Лабораторна робота №1
ПРЯМІ одноразового вимірювання
Мета роботи: вивчення технічних засобів вимірювання довжини, вивчення методики виконання прямих одноразових вимірювань.
Інструмент, прилади та обладнання: одношкальная металева лінійка, штангенциркуль, мікрометр, набір плоскопаралельних кінцевих мір довжини, повірочна плита класу точності 2; лекальна лінійка; досліджуваний зразок.
Вимірювання - це знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів (засобів вимірювання).
Вимірювання фізичної величини - сукупність операцій:
- по застосуванню технічного засобу, що зберігає одиницю фізичної величини;
- полягають в явному або неявному порівнянні вимірюваної величини з її одиницею з метою отримання значень цієї величини (або інформації про нього) у формі найбільш зручною для використання.
- по точності - на равноточние і неравноточних;
- по числу вимірювань - на одноразові і багаторазові;
- по відношенню до зміни вимірюваної величини - на статичні і динамічні;
- з метрологічного призначенням - на технічні та метрологічні;
- за висловом результату вимірювань - на абсолютні і відносні;
- по загальним прийомів отримання результатів вимірювань - на чотири види: прямі, непрямі, сукупні і спільні.
При прямих вимірах шукане значення величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних - прямим порівнянням вимірюваної величини з заходами або за допомогою вимірювального приладу, отградуированного в одиницях виміру. Прямі вимірювання складають основу складніших непрямих, сукупних і сумісних вимірювань.
Існує два основні методи вимірювань: безпосередньої оцінки і порівняння з мірою.
Більшість технічних вимірювань є прямими однократними.
Виконання одноразових вимірювань обгрунтовують наступними факторами:
виробничою необхідністю (руйнування зразка, неможливість повторення вимірювання, економічна доцільність і т.д.);
можливістю зневаги випадковими похибками;
випадкові похибки істотні, але довірча межа похибки результату вимірювання не перевищує допустимої похибки вимірювань;
стандартна невизначеність *, що оцінюється за типом А, істотна, але розширена невизначеність не перевищує цей ліміт.
* На етапі переходу від похибки до невизначеності доцільно вказувати характеристики і похибки, і невизначеності результату вимірювання. Невизначеність результату вимірювань розуміють як неповне знання значення вимірюваної величини, і для кількісного вираження цієї неповноти вводять розподіл ймовірностей можливих значень вимірюваної величини - параметр, який кількісно характеризує точність результату вимірювань. Вважають, що розподіл ймовірностей можливих значень вимірюваної величини який суперечить нормальному розподілу.
Одноразові вимірювання можливі лише за певних умов:
- обсяг апріорної інформації про об'єкт вимірювання такої, що визначення вимірюваної величини не викликає сумнівів;
- вивчений метод вимірювання, його похибки або заздалегідь усунуті, або оцінені;
- засоби вимірювань справні, а їх метрологічні характеристики відповідають встановленим нормам.
При прямих одноразових вимірюваннях використовують єдине значення відліку показань засобів вимірювань: за результат одноразового вимірювання Г приймають значення величини, отримане при вимірюванні.
Похибка результату одноразового вимірювання - похибка одного вимірювання (що не входить в ряд вимірювань), що оцінюється на підставі відомих похибок засобу і методу вимірювань в заданих умовах вимірювань.
Обов'язковими компонентами будь-якого вимірювання є засоби вимірювання, метод вимірювання і людина, що проводить вимірювання.
Недосконалість кожного з цих компонентів призводить до появи своєї складової похибки результату вимірювання. Відповідно до цього з причин (джерела) виникнення похибки розрізняють наступні складові: інструментальну, методичну, від впливу зовнішніх причин і суб'єктивну (особистісну).
Інструментальні (приладові, апаратурні) похибки виникають через недосконалість засобів вимірювань, тобто від похибок засобів вимірювань. Узагальненою характеристикою даного засобу вимірювань є його клас точності, як правило, відображає рівень їх точності, виражається межами основної та додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на точність.
Похибка методу вимірювань являє собою складову систематичної похибки вимірювання, обумовлену недосконалістю прийнятого методу.
Суб'єктивна похибка - складова систематичної похибки вимірювання, обумовлена індивідуальними особливостями дослідника.
При виконанні вимірювальної процедури засіб вимірювання дуже впливає на результуючу похибку, яка завжди містить похибки випадкового і систематичного характеру.
Серед складових інструментальної похибки виділяють похибка компонентів. Розподіл похибки на основну і додаткову пов'язано з умовами, в яких експлуатується даний засіб вимірювання. Основна похибка засобу вимірювання - похибка, яка має місце при нормальних умовах його експлуатації, обумовлених в регламентуючих документах (паспорті, стандарти, технічні умови та ін.). Додаткова похибка засобу вимірювання виникає при відхиленні умов експлуатації від нормальних (номінальних). Вона також вказується в нормативної документації.
Найчастіше інструментальна похибка носить систематичний характер.
Будучи випадковим, одноразовий відлік x включає в себе інструментальну, методичну і суб'єктивну складові похибки вимірювання, в кожній з яких можуть бути виділені систематичні і випадкові складові. Тому до вимірювання повинна бути проведена апріорна оцінка складових похибки з використанням всіх доступних даних. При визначенні довірчих меж похибки результату вимірів довірча ймовірність приймається, як правило, дорівнює 0,95.
Оцінювання похибок прямих одноразових вимірювань можна розділити на точне і наближене.
Прямі одноразові вимірювання з точним оцінюванням похибок
Головною особливістю однократного вимірювання є те, що закони розподілу випадкових складових невідомі і уявлення про них формують лише на основі обмеженої апріорної інформації.
Як кордонів складових НСП можна приймати межі допустимих основних і додаткових похибок засобів вимірювань, що використовуються при перевірці в якості зразкових, похибки розрахункових поправок і т. Д. Якщо кожна з r НСП оцінена своєї індивідуальної кордоном, то довірчі кордону сумарною НСП визначають за формулою
де k - коефіцієнт, що залежить від r. прийнятої довірливо ймовірності P і зв'язку між складовими похибок.
Якщо випадкові складові похибки представлені своїми СКО Si, визначеними заздалегідь дослідним шляхом за результатами багаторазових спостережень, або довірчими межами, знайденими експериментально, то
де - коефіцієнт Стьюдента.
Отримавши окремо оцінки НСП і випадкової похибки результату одноразового вимірювання, їх доцільно зіставити. Якщо необхідно враховувати обидві складові, то їх підсумовують за формулою
Стандартом регламентована форма запису результату прямого одноразового вимірювання величини:
Існують певні правила округлення результату і похибки вимірювання, наведені в додатку А.
Прямі одноразові вимірювання з наближеним оцінюванням
При наближеною оцінкою похибок, як і при точній, необхідно перед початком вимірювань провести попередню оцінку складових похибки результату вимірювання. Цю інформацію отримують з досвіду проведення подібних вимірів, нормативно-технічної документації на використовувані засоби вимірювань та інших джерел. Якщо оцінка похибки перевищує допустиму, то слід вибрати більш точне засіб вимірювань або змінити методику вимірювання.
У найпростішому випадку похибка дорівнює межі допустимої абсолютної основної похибки засобу вимірювання, яка визначається за нормативно-технічної документації, якщо вимірювання проводились в нормальних умовах. При цьому результат вимірювання можна записати у вигляді т. Е. Без вказівки довірчої ймовірності, яка мається на увазі як РД = 0,95. Якщо ж вимірювання проводилися в умовах, що відрізняються від нормальних, то слід визначати і враховувати межі додаткових похибок, а потім підсумувати їх з основними.
Для вимірювальних приладів нормованої метрологічної характеристикою може служити межа допустимої основної похибки, який може бути обчислений за класом точності цього приладу. Клас точності засобів вимірювань зазвичай позначається числом, що представляє собою приведену допускається похибка, виражену у відсотках. Його величина вказується в паспорті і (або) на шкалі приладу. У багатьох випадках клас точності представляє собою відносну похибка вимірювання x. виражену у відсотках
де: - максимальна приладова похибка вимірювання величини x;
- межа вимірювання приладу.
Таким чином, знаючи клас точності можна визначити приладову похибку.
Якщо знайдена за цією формулою похибка менше половини ціни найменшої поділки шкали приладу, а також в тих випадках, коли клас точності приладу невідомий або прилад не має класу точності (наприклад, вимірювальна лінійка), то приладова похибка дорівнює половиною ціни ділення шкали.
Однак в значній кількості випадків зазначений спосіб не застосуємо (наприклад, для класифікації кінцевих мір довжини, гир, ряду інших заходів, а також деяких вимірювальних приладів). При вимірах випадкові і систематичні похибки проявляються одночасно. Якщо систематичні похибки відсутні або враховані поправками, то сумарна гранична похибка вимірювання дорівнює
де - граничні похибки вимірювальних приладів, настановних заходів, температурних деформацій, деформацій від вимірювального зусилля, базування приладів та інших факторів, з яких складається сумарна похибка даного виміру.
Найбільшого поширення серед різноманітних заходів і вимірювальних приладів, що застосовуються в технічних вимірах довжини, отримали плоскопараллельние кінцеві міри довжини, лінійки, рулетки, штангенциркулі, мікрометри та зубчасті вимірювальні головки (Додаток Б).
Методика виконання роботи
Вивчити надані засоби вимірювання довжини.
Підготувати засоби вимірювань до роботи: оглянути вимірювальний інструмент, очистити від забруднення. Підготувати зразок до процесу вимірювань.
Визначити похибка вимірювання різних вимірювальних інструментів.
Визначити розміри сталевої пластини різними засобами вимірювань. Результати внести в журнал лабораторних робіт.
Записати результати вимірювань в журнал лабораторних робіт, використовуючи прийняті в метрології правила округлення.
За виконану роботу в журналі зробити висновки.
Контрольні питання
Що таке вимір.
Наведіть формулювання прямих вимірювань.
Які методи прямих вимірювань Ви знаєте. Наведіть приклади.
Що таке основна і додаткова похибка засобів вимірювання.
Як визначити приладову похибка, знаючи його клас точності.
Як визначається сумарна гранична похибка вимірювання.
Як проводиться округлення результату і похибок вимірювання.
Лабораторна робота n 9 Робота з командами обробки рядків
У загальному випадку цепочечние команди дозволяють виконувати дії над блоками пам'яті
Нова стратегія вимірювань
Ключові слова: метрологія, стратегія, прямі і надлишкові вимірювання, інтелектуальні методи вимірювань