10 Погрешности измерений, их классификация.

11. Правила округления погрешности и записи результатов измерения.

Погрешность результата измерений позволяет определить те цифры результата, которые являются достоверными. В метрологии существуют следующие правила:

1. Погрешность результата измерения указывается двумя значащими цифрами, если первая из них 3 или меньше, и одной - если первая цифра есть 4 и более.

Значащими цифрами числа считаются все цифры от первой слева, не равной нулю, до последней справа цифры

2. Результат измерения округляется до того же десятичного разряда, которым оканчивается округленное значение абсолютной погрешности. (Например, результат 85.6342, погрешность 0.01. Результат округляют до 85.63. Тот же результат при погрешности в пределах 0.012 следует округлить до 85.634).

3. Округление производится лишь в окончательном ответе, а все предварительные вычисления проводят с одним - двумя лишними знаками.

4. Округление следует выполнять сразу до желаемого числа значащих цифр, поэтапное округление приводит к ошибкам.

При округлении числовых значений погрешности и результата измерений необходимо руководствоваться следующими общими правилами округления.

Лишние цифры в целых числах заменяются нулями, а в десятичных дробях отбрасываются. (Например, число 165245 при сохранении четырех значащих цифр округляется до 165200, а число 165.245 - до 165.2).

Если десятичная дробь оканчивается нулями, они отбрасываются только до разряда, который соответствует разряду погрешности. (Например, результат измерений 235.200, погрешность 0.05. Результат округляют до 235.20. Тот же результат при погрешности в пределах 0.015 следует округлить до 235.200).

Если первая (считая слева направо) из заменяемых нулями или отбрасываемых цифр меньше 5, остающиеся цифры не изменяются.

Если первая из этих цифр равна 5, а за ней не следует никаких цифр, или идут нули, то, если последняя цифра в округляемом числе четная или нуль, она остается без изменения, если нечетная - увеличивается на единицу. (Например, число 1234.50 округляют до 1234, а число 8765.50 - до 8766).

Если первая из заменяемых нулями или отбрасываемых цифр больше 5 или равна 5, но за ней следует значащая цифра, то последняя остающаяся цифра увеличивается на единицу. (Например, число 6783.6 при сохранении четырех значащих цифр, округляют до 6784, а число 12.34520 - до 12.35).

Особенно внимательно следует относиться к записи результата измерения без указания погрешности, так как записи результата 2.4 10³ В и 2400В не являются тождественными. Первая запись означает, что верны цифры тысяч и сотен вольт и истинное значение может находиться в интервале от 2.351кВ до 2.449кВ. Запись 2400 означает, что верны и единицы вольт, следовательно, истинное значение напряжения может находиться в интервале от 2399.51В до 2400.49В.

12. Классификация средств измерений: меры, измерительные преобразователи, их классификация.

Мерой называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения одного или нескольких заданных размеров физической величины, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

К данному виду средств измерений относятся гири, концевые и угловые меры длины и т.п. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величины только одного размера, многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины. Например, линейка дает возможность выразить длину предмета в миллиметрах, сантиметрах и метрах.

К однозначным мерам относят и стандартные образцы, и стандартные вещества. Стандартный образец – это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления значения определенной характеристики. Эта характеристика (или свойство) является величиной с известным значением при установленных условиях внешней среды. К стандартным образцам относятся, например, наборы минералов с конкретными значениями твердости для определения этого параметра у различных минералов.

Наборы и магазины представляют собой объединение (сочетание) однозначных или многозначных мер для возможности воспроизведения некоторых промежуточных суммарных значений величины. Набор мер представляет комплект однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в нужных сочетаниях, например набор плоскопараллельных концевых или угловых мер длины.

Магазин мер – сочетание мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое, в котором предусмотрена возможность посредством ручных или автоматизированных переключателей, связанных с отсчетным устройством, соединять составляющие магазин меры в нужном сочетании. По этому принципу устроены магазины электрических сопротивлений.

При пользовании мерами следует учитывать номинальное и действительное значения меры, а также погрешность меры. Номинальным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием официального эталона.

Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. При аттестации (поверке) мер могут быть получены различные величины погрешности. Величина погрешности меры служит основой для разделения мер на классы, что обычно применимо к мерам, употребляемым для технических измерений.

Измерительный преобразователь – техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения и дальнейших преобразований, индикации и передачи.

Преобразователи обычно классифицируются по принципу их работы и практическому применению.

1. По характеру преобразования различают следующие виды измерительных преобразователей:

- преобразователи электрических величин в электрические (шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы и пр.);

- магнитных величин в электрические (измерительные катушки, феррозонды, преобразователи, основанные на эффектах Холла, Гаусса, сверхпроводимости и т.д.);

- неэлектрических величин в электрические (термо- и тензопреобразователи, реостатные, индуктивные, ёмкостные и т.д.).

По характеру преобразования измерительные преобразователи подразделяются также на аналоговые, цифровые и аналого-цифровые.

2. По месту в измерительной цепи и функциям измерительные преобразователи делят на первичные преобразователи, унифицированные, промежуточные и масштабные.

Первичный преобразователь является первым в измерительной цепи и включает в себя чувствительный элемент и другие необходимые элементы для преобразования входной электрической или неэлектрической величины в выходную электрическую величину.

На датчик непосредственно воздействует измеряемая физическая величина (сила, давление, уровень, температура и т.д.).

По принципу действия датчики делятся на генераторные и параметрические.

Выходным сигналом генераторных датчиков являются ЭДС, напряжение, ток или электрический заряд, функционально связанные с измеряемой величиной (например, ЭДС термопары).

В параметрических датчиках измеряемая величина вызывает пропорциональное ей изменение параметра электрической цепи R, L, С (например, сопротивления R реостатного датчика).

К генераторным относятся индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и некоторые разновидности электрохимических датчиков.

Остальные датчики являются параметрическими.

По принципу действия их также подразделяют на типы:

- резистивные, в которых измеряемая величина преобразуется в изменение его сопротивления;

- электромагнитные, в которых измеряемая величина преобразуется в изменение индуктивности или взаимоиндуктивности;

- ёмкостные, в которых измеряемая величина преобразуется в изменение ёмкости;

- пьезоэлектрические, в которых динамическое усилие преобразуется в электрический заряд;

- гальваномагнитные, основанные на эффекте Холла и преобразующие действующее магнитное поле в ЭДС;

- тепловые, в которых измеряемая температура преобразуется в ЭДС или в величину термосопротивления;

- оптоэлектронные, в которых оптические сигналы преобразуются в электрические.