Podstawy metrologii. Wykład 2, studia, studia Politechnika Wrocławska - W5 - Mechatronika, 1 i 2sem, podstawy ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Drhab.inŜ.MichałLISOWSKI,prof.P.Wr.
michal.lisowski@pwr.wroc.pl
Uwaga:poniŜszemateriałymajacharakterautorskinaprawachrękopisu.Ichudostępnianie
bezzgodyautora,atakŜerozpowszechnianiejestprawniezabronione.
Wykład2
Wzorceodtwarzająjednostkimiarylubichwielokrotności.Odwzorcówwymagasię:
niezmiennościwczasie,
łatwejodtwarzalności,
łatwejporównywalności,
łatwościstosowania,
duŜejdokładności.
Parametramigłównymiwzorcówsą
nominalnawartośćmiarywzorca,
niedokładnośćwartościnominalnejwzorca,
warunkiwktórychwartośćidokładnośćmiarywzorcasązachowane,
okresczasu,wktórymzmianywartościwzorcamoŜnauznaćzapomijalniemałe.
Wzorcomprzypisujesiępoprawnewartości,nazywaneteŜprawdziwymi,któreróŜniąsięod
wartościnominalnych.
Podstawowe jednostki układu SI odtwarzają wzorce pierwotne, wykorzystujące
najczęściejstałefizyczne.
Wzorcewtórnemająwartościokreśloneprzezporównaniezwzorcamipierwotnymi.
Wzorzecpierwotnyjednostkimiary
wzorzec jednostki miary, który jest ustalony lub
powszechnie uznany jako charakteryzujący się najwyŜszą jakością metrologiczną i którego
wartośćjestprzyjętabezodniesieniadoinnychwzorcówjednostkimiarytejsamejwielkości.
Wzorzecwtórnyjednostkimiary
wzorzecjednostkimiary,któregowartośćjestutworzona
przezporównaniezwzorcempierwotnymjednostkimiarytejsamejwielkości.
Wzorzec międzynarodowy jednostki miary
wzorzec jednostki miary uznany umową
międzynarodową za podstawę do przypisywania wartości innym wzorcom jednostki miary
danej wielkości.
Wzorzecpaństwowyjednostkimiary
wzorzec jednostki miary uznany
urzędowowdanymkrajuzapodstawędoprzypisywaniawartościinnymwzorcomjednostki
miarydanejwielkości.
Wzorzecodniesieniajednostkimiary
wzorzecjednostkimiaryo
najwyŜszej zazwyczaj jakości metrologicznej dostępny w danym miejscu lub w danej
jednostceorganizacyjnej,którystanowiodniesieniedlawykonywanychtampomiarów.
Wzorzec roboczy jednostki miary
wzorzec jednostki miary uŜywany zwykle do
wzorcowanialubsprawdzaniawzorcówmiar,przyrządówpomiarowych.
Wzorzec kontrolny jednostki miary
wzorzec roboczy jednostki miary stosowany
rutynowowceluupewnieniasię,Ŝepomiarysąprzeprowadzanepoprawnie.
Wartości jednostki miary są przekazywane od wzorców pierwotnych do wzorców
niŜszej rangi aŜ do przyrządów pomiarowych, znajdujących się w poszczególnych
laboratoriach lub zainstalowanych na liniach produkcyjnych. W ten sposób zapewnia się
spójnośćpomiarowąwynikówpomiarówzwzorcaminajwyŜszejrangi.Wynikipomiarówsą
wówczaswiarygodne,gdyŜsąpowiązanezwzorcami.
1
WZORCEIHIERARCHICZNYSYSTEMPRZEKAZYWANIA
JEDNOSTEKMIAR
Powiązanie z wzorcami
– właściwość wyniku pomiaru lub wzorca jednostki miary
polegającanatym,ŜemoŜnajepowiązaćzokreślonymiodniesieniami,naogółzwzorcami
państwowymi lub międzynarodowymi jednostki miary, za pośrednictwem nieprzerwanego
łańcuchaporównań.
Wskazaniom przyrządów pomiarowych i wartościom nominalnym wzorców
przypisujesięwartościpoprawnepoprzezichwzorcowanie.
Wzorcowanie
– zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między
wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ
pomiarowy albo wartościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał
odniesienia, a odpowiednimi wartościami wielkości realizowanymi przez wzorce jednostki
miary.
PROCESPOMIAROWY
Dlaprawidłowegozaplanowaniapomiarówniezbędnajestodpowiedźnanastępujące
pytania:
1.
Costanowiprzedmiotpomiaru?
2.
Jakieparametrymająbyćmierzone?
3.
Wjakimcelupomiarjestrealizowany?
4.
Doczegobędąwykorzystywanewynikipomiarów?
5.
Wjakisposóbpomiarbędzierealizowany?
JeŜelibędziemyznaliodpowiedzinatepytaniamoŜemyprzystąpićdorealizacjiprocesu
pomiarowego.
Procespomiarowyobejmuje:
1)
czynnościprzygotowawcze,
2)
pomiarywłaściwe,
3)
opracowaniewynikówpomiarów.
Czynnościprzygotowawczeobejmują:
1)
oszacowaniewartościmierzonej,
2)
wybórmetodypomiarowej,
3)
wybórprzyrządówiwzorców,
4)
opracowanieukładupomiarowego,
5)
opracowanieprogramupomiaru.
Czynnościtezwyklewykonywanesąbezpośrednioprzezczłowieka.Przypowtarzającychsię
pomiarach,np.przykontroliprodukcji,czynnościtewykonywanesąjednorazowo.
Napomiarwłaściwyskładasię:
1)
wybórzakresówpomiarowych,
2)
porównaniezwzorcem,
3)
odczytwynikupomiaru.
Czynnościtecorazczęściejwykonywanesąautomatyczniebezudziałuczłowieka.
2
Podczasopracowywaniawynikówpomiarówmusimysobieodpowiedziećnapytanie:
czy prawidłowo zrealizowano program pomiaru? JeŜeli odpowiedź będzie negatywna
pomiary naleŜy powtórzyć, ale wcześniej naleŜy ocenić przyczyny tego stanu i dokonać
weryfikacjiczynnościprzygotowawczychlubprocesupomiaruwłaściwego.
3
MoŜe źle oszacowano wartości mierzone, co spowodowało wybór przyrządów o
niewłaściwychzakresachpomiarowych,np.sygnałmierzonyjestzbytmaływstosunkudo
zakresupomiarowegoiprzyrządpomiarowyniejestwstaniezareagowaćnatęwartość,moŜe
jestzbytduŜyudziałszumówimierzonysygnałjestniedostrzegalnynajegotle.
MoŜewybranoniewłaściwąmetodępomiaru,którazniekształcawynikpomiaru.
MoŜewybranoniewłaściweprzyrządypomiarowelubwzorce,np.przyrządpobiera
dlaswegodziałaniaznacznąenergię,aźródłomierzonejestmałejmocyinastępujespadek
wartości mierzonej (przykład woltomierz bezpośredniego działania bez wejściowych
wzmacniaczyzastosowanodopomiarównapicianaukładachelektronicznychsłabychmocy).
MoŜenaleŜyzastosowaćinnyukładpomiarowy.
MoŜeniewłaściwyjestprogrampomiarów,np.wpomiarachautomatycznych.
AmoŜeźlewybranozakresypomiarowe(przywyborzeręcznym).
WkonsekwencjinaleŜydokonaćzmianwalgorytmieprzygotowaniapomiaruiproces
pomiarowypowtórzyć.
JeŜeli odpowiedź będzie na pytanie „czy prawidłowo zrealizowano program
pomiaru?”będziepozytywnanaleŜyprzystąpićdoopracowywaniawynikówpomiarów.Na
podstawiezapisówwprotokolezpomiarównaleŜydokonaćniezbędnychobliczeńwynikówi
ich niepewności. Wyniki pomiarów dokumentuje się w sprawozdaniach lub innych
dokumentach,którepowinnyzawierać:
1)
opisbadanegoobiektu;
2)
opis metody pomiarów z powołaniem się na odpowiednie normy dotyczące tych
pomiarów;jeŜelisątonowemetodypomiarowepowinnabyćinformacjaczyzostałyone
zwalidowane(walidacjapoleganasprawdzeniuipotwierdzeniuprzydatnościmetodydla
zadanegocelu–powinnaonabyćudokumentowana);
3)
wykaz przyrządów pomiarowych: nazwa, producent, typ, nr fabryczny i niezbędne
informacjeotychprzyrządach(wykorzystywanezakresypomiarowe,dokładność);
4)
informacje czy zapewnionospójnośćpomiarową, tzn. czy przed pomiarami przyrządy
byływzorcowane,aŜebyzapewnićpowiązaniewynikówzwzorcamijednostkimiary,a
zatemwiarygodnośćwyników
5)
datępomiarówiwarunkiśrodowiskowewpomieszczeniu,gdziewykonywanopomiary
(temperatura,wilgotnośćiewentualneinneczynnikiktóremogłybywpływaćnauzyskane
wynikipomiarów,
6)
wynikipomiarówwpostacitabeliwykresów;wtabelachnaleŜypodaćwynikiodczytane
i obliczone oraz niepewność pomiarów; niepewność naleŜy równieŜ zaznaczyć na
wykresach;
niepewnośćpomiarów
określonajestprzezgranice wartości,wktórychz
określonymprawdopodobieństwemznajdujesięwynikipomiarów;
7)
wzoryiprzykładyobliczeńwynikówiniepewnościpomiarów;
8)
orzeczeniejeŜelijestwymagane,czywynikimieszcząsięwokreślonychtolerancjachi
ocenaspełnieniaprzezbadanyobiektwymagańnp.zawartychwnormach;
9)
inneniezbędneinformacje;
10)
datę sporządzenia sprawozdania, nazwisko, imię i podpis wykonującego pomiary i
sprawozdanie oraz nazwisko, imię i podpis osoby autoryzującej sprawozdanie (jeŜeli
czynności te wykonuje więcej osób naleŜy zamieścić nazwiska i podpisy wszystkich
osób).
4
ProcespomiarowymoŜebyćwykonywanymanualnielubautomatycznie,przyczym
automatyzacjamoŜeniedotyczyćwszystkichczynności.Naogółautomatyzacjanieobejmuje
przygotowania pomiarów. Automatyzuje się przewaŜnie pomiar właściwy i rejestrację
wynikówpomiarów.CzasamiautomatyzujesięrównieŜopracowaniewynikówpomiarów.Do
tegocelustosujesięskomputeryzowanesystemypomiarowe.
APARATURAPOMIAROWA
Bezpośrednie porównanie wielkości mierzonej z umowną jednostką miary jest
najczęściejtrudneiniezawszemoŜliwe.Dlategoprocespomiarowyrealizujesięnajczęściej
metodami pośredniego porównania. Dla jego realizacji korzysta się z zespołu środków
technicznych, czyli aparatury pomiarowej, nazywanych teŜ narzędziami pomiarowymi. Są
nimi:
Wzorce
Wzorce zostały juŜ omówione wcześniej. W laboratoriach badawczych i
przemysłowych wykorzystuje się wzorce robocze, które wzorcuje się w akredytowanych
laboratoriachwzorcujących:
1)
GłównegoUrzęduMiar,
2)
OkręgowychUrzędówMiar,
3)
ObwodowychUrzędówMiar,
4)
innychlaboratoriachwzorcującychposiadającychodpowiedniąakredytację
PolskiegoCentrumAkredytacji(PCA).
Przyrządypomiarowe
Przyrządpomiarowy
jest to urządzenie przeznaczone do wykonywania pomiarów,
samodzielnielubwpołączeniuzjednymlubzwielomaurządzeniamidodatkowymi.
Prosty przyrząd pomiarowy moŜe mierzyć jedną wielkość i mieć jeden zakres
pomiarowy.Takiprzyrządnazywamymiernikiem.Przyrządylaboratoryjneiserwisowesą
najczęściej wielofunkcyjne i wielozakresowe (rys. 2.2). Takie przyrządy nazywa się
multimetrami. Tę uniwersalność multimetrów osiąga się przez przełączane ręcznie lub
automatycznie obwody wejściowe. Pole odczytowe moŜe być analogowe lub cyfrowe. Dla
polaanalogowegocharakterystycznajestskalaznaniesionymiwskazami.Odległośćmiędzy
dwomawskazaminazywamydziałką.OdczytumierzonejwartościdokonujesięzpołoŜenia
wskazówki na skali. Wymagają one od obserwatora pewnych umiejętności dokonywania
odczytu, zwłaszcza gdy wskazówka zajmuje połoŜenie między wskazami. Wówczas
obserwatorpowinienoszacowaćjakączęśćdziałkiwskazujewskazówka.
X
1
X
2
X
3
Obwody
wejściowe
(przetworniki)
U(I)
Miernik
analogowy
lub
cyfrowy
X
n
Rys.2.2.Ogólnyschematprzyrządupomiarowego
5
wzorce,
przyrządypomiarowe,
przetwornikiiczujniki(sensory).
układypomiarowe,
systemypomiarowe.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]