Подготовка к измерениям и проведение измерений.
Как уже отмечалось измерительный процесс независимо от цели его проведения и конечного результата состоит из следующих этапов:
- подготовки к измерениям;
- выполнения измерений.
- обработки результатов измерений.
2.1. Подготовка измерений проводится с целью обеспечения высокой или требуемой точности.
Процедуру подготовки измерений условно можно представить в виде следующих этапов:
- анализ поставленной задачи на проведение измерений;
- создание условий для измерений;
- выбор средств и метода измерений;
- выбор числа наблюдений;
- подготовка специалиста (оператора);
- опробование средств измерений.
При анализе поставленной задачи, необходимо выяснить какие физические величины или параметры подлежат измерению, какой точности должен быть результат измерений, и в какой форме его следует представить. В итоге перед измерением необходимо хорошо представлять модель исследуемого объекта. При этом выбранная модель должна удовлетворять двум требованиям:
- соответствие ее реальному объекту;
- стабильность измеряемых параметров в течение всего времени измерения.
Полученный результат измерений обычно используется для сравнения с другими результатами измерений или для дальнейших расчетов, поэтому указывают не только полученный результат, но и оценку погрешностей (случайных и неисключенных систематических).
Достоверность результатов измерений существенно будет зависеть от условий измерений. Для конкретных областей измерений устанавливают единые условия, называемые нормативными, а значение влияющей физической величины, соответствующее нормальным, называют номинальным значением влияющей величины. Реально создать нормальные условия для проведения измерений маловероятно и поэтому в эксплуатационной документации на средства измерений указывают пределы нормальной области значений влияющих величин, выходить за рамки которые при выполнении измерений не рекомендуется из-за возникновения дополнительной погрешности средства измерений. Номинальное значение основных влияющих величин приведены в таблице.
№ | Влияющая величина | Номинальное значение |
величины | ||
1. | Температура для всех видов измерений | 293 К (20°С) |
2. | Давление окружающего воздуха для измере- | (750мм рт.ст.) |
ния ионизирующих излучений, тепло - физи- | ||
ческих, температурных, магнитных, электри- | ||
ческих, давлений, параметров движения | ||
3. | То же, для остальных видов измерений | 760мм рт. Ст. |
4. | Относительная влажность воздуха для изме- | 58% |
рений: линейных, угловых, массы и спектро- | ||
скопии | ||
5. | То же, для электрического сопротивления | 55% |
6. | То же, для измерений температуры, силы | 65% |
твердости, переменного электрического тока, | ||
ионизирующих излучений, параметров дви- | ||
жения | ||
7. | То же, для остальных видов измерений | 60% |
8. | Плотность воздуха | 1,2кг/м3 |
9. | Ускорение свободного падения | 9,8 м/с2 |
10. | Магнитная индукция (например, магнитного | |
поля) и напряженность электростатического | ||
поля для измерений параметров движения, | ||
магнитных и электрических величин | ||
11. | То же, для остальных видов измерений | Соответствует характе- |
ристикам поля Земли в | ||
данном районе |
Качество измерений определяется выбором средства измерений. Выбор средства измерений осуществляется из противоречивых условий. Действительно измерения с применением средств измерений недостаточной точности малоценны (даже бессмысленны), так как могут быть причиной неисправных выводов, а применение излишне точных средств измерений невыгодно экономически. Основными характеристиками средств измерений являются погрешности, поэтому при выборе средств измерений их рассматривают в первую очередь.
Как отмечалось, результаты измерений значительно зависят от выбора методов измерений. Под методом измерений понимают прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей (или шкалой) в соответствии с реализованным принципом измерений. При выборе метода измерений добиваются того, чтобы погрешность метода измерений, т.е. составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятых модели и метода измерений (иначе говоря, теоретическая погрешность), не сказывалась заметно на результирующей погрешности измерения (не превышала 30 % от нее). На практике находят применение метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой, нулевой метод и другие.
Выбор числа наблюдений при измерении производится, как правило, при разработке методики выполнения измерений. Различают измерения с однократными и многократными наблюдениями. Наиболее распространены (в производстве) измерения с однократными наблюдениями, что обусловлено следующими основными обстоятельствами:
- экспериментальной или производственной необходимостью (невозможность повторить наблюдения, экономическая целесообразность);
- возможностью пренебречь случайными погрешностями.
Иногда для повышения надежности таких измерений (исключения промахов) делают все-таки два или три наблюдения, и за результат измерения принимают среднее арифметическое значение результатов этих наблюдений. Измерения с числом наблюдений п ≥ 4 относят (условно) к измерениям с многократными наблюдениями и выполняют статистическую обработку ряда результатов наблюдений для получения информации о результате измерения и о случайной составляющей погрешности этого результата.
На точность измерений влияет и подготовка лица, проводящего измерение. Оператор должен иметь специальную подготовку, соответствующие знания, умения и практические навыки. Важное значение имеет режим труда и отдыха, настроение экспериментатора, его собранность и внимательность.
При подготовке к измерениям оператор должен проделать следующее:
- ознакомиться с методикой выполнения измерений и последовательно-
стью выполнения операций;
- проверить наличие необходимого комплекта средств измерений, вспо-
могательных устройств и материалов;
- убедиться, что основные и вспомогательные средства измерений име-
ют действующие свидетельства о поверке или поверительные клейма;
- выполнить операции по созданию необходимых условий измерений,
включая требования безопасности (включить кондиционеры, обеспечить тре-
буемую температуру, установить в рабочее положение объект измерений и
средства измерений, включить питание и т. д.);
- опробовать средства измерений, т. е. проверить действие органов
управления, регулировки, настройки и коррекции. Если средства измерений
снабжены средствами самокалибровки (тестирования), выполнить соответст-
вующие операции;
- провести 2-3 пробных наблюдения и сравнить результаты с ожидае-
мыми. При непредвиденно большом расхождении результатов проанализиро-
вать причины и устранить их.
От квалификации оператора зависит возможность устранения источников погрешностей до начала измерений. Например, систематическую погрешность из-за неверной установки средств измерений устраняют путем тщательной их установки. Погрешность вследствие смещения начала отсчета ликвидируют установкой указателя на нуль. Погрешности измерений из-за влияния магнитного поля Земли устраняются устройством экранов из магнитомягких материалов. Погрешности, вызванные вредным влиянием вибрации и сотрясений, устраняют путем амортизации средств измерений.
2.2. Выполнение измерений и обработка результатов измерений.
Организация процесса проведения измерений имеет большое значение для получения достоверного результата.
Во время производства работ оператору необходимо:
- следить за условиями измерений и поддерживать их в заданном режиме;
- соблюдать правила по технике безопасности при работе со средствами измерений;
- тщательно фиксировать отсчеты в той форме, в которой они получены;
- вести запись показаний с числом цифр на две больше, чем требуется в окончательном результате;
- определять возможный источник систематических погрешностей и др.
Важно отметить, что в процессе измерения можно устранять систематические погрешности. Здесь речь идет о систематических погрешностях, которые не удалось устранить на этапе подготовки эксперимента, т. е. о неисключенных остатках систематических погрешностей (НСП). Для обнаружения НСП рекомендуются следующие приемы:
- провести измерение другим, максимально отличным от используемого методом и сравнить результаты;
- резко изменить условия наблюдений (использовать другие экземпляры средств измерений, сменить оператора и др.);
- провести контрольное измерение в лаборатории другого предприятия или в метрологическом учреждении;
- выключить теоретическую (расчетную) оценку НСП. Для уменьшения (или полного исключения) НСП в ходе выполнения измерений, применя-
ются следующие методы (приемы):
- метод замещения;
- метод противоставления;
- метод компенсации погрешности по знаку;
- метод реализации (перевода систематической погрешности в случайную):
- метод систематических наблюдений и др.
Обработка результатов наблюдений при измерениях проводится с целью установления значения измеряемой величины и оценки погрешности полученного результата измерения. Методы обработки результатов наблюдений могут быть разными в зависимости от предварительной информации, которой располагает оператор (экспериментатор) об источниках и характере проявления погрешностей, условиях эксперимента, свойствах используемых средств измерений, от вида измерений, числа выполненных наблюдений и других причин.
В практике чаще всего выполняются однократные измерения, при которых результат измерения состоит из оценки измеряемой величины и погрешности измерения. Оценка измеряемой величины при однократных прямых измерениях производится с учетом метрологических свойств измерительного прибора, который должен обладать малой случайной составляющей погрешности.
За результат измерения с многократными наблюдениями принимает среднее арифметическое результатов наблюдений.
Вычисление доверительных границ погрешности результата измерения, а также доверительных границ случайной и неисключенной систематической погрешности результата измерения проводится в соответствии с известными методами математической статистики.
При обработке результатов измерений необходимо правильно представлять количество знаков в его численном значении и погрешности путем их округления. Основные правила округления регламентированы.
Дата добавления: 2016-01-30; просмотров: 13405;