Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время для расчета средств измерения (СИ) и оценки составляющих погрешности измерения широко используются программные средства персональных компьютеров, позволяющие быстро и многовариантно обработать результаты измерений. Однако для лучшего понимания механизма расчетов «изнутри», приближений и ограничений, используемых при компьютерных расчетах, полезным является предварительное изучение конкретных примеров и тренировка в решении метрологических задач.
Материал сборника изложен следующим образом. В начале каждой главы приводится необходимый теоретический материал, в основном формулы и соотношения, необходимые для решения примеров данной главы. Однако этот материал является вспомогательным и для полного понимания процесса решения целесообразно предварительное изучение курса метрологии по одному из пособий [1, 3-5], материалов ГОСТ 8.009-84 [6], а также РМГ 29-99 [2]. По главам материал сборника представлен следующим образом.
В главе 1 приведены основные понятия метрологии, необходимые для дальнейшего изложения. Существо вопросов, важных по мнению автора для понимания метрологии, раскрыто в виде контрольных вопросов, на которые приведены подробные ответы.
4
Поскольку характеристики распределений измеряемых величин и случайных погрешностей измерений имеют большое значение при обработке и представлении результатов измерений, глава 2 целиком посвящена разбору примеров по функциям распределения случайных величин (погрешностей, результатов измерений).
Теоретический материал и примеры точечных и интервальных оценок результатов измерений приведены в главе 3. В этой же главе приведены примеры влияния погрешности измерения на ошибки первого и второго рода и рассмотрены результаты измерений с точки зрения проверки статистических гипотез.
Систематические погрешности измерения, являющиеся «детерминированными» погрешностями в соответствии с их определением, представляют, как правило, наибольшую трудность при их обнаружении и учете в результате измерения. В главе 4 приводятся примеры по основным статистическим методам, позволяющим обнаружить изменяющиеся систематические погрешности, а также способы учета их неисключенных составляющих.
Обработка результатов измерений представлена в трех главах. В главе 5, посвященной обработке прямых равноточных измерений, большое внимание уделяется методам проверки нормальности распределений результатов измерений. Это важный момент в обработке результатов, поскольку большинство формул и соотношений в метрологии получены в предположении нормальности распределений. В этой главе приведен также материал по обработке неравноточных измерений. Глава 6 целиком посвящена наиболее распространенным на практике измерениям, которые подвергаются математической обработке, а именно косвенным измерениям. Получение правильных оценок результатов измерений и особенно интервальных оценок для косвенных измерений является иногда не простой задачей. Обработка результатов совместных и совокупных измерений представлена в главе 7. Для получения оптимального результата измерения в основном используется метод наименьших квадратов, нашедший наибольшее распространение при решении задач подобного типа как для линейных, так и для нелинейных функций.
В главе 8 приведены основные теоретические соотношения для расчета статических погрешностей (основной и дополнительной погрешностей) СИ и критерии существенности составляющих погрешностей СИ на основе материала ГОСТ 8.009-84. Примеры для расчеты статических погрешностей СИ представлены в главе 9 на основе расчетов усилителей с непосредственной связью и импульсных усилителей для данного типа (вида) усилителей и для
5
индивидуальных экземпляров усилителей в реальных условиях эксплуатации. Этот материал до сих пор, на наш взгляд, актуален, несмотря на то, что использование ЭВМ во многом сняло проблемы нестабильности измерительной аппаратуры. Однако чувствительные элементы (датчики), воспринимающие непосредственно изменения измеряемой физической величины, как правило, имеют на выходе аналоговый сигнал тока или напряжения, уровень которого недостаточен для непосредственной обработки его ЭВМ, и требуется усиление аналогового сигнала (иногда в сотни и тысячи раз) для того, чтобы он был пригоден для преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровой.
В главе 10 приводятся теория и примеры расчета полных и частных динамических характеристик СИ, а также примеры и задачи расчета динамических погрешностей при наличии на входе СИ различных видов сигналов: детерминированных, импульсных и случайных.
Глава 11 посвящена разработке моделей СИ и анализу составляющих погрешностей СИ на основе этих моделей (разд. 11.1). Другие разделы главы (11.2—11.5) посвящены анализу возникновения погрешностей разного вида на примерах работы различных преобразователей, приборов и систем, работа которых основана на использовании свойств проникающего ионизирующего излучения. Сложность преобразования радиационного сигнала позволяет показать разнообразие источников возникновения основной, дополнительной, динамической погрешностей СИ и ряда составляющих методической погрешности измерения. Этот материал не вполне соответствует общему содержанию сборника. Однако, по мнению автора, который более 20 лет занимался разработкой и внедрением СИ в производство, детальное знание источников возникновения погрешностей, их поведения при изменении условий эксплуатации необходимо для создания СИ высокого качества. Читатели, которые не занимаются разработкой и эксплуатацией подобных СИ, могут без ущерба для усвоения основного материала опустить изучение разд. 11.2—11.5. В целом сборник составлен таким образом, что, зная основы метрологии, можно начинать чтение и изучение материалов с любой главы сборника.
