Metrologia - pomiary

METROLOGIA: dziedz wiedzy dot pomiarów w najszerszym tego słowa znaczeniu. PRZEDMIOT METROLOGII: jednostki miar oraz etalony (ustalanie, odtwarzanie jednostek miar, konserwacja, przetwarzanie)/ pomiar (met wykonania, ocena dokładności itp.)/ narzędzia pomiarowe (ich własności i zastosow)/ obserwatorzy (ich kwalifik w odniesieniu do realizacji okr zad pomiar). M DZIELI SIĘ NA SZEREG DZIAŁÓW: ze wzgl na rodzaj wielkości mierzonych (m dł, m czasu)/ ze wzgl na zastosow (m warsztatowa, medyczna, energet). JEDNOSTKI MIAR (wielkość, wielkość mierzalna, układ jednostek). Obser w przyr wielkości dziel na: wielkości pods i pochodne. Jako podstaw przyjmowane są te, z którymi człowiek się najczęściej spotyka i które przez wszystkich są jednoznacznie zrozumiane bez zastrzerzeń. Dodatkowym war jest ich wzajemna niezal. Np. w dziedz pomiarów geom i mech. Jako pods wielkości przyjmuje my: dł, czas i masę. Wielkości pochodne – wielkości pods ( prędkośc, przyspieszenie np. prędkość możemy wyrazić za pom dł i czasu, E potenc – masy, długości i czasu. ///// wielkości, których por można ująć liczbowo naz MIERZALNYMI, pozostałe ujmow tylko jakościowo – NIEMIERZALNYMI (ból, radość, intensywność barwy). UKŁAD JEDNOSTEK SI: uniwersalny układ jednostek uwzgl potrzeby nauki i techniki umożliwiaj łatwe tworzenie jednostek pochodnych i ich krotności. Przyjęty został w 1980 prze Generalną Konferencję Miar jako Międzynar Układ jednostek Miar. JEND PODS TEGO UKŁADU JEST 7 WIELKOŚCI PODS: jednostka długości-metr-m/ masy—kilogram-kg/ czasu- sekunda- s/ prądu – amper- A/ temp – kelwin – K/ jednostka światłości – kondela – cd/ jednostka liczebności materii – mol – mol./ WIELKOŚCIAMI UZUPEŁN TEGO UKŁADU SĄ: kąt płaski – radian - rad/ kąt bryłowy – steradian – st/ każda z tych jedn jest ściśle zdef i dla każdej z nich przewidziano odpowiedni wzorzec odtwarzający tę jedn z możliwie największą dokładnością w sposób trwały i niezmienny. UKŁAD SI UMOZLIWIA TWORZENIE: wielokrotności i podwielokrotności jedn miar w układzie dzisiętnym przez dodanie do nazwy jednostki przedrostek. PRZEDROSTKI OZN WIELOKROTNOŚCI I PODWIELOKROTNOŚCI JEDN MIAR: przedrostek –zapis skrócony – oznaczenie – znaczenie/ tera- 10do12- T- 1000000000000/ giga – 10 do 9 – G – 1000000000/ mega – 10 do 6 – M – 1000000/ kilo – 10 do 3 – k – 1000/ heklo – 10do2 – h – 100/ deka – 10do1 – da – 10////// decy – 10 do-1 – d – 0,1/ centy – 10 do-2 – c – 0,01/ mili – 10do-3 – m – 0,001/ mikro – 10do-6 – u – 0,000001/ nano – 10do-9 – n – 0,000000001/ piko – 10do-12 – p – 0,000000000001/ fento – 10do-15 – f – 0,000000000000001/ atto – 10do-18 – a – 0,000000000000000001. BŁĘDY POMIARU: przyjmuje się zas, że każdy pomiar jest obarczony błedem pomiaru. Przyczyna tego są pewne CECHY CHARAKT DLA PROC POMIARU: a w szczeg: def jedn miary i spos jej odtwarzania/ błedy narz pomiar/ met pomiaru/ właściwości mierzonego przedmiotu/ wartośc zewn pomiaru/ doskonałośc obserwacji i odvzytu. Pierwszym rezultatem pomiaru jest SUROWY WYNIK POMIARU, który nie został jeszcze skorygow