Метрологическая надёжность СИ

метки: Метрологический, Средство, Измерение, Надежность, Точность, Преобразователь, Отказ, Значение

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования, ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ, КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА, По дисциплине: Методы и средства измерений, испытаний и контроля, На тему: Метрологическая надёжность СИ, Выполнил Бобровский Варвара Сергеевна

студент:

группа УК-09

Проверил

преподаватель: Михеева С.В.

Екатеринбург

2011

Тема 1. Средства измерения, классификация и метрологические характеристики

1.1.Средства измерения

Поскольку на практике необходимо измерять свойства общие в качественном отношении многим объектам или явлениям, эти свойства без участия органов чувств человека должны быть каким-то образом обнаружены, в чем-то должны проявиться. Технические устройства, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств называют индикаторами. Например, стрелка магнитного компаса – индикатор направления силовых линий магнитного поля; осветительная электрическая лампочка – индикатор наличия электрического напряжения в сети; лакмусовая бумага – индикатор активности ионов водорода в растворах.

С помощью индикаторов устанавливается наличие измеряемой физической величины и регистрируется изменение ее значения. В этом отношении индикаторы играют роль человеческих чувств, а также значительно расширяют их возможности. Человек слышит в диапазоне 16…20000 Гц, в то время как техническими средствами обнаруживаются звуковые колебания от инфранизких (доли герца) до ультравысоких частот. Видят люди в узком оптическом диапазоне электромагнитных волн, а инструментально регистрируются электромагнитные колебания от сверхнизкочастотных радиоволн до жесткого гамма-излучения с частотой порядка 1022 Гц. В то же время еще не создано устройств, которые могли бы соперничать с обонянием человека или животных.

Так как индикаторы должны обнаруживать проявления внешнего мира, важнейшей их технической характеристикой является порог обнаружения (чувствительности).

Чем меньше порог – тем более слабые проявления свойства регистрируются индикатором. Современные индикаторы имеют очень низкий порог обнаружения, лежащий на уровне фоновых помех и собственных шумов аппаратуры. Последние имеют тепловую природу, поэтому для снижения порога чувствительные элементы и электронные узлы особо чувствительных индикаторов охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю.

Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных ...

... РЛС непрерывного излучения миллиметрового диапазона с фазо-кодоманипулированным сигналом. РЛС «Лис» - это мобильное средство обнаружения ... разработка ХК «Укрспецтехника» РЛС разведки наземных целей средней дальности 111L1 «Лис». Главная отличительная черта РЛС «Лис» - работа ... разрабатывается в дипломном проекте. В ... обнаружения цели РЛС «Лис» осуществляет при автоматической адаптации порога обнаружения ...

Индикаторы являются средствами измерения по шкале порядка. Для измерения по шкале отношений необходимо сравнивать неизвестный размер с известным и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется в сравнении. Так измеряют длину – линейкой, плоский угол – транспортиром, электрическое сопротивление – с помощью магазина сопротивлений. Если же нет физической величины известного размера, то сравнивается реакция прибора на воздействие измеряемой величины. Так измеряют: силу электрического тока – амперметром, давление – манометром, термодинамичекую температуру – термометром. При этом предполагается, что соотношение между откликами такое же, как и между сравниваемыми размерами. Для облегчения сравнения отклик на известное воздействие фиксируют на шкале прибора еще на стадии его изготовления, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой шкалы.

Все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений. К ним относятся все вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и установки.

Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением. При условии, что указывается точность, с которой воспроизводится номинальное значение физической величины, гиря является мерой массы, конденсатор – мерой емкости и т.д. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер. Гиря и конденсатор – однозначные меры, линейка и переменный конденсатор – многозначные. Измерения методом сравнения с мерой выполняются с помощью компаратора. Им могут служить равноплечные весы, измерительный мост.

Измерительные преобразователи – это средства измерений, преобразующие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, хранения, обработки, но, как правило, недоступную для непосредственного восприятия наблюдателем. К измерительным преобразователям относятся термопары, измерительные усилители, преобразователи давления. По месту, занимаемому в измерительной цепи, они делятся на первичные, промежуточные и т.д.

Измерительный прибор представляет собой совокупность преобразовательных элементов, образующих измерительную цепь, и отсчетного устройства. В отличие от вещественной меры измерительный прибор не воспроизводит известное значение физической величины.

Измерительные установки состоят из функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, собранных в одном месте. В измерительных системах эти средства и устройства территориально разобщены и соединены каналами связи. И в установках, и в системах измерительная информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.

Измерение уровня. Буйковые, поплавковые, емкостные, радиолокационные, ...

... при применении контактных методов измерения. При выборе датчика уровня сыпучих материалов необходимо учитывать следующие физико-механические характеристики и свойства контролируемого материала: ... Наличие угла естественного откоса снижает точность одномерного измерения уровня не зависимо от физического принципа измерения уровня. Высокое пылеобразование ограничивает возможности применения ...

