są z etalonami. Wzorce użytkowe biorą bezpośredni udział w procesach pomiarowych. Klasyfikacja wzorców: wzorzec użytkowy - biorący bezpośredni udział w procesach pomiarowych, wzorzec kontrolny - służący do okresowej kontroli wzorców użytkowych, wzorzec odniesienia - służący do sprawdzania przez Główny Urząd Miar, wzorców kontrolnych, sprawdzany przez wzorzec pierwotny, wzorzec pierwotny - wzorzec o najwyższej dokładności, mający rangę wzorca państwowego, służący do sprawdzania wzorców odniesienia, wzorzec świadek - o tej samej dokładności co wzorzec pierwotny, dublujący go w razie potrzeby Wzorce

17 17 Tradycyjnym wzorcem napięcia jest nasycone ogniwo Westona. Jest to przyrząd elektrochemiczny, który mieści się w szklanym naczyniu (rys.). Elektrodami ogniwa są druty platynowe wtopione w ramiona naczynia. Biegunem dodatnim ogniwa jest rtęć (Hg), biegunem ujemnym - amalgamat kadmu (Cd 9-Hg), a elektrolitem - nasycony roztwór siarczanu kadmowego ( CdSO 4 ). Wzorzec napięcia – ogniwo Westona Dla temperatury 20 o C wartość napięcia na zaciskach ogniwa jest równa 1,018636V.

18 18 Obecnie pomiary z użyciem ogniwa Westona jako wzorca napięcia są zastępowane pomiarami z użyciem nadprzewodzącego złącza Josephsona. Złącze Josephsona składa się z dwóch nadprzewodników rozdzielonych cienką warstwą dielektryka. W temperaturze ciekłego helu przez taką warstwę dielektryczną może przepływać prąd (tzw. prąd tunelowy), będący sumą prądu pojedynczych elektronów i elektronów związanych w pary. Stałoprądowy efekt Josephsona polega na tym, że przez złącze może przepływać prąd stały o wartości mniejszej od pewnej wartości krytycznej nie wywołując spadku napięcia na złączu. Przemiennoprądowy wewnętrzny efekt Josephsona występuje w przypadku umieszczenia złącza spolaryzowanego prądem stałym w słabym (1mT) stałym polu magnetycznym. Wówczas przez złącze, oprócz prądu stałego, płynie również prąd przemienny o częstotliwości zależnej od napięcia U polaryzującego złącze zgodnie z zależnością: Wzorzec napięcia – złącze Josephsona Gdzie: e – ładunek elektronu, h – stała Plancka.

19 19 Wzorzec napięcia – złącze Josephsona

20 20 Użytkowymi wzorcami rezystancji są bardzo starannie wykonane oporniki z drutu i taśm rezystancyjnych. Najczęściej spotykany podział tych wzorców, to: wzorce nienastawne, odtwarzające jedną wartość rezystancji - zwane opornikami wzorcowymi i wzorce nastawne, odtwarzające wiele wartości rezystancji - zwane opornikami dekadowymi. Elementy rezystancyjne oporników wzorcowych wykonuje się ze stopów miedzi znanych pod nazwami handlowymi manganin i nikrothal. Manganin cechują następujące parametry elektryczne: współczynnik temperaturowy rezystancji ≤ 2 ⋅ K -1, rezystywność około 43 ⋅ Ωm, napięcie termoelektryczne względem miedzi - około 1 µV/K. Nikrothal ma współczynnik temperaturowy rezystancji ≤ 1 ⋅ K -1, rezystywność - około 133 ⋅ Ωm i napięcie termoelektryczne względem miedzi - około 2 µV/K. Elementy rezystywne wykonane z manganinu lub nikrothalu po poddaniu ich sztucznemu starzeniu wykazują dużą stałość rezystancji w czasie. Oporniki wzorcowe mają dwie pary zacisków: dwa zaciski prądowe i dwa zaciski napięciowe. Zaciski prądowe służą do doprowadzenia prądu do opornika, a zaciski napięciowe do pomiaru napięcia na oporniku. Stosowanie zacisków prądowych i napięciowych zmniejsza błędy spowodowane skończonymi rezystancjami na stykach przewodów łączących i zacisków, zwłaszcza tam, gdzie są one porównywalne z wartością rezystancji opornika wzorcowego. Wzorce – oporniki wzorcowe

21 21 Wzorce – oporniki wzorcowe

22 22 NARZĘDZIA POMIAROWE, środki techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów, obejmujące wzorce miar, przyrządy pomiarowe, przetworniki pomiarowe, układy pomiarowe, systemy pomiarowe; rozróżnia się: narzędzia pomiarowe użytkowe — przeznaczone do pomiarów użytkowych (lecz nie do sprawdzania innych narzędzi), np. waga handlowa, licznik energii elektrycznej; narzędzia pomiarowe kontrolne (etalon) — przeznaczone do sprawdzania innych narzędzi pomiarowych., podlegające kontroli organów państwowej służby metrologii prawnej (w Polsce — Głównemu Urzędowi Miar lub podległym mu placówkom); kontrola narzędzi pomiarowych obejmuje: badanie typu, legalizację narzędzi pomiarowych lub uwierzytelnienie oraz nadzór metrologiczny (m.in. kontrola napraw i właściwego użytkowania). Narzędzia pomiarowe

23 23 LEGALIZACJA NARZĘDZIA POMIAROWEGO, to czynności wykonywane przez organ państwowej służby metrologii prawnej lub przez inny organ do tego upoważniony, polegające na stwierdzeniu i zaświadczeniu, że narzędzie pomiarowe całkowicie spełnia wymagania przepisów legalizacyjnych; obejmuje sprawdzenie i ocechowanie narzędzia pomiarowego lub wydanie świadectwa legalizacyjnego; w Polsce legalizacje narzędzi pomiarowych przeprowadza Główny Urząd Miar (GUM) lub podległe mu placówki, a także instytucje upoważnione przez GUM. Legalizacja

24 24 Definicja pomiaru zgodnie z PN-71/N Pomiar jest to doświadczenie fizyczne, mające na celu wyznaczenie wartości danej wielkości fizycznej. Wynikowi pomiaru powinna towarzyszyć informacja o jego dokładności. Mierzenie 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. Pomiar

25 25 - badamy nie obiekt fizyczny, ale jego model matematyczny, - cechy obiektu są reprezentowane przez dobrze zdefiniowane parametry, - jakość modelu zjawiska/obiektu ma wpływ na późniejszą interpretację wyniku, - nie uwzględnienie wpływu czynników zewnętrznych na obiekt może powodować, że zamiast obiektu będziemy badać czynniki zewnętrzne, - urządzenie pomiarowe nie powinno ingerować w obiekt (pobierać lub oddawać energii), Struktura typowego procesu pomiarowego

26 26 Przyrząd pomiarowy przyporządkowuje zbiorowi mierzonych cech obiektu zbiór wartości, zwykle w postaci wartości liczbowych. Podstawą tego przyporządkowania jest skala pomiarowa, a wiec zbiór uporządkowanych liczb, którym odpowiadają wartości mierzonej cechy obiektu. Skalę pomiarową budujemy w oparciu o wzorce, a interwałem skali jest zwykle wartość wielkości przyjęta za jednostkę miary. Przyrząd pomiarowy

27 27 Zasada pomiaru określa zjawisko fizyczne stanowiące podstawę pomiaru np. zasada proporcjonalnego wydłużania słupka rtęci pod wpływem wzrostu temperatury. Sposób pomiaru określa kolejność czynności koniecznych do wykonania pomiaru. Metoda pomiarowa określa sposób postępowania przy porównaniu parametrów badanego zjawiska z wzorcem celem wyznaczenia wartości danej wielkości fizycznej. Metody pomiarowe klasyfikuje się według różnych kryteriów. Najczęściej dzieli się je ze względu na sposób: – uzyskania wyniku pomiaru, – porównania dokonywanego w trakcie procesu pomiarowego, – przetwarzania sygnału pomiarowego. Zasada pomiaru

28 28 Metody pomiarowe

29 29 W zależności od sposobu otrzymania wartości wielkości mierzonej pomiary podzielić można na bezpośrednie i pośrednie. Pomiary bezpośrednie to takie, w wyniku których otrzymuje się bezpośrednio wartość wielkości mierzonej bez potrzeby wykonywania dodatkowych obliczeń opartych na zależnościach funkcjonalnych. Przykładami takich pomiarów jest pomiar napięcia woltomierzem, pomiar rezystancji omomierzem, pomiar częstotliwości częstościomierzem. Pomiary pośrednie to takie, w których otrzymuje się wartości innych wielkości związanych funkcjonalnie z wielkością mierzoną i znając zależność funkcjonalną oblicza się wielkość mierzoną. Przykładami pomiarów pośrednich jest pomiar rezystancji przez pomiar amperomierzem natężenia prądu płynącego przez rezystor i woltomierzem napięcia na rezystorze, pomiar energii elektrycznej na podstawie pomiarów napięcia, prądu i czasu, pomiar indukcyjności cewki przez pomiar napięcia i natężenia prądu przy przepływie prądu stałego i zmiennego. Pomiary złożone (uwikłane), w których m wyników y i i n wartości x j bezpośrednio lub pośrednio mierzonych wielkości są związane zespołem m równań. Wyniki y i otrzymuje się, rozwiązując równania. Metoda pomiarowa

30 30 Metoda pomiarowa

31 31 Metoda pomiarowa Ze względu na sposób porównywania wyróżnia się metodę podstawową i kilka odmian metod porównawczych. Metody porównawcze dzieli się na trzy grupy: metody bezpośredniego porównania, metody różnicowe i metody pośredniego porównania oraz wyodrębnia z metody zerowej metodę kompensacyjną i metodę komparacyjną. Metoda pomiarowa podstawowa polega na pomiarach wielkości podstawowych wymienionych w definicji wielkości. Metoda ta jest też czasem nazywana metodą bezwzględną. Przykładem metody podstawowej jest pomiar wartości powierzchni prostokąta przez pomiar długości jego boków. W metodzie tej za podstawę przyjmuje się definicję pola powierzchni. Jest to więc metoda pośrednia. Natomiast w pomiarach wielkości podstawowych będzie to metoda bezpośrednia. Metoda pomiarowa porównawcza polega na porównaniu wartości wielkości mierzonej z inna wartością tej samej wielkości lub też ze znaną wartością innej wielkości jako funkcji wielkości mierzonej. Pomiarem porównawczym, zgodnie z definicją, jest pomiar objętości cieczy za pomocą wzorca pojemności, a także pomiar ciśnienia za pomocą manometru.

32 32 Metoda pomiarowa Metoda pomiarowa bezpośredniego porównania polega na porównaniu całkowitej wartości wielkości mierzonej z wartością znaną tej samej wielkości, która w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do pomiaru. Pomiary długości za pomocą przymiaru kreskowego, objętości cieczy za pomocą pojemnika, masy za pomocą wagi przez zrównoważenie mierzonej masy ciała odpowiednią sumą mas odważników są przykładami metody bezpośredniego porównania. Należy dodać, że przykłady pierwszy i trzeci są ilustracją metody podstawowej, ponieważ długość i masa są wielkościami podstawowymi.

33 33 Metoda pomiarowa Metoda odchyleniowa zwana też metodą bezpośredniego odczytu. Wartość wielkości mierzonej określa się w niej na podstawie odchylenia wskazówki lub innego wskazania (np. cyfrowego) narzędzia pomiarowego. Odchylenie to jest miarą wielkości mierzonej. Podczas pomiaru wzorzec wielkości mierzonej nie występuje bezpośrednio, natomiast przy produkcji narzędzia pomiarowego cały szereg wartości wzorcowych został wykorzystany do odpowiedniego wykonania podziałki (wzorcowanie podziałki). Metoda ta jest najprostsza, najłatwiejsza w zastosowaniu, daje natychmiastowe wyniki, ale przy wykorzystaniu analogowych narzędzi pomiarowych jest stosunkowo mało dokładna. Dokładność metody znacznie zwiększyła się z chwilą zastosowania bardzo dokładnych przyrządów cyfrowych. Niedokładność pomiaru wykonywanego tą metodą wynika głównie z istnienia dopuszczalnego błędu systematycznego narzędzia pomiarowego określonego jego klasą dokładności. Jest ona stosowana podczas pomiaru ciśnienia za pomocą manometru z elementem sprężystym, pomiaru masy za pomocą wagi uchylnej, a także napięcia woltomierzem z analogowym urządzeniem wskazującym. W każdym z tych przykładów występuje niezgodność rodzaju wielkości mierzonej i wzorcowej cała wartość wielkości mierzonej jest wtedy przetwarzana w przyrządzie na wielkość tego samego rodzaju co wzorcowa, a następnie porównania. Zwykle metoda wychyleniowa polega na wywołaniu momentu siły, zależnego od wartości wielkości mierzonej. Moment ten jest równoważony przez przeciwnie skierowany moment wytworzony elementem sprężystym, którego odkształcenia powodują ruch części ruchomej urządzenia wskazującego Wychylenie tej części wskazuje wartość wielkości mierzonej na podziałce wywzorcowanej w jednostkach wielkości mierzonej.

34 34 Metoda pomiarowa Metoda różnicowa jest metodą porównawczą, przy której w układzie pomiarowym występuje wzorzec wielkości o wartości zbliżonej do wartości mierzonej (np. jednowartościowy wzorzec nienastawialny). W tym przypadku bezpośrednio mierzy się różnicę obu wartości, a wynik pomiaru określa się następująco: X=X W +∆X gdzie: X W -wartość wzorcowa, ∆X - zmierzona bezpośrednio różnica, z uwzględnieniem jej znaku. Różnicę tę wyznacza się metodą wychyłową. Ponieważ wartość wzorcowa jest zwykle określona z błędem pomijalnie małym, błąd pomiaru wartości X wynika z niedokładności bezpośredniego pomiaru różnicy ∆X. Przykładem tej metody może być pomiar za pomocą czujnika różnicy długości przedmiotu mierzonego i płytki wzorcowej.

35 35 Metoda pomiarowa Metoda pomiarowa przez podstawienie jest metodą porównania bezpośredniego. W układzie pomiarowym musi znajdować się wzorzec wielkości mierzonej o wartościach nastawianych w szerokich granicach. Podczas pomiaru wartość mierzoną X zastępuje się wartością wzorcową X W, dobraną w taki sposób, aby skutki (np. odchylenia wskazówki miernika ) wywoływane przez obie wartości były takie same, z czego wynika zależność: X = X W. Metoda przez podstawienie jest metodą bardzo dokładną, ponieważ praktycznie eliminuje błędy wprowadzane przez układ porównania. Po wielokrotnym powtórzeniu pomiaru i obliczeniu wartości średniej (zminimalizowaniu błędów przypadkowych) błąd wyniku pomiaru jest praktycznie równy błędowi dopuszczalnemu dla wzorca.

36 36 Metoda pomiarowa Metody pomiarowe zerowe są najdokładniejszymi metodami porównania bezpośredniego. Porównanie wartości mierzonej z wartością wzorcową (lub z zespołem wartości wzorcowych) odbywa się w nich za pomocą układu pomiarowego, w którym przez zmianę parametrów elementów składowych doprowadza się do zaniku (do zera) napięcia lub prądu w kontrolowanej gałęzi układu. Czynność doprowadzania do zaniku tego napięcia lub prądu nazywa się równoważeniem układu, a wskaźnik służący do zaobserwowania tego stanu (np. galwanometr) nazywa się wskaźnikiem równowagi. Dokładność zerowych metod pomiaru jest bardzo duża, zależy od dokładności wykonania zastosowanych w układzie wzorców oraz od czułości wskaźnika równowagi. Zastosowanie bardzo dokładnych wzorców oraz zastosowanie wskaźnika równowagi o wysokiej czułości ogranicza błędy systematyczne metody do wartości pomijalnych wobec błędów przypadkowych. Podczas pomiarów dokładnych wykonuje się zwykle serię pomiarów i statystyczną obróbkę wyniku pomiaru.

37 37 Metoda pomiarowa Ze względu na sposób przetwarzania sygnału pomiarowego rozróżnia się metodę analogową i cyfrową. W metodzie analogowej wartość wielkości mierzonej, która zmienia się w sposób ciągły, odpowiada również wielkość wyjściowa (wskazanie) o ciągłych wartościach. W metodzie cyfrowej ciągłym przedziałom wartości wielkości mierzonej są przyporządkowane nieciągłe (dyskretne) przydziały wartości wielkości wyjściowej To znaczy, że wartości wyjściowe mają formę cyfrową, która składa się z całkowitej liczby kwantów Jeśli odbiorca wyniku jest obserwator, to stosowany jest dziesiętny system zapisu cyfr, jeśli maszyna cyfrowa - system kodowany dwójkowo. Gdy w układzie pomiarowym tylko urządzenie wskazujące pracuje cyfrowo, a proces pomiarowy przebiega analogowo, wówczas metoda taka nie może być uważana za w pełni cyfrową.


Pobierz ppt "1 Metrologia METROLOGIA - nauka o pomiarach (metron – miara, logos – słowo, nauka) Rola metrologii w dzisiejszym świecie: orientacja w środowisku, poznanie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google