przez dodanie poprawek i nie ma jeszcze wyznaczonego obszaru niepewności pomiaru. Surowy wynik pomiaru wymaga więc opracowania przez elim błędów systemat i podania niepewności pomiaru (tak opracowany wynik naz jest POPRAWIONYM WYNIKIEM POMNIARU). WYNIK POMIARU jest więc dwuelem i jest przedziałem w którym zwykle z okr prawdop zawarta jest prawdziwa (rzeczywista) wartość wielkości mierzonej. WYNIK PODAJE SIĘ W POSTACI: x+-ep, x-wynik pomiaru z uwzgl błędami systemat, ep- niepewność pomiaru. PRAWDZIWA WARTOŚĆ xrz JEST WIĘZ ZAWARTA W PRZEDZIAŁE: x-ep<=xrz<=x+ep. Z prawdop P=zwykle dla pomiarów technicznych 0,95. ozn to, że ep oblicz dla P=0,95aw przyp rozkładu normalnego równe jest ep=+-2*s, gdzie s-odchylenie standardowe eksperymentu. Konieczność opracowania wyniku pomiaru rozróżnia sposoby klasyfuk błędów pomiaru. KLASYCZNY PODZIAŁ BŁĘDÓW: błędy systemat/ b przypadkowe/ b nadmierne (grube). BŁĘDY SYSTEMATYCZNE: przy wielu pomiarach tej samej wartości pewnej wielkości wykonywanej w tych samych warunkach pozostaje stały zarówno co do wartości bezwzględnej jak i co do znaku lub zmienionych warunków (eliminowanie przez nanoszenie poprawek). BŁEDY PRZYPADKOWE: zmieniające się w sposób nieprzewidziany zar co do wartości bezwględnej jak i co do znaku. Przy wykonyw dużej liczby pomiarów jest natomiast możliwe okr prawdop granic zmienności błędów przypadkowych. BŁĘDY GRUBE: w skutek nieprawidłowo wyk pomiaru ich wartości są wyraźnie zawyżone w stos do popełnionych błęów przypadkowych. POMIAR: jest procesem doświadczalnym, prowadzącym do otrzym inform o wielkości mierzonej w formie najdogodniejszej do wykozys z punktu widzenia celu, jakiemu ma służyć. W CZASIE POMIARU NASTĘPUJE ILOŚCIOWE POR 2 STANÓW DANEJ WIELKOŚCI: W=j*n, W-wartość wielkości wyrażona w jednostce j (miara wielkości), j-jednostka miary wielkości niezmiennej, n-okr liczba (stan danej wielkości przez porównanie z jedn j). ZAPIS MATEM WYNIKU POMIARU może być ujęty w nast. Formie: n1j<=W<=n2j lub W<=nj oraz W>=nj. METODY POMIARU: posób wyznaczenia wartości mierzonej wielkości. ROZRÓŻNIAMY MET POM: bezpośrednie, gdzu wartość wielkości mierzonej jest otrzymyw wprost (np. z odczytania wskazania narzędzia pomiarow3ego) bez konieczności wykonyw obliczeń. Pośrednie: gdy poszukawqina wartość wielkości jest obliczana na podstawie zależności wiążącej ją z wielkościami, któruych wartości b yły mierzone bezpośrednio (np. wyznaczenie objętości stożka na podstawie pomiarów wys i średnicy podstawy). W ZAL OD SENSY FIZYCZ PRZEPROW POM ROZRÓŻN MET POM: podstawową, w przy gdy pomiar opiera się na def wielkości mierzonej (np. pomiar ciśnienia z def jako stos siły do pola przekroju, na który działa ta siła manometrem tłokowym). Porównawcza: w której realiz się por wielkości mierzonej ze znanymi wartościami tej wielkości lub też wielkości innej, zal od wielkości mierzonej (np. pomiar długości przymiarem). W ZAL OD SPOS POR WARTOŚCI WIELKOŚCIMIERZONEJ ZE ZNANYMI WARTOŚCIAMI TEJ WIELKOŚCI ROZRÓŻNIA SIĘ: met bezpośredniego porównania: wyst gdy cała wartość wielkości