Méthodes et outils de mesure. Erreurs de mesure

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Méthodes et outils de mesure. Mesure les erreurs

             Plan:

• Types de mesure va méthodes

• Outils de mesure et leurs types.

• Les normes, leur classification.

• Critères de qualité des mesures.

• O 'erreur de mesureles deuxqpris.

• Erreurs régulières, moyens de les réduire.

 

Expressions de base: mesure, méthode de mesure, processus de mesure, outil de mesure, outil de mesure, erreur de mesure.

4.1. Méthodes et types de mesure

         On sait que dans tous les domaines, par exemple l'énergie électrique, l'énergie thermique, l'industrie pétrolière et gazière, etc., il est nécessaire d'effectuer des travaux de mesure.

         La valeur numérique d'une quantité ne peut généralement être trouvée que par l'acte de mesure, c'est-à-dire qu'il est déterminé combien de fois la quantité de cette quantité est supérieure ou inférieure à la quantité de ce type, qui est considérée comme égale à un.

         Mesure On dit que le processus de comparaison, de compréhension, de détermination, dans lequel la quantité mesurée est mutuellement comparée à la quantité du même type, acceptée comme une unité, à l'aide de l'expérience physique, c'est-à-dire de l'expérience.

         De cette définition, il est possible de conclure que : premièrement, la mesure est la création d'informations sur diverses quantités ; deuxièmement, c'est une expérience physique ; troisièmement, l'unité de mesure de la quantité mesurée est utilisée dans le processus de mesure. Par conséquent, le but de la mesure est de trouver le rapport (différence) entre la quantité mesurée et la quantité prise comme unité de mesure. Autrement dit, la quantité recherchée dans le processus de mesure est une quantité si fondamentale que sa détermination est la tâche et le but de l'ensemble de la recherche et de l'inspection, et l'objet de la mesure est impliqué. L'objet de la mesure (grandeur à mesurer) est une telle grandeur auxiliaire, à l'aide de laquelle la grandeur recherchée principale est déterminée, ou c'est un tel appareil, à l'aide duquel la grandeur à mesurer est comparée.

         La figure suivante montre les composants du processus de mesure (Figure 4.1).

         Ainsi, il est nécessaire de distinguer trois concepts les uns des autres; mesure, processus de mesure va méthode de mesure.

Mesure - cela signifie généralement recevoir et modifier des informations sur différentes tailles. Le but est de déterminer la quantité souhaitée sous une forme pratique à utiliser, en appliquant une valeur numérique.

Processus de mesure - c'est le processus de réalisation d'une expérience de comparaison (quelle que soit la manière dont la comparaison est effectuée).

         Méthode de mesure - il s'agit d'une méthode de réalisation d'une expérience physique à l'aide d'une structure particulière connue, d'outils de mesure et d'une manière particulière de conduire une expérience, un algorithme.

 

Illustration 4.1. Schéma du processus de mesure.

La mesure commence généralement par la détermination de la cible de mesure (grandeur recherchée), puis, sur la base de l'analyse de la description de cette grandeur, l'objet de la mesure directe (grandeur mesurée) est déterminé. A l'aide du processus de mesure, des informations sont générées sur cet objet de mesure, et enfin, par un traitement mathématique, des informations sur le but de la mesure ou sur la quantité recherchée (résultat de la mesure) sont obtenues. .

Résultat de la mesure - s'exprime comme une multiplication de la valeur numérique de la grandeur mesurée par l'unité de mesure :

x = n(x),

où : X est la quantité mesurée ;

                n est la valeur numérique de la grandeur mesurée dans l'unité de mesure acceptée ;

               (x) – unité de mesure.

Selon le domaine scientifique et technique dans lequel la mesure est utilisée, elle est désignée par un nom spécifique : électrique, mécanique, thermique, acoustique, etc.

Il existe plusieurs types différents (façons) de trouver la valeur numérique de la grandeur mesurée (Figure 4.2).

 

4.2 - Une image. Types de mesure.

 

 

Illustration 4.3. Méthodes de mesure.

Voici les définitions des méthodes de mesure :

Méthode d'évaluation directe - consiste à trouver la valeur de la grandeur mesurée directement à l'aide du dispositif de comptage de l'appareil de mesure directe. Par exemple, mesurer la pression avec un manomètre à ressort ou trouver le courant avec un ampèremètre.

