Министерство образования и науки Республики Казахстан
Торайгыров университет
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра «Металлургия»
Реферат
Дисциплина: «Физико-химические методы исследований в металлургии»
Тема: «Метрология, стандартизация и измерение»
Жармагамбетова А.К.
2021
Содержание
Введени
Основные термины, определения в метологии
1 Понятие «истинное значение величины»
2.1 Действительное значение
2.2 Основные вопросы измерений и средств измерений
2.1 Основные области и виды измерений. Примеры механических измерений
3 Погрешности измерений и средств измерений
3.1 Основные источники погрешностей результата измерений
3.2 Виды погрешностей по форме представления
Заключение
Список исользованной литературы
Введение
Метрология -- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
В практической жизни человек сталкивается с измерениями каждый день. С незапамятных времен измеряют такие величины как длина, время и масса. Измерения имеют первостепенное значение для торговли, учета материальных ресурсов, планирования, для обеспечения качества продукции, совершенствования технологий, медицины.
Метрология играет важную роль для прогресса технологий и должна развиваться темпами, опережающими другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей совершенствования. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность [1].
Метрология состоит из трех разделов: Теоретическая метрология -- раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Законодательная метрология -- раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимости точности измерений в интересах общества. Практическая (прикладная) метрология -- раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии [2].
1. Метрология, стандартизация и измерение
1.1 Понятие «истинное значение величины»
Истинное значение - значение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношении соответствующее свойство объекта. Истинное значение должно быть свободно от ошибок измерения, но так как физические величины находят опытным путем и их значения содержат ошибки измерений, то истинное значение физических величин остается неизвестным. К сожалению, истинное значение ФВ мы и сегодня, обладая самыми совершенными приборами, определить не можем, так как любой прибор, инструмент, современнейшая измерительная техника обязательно имеют собственные погрешности. Например, говоря, что высота стола равна 0,8 м, мы считаем, что это истинное значение, тогда как измерение различными приборами покажет, что она равна 0,83; 0,836; …0,836534 м и т.д. [3]
1.2 Действительное значение
Действительное значение - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для определенной цели может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение 15 физической величины, найденное с допустимой по техническим требованиям погрешностью, принимается за действительное значение [4].
2. Основные вопросы измерений и средств измерений
2. 1 Основные области и виды измерений. Примеры механических измерений
Вид измерения - часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.
Например, в области электрических и магнитных измерений могут быть выделены такие виды: измерения электрического сопротивления, ЭДС, электрического напряжения, магнитной индукции и т.п.
Классификацию видов измерений можно увидеть на рисунке 1.1
Например, в области электрических и магнитных измерений могут быть выделены такие виды: измерения электрического сопротивления, ЭДС, электрического напряжения, магнитной индукции и т.п. [5]
Область измерения - совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.
Выделяют, например, такие области измерений: механические, пневматические, тепловые, электрические, магнитные, химические, акустические, измерения ионизирующих излучений и т.п.
Метод измерения - приём или совокупность приёмов сравнения из меряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
Метод измерения обычно обусловлен устройством средства измерения. Принцип измерения - физическое явление или эффект, заложенные в основу измерений.
Средство измерения - техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.
Средство измерения может быть предназначено не только для передачи размера единицы физической величины, но и для его хранения [6].
К механическим величинам относятся:
- механическое напряжение;
- деформация;
- давление;
- сила;
- крутящий момент.
Все перечисленные механические параметры связывает то, что в результате их действия возникают механические напряжения, которые измерить непосредственно довольно сложно и трудоемко, поэтому используются некоторые промежуточные преобразования механического напряжения, в результате чего измеряется не оно само, а какая-то более удобная для измерения величина. Чаще всего такой величиной является величина электрическая: электрическое сопротивление, напряжение, ток, индуктивность и пр.
Условно процесс преобразования механических параметров можно представить в виде структурной формулы:
X > Z > Y,
где X, Z и Y являются соответственно множествами входных параметров, промежуточных и выходных величин.
В общем случае указанные переменные являются векторными величинами, поэтому необходимо учитывать как их абсолютную величину, так и направление. Но, как известно, учет векторного характера переменных аппаратурно и методически сильно усложняет процесс измерения, а также значительно сужает число возможных методов преобразования, поэтому в большинстве случаев измеряют скалярные величины.
В тех же случаях, когда необходимо знать также направление действия измеряемого параметра, используются координатные методы измерения, заключающиеся в применении или многомерных СИ, или СИ, распределенных по соответствующим координатам. Наиболее характерным примером измерений, при которых необходимо учитывать направление действия параметра, является измерение механических напряжений, силы тяги и пр. [7].
