شارك مع الأصدقاء:
طرق وأدوات القياس. قياس أخطاء
خطة:
-
أنواع القياس va أساليب
-
أدوات القياس وأنواعها.
-
المعايير وتصنيفها.
-
معايير الجودة للقياسات.
-
ياخطأ في القياسكلاهماqتؤخذ.
-
الأخطاء المنتظمة وطرق تقليلها.
العبارات الأساسية: القياس ، طريقة القياس ، عملية القياس ، أداة القياس ، أداة القياس ، خطأ القياس.
4.1 طرق القياس وأنواعه
من المعروف أنه في كل مجال ، على سبيل المثال ، الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية وصناعة النفط والغاز ، وما إلى ذلك ، من الضروري إجراء أعمال القياس.
عادةً ما يمكن العثور على القيمة العددية للكمية فقط من خلال فعل القياس ، أي أنه يتم تحديد عدد المرات التي تكون فيها كمية هذه الكمية أكبر أو أصغر من كمية هذا النوع ، والتي تعتبر مساوية للواحد.
قياس يقال أن عملية المقارنة والفهم والتحديد ، والتي يتم فيها مقارنة الكمية المقاسة بالكمية من نفس النوع ، المقبولة كوحدة ، بمساعدة الخبرة المادية ، أي التجربة.
من هذا التعريف ، يمكن استنتاج ما يلي: أولاً ، القياس هو إنشاء معلومات حول الكميات المختلفة ؛ ثانيًا ، إنها تجربة فيزيائية ؛ ثالثًا ، يتم استخدام وحدة قياس الكمية المقاسة في عملية القياس. لذلك ، فإن الغرض من القياس هو إيجاد النسبة (الفرق) بين الكمية التي يتم قياسها والكمية المأخوذة كوحدة قياس. أي أن الكمية المطلوبة في عملية القياس هي كمية أساسية بحيث يكون تحديدها هو مهمة وهدف البحث والتفتيش بالكامل ، ويتم تضمين موضوع القياس. إن هدف القياس (الكمية المراد قياسها) هو كمية مساعدة يتم بمساعدتها تحديد الكمية الرئيسية المطلوبة ، أو هو جهاز يتم بمساعدته مقارنة الكمية المراد قياسها.
يوضح الشكل التالي مكونات عملية القياس (الشكل 4.1).
وبالتالي ، من الضروري التمييز بين ثلاثة مفاهيم ؛ القياس ، عملية القياس va طريقة القياس.
قياس - يعني هذا بشكل عام تلقي وتغيير المعلومات حول الأحجام المختلفة. والغرض من ذلك هو تحديد الكمية المطلوبة في شكل مناسب للاستخدام ، مع تطبيق قيمة عددية.
عملية القياس - هذه هي عملية إجراء تجربة مقارنة (بغض النظر عن كيفية إجراء المقارنة).
طريقة القياس - هذه طريقة لإجراء تجربة فيزيائية بمساعدة بنية محددة ومعروفة وأدوات القياس وطريقة محددة لإجراء التجربة ، وهي خوارزمية.
الشكل 4.1. مخطط عملية القياس.
يبدأ القياس عادةً بتحديد هدف القياس (الكمية التي تم البحث عنها) ، وبعد ذلك ، بناءً على تحليل وصف هذه الكمية ، يتم تحديد هدف القياس المباشر (الكمية المقاسة). بمساعدة عملية القياس ، يتم إنشاء معلومات حول كائن القياس هذا ، وأخيراً ، من خلال بعض المعالجة الرياضية ، يتم الحصول على معلومات حول الغرض من القياس أو حول الكمية المطلوبة (نتيجة القياس).
نتيجة القياس - يعبر عنها بضرب القيمة العددية للكمية المقاسة بوحدة القياس:
س = ن (س) ،
حيث: X هي الكمية المقاسة ؛
n هي القيمة العددية للكمية المقاسة في وحدة القياس المقبولة ؛
(x) - وحدة القياس.