Качество измерений зависит от многих факторов, однако в некоторых случаях требуется заранее знать, какое влияние на результаты измерений и их точность оказывают средства измерений. К таким случаям относятся:

– Априорная оценка точности измерений. При ее выполнении наряду с другими факторами должна учитываться точность средств измерений;

– Выбор средств измерений, применение которых в известных условиях обеспечит требуемую точность измерений. Эта задача является обратной к предыдущей;

– Сравнение различных средств измерений по их метрологическим свойствам как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации.

Характеристики средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений и их точность, называются метрологическими характеристиками средств измерений. Их можно разбить на группы:

– Характеристики, предназначенные для определения показаний средств измерений. К ним относятся: функция преобразования измерительного преобразователя; значения однозначной или многозначной меры; вид выходного кода, разрядность кода средств измерения, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

– Характеристики качества показаний – точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при метрологической аттестации средства измерений.

– Характеристики чувствительности средства измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции влияния и учет изменений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин.

• Динамические характеристики средств измерений, учитывающие их инерционные свойства.
• Характеристики взаимодействия с устройствами на выходе и на входе средств измерений.

– Неинформативные параметры выходного сигнала, обеспечивающие нормальную работу устройства, подключенного к средству измерений. Например, выходным сигналом преобразователя напряжения в среднюю частоту следования импульсов является последовательность импульсов. Для определения значения измеряемого напряжения к выходу преобразователя подключается частотомер. Он будет нормально работать только в том случае, если амплитуда и форма импульсов преобразователя, хотя они не несут информацию о значении измеряемого напряжения, будут удовлетворять определенным условиям.

Метрологические характеристики являются показателем качества и технического уровня всех без исключения средств измерений.

Учет всех метрологических характеристик средств измерений – сложная и трудоемкая процедура, оправданная только при измерениях очень высокой точности, характерных только для метрологической практики. В обиходе и на производстве такая точность, как правило, не нужна. Средства измерений, используемые в повседневной практике, принято делить по точности на классы. Классом точности называется обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и устанавливающая оценку снизу точности показаний. У плоскопараллельных концевых мер длины, например, такими характеристиками являются: пределы допустимых отклонений от номинальной длины и плоскопараллельности; пределы допустимого изменения длины в течение года.

Измерение параметров и характеристик электрических цепей

... точностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров элементов. На основе мостовых методов строят средства измерения, предназначенные как для измерения ... характеристик применяемых материалов является причиной появления паразитных параметров элементов. Так, наряду с главным параметром ... б, - малых сопротивлений. Погрешности измерения параметров элементов цепей методом вольтметра-амперметра на ...

Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, корпуса средств измерений, приводятся в нормативных актах. Обозначения могут быть в виде заглавных букв латинского алфавита, римских цифр. Их значение расшифровывается в нормативно-технической документации. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средств измерений.

Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, нулевое значение выходного (входного) сигнала у которых находится на краю или вне диапазона измерений, обозначение класса точности арабской цифрой из ряда (1, 1.5, 1.6, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6) ×10n, где n =1, 0, -1, -2 и т.д., говорит, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на соответствующее число процентов от верхнего предела измерений. Заключение цифры в окружность означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое показывает указатель.

1.2. Метрологическая надежность средств измерений

В процессе эксплуатации средства измерений может возникнуть поломка или неисправность, называемая отказом. Внезапные отказы вследствие их случайности прогнозировать нельзя. Для большого числа промышленно выпускаемых электрических и радиотехнических элементов средств измерений (транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.) имеются специальные таблицы, в которых указывается интенсивность их отказов – количество отказов в единицу времени. Если таких данных нет, то их можно получить экспериментальным путем в результате испытания элементов на надежность. Для этого N однотипным элементам задаются одинаковые режимы работы и фиксируется число отказов M за время T. Тогда интенсивность отказа элемента вычисляется по формуле.

Зная интенсивность отказов каждого элемента, можно определить интенсивность отказов средства измерений, состоящего из этих элементов:

где n – количество типов элементов, входящих в состав средства измерений; mi – количество элементов i-го типа.

Когда речь идет о внезапных отказах, вероятность безотказной работы определяется как

и наработка на отказ (среднее время безотказной работы).

По характеру своего проявления внезапные отказы являются явными. Они сравнительно легко обнаруживаются и после выяснения их причин – устраняются. Сложнее дело обстоит с диагностикой так называемых постепенных отказов, которые заключаются в том, что с течением времени метрологические характеристики перестают соответствовать установленным для них нормам, и средство измерений вследствие этого становится непригодным. Такие отказы являются скрытыми и могут быть обнаружены только при очередной поверке средства измерений, поэтому межповерочные интервалы устанавливают исходя из метрологической надежности средств измерений.

Оценка надежности технической системы методом разложения схемы ...

... когда исправны все её элементы. В этом случае систему называют последовательной системой. Известно, что отказ любого элемента такой системы приводит, как правило, к отказу системы. Поэтому вероятность безотказной работы системы определяют как произведение вероятностей ...

Метрологическая надежность – это свойство средств измерений сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение определенного времени при нормальных режимах и рабочих условиях эксплуатации. Метрологическим отказом называют выход метрологической характеристики средства измерений за пределы нормы. Метрологические отказы являются следствием старения и износа элементов и узлов средств измерений, так что их интенсивность со временем возрастает.