Загальні відомості про електричні вимірювання та електровимірювальну апаратуру

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ ТА ЕЛЕКТРОВИМІРЮВАЛЬНУ АПАРАТУРУ

1. Метрологія й метрологічне забезпечення

Метрологія (metrology) - сфера діяльності й наука про вимірювання, методи й засоби забезпечення їхньої єдності й способах досягнення необхідної точності.

Вимірювання (measurement) - пізнавальний процес, що полягає в знаходженні чисельного значення вимірюваної величини (of a measurand) дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів, називаних засобами вимірів.

Вимірювана величина (measurand) - величина, що підлягає виміру.

Величина (quantity)- властивість (атрибут) фізичного об'єкта (явища, речовини, виробу, біологічного об'єкта), що може визначатися кількісно.

Розмір величини (size of a quantity) - кількісний вміст у даному об'єкті властивості, що відповідає поняттю “величина”.

Значення величини (value of a quantity) - вираження розміру величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць.

Одиниця величини (unit of a quantity)- величина фіксованого розміру, який умовно привласнене числове значення, рівне одиниці.

Єдність вимірювань (traceability of a measurement) - стан вимірювань, при якому їхні результати виражені в узаконених одиницях величин і погрішності вимірювань не виходять за встановлені границі із заданою ймовірністю.

Досягнення єдності вимірювань приводить до забезпечення взаємної довіри до результатів вимірювань поза залежністю від місця їхнього виконання. Подібний стан вимірювань здобуває особливе значення для наукового, технічного й економічного співробітництва й торгівлі, при вирішенні спірних питань і претензій як усередині країн, так і на міждержавному рівні. Не випадково тому першою міждержавною угодою в історії нашої планети, підписаним 20 травня 1875 року, з'явилася Метрична Конвенція, а першою міжурядовою організацією - Міжнародне Бюро Мір і Ваг (МБМВ або в латинській абревіатурі французького походження - BIMP).

Метрологічне забезпечення (metrological assurance) - установлення й застосування наукових й організаційних основ, технічних засобів, правил і норм, необхідних для досягнення єдності й необхідної точності вимірів, які виконуються в усіх без винятку сферах діяльності людини.

Метрологічне забезпечення галузей науки й промисловості, екологічного моніторингу, охорони здоров'я, торгівлі, контролю безпеки, озброєнь і судового виробництва полягає у виконанні наступних основних функцій:

- розробка, виготовлення й зберігання державних еталонів, що відтворюють одиниці вимірюваних величин,

- здійснення міжнародних звірень державних еталонів, передача розмірів одиниць величин робочим засобам вимірювань,

- розробка законодавчих актів і нормативних документів в області метрології й практичних вимірювань, контроль за їхнім виконанням,

- розробка й промисловий випуск робочих засобів вимірювань,

- контроль за станом і схоронністю декларованих виробником метрологічних властивостей засобів вимірювань, що випускають із виробництва, а також перебувають в експлуатації або на зберіганні,

- виконання робочих вимірювань у всіх сферах діяльності й у галузях народного господарства,

- розробка методик виконання вимірювань, що включають у себе методики оцінки характеристик погрішностей результатів вимірювань, виконання вимірів, контроль за виконанням методик виконання вимірювань.

Основні роботи з метрологічного забезпечення, виконувані в інтересах держави, а саме, розробка й зберігання державних еталонів, фундаментальні дослідження в області метрології, розробка державних нормативних документів, державний метрологічний нагляд підлягають обов'язковому державному фінансуванню. При розробці федеральних й інших державних програм, у тому числі, програм створення й розвитку виробництва оборонної техніки в них повинні бути передбачені розділи метрологічного забезпечення.

До подібних програм відносяться програми забезпечення всіх видів безпеки населення стосовно причин техногенного, екологічного, медичного, злочинного й іншого характеру.

2. Номенклатура основних величин, що підлягають вимірюванням в електротехніці, електроенергетиці й електроніці

В електротехніці, електроенергетиці й електроніці виміру підлягають:

- всі електричні величини (сила струму, напруга, параметри змінного струму й напруги, електричні потужність й енергія, поверхневий й об'ємний електричний заряд, електричні характеристики матеріалів, параметри електричних, магнітних й електромагнітних полів, параметри електричних ланцюгів - опір, індуктивність, ємність, і багато хто інші),

- состав і властивості електротехнічних й інших матеріалів,

- температура від 4 до 2000 К й вище,

- маса, сила, деформації, моменти обертання й гальмування,

- тиск, швидкість і витрата рідин і газів,

- параметри вібрацій (вібропересування, віброшвидкість і віброприскорення),

- швидкість обертання,

- лінійні й кутові переміщення,

- рівень і доза радіації,

- акустичні величини,

- параметри навколишнього середовища, що впливають на безпеку життєдіяльності працівників,

- параметри промислових викидів, що підлягають екологічному моніторингу, і багато чого іншого в широкому діапазоні зміни вимірюваних величин при різноманітних робочих умовах експлуатації обладнання.

3. Номенклатура параметрів середовища життєдіяльності, що підлягають вимірюванням

Таблиця 1 - Параметри середовища життєдіяльності, що підлягають вимірам

Методи й засоби вимірювань, що допускають норми параметрів установлюються стандартами Системи Стандартів Безпеки Праці (ССБТ, позначення стандартів цієї системи: ДСТ 12.Х. ХХХ “ССБТ. Назва стандарту”), стандартами Державної Системи забезпечення єдності вимірів (ДСІ, позначення стандартів цієї системи: ДСТ 8.ХХХ “ДСІ. Назва стандарту”), стандартами на об'єкти промисловості, продукцію, види робіт.

4. Засоби вимірювань, різновиди

Багато сучасних ВІС будуються на базі комп'ютерних мереж. Диспетчеризація роботи таких розподілених ВІС й обмін інформацією виконуються за допомогою мережного програмного забезпечення й засобів міжмашиного зв'язку (телефонні канали, радіоканали, оптоволоконі лінії зв'язку, канали супутникового зв'язку й інші). Для з'єднання із цими каналами передбачається відповідний модем.

5. Характеристики якості результатів вимірювань

При багаторазовому вимірюванні величини, істинне значення якої дорівнює x, результати вимірювань будуть попадати на вісь із різною щільністю, що буде визначатися характером випадкової складової погрішності. Звичайно з найбільшою щільністю результати вимірювань групуються поблизу значення , де - систематична складова погрішності вимірювань. У цьому випадку вид кривій, що описує щільність розподілу результатів вимірювань, буде мати дзвонообразний вид, як це показано в правій частині мал. 1 а. Нехай - один з результатів вимірювань. Відповідно до визначення абсолютної погрішності ми можемо укласти, що форма щільності розподілу , представленої в лівій частині мал. 1 а, повинна повторювати форму щільності розподілу результатів вимірів. Тоді можна призначити такі границі (- , ), щоб інтервал, що лежить між ними містив суму обох складові погрішності з імовірністю . Цей інтервал представлений графічно в лівій частині мал. 1 а, а його математичний запис має вигляд:

P(- x ) = , (1)

де є не що інше, як характеристика загальної абсолютної погрішності результату вимірювання, P() - імовірність події, позначеного в дужках.

У цій ситуації із правої частини мал. 1 а видно, що по результаті однократного вимірювання про істинне значення вимірюваної величини можна укласти, що із цією же ймовірністю воно перебуває в межах (- ,+), тобто

P( - x + ) = . (2)

Якщо при вимірюваннях існує можливість визначити систематичну погрішність і внести в результат виправлення на неї, то інтервалом невизначеності досить характеризувати тільки випадкову складову, як це показано на мал. 1 б. У цьому випадку ширина інтервалу, що містить погрішність, зменшується. Інтервал невизначеності істинного значення вимірюваної величини визначається вираженням

P( - - x - + ) = . (3)

Рисунок 1 - Інтервали невизначеності погрішності (ліворуч) та істинного значення вимірюваної величини (праворуч).

Однак, точне визначення систематичної погрішності неможливо, і після її виключення завжди залишається невиключена частина систематичної погрішності. Якщо граничне значення модуля невиключеної систематичної погрішності позначити через , то тоді й після введення виправлення на систематичну погрішність інтервал невизначеності результату вимірювання буде визначатися так, як показано на мал. 1 а, де в цьому випадку - це граничне значення модуля невиключеної систематичної погрішності вимірювань, що входить у характеристику загальної погрішності вимірювань.

Отже, якщо погрішності мають випадковий характер, те цьому інтервалу зіставляється імовірнісна міра , близька до одиниці (від 0.8 до 0.95). Саме таке трактування характеристики погрішності вимірювань утримується у визначенні терміна “єдність вимірювань”, що наведено вище в п. 1.1.

Повторимо ще раз, що зазначена інтервальна характеристика погрішності результату вимірювання є не що інше, як інтервальна характеристика залишкової невизначеності значення вимірюваної величини.

Характеристика погрішності є основна характеристика якості результату вимірювання й залишкової невизначеності значення вимірюваної величини. Результат кожного вимірювання повинен супроводжуватися оцінкою цієї характеристики.

Форма вираження характеристики погрішності може бути двоякою: у вигляді граничного значення абсолютної погрішності, або у вигляді граничного значення відносної погрішності, де = /x.

Відносна погрішність результату вимірювань (relative error)- відношення абсолютної погрішності результату вимірювань до істинного значення вимірюваної величини, виражається у відносних одиницях або у відсотках.

Оскільки істинне значення вимірюваної величини невідомо, відносна погрішність обчислюється стосовно результату вимірювання. Покажемо, що така заміна в більшості випадків припустима, тому що вона приводить до зміни значення погрішності на величину другого порядку малості в порівнянні з погрішністю:

=

(4)

Размещено на Allbest.ru