mierzonej por jest ze znaną wartością tej samej wielkości/ metoda różnicowa: pomiar niewielkiej różnicy pomiędzy wartościami wielkości a znaną wartością tej wielkości. BŁĄD PRZYPADKOWY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH: zagadnienia dot błęów przyp nal rozpatrywać z 2 punktów widzenia wynikających z syt w jakich może znależć się pomiarowiec: ocena granicznych wartości błęów przyp wyzn przedział, w którym wyst z okr prawdop błąd poj pomiaru. Z przyp tym spotyk się najczęście w praktycznych zad pomiarowych. Wykonując 1 pomiar zdajemy sobie sprawę, że błędy przypadkowe są zmiennymi losowymi i bez dodatkowych inf ocena błędu jest niemożliwa. Te inf to: doświadczenia z przeszłości dot serji podobnych pomiarów wykonyw w takich samych war jak dany pomiar, dane dot zastosow narz pomiarowego (czerpanie z instrukcji obsługi wartości technicznych itp.). jeżeli danych tych nie ma konieczne jest przeprowadz serji pomiar i na jej pods wyznaczenie granicznych wartości błędów dla przyszłych pomiarów. Zagadnienie to rozw się w oparciu o tzw rozkład normalny. Z serii pomiarów wielkości x otrzymujemy dane: wyniki pomiarów x10x2,x3…xn// średnia arytmetyczna: x średnie= suma xi/n// odchylenie średnie w próbie s= pierw z [suma od i=1 do i=n (xi-x średnie) do 2]/ (n-1). Prawdop tego, że w granicach xa i xb wystąpi przyszły wynik pomiarów x wynosi: P(xa20) dalsze jej zwiększanie nie daje efektów. W takich przyp w celu zwiększenia dokładności pomiaru nal zastos inną doskonalszą met pomiaru dającą mniejszą wartość Sr. Ponieważ W PRAKTYCE wykonuje się ograniczoną liczbę pomiarów, zastosow rozkładu normalnego nie wchodzi w grę, gdyż jest on przewidyw do zastosow przy dużej liczbie pomiarów (n>=30). Wtedy praktuczne zastosow znajduje tzw rozkład studenta. Rozkład ten daje większe wartości t alfa, niż w przyp rozkładu normalnego. Podając wynik obliczeń nal podać dodatkowo zawsze prawdop. WYNIK ZAPISUJEMY NAST.: x=x średnie +t alfa Sr. Różnica w szacowaniu jest tym większa im mniejsza liczba pomiarów w serii n. BŁĘDY PRZYPADKOWE W POMIARACH POŚREDNICH. W przyp, gdy wielkość poszukiwana y jest znajdowana na pods obliczeń z szeregu wyników pomiarów bezpośrednich x1,x2,x3…xn, czyli y= f(x1,x2,x3…xn) wartośc błędu pomiaru uzalezniona jest od wartości błedu mierzonej bezpośrednio oraz od funkcji wiążącej te wielkości z wielkością szukaną i obliczaną z nast. zależności dla Sry: Sry= pierw z (de f/de x1) do 2 Sr1 do 2 + (de f/de x2) do 2 Sr2 do 2 + (de f/de x3) do 2 Sr3 do 2+…+(de f/de xn) do 2 Srn do 2 = pierw z suma od i=n do i=1 (de f/de xi) do 2 Sri do 2, gdzie Sri= Si/ pierw z n. WYNIK POMIARU POŚRENIEGO POPRAWIONY (po wyelimin błędów systemat) nal zapisać nast.: y= y średnie+- 3 Sry. BŁĘDY NADMIERNE: ich przyczyną są omyłki, niewłaściwe zastosow przyrządu pomiarowego, mylne odczytanie wskaźnika, błąd obliczeniowy, użycie uszkodzonego przyrządu itp. Błędy te są znacznie większe od popełnianych błędów przypadkowych. Za kryt rozstrzygnięcia o uznaniu błędu za nadmierny jest przekroczenie kryterium wartości 4s.