La méthode de comparaison (comparaison) avec la mesure - est une comparaison (comparaison) de la quantité mesurée avec la quantité créée par la mesure. Par exemple, déterminer la masse à l'aide d'une pierre d'équilibre. Il existe plusieurs types de méthode de comparaison de mesure proprement dite.

Méthode de mesure différentielle - est un type de méthode de comparaison avec la mesure, qui consiste à influencer la différence (différence) de la quantité mesurée et la quantité créée par la mesure sur l'instrument de mesure. Par exemple, lors de la comparaison d'une mesure de longueur, celle-ci est comparée à une mesure standard dans un comparateur, ou mesure de la différence entre deux tensions à l'aide d'un voltmètre, où l'une des tensions est connue avec une très grande précision, et l'autre est la quantité souhaitée .

∆U=U₀ - U_x; ELLE EST_x=U₀ – ∆U

U_x avec u₀ plus il est proche, plus le résultat de la mesure est précis.

Méthode de mise à zéro - c'est aussi un type de méthode de comparaison avec la mesure. Dans ce cas, il est nécessaire de réduire à zéro le résultat de l'effet de la grandeur sur le comparateur. Par exemple, mesurer la résistance électrique en équilibrant un pont complet de résistances.

Méthode de positionnement - le type de la méthode de comparaison avec le mesurage est calculé et basé sur l'échange de la grandeur mesurée avec la grandeur d'une valeur connue créée par le mesurage.

Par exemple, mesurer la pierre d'équilibre avec la masse à mesurer dans un circuit, ou trouver la résistance de la résistance testée à l'aide d'un magasin de résistance.

         Méthode d'appariement – type de méthode de comparaison avec la mesure. Une mesure effectuée en faisant correspondre les marques d'échelle ou les signaux périodiques à la différence entre la quantité mesurée et la quantité créée par la mesure. Par exemple, ajuster le diamètre de l'arbre à l'aide d'un pied à coulisse.

         Chaque méthode choisie doit avoir sa propre méthode, c'est-à-dire la méthode d'exécution de la mesure. La méthode de mesure désigne l'événement, les règles et les conditions établies pour obtenir les résultats d'une certaine méthode.

 

4.2. Outils de mesure et leurs types

Comme vous le savez, la mesure ne peut se faire sans outil.

Il existe différents types d'instruments de mesure. Ils peuvent être simples ou complexes, de haute ou basse précision. Les instruments de mesure doivent avoir des propriétés métrologiques normalisées et ces propriétés métrologiques sont vérifiées périodiquement. La détermination correcte de la valeur de la quantité mesurée dans le processus de mesure dépend de la sélection et du fonctionnement corrects de cet outil de mesure.

Les types d'appareils de mesure sont représentés dans le schéma suivant (4.4 - image).

Figure 4.4. Types d'instruments de mesure.

 

Les balances sont des outils de mesure largement utilisés.

La mesure est dit à un appareil de mesure qui crée et stocke une valeur spécifique d'une quantité. Par exemple, nous pouvons prendre une pierre d'équilibre, une résistance électrique, un condensateur, etc. comme exemples de mesures (Figure 4.5).

 

Figure 4.5. Écailles (pierres d'échelle).

Il existe de nombreux types et types de mesures. Des échantillons standard et des substances d'échantillon sont également inclus dans la série de mesures.

Un exemple standard est est une mesure qui sert à créer des quantités qui décrivent les propriétés et les caractéristiques des substances et des matériaux. Par exemple, l'humidité en est un échantillon, un échantillon standard d'humidité.

Substance de l'échantillon et une substance qui est formée dans des conditions de préparation spécifiques et qui a des propriétés spécifiques est considérée. Par exemple, "eau pure", "métal pur", etc. "Zinc pur" 420⁰ C est utilisé pour générer la température.

Les mesures sont divisées en types à valeurs multiples (résistances variables, règle millimétrique) et à valeur unique (pierre d'équilibre, fiole de mesure, élément normal). Parfois, un ensemble de mesures est également utilisé.

Lors de la création et de l'utilisation d'une échelle de taille, nous devons garder à l'esprit les éléments suivants :

Instruments de mesure de travail, instruments de mesure d'échantillons, étalon de travail, étalon de comparaison, étalon de copie, étalon secondaire, étalon spécial, étalon primaire et étalon d'état.

