Podstawy metrologii. Wykład 1.pdf

PODSTAWYMETROLOGII

Drhab.inŜ.MichałLISOWSKI,prof.P.Wr.

michal.lisowski@pwr.wroc.pl

Uwaga: poniŜszemateriałymajacharakterautorskinaprawachrękopisu.Ichudostępnianie

bezzgodyautora,atakŜerozpowszechnianiejestprawniezabronione.

Wykład1

Literaturapodstawowa:

1. J. Olędzki: Postawy metrologii. Preskrypt Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.

http://sierra.iem.pw.edu.pl/~jsol/pedeefy/ksi4.pdf .

2. J.Arendarski:Niepewność pomiarów.OficynaWydawniczaPolitechnikiWarszawskiej,

Warszawa2006.

3. T. Skubis: Postawy metrologicznej interpretacji wyników pomiarów. Wydawnictwo

politechnikiŚląskiej.Gliwice2004.

4. S.Białas:Metrologiatechnicznazpodstawamitolerowaniawielkościgeometrycznychdla

mechaników.OficynaWydawniczaPolitechnikiWarszawskiej,Warszawa2006.

5. P.H.Sydenham:Podręcznikmetrologii.TomII.WKiŁ,Warszawa1990.

Literaturauzupełniająca:

1. J.Piotrowski:Podstawymiernictwa.WNT,Warszawa2002.

2. J. Jaworski, R. Morawski, J. Olędzki: Wstęp do metrologii i techniki eksperymentu.

OficynaWydawniczaPolitechnikiWarszawskiej,Warszawa1992.

3. J.Piotrowski,K.Kostyro:Wzorcowanieaparaturypomiarowej.WNT,Warszawa2000.

4. J.Jaworski:Matematycznepodstawymetrologii.WNT,Warszawa1979.

5. Międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów metrologii.Wyd.Główny

UrządMiar,Warszawa1996.

6. WyraŜanie niepewności pomiaru – przewodnik. Wyd. Główny Urząd Miar, Warszawa

1996.

7. WyraŜanie niepewności pomiaru przy wzorcowaniu. Dokument EA4/02, Europejska

WspółpracawDziedzinieAkredytacji.Wyd.GłównyUrządMiar,Warszawa1999.

8. Małaencyklopediametrologii.WNT,Warszawa1989.

OBSERWACJAAPOMIAR

Obserwacja

Najczęściejinformacjeoświeciezewnętrznymczłowiekotrzymujezapośrednictwem

obserwacji i wywoływanymi nimi wraŜeń. Zjawiskom będącym przedmiotem obserwacji

towarzyszązmianyenergetyczne(jakoprzyczyny lubskutki,którewywołująodpowiednie

polezjawiskowedostępnezmysłomobserwatora.Następniesygnałyprzebiegająwsystemie

nerwowymobserwatorawpostaciimpulsówelektrycznychdoukładucentralnego(mózgu0

stanowiącego organ kojarzenia i zapamiętywania sygnałów oraz powstawania wraŜeń. W

mózgugenerowanesąsygnaływykonawcze,któreprzeznerwyprzesyłoweodśrodkowesą

kierowanedoorganówwykonawczych(mięśni)człowieka.Działanieczłowiekajestreakcja

nazaobserwowanezjawisko.

Obserwacje,zapomocąktórychbudujesięobrazświata,sąjakościowe,subiektywnei

niepełne. Obserwacje dostarczają tylko pośrednio informacji o rzeczach i istotach, a

bezpośredniotylkoozjawiskachprzezniewywoływanych.Podstawowąwadąobserwacjijest

jejcharakterjakościowy.

Pomiar

Pomiarynatomiastsąilościowąocenązjawiskzachodzącychwotoczeniuczłowieka.

Dojegorealizacjikoniecznejestutworzeniewzorcówtychzjawisk(lubwytwarzanychprzez

nieefektów).Wzorcetepowinnybyćpowtarzalne,niezaleŜneodobserwatora.

Pomiar polega na porównaniu mierzonej wartości ze znaną wartością tej wielkości

przyjmowanązajednostkęmiary.Wielkośćmusibyćnajpierwzdefiniowana,amierzyćją

moŜnadopieropoprzyjęciujednostkimiary.

Wynikpomiarupowinienbyćpodanywliczbachzaopatrzonychwsymbolejednostek,

np.l=5m,m=27kg,t=365,1s.

Kontrola

JeŜelipomiarodpowiadanapytanie„ile”,tokontrolaodpowiadanapytanie„takczy

nie”,tj.czydanyparametrmieścisięwokreślonychgranicach,czyobiektjestsprawny,czy

niesprawny.

KaŜdy pomiar moŜe być wykorzystywany do kontroli, ale nie kaŜda operacja

kontrolnamoŜebyćuwaŜanazapomiar,np.wraŜeniesmakowe,zapachowe,estetyczneitp.

Diagnostyka

Diagnostyka jest pojęciem szerszym niŜ pomiar i obejmuje wiele czynności

kontrolnych,atakŜeustalenieźródłalubprzyczynystwierdzonegostanubadanegoobiektu.

METROLOGIA

Metrologia jest nauką o pomiarach. Nazwa Metrologia pochodzi od greckich słów

„metro”–miarai„logia”nauka.

W„Małejencyklopediimetrologii”podanotakądefinicjęmetrologii:

„Dziedzinanaukiitechnikizajmującasiępomiaramiiwszystkimiczynnościaminiezbędnymi

dowykonywaniapomiarów”.

Metrologiajestnaukązpograniczatechnikiiprawaidzielisięjąna:

1) metrologiętechniczną,wktórejwyróŜniasięmetrologięnaukową,przemysłowąi

laboratoryjną,

2) metrologięprawną.

Metrologianaukowaobejmującapracebadawczeirozwojowezajmujesię:

tworzeniemiutrzymaniemwzorcówjednostekmiarwielkościfizycznych,

przekazywaniemjednostekmiar,

porównaniamiwzorcóworazpowiązaniamizwzorcamiwynikówiwskazań,

tworzeniemnowychmetodpomiarowych,przyrządówisystemówpomiarowych,

analiząmetrologiczną.

Metrologiaprzemysłowazajmujesięwszystkimiusługamimetrologicznymi,któresą

związanezprocesamiprodukcyjnymiwprzemyśle.

Metrologia laboratoryjna zajmuje się pomiarami w laboratoriach badawczych i

wzorcującychwktórychwykonujesięwzorcownieprzyrządówpomiarowychibadaniatypu

(pełne)przyrządówpomiarowych.

Metrologiaprawnajestdziałemmetrologiiodnoszącymsiędojednostekmiar,metod

pomiarowych i narzędzi pomiarowych z punktu widzenia urzędowo ustalonych wymagań

technicznych i prawnych mających na celu zapewnienie jednolitości miar, poprawności

uzyskiwanychwynikówpomiarówinaleŜytejdokładnościpomiarów.

Obejmujeona:

określenie wymagań dla przyrządów pomiarowych w dziedzinach waŜnych m.in. dla

ochronyzdrowia,Ŝyciaiśrodowiska,bezpieczeństwa,porządkuprawnego,prawkonsumenta,

stworzenieinfrastrukturyzapewniającejsprawdzanietychwymagań,

nadzórnadprzestrzeganiemprzepisówprawnychdotyczącychmiar.

zatwierdzanietypuprzyrządówpomiarowychdlaproducentalubupowaŜnionego

przedstawiciela,

wzajemneuznawaniewynikówpomiarów.

ISTOTAPOMIARU

Pomiar jest czynnością doświadczalną, mającą na celu wyznaczenie z odpowiednią

dokładnością wartości wielkości mierzonej. Jest zespołem działań i doswiadczeń

obejmujących:

• teoretyczneipraktyczneprzygotowanie,

• technicznąrealizację,

• opracowanieiinterpretacjęwynikówpomiarów.

PomiarymogąbyćrealizowanenaróŜnychskalach:

• nominalnej,

• porządkowej,

• ilorazowej,

• odstępowej.

Skalanominalna

Symbolom lub cyfrom przyporządkowuje się odpowiednie znaczenie (właściwości)

cech,np.:technicznaskalakolorów,numeracjazawodnikównaboisku.

WzasadzienatejskaliniemoŜnamówićopomiarze,aniteŜcojestwiększe,aco

mniejsze.

Skalaporządkowa

Przyporządkowujesiętupewneliczbycechomdającymsięuporządkować.MoŜnatu

porównywaćnasilaniesięcech.DotegotypuskalnaleŜą:

1) skalatrzęsieniaziemiRychtera,

2) skalatwardościmateriałów,

3) skalagłodu,

4) skalaocenszkolnych.

TuteŜczęstomówisięnieopomiarzeleczoporzadkowaniu.

Skalailorazowa

Wynikpomiaruϕ’jestiloczynemwartościliczbowejϕijednostkimiaryu:

ϕ’=ϕ⋅u

lub X={X}[X],

np.5,27m,8,34kg,21,2N.

Pomiarynajczęściejrealizujesięnatejskali.

Skalaodstępowa

Skala ta jest analogiczna do skali ilorazowej, ale charakterystyczny jest tu odstęp

(przesunięcie)miedzywielkościami:

ϕ’=ϕ⋅u+ϑ,

ϑprzesuniecie.

Przykład:skaletemperaturyCelsjusza,Faranheina.

Wartośćzerowanieoznaczatobrakuwielkościfizycznej.

JEDNOSTKIMIAR

Pierwotnie przyjmowano jako jednostki miar, i równocześnie wzorce, jednostki

naturalnewystępującewnajbliŜszymotoczeniuczłowieka.Jednostkaczasuopartabyłana

dobiesłonecznej.Wzorcemdługościbyływymiaryczłowieka:łokieć,stopa,sąŜeń=2łokcie

(długośćodpowiadającazasięgowirozłoŜonychrąk).

RóŜnorodnośćjednostekmiarutrudniałahandelibyłaźródłemróŜnychnaduŜyć.W

StarymTestamencieczytamy:„Nieczyńcieniesprawiedliwościwsadzie,rozmierzaniuw

wagachimierze”.

Wzorce i jednostki miar starano się ujednolicić przez wprowadzanie uregulowań

prawnych.WPolscepierwsza„Ustawaomiarachiwagach”pochodziz1565r.Ustalaona

jednolitysystemmiarwPolsce,przyjmujączajednostkęłokiećkrakowski.Ostatniaustawa

wydana w wydana w Polsce przedrozbiorowej pochodzi z 1864 r. Wprowadziła ona dla

całegokrajujednolitemiaryhandlowe:łokiećwarszawski,funt,garniecikorzecwarszawski.

Pierwszy duŜy przełom w dziedzinie jednostek miar nastąpił pod koniec XVII w.

przezwprowadzenieweFrancjisystemumetrycznego.Zrezygnowanozprzyjmowaniajako

podstawy miar wymiarów ciała ludzkiego, jak równieŜ przedmiotów codziennego uŜytku.

Jednostkiopartonazjawiskachzachodzącychwnaturze,niezaleŜnieodludzi,iwprowadzono

system dziesiętny podziału miar jako wielokrotności i podwielokrotności jednostek.

UtorowałotodrogęutworzeniamiędzynarodowegoukładujednostekmiarSIw1960r.

Wcześniejw1874r.wAngliispecjalnakomisja,wskładktórejwchodzilim.in.Jule,

Maxwell, Thomson, Weber, Weatston, po 13 latach pracy ustanowiła układ jednostek cgs

(cm,g,s)elektromagnetycznyielektrostatyczny.

JednostkipodstawoweMiędzynarodowegoUkładuJednostekMiar(SI)

Metr (m) jest to długość drogi przebytej w próŜni przez światło w czasie 1/299792458

sekundy;

Kilogram(kg)jesttojednostkamasy,którajestrównamasiemiędzynarodowegoprototypu

kilogramaprzechowywanegowMiędzynarodowymBiurzeMiarwSevres;

Sekunda(s) jest to czas równy 9192631770 okresom promieniowania odpowiadającego

przejściumiędzydwomanadsubtelnymipoziomamistanupodstawowegoatomucezu133;

Amper (A) jest to prąd elektryczny niezmieniający się, który, występując w dwóch

równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym

znikomomałym,umieszczonychwpróŜniwodległości1metraodsiebie,wywołałbymiędzy

tymiprzewodamisiłę2107niutonanakaŜdymetrdługości;

Kelwin(K)jestto1/273,16temperaturytermodynamicznejpunktupotrójnegowody;

Mol(mol)jesttolicznośćmateriiukładuzawierającegoliczbęcząstekrównąliczbieatomów

w masie 0,012 kilograma węgla 12; przy stosowaniu mola naleŜy określić rodzaj cząstek,

którymi mogą być: atomy, cząsteczki, jony, elektrony, inne cząstki lub określone zespoły

takichcząstek;

Kandela(cd)jesttoświatłośćźródłaemitującegowokreślonymkierunkupromieniowanie

monochromatyczneoczęstotliwości5401012hercówionatęŜeniupromieniowaniawtym

kierunkurównym1/683watanasteradian.

Nazwy,definicjeioznaczenialegalnychjednostekmiar,będących

jednostkamipochodnymionazwachioznaczeniachspecjalnychnaleŜącymi

doSI

Lp.

Wielkość

Jednostkamiary

Definicja WyraŜenieza

pomocą

jednostek

podstawowych

nazwa Ozna

czenie

1 Kątpłaski

radian rad 1rad=1m/1m=1

2 Kątbryłowy

steradian sr 1sr=1m 2 /1m 2 =1

3 Częstotliwość

herc

Hz 1Hz=1/1s

s 1

4 Siła

niuton N 1N=1kg1(m/s 2 ) kgms 2

5 Ciśnienie,napręŜenie

mechaniczne

paskal Pa 1Pa=1N/1m 2 m 1 kgs 2

6 Energia,praca,energia

cieplna

dŜul

J 1J=1N1m

m 2 kgs 2

7 Moc,mocpromieniowania wat

W 1W=1J/1s

m 2 kgs 3

8 Ładunekelektryczny,ilość

elektryczności

kulomb C 1C=1A1s

9 Potencjałelektryczny,

róŜnicapotencjałów,

napięcieelektryczne,siła

wolt

V 1V=1W/1A m 2 kgs 3 A 1

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: