Реферат: Устранение переменных систематических погрешностей

Реферат

Устранение переменных систематических погрешностей.

Кафедра: МСиС

Факультет: Телекоммуникации

Выполнил: Ахмаджанов Шахзод

Группа : 420-19

Вариант №7

Приняла : Наталья Юрьевна

Введение

метрология измерения систематическая погрешность

Систематическая погрешность считается специфической, «вырожденной» случайной величиной, обладающей некоторыми, но не всеми свойствами случайной величины, изучаемой в теории вероятностей и математической статистике. Свойства систематической погрешности, которые необходимо учитывать при объединении составляющих погрешности, отражаются такими же характеристиками, что и свойства "настоящих" случайных величин - дисперсией (СКО) и коэффициентом взаимной корреляции. Систематическая погрешность представляет собой определенную функцию влияющих факторов, состав которых зависит от физических, конструктивных и технологических особенностей СИ, условий их применения, а также индивидуальных качеств наблюдателя. В метрологической практике при оценке систематических погрешностей должно учитываться влияние следующих основных факторов:

1. Объект измерения. Перед измерением он должен быть достаточно хорошо изучен с целью корректного выбора его модели. Чем полнее модель соответствует исследуемому объекту, тем точнее могут быть получены результаты измерения. Например, кривизна земной поверхности может не учитываться при измерении площади сельскохозяйственных угодий, так как она не вносит ощутимой погрешности, однако при измерении площади океанов ею пренебрегать уже нельзя. Метод и средство измерений. Чрезвычайно важен их правильный выбор, который производится на основе априорной информации об объекте измерения. Чем больше априорной информации, тем точнее может быть проведено измерение. Основной вклад в систематическую погрешность вносит, как правило, методическая погрешность. Условия измерения. Обеспечение и стабилизация нормальных условий являются необходимыми требованиями для минимизации дополнительной погрешности, которая по своей природе, как правило, является систематической.

Систематические погрешности принято классифицировать по двум признакам. По характеру изменения во времени они делятся на постоянные и переменные.

Постоянными называются такие погрешности измерения, которые остаются неизменными в течение всей серии измерений. Например, погрешность от того, что неправильно установлен ноль стрелочного электроизмерительного прибора, погрешность от постоянного дополнительного веса на чашке весов и т.д. Переменными называются погрешности, изменяющиеся в процессе измерения. Они делятся на монотонно изменяющиеся, периодические и изменяющиеся по сложному закону. Если в процессе измерения систематическая погрешность монотонно возрастает или убывает, ее называют монотонно изменяющейся. Например, она имеет место при постепенном разряде батареи, питающей средство измерений. Периодической называется погрешность, значение которой является периодической функцией времени. Примером может служить погрешность, обусловленная суточными колебаниями напряжения силовой питающей сети, температуры окружающей среды и др. Систематические погрешности могут изменяться и по более сложному закону, обусловленному какими-либо внешними причинами.

Основные определения и характеристики

метрология измерения систематическая погрешность

Понятия метрологии, стандартизации и сертификации тесно связаны между собой.

Метрология - наука о методах и средствах измерений.

Стандартизация - деятельность по установлению требований к продукции и производственным процессам, а также правил оценки качества производимых изделий.

Сертификация - процедуры по оценке соответствия продукции определенным требованиям.

Стандартизация и сертификация возможны только на основе единой системы измерений, законов метрологии.

В совокупности эти понятия обеспечивают упорядоченность всей деятельности человеческого общества и являются базой для развития техники и технологии.

Измерения

Метрология - греческое слово, образованное от слов «метрон» - мера и «логос» - учение.

По определению, содержащемуся в ГОСТ 16263 - 70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения», метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, а также о способах достижения требуемой точности измерений.

Само же понятие «измерения» имеет самый широкий смысл. Для всего живого измерения являются средством ориентации в пространстве и времени, что позволяет ему жить и развиваться.

Способность к измерениям заложена на генетическом уровне, причем, чем более развит организм, тем более разнообразные и осмысленные формы эта способность приобретает.

Например, семена растений и личинки насекомых чувствуют время и температуру, многие растения в зависимости от степени освещения раскрывают или сворачивают цветы и листья, подсолнух поворачивает свое соцветие вслед за солнцем и т. п.

Животные могут оценивать расстояния и скорость своего и не только своего передвижения. На этой способности строится довольно сложная тактика охоты со стороны хищника и спасения - со стороны его жертвы.

Наконец, человек, «Homo sapiens», придал измерениям сознательную цель, сделал их инструментом анализа и творчества, одним из главных способов взаимодействия с природой и в человеческом сообществе.

В технике объектами измерений могут быть любые физические тела, явления, процессы. Каждый из них характеризуется рядом свойств, отражающих его сущность.

Свойство, присущее многим физическим объектам в качествен- ном, но индивидуальное для каждого объекта в количественном от- ношении, называется в метрологии физической величиной .

Таким образом, мы можем дать следующее определение:

Измерение - это нахождение значений физической величины опытным путем, как правило, с помощью специальных технических средств.

Пример.

Прочность и упругость - свойства, которыми обладают все материалы, но у всех разные величины и прочности, и упругости.

Основные функции измерений:

1) Измерения - путь познания природы. Они качественно и количественно характеризуют материальный мир, раскрывая действующие в природе закономерности. Известный английский метролог Томсон писал: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

Пример.

Измерения характеристик погоды:

- тепло - холодно, ясно - пасмурно - это качественные оценки, их также можно трактовать как элементарные количественные, состоящие из двух значений;

- измерение температуры воздуха, воды, силы ветра - количественные оценки.

2) Измерения - основы научных знаний. По выражению вели- кого русского ученого Д.И. Менделеева: «Наука начинается с тех пор, как начинаются измерения». Многие отрасли науки основаны, главным образом, на измерениях. К таковым, в частности, относятся экспериментальная физика, сопротивление материалов.

3) Измерения - инструмент управления техническими и социальными процессами.

Примеры:

- измерения температуры бетона позволяют управлять процессом его твердения;

- измерения размеров изделий являются элементом управления качеством продукции;

- социологические опросы помогают определять социальные потребности общества.

4) Измерения - философская категория. Поскольку любое материальное тело или процесс существует во времени и пространстве - положение их во времени и пространстве можно оценить только путем измерений. Любая система взглядов на мир, общество, человека как личность, строится на определенных сопоставлениях количественных и качественных характеристик различных объектов.

Будем далее рассматривать измерения физических величин, относящихся, главным образом, к строительным сооружениям.

Количественная оценка физической величины составляет существо процесса измерения. Эта оценка состоит в определении ее размера относительно однородной с ней физической величины фиксированного размера, которой присваивается численное значение, равное единице.

Физические величины измеряют с помощью средств измерений, которые имеют свои меры.

Средства измерений могут быть естественными (ступня, шаг, сутки, год и т.п.) и техническими ( измерительные приборы ).

Мерой называется средство измерения, предназначенное для воспроизведения единичной физической величины.

Одни и те же физические величины можно измерить различными средствами со своими мерами.

Пример.

Длину пролетного строения можно измерить следующими способами:

Средство Шаг Рулетка Дальномер

Мера Длина шага

Деления рулетки (м, см)

Время прохождения сигнала (с)

Чтобы сравнивать результаты измерений, полученные разными средствами, необходимо иметь единицы измерений, закрепленные в эталонах.

Эталон - средство измерений, предназначенное только для воспроизводства и хранения данной единицы измерений.

Примеры:

- ранее за эталон 1м принималось расстояние, равное 10P P от одной четверти меридиана Земли, проходящего через Париж. Теперь первичным эталоном стала длина волны оранжевой линии спектра криптона, точнее, длина 1650763,73 этих волн;

- эталон 1кг массы - масса 0,001 мP P чистой воды при температуре 40 СP P.

Единицы физических величин и системы мер

Исторически можно обозначить четыре крупных этапа развития системы измерений.

На первом этапе, в древнейшие времена, использовались, в основном, естественные меры измерений.

Так, расстояния, как уже отмечалось, измеряли шагами, ступнями, локтями и т.п., для измерений объемов жидкостей и сыпучих тел использовали естественные емкости - пригоршни, лунки, ямы и др.

Второй этап характеризуется созданием национальных систем мер, как бы упорядочивших естественные меры.

Так, в России система мер включала:

меры длины - сажень, косая сажень; мера массы - пуд;

мера емкости - ведро и др.

В Англии использовались в качестве мер - футы, ярды, фунты, баррели и прочие.

На третьем этапе в результате развития науки были созданы основы современных систем измерений, в том числе первая международная метрическая система. Впервые она была введена во Франции 26 марта 1791 года по предложению Парижской Академии наук. В 1875 году была подписана международная метрическая Конвенция 17 странами, включая Россию.

Четвертый этап характеризуется бурным развитием науки и техники, появлением точных и стабильных эталонов на базе волновых параметров.

Создаются точные электронные измерительные приборы, компьютерные измерительные системы. Развивается теория измерений, статистические методы обработки результатов и т.п.

С 1960 года под эгидой ООН была принята новая международная система мер СИ (Systeme International),которая в настоящее время действует практически во всех развитых странах мира. В СССР она была закреплена в ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин » .

Приведем краткую характеристику мер основных механических величин в метрической системе и СИ и соотношение между ними.

Метрическая система:

мера длины - метр (м);

мера массы - килограмм (кг), тонна (т);

мера времени - с;

мера силы - килограмм-сила (кгс), 1 кгс=1кг?9,81м/сP P; тонна- сила (тс) 1 тс=1000кгс.

Соответственно для строительных расчетов использовались

производные единицы:

мера давления - тс/мP P;

мера напряжения в материале конструкции - кгс/смP P.

Система СИ:

мера длины - метр (м);

мера массы - килограмм (кг);

мера времени - секунда (с);

мера силы - ньютон (Н) = 1кгЧ1м/сP P, килоньютон (кН) = 1000Н.

Производные единицы в механике:

Мера давления и напряжения - Паскаль (Па); 1Па=1Н/1мP P;

Мегапаскаль (МПа) = 10P PП;

Энергия, работа - джоуль (Дж) = 1НЧ1м.

Поскольку система СИ не полностью вытеснила метрическую и зачастую в инженерных расчетах используется последняя, полезно привести основные соотношения между единицами силы, давления и напряжения в материале метрическими и по системе СИ:

1 кгЧс = 9,81 Н;

1 тЧс = 9810 Н = 9,81 кН;

1тс/мP P = 9810 Па = 0,00981 МПа » 0,01 МПа;

1кгс/см² = 9,81Ч10 Па = 0,0981МПа » 0,1 МПа.

Основные понятия теории погрешностей

Целью измерений физической величины является максимально точная оценка ее истинного значения, идеально отражающего некоторое свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении.

Однако любой результат измерения есть лишь приближенная оценка истинного значения физической величины.

Погрешностью результата измерения называют разницу

D=X-Q,(2.1)

где Q - истинное значение физической величины;

X - результат измерения физической величины.

Погрешность результата измерения складывается из погрешности средства измерения, неадекватности методики измерений и несоответствия условий измерения и условий использования полученного результата.

Пример.

Погрешность лабораторных измерений прочности бетона путем испытания кубиков:

- погрешность манометра на прессе;

- приближенность определения значения прочности по трем кубикам;

- несоответствие условий испытания бетонных кубиков и реальной работы бетона в конструкции.

Классификация погрешностей

1) По характеру проявления:

Случайная погрешность может оцениваться только вероятностными (статистическими) методами (например, при измерениях физико-механических характеристик строительных материалов).