3. Погрешности измерений и средств измерений
3.1 Основные источники погрешностей результата измерений
Погрешность измерения - это отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.
Источниками появления погрешностей при измерениях могут служить различные факторы, основными из которых являются: несовершенство конструкции средств измерений или принципиальной схемы метода измерения; неточность изготовления средств измерений; несоблюдение внешних условий при измерениях; субъективные погрешности и др.
В зависимости от обстоятельств, при которых проводились измерения, а также в зависимости от целей измерения, выбирается та или иная классификация погрешностей. Иногда используют одновременно несколько взаимно пересекающихся классификаций, желая по нескольким признакам точно охарактеризовать влияющие на результат измерения физические величины. В таком случае рассматривают, например, инструментальную составляющую неисключённой систематической погрешности. При выборе классификаций важно учитывать наиболее весомые или динамично меняющиеся или поддающиеся регулировке влияющие величины. Ниже приведены общепринятые классификации согласно типовым признакам и влияющим величинам[5].
По виду представления, различают абсолютную, относительную и приведённую погрешности.
Абсолютная погрешность это разница между результатом измерения X и истинным значением Q измеряемой величины. Абсолютная погрешность находится как D = X - Q и выражается в единицах измеряемой величины.
Относительная погрешность это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины: d = D / Q = (X - Q) / Q.
Приведённая погрешность это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средства измерения отнесена к условно принятому нормирующему значению QN, постоянному во всём диапазоне измерений или его части. Относительная и приведённая погрешности - безразмерные величины.
В зависимости от источника возникновения, различают субъективную, инструментальную и методическую погрешности.
Субъективная погрешность обусловлена погрешностью отсчёта оператором показаний средства измерения.
Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством применяемого средства измерения. Иногда эту погрешность называют аппаратурной. Метрологические характеристики средств измерений нормируются согласно ГОСТ 8.009 - 84, при этом различают четыре составляющие инструментальной погрешности: основная, дополнительная, динамическая, интегральная. Согласно этой классификации, инструментальная погрешность зависит от условий и режима работы, а также от параметров сигнала и объекта измерения.
Методическая погрешность обусловлена следующими основными причинами:
- отличие принятой модели объекта измерения от модели, адекватно описывающей его метрологические свойства;
- влияние средства измерения на объект измерения;
- неточность применяемых при вычислениях физических констант и математических соотношений.
В зависимости от измеряемой величины, различают погрешность аддитивную и мультипликативную. Аддитивная погрешность не зависит от измеряемой величины. Мультипликативная погрешность меняется пропорционально измеряемой величине.
В зависимости от режима работы средства измерений, различают статическую и динамическую погрешности.
Динамическая погрешность обусловлена реакцией средства измерения на изменение параметров измеряемого сигнала (динамический режим).
Статическая погрешность средства измерения определяется при параметрах измеряемого сигнала, принимаемых за неизменные на протяжении времени измерения (статический режим).
По характеру проявления во времени, различают случайную и систематическую погрешности.
Систематической погрешностью измерения называют погрешность, которая при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях остаётся постоянной или закономерно меняется.
Случайной погрешностью измерения называют погрешность, которая при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях изменяется случайным образом[6].
3.2 Виды погрешностей по форме представления
При всяком измерении неизбежны погрешности, не дающие возможности измерить какую-либо величину абсолютно точно. Эти погрешности определяются с одной стороны измерительными приборами - их недостатками, несовершенствами и естественными пределами чувствительности, с другой стороны несовершенством метода измерений, неполнотой наших знаний или практической невозможностью учесть все факторы, сопутствующие данному явлению. Важно понимать, что физика - точная наука не потому, что ее измерения абсолютно точны, а потому, что в каждом случае она может указать пределы, внутри которых заключается измеряемая величина. Чем совершеннее измерительный прибор и методика измерений, тем более узки эти пределы, определяющие собой величину погрешности измерений.
Погрешности по виду представления разделяются на абсолютные и
Относительные[4].
Абсолютная погрешность - число, имеющее размерность измеряемого физического параметра и равное половине ширины интервала, внутри которого находится истинное значение измеряемой величины. Например, фраза: « средняя длина стержня равна 2 метра при абсолютной погрешности 0,01 м», - означает, что при повторных измерениях длины того же стержня, тем же самым измерительным прибором длина его может оказаться в интервале от 1,99 м до 2,01 м.
Короче это записывается так: