3) Закон РК «Об обеспечении единства измерений».

4) Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 1. Общая теория измерений: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Питер, 2010. - 192с.

5) Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений. М.: Издательство стандартов, 1991.

6) Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений: Метрологическая справочная книга. Л.: Лениздат, 1987.

7) Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. М.: Логос, 2001.

Временная структура занятия (100 мин.):

1. Организационный момент - 3 мин.

2. Изложение нового материала - 85мин.

1. Способ получения измерительной информации - 10 мин.

2. Измерительные шкалы - 75 мин.

2.1 Шкала порядка

2.2 Шкала интервалов

2.3 Шкала отношений

3. Закрепление - 10мин.

4. Характеристика рекомендуемой литературы - 2мин.

План лекции

1. Способ получения измерительной информации

2. Измерительные шкалы

2.1 Шкала порядка

2.2 Шкала интервалов

2.3 Шкала отношений

Организационный момент: приветствие студентов.

Представление темы лекционного занятия.

Вопрос к аудитории: Чем, по вашему мнению, отличаются измерительные шкалы?

Вопрос №1 «Способ получения измерительной информации»

Пункт 1 «Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится с ней» (Л. Эйлер). Эти слова великого ученого перекликаются с народной мудростью, говорящей о том, что «все познается в сравнении». Действительно, никто еще не придумал иного способа получения информации о размере физической величины, кроме как путем сравнения его с другим размером такой же физической величины, то есть имеющей такую же размерность. Этот факт можно сформулировать в виде второй аксиомы метрологии (Слайд 2):

Пункт 2 Вторая аксиома относится к процедуре измерения и говорит о том, что сравнение размеров опытным путем является единственным способом получения измерительной информации. При этом не уточняется, каким образом сравниваются размеры, с помощью каких приспособлений, приборов или даже может быть без них. Просто утверждается, что другого способа нет.

Вариантов сравнения между собой двух размеров Qi, и Qj всего три (правила):

Qi><Qj

Qi - Qj=?Qij



Пункт 12 Первый из них - самый простой. Экспериментальное решение неравенства (1) позволяет ответить на вопрос, какой из двух размеров больше другого (либо они равны), но ничего не говорит о том, на сколько больше, или во сколько раз. Это наименее информативное измерение. Однако более полная измерительная информация иногда даже не требуется. (Слайд 3)

Так, например, на рисунке 1 показан вариант сравнения массы двух изделий с помощью равноплечего коромысла. Результат измерения убедительно свидетельствует о том, что первое изделие тяжелее второго. В некоторых случаях этого вполне достаточно.

Рисунок 1 - Сравнение массы двух изделий

Более информативно сравнение по правилу (2). Оно позволяет получить ответ на вопрос о том, на сколько один размер больше или меньше другого (в частном случае они могут оказаться равными). Так, например, подсыпая песок или дробь на правую чашку (см. рис. 1), можно добиться того, что коромысло уравновесится. Тогда можно будет сказать, что масса первого изделия больше массы второго на массу дроби или песка ?m в правой чашке. А вот сказать, во сколько раз больше, по-прежнему будет нельзя.

Для того чтобы ответить на вопрос, во сколько раз один размер больше или меньше другого (опять-таки, в частном случае они могут оказаться равными), нужно сравнить размеры между собой по правилу (3), то есть посмотреть, сколько раз j-й размер укладывается в i-м. Это будет означать, что j-й размер выступает в качестве единицы измерения, а к единицам измерений предъявляются совершенно определенные требования. В частности, для обеспечения единства измерений они должны быть установлены по определенным правилам и закреплены законодательным путем. Следовательно, измерение по правилу (3) представляет собой сравнение неизвестного размера Qi - Q с узаконенной единицей измерения Qi - [Q] с целью определения числового значения q измеряемой физической величины, которое показывает, во сколько раз неизвестный размер больше размера единицы, или на сколько единиц он больше нуля.

Пункт 13 Таким образом, последняя разновидность способа сравнения является самой информативной. Она позволяет определить значение измеряемой физической величины Q, то есть выразить ее размер в общепринятых (узаконенных) единицах в кратном или дольном отношении, и отвечает на вопрос, во сколько раз или на сколько (единиц) один размер больше (меньше) другого. (Слайд 4)

Пункт 3 Пример 1

Измерить массу каждого из двух изделий, показанных на рисунке 1. Неопределенностью результатов измерений можно пренебречь.

Задача решается только путем экспериментального сравнения массы каждого изделия с единицей массы килограммом по правилу (3). Результаты измерений могут иметь вид, например: т1 = 2 кг; т2 = 0,5 кг. (Слайд 5)

Пункт 3 Пример 2

Измерить, на сколько масса первого изделия больше массы второго. Неопределенностью результата измерения можно пренебречь.

Результат измерения по правилу (2) имеет вид: на массу уравновешивающих дроби или песка ?m. Если требуется дать ответ в узаконенных единицах, то нужно измерить массу уравновешивающих дроби или песка. Такая задача решается только путем экспериментального сравнения этой массы с единицей массы килограммом по правилу (3). Результат второго измерения будет, скорее всего, иметь вид: ?m=1,5 кг. (Слайд 5)

Пункт 3 Пример 3

Рассчитать, на сколько масса первого изделия больше массы второго, использовав для этого результаты измерений, приведенные в примере 16.

Результат расчета: на 1,5 кг. (Слайд 5)

Пункт 3 Пример 4

Рассчитать, во сколько раз масса первого изделия больше массы второго, использовав для этого результаты измерений, приведенные в примере 16.

Результат расчета: в 4 раза. (Слайд 5)

Вопрос №2 «Измерительные шкалы»

2.1 Шкала порядка

Пункт 4 Результат экспериментального решения неравенства (1) может быть представлен на шкале порядка, представляющей собой упорядоченную последовательность так называемых опорных (реперных) точек, обозначаемых буквами, цифрами или символами и соответствующих размерам Q0<Q1<Q2<Q3…Qn о каждом из которых известно, что он больше предыдущего, но меньше последующего, хотя сами размеры неизвестны. Если для обозначения реперных точек используются цифры, то они называются баллами. Само собой разумеется, что обозначения нельзя ни складывать, ни вычитать, ни делить, ни перемножать.

Пункт 4 В то же время если один размер по шкале порядка больше другого, а последний в свою очередь больше третьего, то и первый размер больше третьего. Или если хотя бы один из двух размеров больше третьего, то их сумма тоже больше третьего размера. Если из двух размеров каждый меньше третьего, то меньше третьего размера и их разность. Эти свойства транзитивности означают, что на шкалах порядка определены (то есть могут выполняться) логические операции.

Так как размеры, которым соответствуют реперные точки, неизвестны, то бессмысленно говорить о каком бы то ни было масштабе на шкале порядка. Шкалы порядка вообще являются наименее совершенными, наименее информативными из всех измерительных шкал. По ним не только нельзя определить, чему равен измеряемый размер Qi, но и невозможно сказать, на сколько (или во сколько раз) он больше или меньше размера Qj. Тем не менее в областях, где к измерительной информации не предъявляются высокие требования, шкалы порядка применяются довольно широко.

Пункт 5 В промышленности, например, для измерений по шкалам порядка используются шаблоны. В образовательных учреждениях по шкале порядка измеряются знания учащихся (Слайд 7):

Балл	Знания
5	Отлично
4	Хорошо
3	Удовлетворительно
2	Неудовлетворительно

Пункт 5 Другие примеры шкал приведены в таблицах 2-4

Таблица 2. Шкала Бофорта для измерения силы ветра (Слайд 8)

Балл	Название	Признак
0	Штиль	Дым идет вертикально
1	Тихий	Дым идет слегка наклонно
2	Легкий	Ощущается лицом, шелестят листья
3	Слабый	Развеваются флаги
4	Умеренный	Поднимается пыль
5	Свежий	Вызывает волны на воде
6	Сильный	Свистит в вантах, гудят провода
7	Крепкий	На волнах образуется пена
8	Очень крепкий	Трудно идти против ветра
9	Шторм	Срывает черепицу
10	Сильный шторм	Вырывает деревья с корнем
11	Жестокий шторм	Большие разрушения
12	Ураган	Опустошительное действие

Таблица 3. Минералогическая шкала твердости (Слайд 9)

Балл	Твердость
0	Меньше твердости талька
1	Равна или больше твердости талька, но меньше твердости гипса
2	Равна или больше твердости гипса, но меньше твердости известкового шпата
3	Равна или больше твердости известкового шпата, но меньше твердости плавикового шпата
4	Равна или больше твердости плавикового шпата, но меньше твердости апатита
5	Равна или больше твердости апатита, но меньше твердости полевого шпата
6	Равна или больше твердости полевого шпата, но меньше твердости кварца
7	Равна или больше твердости кварца, но меньше твердости топаза
8	Равна или больше твердости топаза, но меньше твердости корунда
9	Равна или больше твердости корунда, но меньше твердости алмаза
10	Равна твердости алмаза или больше его

2.2 Шкала интервалов

Пункт 4 Результат экспериментального сравнения i-гo размера с j-м по правилу (2) может быть представлен на шкале интервалов. Пример построения шкалы интервалов приведен на рис.3, где в качестве j-го размера выбран второй. Если бы для сравнения были выбраны третий или четвертый размеры, то ноль сместился бы выше по шкале интервалов; если бы первый или нулевой - ниже. Таким образом, начало отсчета на шкале интервалов не определено и зависит от выбора размера, с которым производится сравнение. Для обеспечения единства измерений этот размер должен быть общепринятым или установленным законодательно.

Так, например, по температурным шкалам Цельсия и Реомюра сравнение ведется с температурой таяния льда, по шкале Фаренгейта - с температурой смеси льда с солью и нашатырем, по шкале Кельвина - с температурой, при которой прекращается тепловое движение молекул (рис.4). Пункт 6

Рисунок 3 - Построение шкалы интервалов (Слайд 6)

Рисунок 4 -Температурные шкалы Цельсия (°С),

Реомюра (°R), Фаренгейта (°F) и Кельвина (K)

На шкалах интервалов уже может быть установлен масштаб. С этой целью, кроме начала отсчета, выбирают еще одну опорную (реперную) точку и разбивают полученный интервал между точками на определенное число делений (градаций - от лат. gradus - ступень). (Слайд 10)

В частности, на трех температурных шкалах второй опорной точкой является температура кипения воды при номинальном значении атмосферного давления. На шкале Цельсия интервал между опорными точками разбит на 100 градаций - градусов, на шкале Реомюра - на 80; на шкале Фаренгейта - на 180, при том что по сравнению с предыдущими шкалами начало отсчета сдвинуто на 32°F в сторону низких температур. На шкале Кельвина в качестве второй опорной точки выбрана температура таяния льда, а интервал между реперными точками разбит на 273,16 части с тем, чтобы одна такая часть, называемая кельвином, в точности равнялась 1°С. Это значительно упрощает переход от одной шкалы к другой.

Градации являются единицами измерения интервалов между размерами, но не самих размеров физических величин. Само собой разумеется, что в качестве градаций могут использоваться узаконенные единицы измерения физических величин. Выражение интервала в тех или иных единицах измерения называется его значением. Интервалы можно сравнивать между собой и по принципу на сколько один интервал больше или меньше другого, и по принципу - во сколько раз. Что же касается размеров физических величин, то по шкале порядка можно получить только информацию о том, на сколько один размер больше или меньше другого. Если, например, второй размер больше первого на семь градаций, а третий меньше второго на две, то первый меньше третьего на пять градаций.

Получить информацию о том, во сколько раз один размер больше другого, по шкале интервалов невозможно. Для этого нужно знать сами размеры, сведений о которых на шкале интервалов нет.

Пункт 7 Пример 20

При любом летоисчислении коренной перелом в ходе Второй мировой войны произошел под Сталинградом спустя 700 лет после разгрома Александром Невским немецких рыцарей Ливонского ордена на льду Чудского озера. Но если поставить вопрос о том, «во сколько раз» позже наступило это событие, то по нашему григорианскому стилю в ?1,56 раза, по юлианскому календарю, отсчитывающему время от «сотворения мира», в 1,10 раза, по иудейскому, где время отсчитывается от «сотворения Адама», в 1,14 раза, а по магометанскому летоисчислению, начавшемуся с даты бегства Магомета из Мекки в священный город Медину, где была основана первая мусульманская община, 2,13 раза.

«Во сколько раз» позже первого наступило второе событие для жителей северной части Корейского полуострова, где с 9 сентября 1997 г. отсчет времени ведется с 1912 г., когда 15 апреля родился Ким Ир Сен? Это летоисчисление называется «чучхейским» в честь идеологии чучхе, разработанной Ким Ир Сеном и являющейся официальной теорией построения коммунистического общества в КНДР.

Из рассмотренного примера и всего вышесказанного следует, что

- для обеспечения единства измерений на шкале интервалов нужно иметь общепринятое или установленное законодательным путем начало отсчета;

- для решения вопроса о том, во сколько раз один размер больше или меньше другого, нужно знать сами размеры. (Слайд 11)

Для решения первой задачи принимаются специальные меры, о характере которых можно судить по следующим примерам.

Пункт 7 Пример 21

На заре цивилизации, когда все дороги вели в Иерусалим, паломники отсчитывали от этого святого города расстояния во все концы света. В одном из храмов Иерусалима до сих пор сохранился репер (опорный знак), обозначающий точку начала отсчета (ноль) всех расстояний. (Слайд 12)

Пункт 7 Пример 22

В г. Берне (Швейцария) городская башня с часами служит нулевой отметкой (началом отсчета) всех расстояний в этой стране. (Слайд 12)

Пункт 7 Пример 23

В конце прошлого века в Москве между Манежной и Красной площадями в проезде Вознесенские ворота в брусчатку вмонтирован знак: «Нулевой километр автодорог Российской Федерации». (Слайд 12)

Пункт 14 Пример 24

Высоты издавна отсчитывались от уровня моря. Считалось, что на основании принципа сообщающихся сосудов уровень моря везде одинаков. Теперь известно, что это не так. Измерения со спутников показали, что в океане имеются выпуклости и впадины, отличающиеся от среднего уровня на десятки метров. Они обусловлены гравитационными аномалиями. Но раньше этого не знали.

В России наблюдения за уровнем Балтийского моря начались в Петровскую эпоху (с 1703 г.) в Финском заливе на острове Котлин. Уровень воды отмечался на шлюзных воротах и стенах Морского канала в Кронштадте. В XIX веке эти наблюдения стали систематическими, что позволило известному русскому гидрографу вице-адмиралу М. Ф. Рейнеке определить средний многолетний уровень Балтийского моря за 1825-1840 годы, зафиксированный в виде черты, выбитой на гранитном устое Синего моста через Обводный канал в Кронштадте.

Этот уровень, получивший название «нуль Кронштадтского футштока» (футшток - рейка с делениями, устанавливаемая на водомерных постах для наблюдения за уровнем воды), по предложению Главного штаба с 1872 г. стал использоваться для отсчета всех высот в Российской империи. Тогда же с целью передачи нулевого уровня высот на материк установили и закрепили репером в Ораниенбауме (ныне г. Ломоносов) нивелирную связь Кронштадтского футштока с континентом. В 1892 году нивелирование повторили; для выполнения этих работ посредине между Кронштадтом и Ораниенбаумом был затоплен плашкоут, на котором установлен столик для нивелира.

Средний уровень моря подвержен вековым изменениям. Кроме того, он зависит от времени усреднения и методики обработки результатов измерений. Поэтому, несмотря на то что за более чем столетний период наблюдений средний многолетний уровень Балтийского моря в районе Кронштадта колебался в пределах не более 2 мм, известный советский океанолог и картограф почетный академик Ю. М. Шокальский предложил в качестве исходного уровня высот в стране оставить нуль Кронштадтского футштока, не связывая его в дальнейшем с уровнем моря.

В 1946 г. была введена единая система геодезических координат и высот на территории СССР, в которой нуль Кронштадтского футштока принят за начало отсчета высот, закрепленное фундаментальным репером в г. Ломоносове. Он стал исходным пунктом для измерения всех высот не только в СССР, но и в странах Восточной Европы в так называемой Балтийской системе высот. От него же ведется отсчет глубин на картах Балтийского моря, хотя, например, средний многолетний уровень моря у Датских проливов примерно на 20 см ниже, чем у Кронштадта. (Слайд 13)

Невозможность решения второго вопроса является неустранимым недостатком шкалы интервалов. Однако, как видно из выражения (2), при уменьшении размера Qj, с которым производится сравнение, ?Qij> Qi, так что = Qi, то есть в пределе шкала интервалов ?Qij переходит в шкалу размеров Qi. Такой, например, является температурная шкала Кельвина. По ней сравнение производится с температурой, при которой прекращается тепловое движение молекул. Это абсолютно нулевая температура; более низкой быть не может. Поэтому отрицательных температур на шкале Кельвина нет, а в положительном направлении откладываются абсолютные температуры, равные интервалу между измеряемой температурой и абсолютным нулем.

Аналогичным образом можно построить шкалу абсолютных высот, приняв за начало отсчета центр земного шара. Если шкала интервалов переходит в шкалу размеров, то в качестве градаций естественно пользоваться единицами измерения физических величин. Отградуированная в узаконенных единицах измерения, такая шкала становится уже шкалой значений.

2.3 Шкала отношений

Пункт 4 Шкала отношений служит для представления результатов измерений, полученных посредством экспериментального сравнения i-ro размера с j-м по правилу (3). Если в качестве j-ro размера выбран размер узаконенной единицы измерения [Q], то на шкале отношений откладывается числовое значение q измеряемой величины, которое показывает, во сколько раз ее размер Qi = Q больше размера единицы измерения, или на сколько единичных размеров он больше нуля (Слайд 14):

На практике вместо шкалы отвлеченных числовых значений q чаще используется шкала значений Q (рис.5), которая отличается от шкалы размеров Q тем, что размеры выражены в единицах измерения [Q].

Шкалы отношений являются самыми совершенными, самыми информативными и самыми распространенными. На них представлена информация о самих размерах физических величин, в частности об их значениях. Это позволяет решать и на сколько, и во сколько раз один размер больше или меньше другого. (Слайд 14)

Рисунок 5 - Шкалы отношений (Слайд 6)

Пункт 8 Полезные рассуждения

Можно ли измерить время?

Нет, так как нет начала отсчета. Можно измерить лишь интервал времени. В зависимости от его продолжительности он может быть разделен на меньшие интервалы и выражен в веках, годах, месяцах, днях, часах, минутах или узаконенных единицах измерения - секундах.

Можно ли измерить температуру?

Да, так как известно начало отсчета - абсолютный ноль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул. Узаконенной единицей измерения температуры является кельвин.

Можно ли измерить пространство?

Нет, так как нет начала отсчета. Можно измерить лишь расстояние (интервал) между двумя точками пространства. Узаконенной единицей измерения длины является метр.

Можно ли измерить вес?

Да, так как известно начало отсчета. Ему соответствует отсутствие взвешиваемого предмета.

Можно ли измерить плоский угол?

Да, так как известно начало отсчета. Ему соответствует параллельность образующих линий. (Слайд 15)

Подводя итог занятия, хотелось бы сказать, что вторая аксиома метрологии является важным разделом изучения данной науки. Что касается, измерительных шкал то они находят большое применение в различных отраслях науки и техники, таких как физика, медицина, сейсмология и.т.д. Например, всем известные температурные термометры, люди с ними встречаются довольно часто, но некоторые из них не может даже предположить какого вида шкала используется в данном виде прибора. Это очень важно уметь различать виды шкал и знать историю развития теории измерений, так как человек в любой сфере деятельности в течение жизни сталкивается с измерениями.

Итог урока. Выдача задания СРС.

Спасибо, до свидания.

Контрольные вопросы:

Пункт 11

1. Дайте определение понятию измерение.

2. В чем основная идея второй аксиомы метрологии?

3. Что представляет собой шкала порядка?

4. Назовите особенности шкалы порядка.

5. Что представляет собой шкала интервалов?

6. На какой шкале не определено начало отсчета?

7. Что представляет собой шкала отношений?

8. На какой шкале определены любые математические операции?

Контрольное задание для СРС:

Пункт 10. Погрешности измерений.

Приложение В

Разработка практического занятия

Методика проведения практического занятия

Специальность: 5В073200 - «Стандартизация, метрология и сертификация».

Дисциплина: «Общая теория измерений»

Дата проведения: 4 неделя

Время: 9.00-10.45.

Форма организации занятия: практическое занятие.

Раздел: 2

Тема практического занятия: Классы точности средств измерений (СИ) и влияние условий измерений.

Дидактическая цель практического занятия: Формирование навыков решения задач, связанные с классами точности СИ.

Задачи:

Образовательная:

5) закрепить теоретические знания студентов о классах точности СИ на практике, путем опроса основных составляющих элементов СИ; (изучаемые виды СИ)

6) расширить знания студентов о СИ на примере их наглядности; (изучаемые виды СИ)

7) углубить интерес к изучаемой дисциплине путем решения задач; (Пункт 1)

8) наглядно продемонстрировать важность и полезность знаний практического занятия. (изучаемые виды СИ)

Воспитательная:

5) привить студентам потребность в знаниях классов точности СИ, посредством разъяснения важности приобретения навыков работы с ними; (мотивация (получение хорошей работы в будущем)).

6) формировать у студентов способность самостоятельного понимания принципов решения различных задач, связанных с классами точности СИ; (Пункт 2)

7) воспитывать у студентов инициативу и самостоятельность в работе с СИ; (Пункт 3)

8) способствовать формированию у студентов способности реализовывать на практике знания полученные теоретически. (Пункт 4)

Развивающая:

5) развивать у студентов профессиональные интересы путем показа конструкций СИ; (изучаемые виды СИ)

6) содействовать развитию у студентов специальных способностей в работе с СИ, объясняя предназначение каждого из них; (изучаемые виды СИ)

7) развить у студентов способность делать выводы о проделанной работе путем 10-минутного опроса в конце занятия; (Пункт 2)

8) развить закрепление полученных ранее знаний путем проведения со студентами брейн-ринга по освоенному материалу. (Пункт 5)

Материально-техническое оснащение: СИ (приборы).

Дидактическое обеспечение: методический и раздаточный материал.

Рекомендуемая литература:

1. Маркин Н.С. Практикум по метрологии. М.: Издательство стандартов, 1994.

2. Учебное пособие по дисциплине «Общая теория измерений», Кузембаева Г.М., Ерахтина И.И.

3. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М.: Изд-во стандартов, 1977 г.

4. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. М.: Изд-во стандартов, 1991.

5. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. М.:Наука, 1988 г.

Порядок проведения практической работы:

1. Инструктаж по технике безопасности при работе со СИ.

2. Объяснение сути работы и раздача индивидуальных заданий.

3. Демонстрация примеров решения задач, используя все СИ.

4. Практическая работа студентов со СИ с текущим инструктированием.

Временная структура занятия (100 мин):

1. Организационный момент - 5 мин.

2. Вводный инструктаж - 45 мин.

2.1 Инструктаж по технике безопасности при работе со СИ- 5 мин.

2.2 Объяснение сути работы и раздача индивидуальных заданий - 15 мин.

2.3 Демонстрация примеров решения задач, используя все СИ - 25 мин.

3 Практическая работа студентов со СИ - 40 мин.

4. Заключительный инструктаж - 5 мин.

5. Информирование студентов о сдаче отчета - 3 мин.

6. Приведение рабочих мест в порядок - 2 мин.

Порядок проведения практической работы:

1 Организационный момент;

2 Вводный инструктаж;

2.1 Инструктаж по технике безопасности при работе со СИ;

Перед началом работ по измерению СИ проверяют. Измерительную работу разрешается проводить СИ, только если: его корпус не имеет трещин и механического повреждения, потому что через трещины может проникать пыль внутрь приборов; стекло должно быть укреплено прочно, не иметь трещины, царапин, пузырьков, и других погрешностей, мешающих снимать показания; шкала не должна быть испорчена, не отклеиваться и не быть грязной (зеркальная полоса, которая служит для устранений погрешностей в показании СИ, не должна быть тусклой и не разбитой); зажим должен быть завинчен до конца и резьба должна работать, основания должны быть не расшатанными; внутри корпуса части не должны отсоединяться. Разрешается работать со СИ, если стрелка не согнута и её кончик совпадает по направлению с направлением отметки шкалы, так же если корректор в рабочем состоянии, и допускается регулировка положения нулевого указателя. А также еще одним условием допуска к работе является разбивка шкал на деления, они должны быть произведены в соответствие с характерами интервалов между отметками чисел и должны быть рабочими регулирующие устройства.

2.2 Объяснение сути работы;

Суть практической работы заключается в следующем:

Студентам полагается работать с шестью измерительными приборами (вольтметр, амперметр, частотомер, фазометр, ампервольтметр, мегомметр). В процессе работы им нужно будет определить класс точности СИ, вид СИ, вид измеряемых физических величин прибора и их точные значения в определенный промежуток времени.

Перед объяснением сути работы задаются вопросы, необходимые для повторения значения ключевых понятий, используемых для разъяснения сути работы:

1) Дайте определение понятию неопределенность измерения. (Пункт 2)

Предполагаемый (верный) ответ: Термин «неопределенность измерения» является условным. Измерение - это процедура, последовательность действий, которые не имеют никакой неопределенности. Правильнее говорить «неопределенность показания», «неопределенность результата измерения», «неопределенность значения измеряемой величины» и т. п.

2) Что такое класс точности СИ.

Предполагаемый (верный) ответ: Класс точности измерительного прибора - это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.

Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности. Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора.

3) Как обозначаются классы точности СИ.(Пункт 2)

Предполагаемый (верный) ответ: Обозначения могут быть в виде заглавных букв латинского алфавита (например, М, С и т. п.) или римских цифр (I, II, III, IV и т. д.) с добавлением условных знаков. Для измерительных приборов с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, нулевое значение входного (выходного) сигнала у которых находится на краю или вне диапазона измерений, обозначение класса точности арабской цифрой из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)10n, где n = 1, 0, -1, -2 и т. д., означает, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на указанное число процентов от большего из пределов измерений.

Информация о неопределенности измерений, выполняемых в повседневной практике с помощью приборов конкретного типа, получается во время испытаний этих приборов с целью утверждения типа и содержится в обозначениях их классов точности. Обозначения наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативно-технических документах. В эксплуатационной документации на средство измерения, содержащей обозначение класса точности, должна быть ссылка на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности для этого типа средств измерений.

На шкале измерительного прибора маркируют значение класса точности измерительного прибора в виде числа, указывающего нормированное значение погрешности. Выраженное в процентах, оно может иметь значения 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01; 0,005; 0,002; 0,001 и т. д. Если обозначаемое на шкале значение класса точности обведено кружком, например 1,5, это означает, что погрешность чувствительности дs=1,5%. Так нормируют погрешности масштабных преобразователей (делителей напряжения, измерительных шунтов, измерительных трансформаторов тока и напряжения и т. п.). Это означает, что для данного измерительного прибора погрешность чувствительности дs=dx/x - постоянная величина при любом значении х. Граница относительной погрешности д(х) постоянна и при любом значении х просто равна значению дs, а абсолютная погрешность результата измерений определяется как dx=дsx Для таких измерительных приборов всегда указывают границы рабочего диапазона, в которых такая оценка справедлива.

Если на шкале измерительного прибора цифра класса точности не подчеркнута, например 0,5, это означает, что прибор нормируется приведенной погрешностью нуля до=0,5%. У таких приборов для любых значений х граница абсолютной погрешности нуля dx=dо=const, адо=dо/хн. При равномерной или степенной шкале измерительного прибора и нулевой отметке на краю шкалы или вне ее за хн принимают верхний предел диапазона измерений. Если нулевая отметка находится посредине шкалы, то хн равно протяженности диапазона измерений, например для миллиамперметра со шкалой от -3 до +3 мА, хн= 3 - (-3)=6 А.

Однако будет грубейшей ошибкой полагать, что амперметр класса точности 0,5 обеспечивает во всем диапазоне измерений погрешность результатов измерений ±0,5 %. Значение погрешности до увеличивается обратно пропорционально х, то есть относительная погрешность д(х) равна классу точности измерительного прибора лишь на последней отметке шкалы (при х = хк). При х = 0,1хк она в 10 раз больше класса точности. При приближении х к нулю д(х) стремится к бесконечности, то есть такими приборами делать измерения в начальной части шкалы недопустимо.

На измерительных приборах с резко неравномерной шкалой (например на омметрах) класс точности указывают в долях от длины шкалы и обозначают как 1,5 с обозначением ниже цифр знака «угол».

Если обозначение класса точности на шкале измерительного прибора дано в виде дроби (например 0,02/0,01), это указывает на то, что приведенная погрешность в конце диапазона измерений дпрк = ±0,02 %, а в нуле диапазона дпрк = -0,01 %. К таким измерительным приборам относятся высокоточные цифровые вольтметры, потенциометры постоянного тока и другие высокоточные приборы. В этом случае д(х) = дк + дн (хк/х - 1), где хк - верхний предел измерений (конечное значение шкалы прибора), х - измеряемое значение.

4) Какие физические величины относятся к условиям измерений.

(Пункт 2) Предполагаемый (верный) ответ: Влияние климатических (температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, атмосферное давление), электрических и магнитных (колебания силы электрического тока или напряжения в электрической сети, частоты переменного электрического тока, постоянные и переменные магнитные поля и др.), механических и акустических (вибрации, ударные нагрузки, сотрясения) факторов, а также ионизирующих излучений, газового состава атмосферы и т. п. принято относить к условиям измерений.

5) Какие номинальные значения принимают влияющие физические величины. (Пункт 2)

Предполагаемый (верный) ответ:

Таблица. Номинальные значения влияющих физических величин.

Влияющая величина	Номинальное значение
Температура для всех видов измерений	20 °С (293 К)
Атмосферное давление при измерении ионизирующих излучений, теплофизических, температурных, магнитных, электрических измерениях, измерении давления и параметров движения	100 кПа (750 мм рт. ст.)
То же при линейных, угловых измерениях, измерениях массы, силы света, измерениях в спектроскопии и других областях, кроме перечисленных в предыдущем пункте	101,3 кПа (760 мм рт. ст.)
Относительная влажность воздуха при линейных, угловых измерениях, измерениях массы, измерениях в спектроскопии	58%
То же при измерении электрического сопротивления	55 %
То же при измерениях температуры, силы, твердости, переменного электрического тока, ионизирующих излучений, параметров движения	65 %
То же при остальных видах измерений	60%
Плотность воздуха	1,2 кг/м3
Ускорение при свободном падении	9,8 м/с2
Магнитная индукция (напряженность магнитного поля) и напряженность электрического поля при измерении параметров движения, магнитных и электрических величин	0 Тл; 0 В/м

2.3 Демонстрация примеров решения задач, используя все СИ (Пункт 1)

Пример 1. Указатель отсчетного устройства вольтметра класса точности 0,5, шкала которого приведена на рисунке 1, показывает 124 В. Чему равно измеряемое напряжение?

Рисунок 1. Лицевая панель вольтметра класса точности 0,5 с равномерной шкалой

Решение. Для указанного прибора измеряемое напряжение не может отличаться от того, что показывает указатель, больше чем на 1 В. Следовательно, измеряемое напряжение равно 124 В со стандартной неопределенностью типа В, равной 0,58 В.

Если при тех же условиях нулевое значение находится внутри диапазона измерений, то значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель, больше чем на соответствующее классу точности число процентов от большего из модулей пределов измерений.

Пример 2. Указатель отсчетного устройства амперметра класса точности 1,5, шкала которого показана на рисунке 2, остановился на отметке 4 А. Чему равна измеряемая сила тока?

Рисунок 2. Лицевая панель амперметра класса точности 1,5 с равномерной шкалой

Решение. Для указанного прибора измеряемая сила тока не может отличаться от той, которую показывает указатель, более чем на 0,3 А. Поэтому измеряемая сила тока равна 4 А со стандартной неопределенностью типа В, равной 0,17 А. У средств измерений с установленным номинальным значением отличие значения измеряемой величины от того, что показывает указатель, не может превышать соответствующего числа процентов от номинального значения.

Пример 3. Указатель отсчетного устройства частотомера класса точности 0,2 с номинальной частотой 50 Гц, шкала которого приведена на рисунке 3, показывает 51,4 Гц. Чему равна измеряемая частота?

Рисунок 3. Лицевая панель частотомера класса точности 0,2 с номинальной частотой 50 Гц

Решение. У такого прибора измеряемая частота не может отличаться от той, что показывает указатель отсчетного устройства, больше чем на 0,1 Гц. Следовательно, измеряемая частота равна 51,4 Гц со стандартной неопределенностью типа В, равной 0,058 Гц.

В других случаях, когда классы точности обозначаются цифрами из приведенного выше ряда, следует обращаться к стандартам на средства измерений этого типа.

Обозначение классов точности цифрами из того же ряда предпочтительных чисел может сопровождаться применением дополнительных условных знаков.

Так, например, отметка снизу



означает, что у измерительных приборов этого типа с существенно неравномерной шкалой значение измеряемой величины не может отличаться от того, что показывает указатель отсчетного устройства, больше чем на указанное число процентов от всей длины шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений.

Пример 4. Указатель отсчетного устройства фазометра класса точности 0,5 по верхней шкале на рисунке 4 показывает 39,50 со стандартной неопределенность типа В, равной 0,30. (Пункт 3)

Рисунок 4. Лицевая панель фазометра класса точности 0,5 с существенно неравномерной шкалой

Заключение цифры в окружность (например и.т.д.) означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое показывает указатель.

Пример 5. Указатель отсчетного устройства мегомметра класса точности с неравномерной шкалой, представленной на рисунке 5, показывает 40 МОм. Чему равно измеряемое сопротивление? (Пункт 3)

Рисунок 5. Лицевая панель мегомметра класса точности с неравномерной шкалой

Решение. При таком обозначении класса точности измеряемая величина не может отличаться от значения, которое показывает указатель, более чем на 2,5 %. Поэтому измеряемое сопротивление равно 40 МОм со стандартной неопределенностью типа В, равной 0,57 МОм.

Иногда обозначение класса точности дается в виде дроби, например 0,02/0,01. Это означает, что измеряемая величина не может отличаться от значения X, показанного указателем, больше чем на %, где c и d - соответственно числитель и знаменатель в обозначении класса точности, а Хк - больший (по модулю) из пределов измерений.

Пример 6. Указатель отсчетного устройства ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 со шкалой, приведенной на рисунке 6, показывает -25 А. Чему равна измеряемая сила тока? (Пункт 4)

Рисунок 6. Лицевая панель ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 с равномерной шкалой

Решение. Измеряемая сила тока отличается от той, что показывает указатель, не больше чем на %. Таким образом измеряемая сила тока равна -25 А со стандартной неопределенностью типа В, равной 0,0043 А.

Вывод: Необходимо еще раз подчеркнуть, что класс точности является обобщенной характеристикой всех средств измерений этого типа. Он ни в коем случае не служит характеристикой качества конкретного измерения. Между тем во многих случаях наибольший интерес представляет качество именно конкретного измерения.

3 Практическая работа студентов со СИ.

Студенты выполняют измерения согласно методическим указаниям, устанавливая нужные значения приборов. В процессе работы студентов промежуточный контроль осуществляется на этапе определения вида шкал (равномерная или неравномерная) и правильного выставления предела измерения для каждого вида приборов.

4 Заключительный инструктаж;

4.1 Информирование студентов о форме сдачи отчета. Отчет сдается в виде сохраненного файла текстового редактора Microsoft Word, с подробным описанием решения задач и личных данных студента. Оценка выставляется после защиты отчета.

4.2 Подведение итогов.

Приобретения навыков по работе с измерительными приборами является необходимым условием работы каждого работника специальности «Стандартизация, метрология и сертификация», так как приходя на производство будущий специалист в данной области должен хорошо ориентироваться и знать основы работы с различными видами средств измерений для того, чтобы в будущем быть востребованным на рынке труда.

5. Приведение рабочих мест в порядок

После проведения всех измерений студенты отключают приборы от сети. Убирают приборы и подключаемые к ним провода в шкафы. Укладывают все свои вещи (тетрадки, ручки) в сумки.

6. Вопросы для проведения брейн-ринга.

6.1 Что такое измерение?

6.2 Какие виды неопределенности вы знаете?

6.3 Что такое класс точности СИ?

6.4 Какими способами обозначаются классы точности СИ?

6.5 Перечислите 2 основных вида прибора.

6.6 Назовите нормальные условия измерений, какие значения они принимают.

6.7. На что указывает обозначение класса точности на шкале измерительного прибора в виде дроби (например 0,02/0,01).

6.8 На что указывает неподчеркнутость цифры класса точности измерительного прибора цифра.

6.9 Что обозначает обведение кружком значения класса точности?

6.10 На какие места СИ обычно наносятся обозначения их классов точности.

Приложение Г

Анализ посещенного занятия

АНАЛИЗ практического ЗАНЯТИЯ

Ф.И.О., посещаемого преподавателя: Гейдан Ирина Анатольевна

Кафедра: Технология машиностроения

Дисциплина: «Общая теория измерений»

Курс: 2, группа: СТ-14-1 количество студентов по списку 12

Количество присутствующих студентов: 12

Дата: 17.04.2015 г. время 900:1045 аудитория гл.к.321

Вид: практика

Тема практического занятия: Многократное измерение

Дисциплина «Общая теория измерений» относится к компоненту базовых дисциплин (обязательный компонент) специальности 5В073200 -«Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)» кафедры ТМ.

1. Тема занятия (Соответствие темы занятия типовой и рабочей программе, календарно-тематическому плану. Цель, задачи занятия, взаимосвязь и пути реализации. Воспитательная, практическая направленность и развивающее влияние материала).

Практическое занятие проведено в соответствии с рабочей учебной программой и календарным планом. В начале занятия преподаватель озвучила студентам тему, план практического занятия, провела краткий опрос по изученным ранее вопросам.

Цель занятия - научить студентов оценивать погрешности результатов многократных измерений путем решения задач.

Приводя в ходе практического занятия примеры решения задач, преподаватель стремился раскрыть индивидуальные возможности каждого студента - способность анализировать и самостоятельного решения задач, основываясь на своих собственных умозаключениях. Для студентов представленный материал вызвал интерес и значимость для дальнейшего использования в выполняемых ими работах.

2. Готовность преподавателя и студентов к занятию (материально-техническое обеспечение занятие, наглядные и учебные пособия, ТСО, санитарно-гигиеническое состояние аудитории)

При проведении практического занятия преподаватель использовал раздаточный материал в виде методичных пособий, а также карточки с индивидуальным заданием (задачи). До того, как раздать карточки с индивидуальными заданиями, преподаватель прорешал примерные задачи со студентами у доски, объясняя методику решения каждой из них. Студенты воспринимали материал с интересом и пониманием того, что он пригодится им в дальнейшем при выполнении самостоятельного решения задач. На поставленные преподавателем вопросы студенты отвечали активно.

3. Организационная структура занятия (Соответствие основных рассматриваемых вопросов теме и целям занятия. Четкость структуры и плана практического занятия. Содержание занятия: научность учебного материала, правильность отбора материала по объему, содержанию, сложности для студентов; выделение главных мыслей, ведущих понятий; полнота раскрытия темы; рациональность логики изложения)

Практика была построена следующим образом: проведение фронтального опроса по лекции данной темы, далее преподавателем определена связь с предыдущей темой, раскрывающей всю полноту проведения измерений.

Вопросы темы рассматривались с позиции применения их в дальнейшем в выполнении расчетных и курсовых работ.

Приведенные примеры позволяли заинтересовать студентов и стимулировать их познавательную деятельность. Преподаватель акцентировал внимание на проблемных этапах проведения расчетных операций методики вычисления погрешностей и СКО (среднеквадратического отклонения), на которые студенты должны были уделить огромное внимание, показывая понимание методики вычисления, что способствовало осуществлению обратной связи между преподавателем и студентами. Темп практического занятия позволял студентам вести необходимые записи.

4. Методическое обеспечение занятия (Использование методов и приемов обучения, характер их сочетания, целесообразность и эффективность применения, соответствие методов принципам обучения, приемы мобилизации внимания, интереса студентов, стимуляция их познавательной активности; занимательность и т.д.; характер взаимодействия преподавателя и студентов, способы осуществления обратной связи; осуществление межпредметных связей, темп учебной работы на занятии; методика закрепления, характер вопросов и заданий, вынесенных на закрепление).

Студенты обеспечены по данной дисциплине силлабусом, учебным пособием, электронным учебником. Был применен частично-поисковый метод обучения, направленный на освоение обучающимися отдельных этапов проблемно-поисковой деятельности при осуществлении процесса решений предложенных задач.

В конце занятия подведен итог по изучаемой теме, студентам были выданы вопросы для СРС согласно плану. В конце занятия преподаватель подвел итог и обратил внимание на литературу и ведущие сайты по данной теме для СРС и занятий СРСП.

5. Поведение и деятельность студентов на занятии (порядок и дисциплина студентов на занятии, методика их поддержания, активность, самостоятельность, интерес к занятиям студентов разного уровня подготовленности, сосредоточенность и устойчивость внимания на разных этапах занятия, характер участия в работе, отношение студентов друг к другу и к преподавателю)

На занятии студенты проявляли активность при ответах на поставленные вопросы, пытались мыслить нестандартно и независимо, высказывали свои предложения и приемы решения разного уровня сложности задач. Преподаватель поддерживала интерес к теме в течение всего практического занятия. Студенты помогали друг другу при возникновении трудности при решении задач. На занятии студенты вели себя дисциплинированно, внимательно слушали преподавателя.

6. Характеристика деловых качеств преподавателя: уровень научных знаний и подготовленность преподавателя к занятию, педагогический такт, стиль работы, культура труда; речь, эмоциональность и проблемный характер изложения материала, манера поведения и характер общения; взаимоотношения преподавателя с группой и отдельными студентами, авторитет преподавателя.

Преподавателя отличает эрудированность, должная подготовка к занятию. Культура речи и поведения преподавателя высокая. Стиль изложения материала практического занятия был спокойный, на необходимые места из практики решения задач уделялось особое внимание, что позволяло студентам делать необходимые записи. Манера поведения и общения со студентами свободная.

7. Общие результаты (выполнение плана занятия, достижение общеобразовательной, воспитывающей и развивающей целей занятия, общая оценка занятия, эффективность и качество проведения, планируемый и достигнутый уровень усвоения знаний, выводы и предложения по дальнейшему совершенствованию работы, закреплению успехов и устранению допущенных ошибок; пожелания, предложения)

План занятия выполнен. Цель занятия была достигнута.

Выводы и предложения: Преподаватель провел занятия на хорошем уровне. Рассмотренные по плану практики решения задач соответствовали рабочему учебному плану и программе ГОСО специальности 5В073200 - «Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)».

Замечание: преподавателю следует больше вовлекать студентов в самостоятельную работу, изучению методических указаний к практическим работам, а не подробно объяснять материал, который содержится в методическом обеспечении.

Рекомендация: Необходимо было провести краткий блиц-опрос по разделам темы в заранее сформированных подгруппах и проведением последующего подробного анализа.

...