         Instrument de mesure désigne un instrument de mesure conçu pour produire un signal de données de mesure sous une forme qui convient à l'observation (observateur).

         Les types d'appareils de mesure sont les suivants (4.5 – image) :

 

Figure 4.5. Données de résultat de mesure des instruments de mesure

comme montré division en types.

4.3. Les normes, leur classification

Mesures d'échantillons effectuées avec précision au plus haut niveau de la science et de la technologie repères est appelé Les normes sont divisées en normes utilisées et nationales. Les normes d'État sont utilisées dans la vérification des mesures d'échantillons et des instruments et sont conservées dans les bureaux des normes d'État.

En tant que norme, fait référence aux mesures qui servent à créer, stocker et transférer la taille d'une grandeur à d'autres instruments de mesure. L'unité de grandeur est transférée de l'étalon aux étalons de décharge, et de ceux-ci aux appareils de mesure de travail de manière progressive.

La classification des normes est la suivante :

 – étalons primaires;

 – étalons secondaires;

 - normes de travail.

En utilisant les réalisations de la science et de la science modernes, dans le cadre des possibilités existantes dans le domaine de ces mesures et avec la plus grande précision, une norme qui crée une unité de grandeur étalon primaire donné un nom. Référence principale national (état) Yoki international peut être (4.6 – image).

Figure 4.6. Classification et types de normes.

Standard international - une norme adoptée comme base internationale dans le cadre d'un accord international pour coordonner les tailles des unités renouvelables et stockées avec les normes nationales.

"Bureau international des poids et mesures" (OO'XB) maintient les normes internationales et résout tous les problèmes connexes. L'une des tâches les plus importantes et les plus responsables de l'activité d'OO'XB est la comparaison régulière et internationale des étalons nationaux dans les laboratoires de métrologie à grande et grande échelle de différents pays avec des étalons internationaux. De plus, les intercomparaisons sont des tâches importantes pour assurer la fiabilité, la précision et l'uniformité des mesures. C'est l'une des exigences fondamentales des relations économiques internationales. Outre les normes des grandeurs principales du système SI, les normes des grandeurs dérivées sont également comparées. Les opérations de comparaison sont effectuées sur une période déterminée, périodiquement. Par exemple, les normes du mètre et du kilogramme sont comparées tous les 25 ans, et les normes d'électricité et d'éclairage sont comparées tous les 3 ans. Toutes les normes secondaires et autres sont soumises à la norme primaire.

Norme d'état - une norme primaire ou spéciale reconnue par la décision de l'organisme d'État habilité pour servir de base à la détermination de la taille des unités, qui peut être restituée avec toutes les autres normes de cette taille sur le territoire de l'État.

Norme nationale - est une norme reconnue par décision officielle comme norme primaire pour le pays, approuvée par l'organisme national de métrologie. En République d'Ouzbékistan, le centre national de normalisation, de métrologie et de certification est l'Agence Uzstandart.

Norme spéciale - est une norme qui assure la récupération de l'unité dans des conditions particulières et sert de norme primaire pour ces conditions. Une unité créée à l'aide d'un standard personnalisé doit être compatible avec une unité créée à l'aide d'un standard primaire.

 À un étalon dont la valeur est déterminée par un étalon primaire étalon secondaire étant donné le nom.

Le témoin est la norme - un étalon secondaire destiné à vérifier l'intégrité et l'intégrité de l'étalon d'état et à le remplacer en cas de détérioration ou de perte.

Actuellement, parmi les étalons des unités principales, il n'y a que l'étalon témoin du kilogramme.

Norme de copie est un étalon secondaire conçu pour transférer les tailles unitaires aux étalons de travail.

Des benchmarks en double sont généralement créés dans les cas où il y a beaucoup de benchmarking pour éviter que le benchmark principal ou personnalisé ne soit consommé prématurément. Une norme de copie peut être utilisée à la place d'une norme d'État si nécessaire.

Benchmark de comparaison est également une norme secondaire, qui est utilisée pour comparer des normes qui, pour une raison quelconque, ne peuvent pas être directement comparées les unes aux autres.

Pour transférer la taille de l'unité à des modèles d'instruments de mesure de haute précision et, dans certains cas, à des modèles d'instruments de mesure de très haute précision norme de travail est utilisé.

Et aux appareils de mesure inclus dans le jeu d'instruments de mesure agréés comme normes équipement de référence étant donné le nom.

 

4.4 Critères de qualité des mesures

Comme pour la qualité de tout, les mesures ont une qualité et des critères. Ces critères représentent les principales caractéristiques des mesures. Ces critères incluent :

Précision - ce critère représente la proximité des résultats de mesure avec la vraie valeur de la grandeur. Quantitativement, la précision est évaluée comme l'inverse du module d'erreur relative. Par exemple, si l'erreur de mesure est de 10 ^{au 3 Février} alors sa précision est de 10³ ou en d'autres termes, plus la précision est élevée, plus le pourcentage d'erreurs régulières et aléatoires dans la mesure est faible.

Fiabilité - est un critère qui détermine le niveau de confiance dans les résultats de mesure. La fiabilité des résultats de mesure est déterminée sur la base des lois de la théorie des probabilités et des statistiques mathématiques. Cela permet de choisir la méthode et les outils de mesure qui fournissent les résultats de fiabilité requis dans les limites d'erreur données pour une situation spécifique.

Exactitude - un critère de qualité indiquant que les erreurs régulières dans les résultats de mesure sont proches de zéro.

Souplesse - critère de qualité indiquant la proximité des résultats de mesures dans les mêmes conditions. Habituellement, la cohérence des mesures représente l'effet des erreurs aléatoires.

Réversibilité - ce critère signifie que les résultats des mesures effectuées dans des conditions différentes (à des moments différents, dans des lieux différents, avec des méthodes et des outils différents) sont proches les uns des autres.

4.5. Classification des erreurs de mesure

Erreur de mesure - critère de qualité de mesure, représentant l'écart (déviation) du résultat de mesure par rapport à la valeur vraie (vraie).

         Les erreurs de mesure peuvent se manifester de différentes manières pour différentes raisons. Parmi ces raisons, nous pouvons citer les suivantes :

          - les raisons découlant de son réglage ou du décalage du niveau de réglage lors de l'utilisation de l'outil de mesure ;

          - raisons découlant de l'installation de l'objet de mesure au lieu de mesure (position) ;

          - raisons liées à l'obtention, au stockage, à la modification et à la recommandation de données de mesure dans la chaîne d'instruments de mesure ;

          - les raisons résultant d'influences extérieures (changements de température ou de pression, effets des champs électriques et magnétiques, vibrations diverses, etc.) en rapport avec l'instrument de mesure et l'objet ;

          - raisons découlant des propriétés de l'objet de mesure ;

          - raisons liées à la qualification et au statut de l'opérateur, etc.

         Lors de l'analyse des causes des erreurs de mesure, il est tout d'abord nécessaire de déterminer les facteurs qui influencent de manière significative le résultat de la mesure.

Les erreurs de mesure sont réparties dans les types suivants selon l'une ou l'autre des caractéristiques (Figure 4.7) :

 

Figure 4.7. Classification des erreurs de mesure en types.

 

Une erreur absolue. Cette erreur est décrite dans les unités dans lesquelles la quantité est exprimée. Par exemple, 0,2 V ; 1,5 μm, etc. L'erreur absolue est déterminée comme suit :

Δ = А  -  х_ch ≡ А  -  х_х; 

Ici : A – résultat de la mesure ;

  x_ch - valeur réelle de la magnitude ;

  x_х est la valeur réelle de la quantité.

L'erreur absolue est la valeur obtenue avec le signe opposé correction appelé:

 - Δ=k_t;

Habituellement, l'erreur des instruments de mesure est également déterminée par l'erreur répertoriée.

Le rapport de l'erreur absolue à la valeur maximale de l'indication de l'instrument a_kmah à ce qui est reçu en intérêt erreur signalée appelé:

Β_х=(Δ/а_{k mah}) 100 % ;  

Ceci s'applique uniquement aux instruments de mesure.

Erreur relative – indique le rapport entre l'erreur absolue et la valeur vraie et est exprimé en pourcentage (%) :

Δ=[(А - х_х)/х_х]100%=(Δ/х_х)100 %

Erreurs statiques – des erreurs qui ne dépendent pas de changements d'amplitude dans le temps. L'erreur statique des instruments de mesure se forme lors de la mesure d'une quantité constante avec cet instrument. Si le passeport de l'instrument de mesure indique les erreurs marginales de mesure dans des conditions statiques, ces informations ne peuvent pas être appliquées pour décrire la précision dans des conditions dynamiques.

Erreurs dynamiques - les erreurs dues à la variation de la grandeur mesurée dans le temps sont calculées. L'apparition d'erreurs dynamiques s'explique comme étant due à l'inertie des éléments structuraux de la chaîne de mesure des instruments de mesure. La principale raison en est que les changements dans la chaîne de mesure ne sont pas instantanés, mais sur une certaine période de temps.

Erreur de base C'est ce qu'on appelle l'erreur qui se produit dans les instruments utilisés dans des conditions normales (de graduation). Les conditions normales signifient une température de l'air (ambiante) de 20⁰S±5⁰C, humidité de l'air 65 % ± 15 %, pression atmosphérique (750 ± 30) mm d'eau, la tension d'alimentation peut varier de ± 2 % par rapport à la valeur nominale, etc.

Une erreur qui se produit si l'instrument est utilisé dans des conditions externes différentes de ces conditions erreur supplémentaire est appelé.

Erreur régulière On dit que la composante de l'erreur totale est générée, stockée ou modifiée en fonction d'une certaine régularité lors de mesures répétées.

Sur la base de ce qui précède, nous pouvons décrire l'erreur de mesure générale comme suit.

Les causes des erreurs régulières sont diverses et, sur la base d'analyses et d'inspections, elles peuvent être identifiées et partiellement ou complètement éliminées. Les principaux groupes d'erreurs de routine sont :

 - erreurs méthodologiques ;

 - erreurs instrumentales (dispositif) ;

 – erreurs subjectives.

En raison du fait que la méthode de mesure n'a pas de base théorique claire erreur méthodologique est originaire.

Erreur causée par des défauts structurels des instruments de mesure erreur instrumentale est appelé Par exemple : mauvaise graduation de l'échelle de l'instrument, mauvaise fixation de la partie mobile, etc.

Erreur d'outil (dispositif) - fait référence à une erreur causée par un placement incorrect de l'outil ou son utilisation sous l'influence de certains facteurs externes.

Erreur subjective - est une erreur causée par la faute de l'observateur.

4.6. Méthodes pour réduire les erreurs de routine

En général, la manière d'éliminer l'erreur systématique n'est pas clairement développée. Mais encore, il existe des moyens de réduire l'erreur régulière :

1. Estimant théoriquement la marge d'erreur, cette méthode repose sur l'analyse de la méthode de mesure, des caractéristiques de l'équipement de mesure, de l'équation de mesure et des conditions de mesure. Par exemple: connaissant les paramètres de l'instrument de mesure et l'état de fonctionnement du circuit testé, nous pouvons trouver sa correction (erreur). L'erreur peut être causée par la consommation d'énergie de l'appareil, en augmentant la fréquence de la tension mesurée.

2. Évaluation des résultats de mesure d'erreur. Dans ce cas, les résultats de mesure sont obtenus à partir de différentes méthodes de principe et d'équipements de mesure. La différence entre les résultats de mesure caractérise l'erreur standard. Cette méthode est utilisée pour des mesures de haute précision.

3. Une méthode de mesure utilisant un outil qui a des recommandations différentes, mais qui fonctionne sur le même principe physique. Dans ce cas, la mesure est répétée plusieurs fois et les résultats de la mesure sont traités à l'aide de la méthode des statistiques régulières.

4. Test des équipements de mesure avant utilisation. Cette méthode est également utilisée dans des mesures précises.

5. Une méthode d'élimination des causes qui provoquent des erreurs de routine. Par exemple : si la température du milieu extérieur est maintenue constante, si l'appareil de mesure est blindé pour le protéger de l'influence du champ extérieur, si la tension de la source est stabilisée (stabilisée).

6. Application d'une méthode spéciale d'élimination des erreurs de routine. Cette méthode est l'une des méthodes les plus répandues, dont des exemples sont le déplacement, la méthode différentielle et les méthodes de compensation des erreurs dans les observations symétriques.