اعتمادًا على مجال العلم والتكنولوجيا الذي يستخدم فيه القياس ، يُطلق عليه اسم محدد: كهربائي ، ميكانيكي ، حراري ، صوتي ، إلخ.
هناك عدة أنواع (طرق) مختلفة لإيجاد القيمة العددية للكمية المقاسة (الشكل 4.2).
4.2 - صورة. أنواع القياس.
الشكل 4.3. طرق القياس.
فيما يلي تعريفات طرق القياس:
طريقة التقييم المباشر - هو إيجاد قيمة الكمية المقاسة مباشرة باستخدام جهاز العد الخاص بجهاز القياس المباشر. على سبيل المثال ، قياس الضغط بمقياس ضغط زنبركي أو إيجاد التيار بمقياس التيار.
طريقة المقارنة (المقارنة) مع القياس - هي مقارنة (مقارنة) للكمية التي يتم قياسها بالكمية التي تم إنشاؤها بالقياس. على سبيل المثال ، تحديد الكتلة باستخدام حجر التوازن. هناك عدة أنواع من طريقة مقارنة القياس نفسها.
طريقة القياس التفاضلي - هي نوع من طرق المقارنة مع القياس ، والتي تهدف إلى التأثير على فرق (فرق) الكمية التي يتم قياسها والكمية التي تم إنشاؤها بواسطة القياس على أداة القياس. على سبيل المثال ، عند مقارنة قياس الطول ، يتم مقارنته بقياس قياسي في المقارنة ، أو قياس الفرق بين جهدين باستخدام مقياس الفولتميتر ، حيث يُعرف أحد الفولتية بدقة عالية جدًا ، والآخر هو الكمية المطلوبة .
∆U = ش0 - يوx؛ هي تكونx=U0 - ∆U
Ux معك0 كلما اقتربنا ، زادت دقة نتيجة القياس.
طريقة التصفير - هذا أيضًا نوع من طرق المقارنة مع القياس. في هذه الحالة ، من الضروري تقليل نتيجة تأثير الحجم على المقارنة إلى الصفر. على سبيل المثال ، قياس المقاومة الكهربائية عن طريق موازنة جسر كامل من المقاومات.
طريقة التنسيب - يتم حساب نوع طريقة المقارنة مع القياس وبناءً على تبادل الكمية المقاسة مع كمية القيمة المعروفة التي تم إنشاؤها بواسطة القياس.
على سبيل المثال ، قياس حجر التوازن بالكتلة المراد قياسها في دائرة واحدة ، أو إيجاد مقاومة المقاوم تحت الاختبار باستخدام مجلة المقاومة.
طريقة المطابقة - نوع طريقة المقارنة مع القياس. قياس يتم إجراؤه عن طريق مطابقة علامات المقياس أو الإشارات الدورية للفرق بين الكمية التي يتم قياسها والكمية التي تم إنشاؤها بواسطة القياس. على سبيل المثال ، تعديل قطر العمود باستخدام الفرجار.
يجب أن يكون لكل طريقة يتم اختيارها طريقتها الخاصة ، أي طريقة إجراء القياس. طريقة القياس تعني الحدث والقواعد والشروط الموضوعة للحصول على نتائج طريقة معينة.
4.2 أدوات القياس وأنواعها
كما تعلم ، لا يمكن إجراء القياس بدون أداة.
هناك أنواع مختلفة من أدوات القياس. يمكن أن تكون بسيطة أو معقدة ، عالية الدقة أو منخفضة. يجب أن تتمتع أدوات القياس بخصائص مترولوجية موحدة ، ويتم فحص هذه الخصائص المترولوجية بشكل دوري. يعتمد التحديد الصحيح لقيمة الكمية التي يتم قياسها في عملية القياس على الاختيار الصحيح وتشغيل أداة القياس هذه.
يتم تمثيل أنواع أجهزة القياس في الرسم البياني التالي (4.4 - صورة).
الشكل 4.4. أنواع أدوات القياس.
تستخدم الموازين على نطاق واسع كأدوات قياس.
قياس يُقال لجهاز قياس يُنشئ ويخزن قيمة محددة للكمية. على سبيل المثال ، يمكننا أن نأخذ حجر التوازن ، والمقاومة الكهربائية ، والمكثف ، وما إلى ذلك كأمثلة للقياسات (الشكل 4.5).
الشكل 4.5. المقاييس (الحجارة).
هناك العديد من أنواع وأنواع القياسات. يتم أيضًا تضمين العينات القياسية وعينات المواد في سلسلة القياسات.
المثال القياسي هو هو مقياس يعمل على إنشاء كميات تصف خصائص وخصائص المواد والمواد. على سبيل المثال ، الرطوبة هي عينة من هذا ، عينة قياسية من الرطوبة.
مادة العينة ويتم النظر في المادة التي يتم تكوينها في ظل ظروف تحضير محددة ولها خصائص محددة. على سبيل المثال ، "ماء نقي" ، "معدن نقي" ، إلخ. "نقي زنك" 4200 يستخدم C لتوليد درجة الحرارة.
تنقسم القياسات إلى أنواع متعددة القيم (مقاومات متغيرة ، مسطرة ملليمتر) وحيدة القيمة (حجر توازن ، دورق قياس ، عنصر عادي). في بعض الأحيان يتم استخدام مجموعة من القياسات أيضًا.
عند إنشاء مقياس الحجم واستخدامه ، نحتاج إلى مراعاة ما يلي:
أدوات قياس العمل ، أدوات قياس العينة ، معيار العمل ، معيار المقارنة ، معيار النسخ ، المعيار الثانوي ، المعيار الخاص ، المعيار الأساسي ومعيار الدولة.
أداة قياس يعني أداة قياس مصممة لإنتاج إشارة بيانات القياس في شكل مناسب للمراقبة (المراقب).
أنواع أجهزة القياس كالتالي (4.5 - صورة):
الشكل 4.5. بيانات نتائج القياس لأدوات القياس
كما هو مبين تقسيم إلى أنواع.
4.3 المعايير وتصنيفها
تم إجراء قياسات العينات بدقة على أعلى مستوى من العلم والتكنولوجيا المعايير يسمى تنقسم المعايير إلى معايير مستخدمة ومعايير حكومية. تُستخدم معايير الولاية في التحقق من قياسات العينات والأدوات ويتم الاحتفاظ بها في مكاتب معايير الولاية.
كمعيار، يشير إلى القياسات التي تعمل على إنشاء وتخزين ونقل حجم كمية إلى أدوات قياس أخرى. يتم نقل وحدة الحجم من المعيار إلى معايير التفريغ ، ومنهم إلى أجهزة قياس العمل بطريقة تدريجية.
تصنيف المعايير على النحو التالي:
- المعايير الأولية ؛
- المعايير الثانوية.
- معايير العمل.
استخدام إنجازات العلم الحديث والعلم ، ضمن نطاق الإمكانيات الموجودة في مجال هذه القياسات وبأعلى دقة ، معيار يخلق وحدة قياس المعيار الأساسي إعطاء اسم. المعيار الأساسي وطنية (دولة) yoki دولي يمكن أن يكون (4.6 - صورة).
الشكل 4.6. تصنيف وأنواع المعايير.
المعيار الدولي - معيار معتمد كأساس دولي بموجب اتفاقية دولية لتنسيق أحجام الوحدات المتجددة والمخزنة مع المعايير الوطنية.
"المكتب الدولي للأوزان والمقاييس" (OO'XB) يحافظ على المعايير الدولية ويحل جميع القضايا ذات الصلة. من أهم المهام وأكثرها مسؤولية في نشاط OO'XB المقارنة المنتظمة والدولية للمعايير الوطنية في مختبرات المقاييس الكبيرة والواسعة النطاق في مختلف البلدان ذات المعايير الدولية. أيضًا ، تعتبر المقارنات من المهام المهمة لضمان موثوقية القياسات ودقتها وتوحيدها. هذا هو أحد المتطلبات الأساسية للعلاقات الاقتصادية الدولية. إلى جانب معايير الكميات الرئيسية في نظام SI ، تتم أيضًا مقارنة معايير الكميات المشتقة. يتم إجراء عمليات المقارنة على فترة زمنية محددة بشكل دوري. على سبيل المثال ، تتم مقارنة معايير المتر والكيلوغرام كل 25 عامًا ، وتتم مقارنة معايير الكهرباء والضوء كل 3 سنوات. تخضع جميع المعايير الثانوية وغيرها للمعيار الأساسي.
معيار الدولة - معيار أساسي أو خاص معترف به بقرار من وكالة الدولة المخولة ليكون بمثابة أساس لتحديد حجم الوحدات ، والتي يمكن استعادتها مع جميع المعايير الأخرى بهذا الحجم في أراضي الولاية.
المعيار الوطني - هو معيار معترف به بقرار رسمي ليكون بمثابة معيار أساسي للدولة ، معتمد من قبل هيئة المترولوجيا الوطنية. في جمهورية أوزبكستان ، المركز الوطني للتوحيد القياسي والمقاييس والاعتماد هو وكالة Uzstandart.
معيار خاص - هو معيار يضمن استرداد الوحدة في ظل ظروف خاصة ويعمل كمعيار أساسي لهذه الظروف. يجب أن تكون الوحدة التي تم إنشاؤها باستخدام معيار مخصص متوافقة مع وحدة تم إنشاؤها باستخدام معيار أساسي.
لمعيار يتم تحديد قيمته بواسطة معيار أساسي المعيار الثانوي أعطيت الاسم.
الشاهد هو المعيار - معيار ثانوي مصمم للتحقق من سلامة وسلامة معيار الدولة واستبداله في حالة التلف أو الضياع.
حاليًا ، من معايير الوحدات الرئيسية ، لا يوجد سوى معيار الشاهد للكيلوغرام.
معيار النسخ هو معيار ثانوي مصمم لنقل أحجام الوحدات إلى معايير العمل.
عادةً ما يتم إنشاء معايير مكررة في الحالات التي يوجد فيها الكثير من قياس الأداء للحفاظ على المعيار الأساسي أو المخصص من الاستهلاك قبل الأوان. يمكن استخدام نسخة قياسية بدلاً من معيار الدولة عند الضرورة.
معيار المقارنة هو أيضًا معيار ثانوي يستخدم لمقارنة المعايير التي لا يمكن لسبب ما مقارنتها مباشرة مع بعضها البعض.
لنقل حجم الوحدة إلى نماذج أدوات القياس بدقة عالية وفي بعض الحالات إلى أدوات قياس نموذجية عالية الدقة معيار العمل يستخدم.
وإلى أجهزة القياس المدرجة في مجموعة أدوات القياس المعتمدة كمعايير المعدات المعيارية أعطيت الاسم.
4.4 معايير جودة القياسات
كما هو الحال مع جودة كل شيء ، تتمتع القياسات بالجودة والمعايير. تمثل هذه المعايير الخصائص الرئيسية للقياسات. تشمل هذه المعايير:
صحة - يمثل هذا المعيار مدى اقتراب نتائج القياس من القيمة الحقيقية للكمية. من الناحية الكمية ، يتم تقييم الدقة على أنها معكوس معامل الخطأ النسبي. على سبيل المثال ، إذا كان خطأ القياس هو 10 - 3 ثم دقتها 103 أو بعبارة أخرى ، كلما زادت الدقة ، قلت النسبة المئوية للأخطاء المنتظمة والعشوائية في القياس.
الموثوقية - معيار يحدد مستوى الثقة في نتائج القياس. يتم تحديد مصداقية نتائج القياس بناءً على قوانين نظرية الاحتمالات والإحصاء الرياضي. هذا يجعل من الممكن اختيار طريقة القياس والأدوات التي توفر نتائج الموثوقية المطلوبة ضمن حدود الخطأ المحددة لحالة معينة.
صواب - معيار جودة يشير إلى أن الأخطاء المنتظمة في نتائج القياس قريبة من الصفر.
المرونة - معيار الجودة الذي يدل على تقارب نتائج القياسات تحت نفس الظروف. عادة ، يمثل اتساق القياسات تأثير الأخطاء العشوائية.
انعكاس - يعني هذا المعيار أن نتائج القياسات التي يتم إجراؤها في ظروف مختلفة (في أوقات مختلفة ، وفي أماكن مختلفة ، وبطرق وأدوات مختلفة) قريبة من بعضها البعض.
4.5 تصنيف أخطاء القياس
خطأ في القياس - معيار الجودة للقياس ، ويمثل الانحراف (الانحراف) لنتيجة القياس عن القيمة الحقيقية (الحقيقية).
يمكن أن تظهر أخطاء القياس بطرق مختلفة لأسباب مختلفة. من بين هذه الأسباب يمكننا تضمين ما يلي:
- الأسباب الناشئة عن تعديلها أو تعديل مستوى التغيير عند استخدام أداة القياس ؛
- الأسباب الناشئة عن تركيب أداة القياس في مكان القياس (الموضع) ؛
- الأسباب المتعلقة بالحصول على بيانات القياس وتخزينها وتغييرها والتوصية بها في سلسلة أدوات القياس ؛
- الأسباب الناشئة عن التأثيرات الخارجية (التغيرات في درجة الحرارة أو الضغط ، وتأثيرات المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، والاهتزازات المختلفة ، وما إلى ذلك) فيما يتعلق بأداة القياس والجسم ؛
- الأسباب الناشئة عن خصائص جسم القياس ؛
- الأسباب المتعلقة بمؤهلات وحالة المشغل وما إلى ذلك.
عند تحليل أسباب أخطاء القياس ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري تحديد العوامل التي تؤثر بشكل كبير على نتيجة القياس.
تنقسم أخطاء القياس إلى الأنواع التالية وفقًا لخاصية واحدة أو أخرى (الشكل 4.7):
الشكل 4.7. تصنيف أخطاء القياس إلى أنواع.
خطأ مطلق. يتم وصف هذا الخطأ في الوحدات التي يتم التعبير عن الكمية بها. على سبيل المثال ، 0,2 فولت ؛ 1,5 ميكرومتر ، وما إلى ذلك ، يتم تحديد الخطأ المطلق على النحو التالي:
Δ = А - хch ≡ А - хх;
هنا: أ - نتيجة القياس.
xch - القيمة الحقيقية للحجم ؛
xх هي القيمة الفعلية للكمية.
الخطأ المطلق هو القيمة التي تم الحصول عليها بعلامة معاكسة تصحيح اتصل:
- Δ=kt;
عادة ، يتم تحديد خطأ أدوات القياس أيضًا من خلال الخطأ المذكور.
نسبة الخطأ المطلق إلى القيمة القصوى لمؤشر الأداة أكمآه إلى ما يتم تلقيه في الفائدة تم الإبلاغ عن خطأ اتصل:
Βх=(Δ/аk mآه) 100٪ ؛
هذا ينطبق فقط على أدوات القياس.
خطأ نسبي - يشير إلى نسبة الخطأ المطلق إلى القيمة الحقيقية ويتم التعبير عنه كنسبة مئوية (٪):
Δ= [(А - хх)/хх] 100٪ = (Δ/хх) 100٪
أخطاء ثابتة - الأخطاء التي لا تعتمد على التغيرات في الحجم بمرور الوقت. يتكون الخطأ الثابت لأدوات القياس عند قياس كمية ثابتة باستخدام هذا الجهاز. إذا كان جواز سفر أداة القياس يشير إلى أخطاء هامشية للقياس في ظروف ثابتة ، فلا يمكن تطبيق هذه المعلومات لوصف الدقة في الظروف الديناميكية.
أخطاء ديناميكية - تحسب الأخطاء الناتجة عن تغير الكمية المقاسة بمرور الوقت. يتم تفسير ظهور الأخطاء الديناميكية على أنه بسبب القصور الذاتي للعناصر الهيكلية في سلسلة القياس لأدوات القياس. السبب الرئيسي لذلك هو أن التغييرات في سلسلة القياس ليست فورية ، ولكن خلال فترة زمنية معينة.
خطأ أساسي يطلق عليه الخطأ الذي يحدث في الأدوات المستخدمة في ظل ظروف (التخرج) العادية. تعني الظروف الطبيعية أن درجة حرارة الهواء (المحيط) تبلغ 200S ± 50C ، رطوبة الهواء 65٪ ± 15٪ ، الضغط الجوي (750 ± 30) مم ماء ، جهد الإمداد يمكن أن يختلف ± 2٪ عن الاسمي ، إلخ.
خطأ يحدث إذا تم استخدام الأداة في ظروف خارجية مختلفة عن هذه الظروف خطأ إضافي يسمى.
خطأ منتظم يُقال أن مكون الخطأ الكلي يتم إنشاؤه أو تخزينه أو تغييره بناءً على انتظام معين أثناء القياسات المتكررة.
بناءً على ما سبق ، يمكننا وصف خطأ القياس العام على النحو التالي.
تتنوع أسباب الأخطاء المنتظمة ، وبناءً على التحليل والتفتيش ، يمكن تحديدها وإزالتها جزئيًا أو كليًا. المجموعات الرئيسية للأخطاء الروتينية هي:
- أخطاء منهجية ؛
- أخطاء الآلة (الجهاز) ؛
- أخطاء ذاتية.
نتيجة لعدم وجود أساس نظري واضح لطريقة القياس خطأ منهجي ينشأ.
خطأ ناتج عن عيوب هيكلية في أجهزة القياس خطأ آلي يسمى على سبيل المثال: التخرج غير الصحيح لمقياس الأداة ، التثبيت غير الصحيح للجزء المتحرك ، إلخ.
خطأ في الأداة (الجهاز) - يشير إلى خطأ ناجم عن وضع غير صحيح للأداة أو استخدامها تحت تأثير بعض العوامل الخارجية.
خطأ شخصي - خطأ ناجم عن خطأ المراقب.
4.6 طرق لتقليل الأخطاء الروتينية
بشكل عام ، لم يتم تطوير طريقة القضاء على الخطأ المنهجي بشكل واضح. ولكن لا تزال هناك بعض الطرق لتقليل الخطأ العادي:
-
تقدير هامش الخطأ نظريًا ، تعتمد هذه الطريقة على تحليل طريقة القياس وخصائص معدات القياس ومعادلة القياس وشروط القياس. على سبيل المثال: بمعرفة معلمات أداة القياس وحالة عمل الدائرة قيد الاختبار ، يمكننا أن نجد تصحيحها (الخطأ). يمكن أن يحدث الخطأ بسبب استهلاك الطاقة للجهاز ، عن طريق زيادة وتيرة الجهد المقاس.
-
تقييم نتائج قياس الخطأ. في هذه الحالة ، يتم الحصول على نتائج القياس من طرق أساسية مختلفة ومعدات القياس. الفرق بين نتائج القياس يميز الخطأ المعياري. تستخدم هذه الطريقة للقياسات عالية الدقة.
-
طريقة قياس باستخدام أداة لها توصيات مختلفة ، ولكنها تعمل على نفس المبدأ المادي. في هذه الحالة ، يتم تكرار القياس عدة مرات ، وتتم معالجة نتائج القياس باستخدام طريقة الإحصاء المنتظم.
-
اختبار معدات القياس قبل الاستخدام. تستخدم هذه الطريقة أيضًا في القياسات الدقيقة.
-
طريقة لإزالة الأسباب التي تسبب أخطاء روتينية. على سبيل المثال: إذا ظلت درجة حرارة البيئة الخارجية ثابتة ، إذا تم فحص جهاز القياس لحمايته من تأثير المجال الخارجي ، إذا كان جهد المصدر مستقرًا (مستقرًا).
-
تطبيق طريقة خاصة للقضاء على الخطأ الروتيني. هذه الطريقة هي واحدة من أكثر الطرق انتشارًا ، ومن الأمثلة على ذلك الإزاحة والطريقة التفاضلية وطرق تعويض الأخطاء في الملاحظات المتماثلة.