Podstawy metrologii. Wykład 2.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.

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.

Podczasopracowywaniawynikówpomiarówmusimysobieodpowiedziećnapytanie:

czy prawidłowo zrealizowano program pomiaru? JeŜeli odpowiedź będzie negatywna

pomiary naleŜy powtórzyć, ale wcześniej naleŜy ocenić przyczyny tego stanu i dokonać

weryfikacjiczynnościprzygotowawczychlubprocesupomiaruwłaściwego.

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).

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

wzorce,

przyrządypomiarowe,

przetwornikiiczujniki(sensory).

układypomiarowe,

systemypomiarowe.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: