Ölçme yöntemleri ve araçları. Ölçüm hataları

ARKADAŞLARLA PAYLAŞ:

Ölçme yöntemleri ve araçları. Ölçme hatalar

             Plan:

• ölçüm türleri va yöntemler

• Ölçü aletleri ve çeşitleri.

• Standartlar, sınıflandırmaları.

• Ölçümlerin kalite kriterleri.

• Ö 'ölçüm hatasıBunların her ikisi deqalınmış.

• Düzenli hatalar, bunları azaltmanın yolları.

 

Temel ifadeler: ölçme, ölçme yöntemi, ölçme işlemi, ölçme aracı, ölçme aracı, ölçme hatası.

4.1. Ölçüm yöntemleri ve türleri

         Elektrik enerjisi, ısı enerjisi, petrol ve gaz endüstrisi gibi her alanda ölçüm çalışması yapılması gerektiği bilinmektedir.

         Bir niceliğin sayısal değeri genellikle yalnızca ölçme eylemiyle bulunabilir, yani bu niceliğin niceliğinin, bire eşit alınan bu türün niceliğinden kaç kat daha büyük veya daha küçük olduğu belirlenir.

         Ölçme Ölçülen niceliğin, aynı türden bir birim olarak kabul edilen nicelikle karşılıklı olarak fiziksel deneyim yani deney yardımıyla karşılaştırıldığı karşılaştırma, anlama, belirleme sürecine denir.

         Bu tanımdan şu sonuca varmak mümkündür: birincisi, ölçüm, çeşitli büyüklükler hakkında bilgi oluşturulmasıdır; ikincisi, fiziksel bir deneydir; üçüncüsü, ölçüm sürecinde ölçülen miktarın ölçü birimi kullanılır. Bu nedenle, ölçümün amacı, ölçülen büyüklük ile ölçü birimi olarak alınan miktar arasındaki oranı (farkı) bulmaktır. Yani ölçme sürecinde aranan nicelik o kadar temel bir niceliktir ki, onun tespiti tüm araştırma ve incelemenin görevi ve amacıdır ve ölçülecek nesne söz konusudur. Ölçüm nesnesi (ölçülecek miktar), aranan ana miktarın belirlendiği yardımcı bir miktar veya ölçülecek miktarın karşılaştırıldığı böyle bir cihazdır.

         Aşağıdaki şekilde ölçüm sürecinin bileşenleri gösterilmektedir (Şekil 4.1).

         Dolayısıyla üç kavramı birbirinden ayırmak gerekir; ölçme, ölçme işlemi va ölçüm metodu.

Ölçme - bu genellikle çeşitli boyutlar hakkında bilgi almak ve değiştirmek anlamına gelir. Bunun amacı sayısal bir değer uygulayarak istenilen miktarı kullanıma uygun bir biçimde belirlemektir.

Ölçüm süreci - bu, bir karşılaştırma deneyi yürütme sürecidir (karşılaştırma nasıl yapılırsa yapılsın).

         Ölçüm metodu - bu, belirli, bilinen bir yapı, ölçüm araçları ve belirli bir deney yürütme yöntemi, bir algoritma yardımıyla fiziksel bir deney gerçekleştirme yöntemidir.

 

Şekil 4.1. Ölçüm sürecinin şeması.

Ölçüm genellikle ölçüm hedefinin (aranan miktar) belirlenmesiyle başlar ve ardından bu büyüklüğün açıklamasının analizine dayanarak doğrudan ölçüm nesnesi (ölçülen miktar) belirlenir. Ölçüm işlemi yardımıyla bu ölçüm nesnesi hakkında bilgi üretilir ve son olarak bazı matematiksel işlemlerle ölçümün amacı veya aranan nicelik (ölçüm sonucu) hakkında bilgi elde edilir.

Ölçüm sonucu - ölçülen miktarın sayısal değerinin ölçüm birimi ile çarpımı olarak ifade edilir:

x = n(x),

burada: X, ölçülen miktardır;

                n, ölçülen miktarın kabul edilen ölçüm birimindeki sayısal değeridir;

               (x) – ölçü birimi.

Ölçmenin kullanıldığı bilim ve teknoloji alanına bağlı olarak belirli bir adla anılır: elektriksel, mekanik, termal, akustik vb.

Ölçülen niceliğin sayısal değerini bulmanın birkaç farklı türü (yolu) vardır (Şekil 4.2).

 

4.2 - Bir resim. Ölçüm türleri.

 

 

Şekil 4.3. Ölçüm yöntemleri.

Ölçüm yöntemlerinin tanımları şunlardır:

Doğrudan değerlendirme yöntemi - doğrudan ölçüm cihazının sayma cihazını kullanarak doğrudan ölçülen miktarın değerini bulmaktır. Örneğin yaylı manometre ile basıncı ölçmek veya ampermetre ile akım bulmak.

Ölçüm ile karşılaştırma yöntemi (karşılaştırma) - ölçülen miktarın, ölçüm tarafından oluşturulan miktarla karşılaştırılması (karşılaştırılması). Örneğin, bir denge taşı kullanarak kütle belirlemek. Birkaç tür ölçüm karşılaştırma yöntemi vardır.

Diferansiyel ölçüm yöntemi - ölçülen büyüklük ile ölçüm aleti üzerinde ölçümün yarattığı büyüklük arasındaki farkı (farkı) etkilemek için ölçümle karşılaştırma yönteminin bir türüdür. Örneğin, bir uzunluk ölçümünü karşılaştırırken, bir karşılaştırıcıdaki standart bir ölçümle karşılaştırılır veya bir voltmetre kullanılarak iki voltaj arasındaki fark ölçülür; burada voltajlardan biri çok yüksek doğrulukla bilinir ve diğeri istenen miktardır. .

∆U=U₀ - U_x; O_x=U₀ – ∆U

U_x seninle₀ ne kadar yakınsa, ölçüm sonucu o kadar doğru olur.

sıfırlama yöntemi - bu aynı zamanda ölçümle karşılaştırma yönteminin bir türüdür. Bu durumda, büyüklüğün karşılaştırıcı üzerindeki etkisinin sonucunu sıfıra indirmek gerekir. Örneğin, tam bir direnç köprüsünü dengeleyerek elektrik direncini ölçmek.

Yerleştirme yöntemi - ölçüm ile karşılaştırma yönteminin türü hesaplanır ve ölçülen miktarın, ölçüm tarafından oluşturulan bilinen bir değerin miktarı ile değiştirilmesine dayanır.

Örneğin, bir devrede ölçülecek kütle ile denge taşının ölçülmesi veya bir direnç magazini kullanılarak test edilen direncin direncinin bulunması.

         Eşleştirme yöntemi – ölçüm ile karşılaştırma yönteminin türü. Ölçek işaretleri veya periyodik sinyallerin ölçülen büyüklük ile ölçüm tarafından oluşturulan miktar arasındaki farkla eşleştirilmesiyle gerçekleştirilen bir ölçüm. Örneğin, bir kumpas kullanarak mil çapının ayarlanması.

         Seçilen her yöntemin kendi yöntemi, yani ölçümü gerçekleştirme yöntemi olmalıdır. Ölçme yöntemi, belirli bir yöntemin sonuçlarını elde etmek için oluşturulmuş olay, kural ve koşulları ifade eder.

 

4.2. Ölçü aletleri ve çeşitleri

Bildiğiniz gibi aletsiz ölçüm yapılamaz.

Ölçme araçlarının farklı türleri vardır. Basit veya karmaşık, yüksek veya düşük hassasiyetli olabilirler. Ölçü aletleri standartlaştırılmış metrolojik özelliklere sahip olmalıdır ve bu metrolojik özellikler periyodik olarak kontrol edilir. Ölçme sürecinde ölçülen büyüklüğün değerinin doğru belirlenmesi, bu ölçme aracının doğru seçilmesine ve çalıştırılmasına bağlıdır.

Ölçüm cihazlarının türleri aşağıdaki diyagramda gösterilmiştir (4.4 - resim).

Şekil 4.4. Ölçü aletleri türleri.

 

Ölçekler yaygın olarak kullanılan ölçme araçlarıdır.

Ölçüm bir niceliğin belirli bir değerini oluşturan ve saklayan bir ölçüm cihazına denir. Örneğin bir denge taşı, elektrik direnci, kondansatör vb. ölçümlere örnek alabiliriz (Şekil 4.5).

 

4.5. Ölçekler (ölçek taşları).

Birçok tür ve ölçüm türü vardır. Standart numuneler ve numune maddeler de ölçüm serisine dahildir.

Standart bir örnek maddelerin ve malzemelerin özelliklerini ve özelliklerini tanımlayan miktarları oluşturmaya yarayan bir ölçüdür. Örneğin, nem bunun bir örneğidir, standart bir nem örneğidir.

Örnek madde ve belirli hazırlama koşulları altında oluşan ve belirli özelliklere sahip olan bir madde dikkate alınır. Örneğin, "saf su", "saf metal" vb. "Saf Çinko" 420⁰ C sıcaklığı üretmek için kullanılır.

Ölçüler çok değerli (değişken dirençler, milimetre cetveli) ve tek değerli (denge taşı, ölçü kabı, normal eleman) olmak üzere ikiye ayrılır. Bazen bir dizi ölçüm de kullanılır.

Bir beden ölçeği oluştururken ve kullanırken, aşağıdakileri aklımızda tutmamız gerekir:

Çalışma ölçüm cihazları, numune ölçüm cihazları, çalışma standardı, karşılaştırma standardı, kopya standardı, ikincil standart, özel standart, birincil standart ve devlet standardı.

         Ölçüm aleti gözlem (gözlemci) için uygun bir biçimde bir ölçüm verisi sinyali üretmek üzere tasarlanmış bir ölçüm aleti anlamına gelir.

         Ölçü aletlerinin çeşitleri şu şekildedir (4.5 – resim):

 

4.5. Ölçüm cihazlarının ölçüm sonucu verileri

gosterildigi gibi türlere ayırma.

4.3. Standartlar, sınıflandırmaları

Bilim ve teknolojinin en üst seviyesinde hassasiyetle yapılan numune ölçümleri kriterler denir Standartlar, kullanılan ve durum standartları olarak ikiye ayrılır. Devlet standartları, numune ölçümlerinin ve aletlerin doğrulanmasında kullanılır ve Devlet Standart Ofislerinde tutulur.

standart olarak, bir niceliğin boyutunu oluşturmaya, depolamaya ve diğer ölçü aletlerine aktarmaya yarayan ölçüleri ifade eder. Büyüklük birimi, standarttan deşarj standartlarına ve onlardan çalışan ölçüm cihazlarına kademeli olarak aktarılır.

Standartların sınıflandırılması aşağıdaki gibidir:

 – birincil standartlar;

 – ikincil standartlar;

 - çalışma standartları.

Modern bilimin ve bilimin kazanımlarını kullanarak, bu ölçümler alanındaki mevcut olanaklar kapsamında ve en yüksek doğrulukla, bir büyüklük birimi oluşturan bir standart birincil standart isim verildi. Birincil kıyaslama ulusal (eyalet) yoki Uluslararası olabilir (4.6 – resim).

4.6. Sınıflandırma ve standart türleri.

Uluslararası standart - yenilenebilir ve depolanan birimlerin boyutlarını ulusal standartlarla koordine etmek için uluslararası bir anlaşma kapsamında uluslararası bir temel olarak kabul edilen bir standart.

"International Bureau of Weights and Measures" (OO'XB) uluslararası standartları korur ve ilgili tüm sorunları çözer. OO'XB'nin faaliyetindeki en önemli ve sorumlu görevlerden biri, farklı ülkelerin büyük ve büyük ölçekli metroloji laboratuvarlarında ulusal standartların uluslararası standartlarla düzenli ve uluslararası olarak karşılaştırılmasıdır. Ayrıca, ölçümlerin güvenilirliğini, doğruluğunu ve tekdüzeliğini sağlamak için karşılıklı karşılaştırmalar önemli görevlerdir. Bu, uluslararası ekonomik ilişkilerin en temel gerekliliklerinden biridir. SI sisteminde ana büyüklüklerin standartları ile birlikte türetilmiş büyüklüklerin standartları da karşılaştırılır. Karşılaştırma işlemleri belirli bir periyotta, periyodik olarak yapılır. Örneğin metre ve kilogram standartları 25 yılda bir, elektrik ve ışık standartları ise 3 yılda bir karşılaştırılmaktadır. Tüm ikincil ve diğer standartlar birincil standarda tabidir.

Eyalet standardı - eyalet topraklarında bu boyuttaki diğer tüm standartlarla birlikte restore edilebilecek birimlerin boyutunun belirlenmesine temel teşkil etmek üzere yetkili devlet kurumunun kararıyla tanınan birincil veya özel bir standart.

Ulusal standart - ulusal metroloji kuruluşu tarafından onaylanan, ülke için birincil standart olarak hizmet veren resmi bir kararla tanınan bir standarttır. Özbekistan Cumhuriyeti'nde standardizasyon, metroloji ve belgelendirme için ulusal merkez Özstandart Ajansı'dır.

Özel standart - Ünitenin özel şartlar altında geri kazanımını sağlayan ve bu şartlar için birincil standart görevi gören bir standarttır. Özel bir standart kullanılarak oluşturulan bir birim, birincil standart kullanılarak oluşturulan bir birim ile uyumlu olmalıdır.

 Değeri bir birincil standart tarafından belirlenen bir standarda ikincil standart adı verilen.

Tanık standarttır - devlet standardının bütünlüğünü ve bütünlüğünü kontrol etmek ve hasar veya kayıp durumunda değiştirmek için tasarlanmış ikincil bir standart.

Şu anda ana birimlerin standartlarından sadece kilogramın tanık standardı bulunmaktadır.

Standardı kopyala birim boyutlarını çalışma standartlarına aktarmak için tasarlanmış ikincil bir standarttır.

Birincil veya özel karşılaştırmalı değerlendirmenin zamanından önce tüketilmesini önlemek için çok sayıda karşılaştırmalı değerlendirmenin olduğu durumlarda genellikle yinelenen karşılaştırmalı değerlendirmeler oluşturulur. Gerektiğinde bir devlet standardı yerine bir kopya standart kullanılabilir.

Karşılaştırma kıstası aynı zamanda herhangi bir nedenle doğrudan birbiriyle karşılaştırılamayan standartları karşılaştırmak için kullanılan ikincil bir standarttır.

Birim boyutunun yüksek doğrulukta model ölçü aletlerine ve bazı durumlarda çok yüksek doğrulukta model ölçü aletlerine aktarılması çalışma standardı kullanıldı.

Ve standart olarak onaylanan ölçüm cihazları setinde bulunan ölçüm ekipmanına kıyaslama ekipmanı adı verilen.

 

4.4. Ölçümlerin kalite kriterleri

Her şeyin kalitesinde olduğu gibi ölçülerin de kalite ve kriterleri vardır. Bu kriterler, ölçümlerin ana özelliklerini temsil eder. Bu kriterler şunları içerir:

Kesinlik - bu kriter, ölçüm sonuçlarının miktarın gerçek değerine yakınlığını temsil eder. Nicel olarak kesinlik, bağıl hata modülünün tersi olarak değerlendirilir. Örneğin ölçüm hatası 10 ise ^{- 3} o zaman doğruluğu 10'dur³ veya başka bir deyişle, doğruluk ne kadar yüksek olursa, ölçümdeki düzenli ve rastgele hata yüzdesi o kadar az olur.

güvenilirlik - ölçüm sonuçlarındaki güven düzeyini belirleyen bir kriterdir. Ölçüm sonuçlarının güvenilirliği, olasılık teorisi ve matematiksel istatistik yasalarına göre belirlenir. Bu, belirli bir durum için verilen hata limitleri dahilinde gerekli güvenilirlik sonuçlarını sağlayan ölçüm yöntemini ve araçlarını seçmeyi mümkün kılar.

doğruluk - ölçüm sonuçlarındaki normal hataların sıfıra yakın olduğunu gösteren bir kalite kriteri.

Esneklik - aynı koşullar altında ölçüm sonuçlarının yakınlığını gösteren kalite kriteri. Genellikle, ölçümlerin tutarlılığı rastgele hataların etkisini temsil eder.

tersinirlik - bu kriter, farklı koşullarda (farklı zamanlarda, farklı yerlerde, farklı yöntem ve araçlarla) yapılan ölçüm sonuçlarının birbirine yakın olması anlamına gelir.

4.5. Ölçüm hatalarının sınıflandırılması

Ölçüm hatası - ölçüm sonucunun gerçek (doğru) değerden sapmasını (sapmasını) temsil eden ölçümün kalite kriteri.

         Ölçüm hataları, farklı nedenlerle farklı şekillerde kendini gösterebilir. Bu nedenler arasında şunları sayabiliriz:

          - ölçüm aletini kullanırken ayarından veya ayar seviyesi kaymasından kaynaklanan nedenler;

          - ölçüm nesnesinin ölçüm yerinde (pozisyon) kurulumundan kaynaklanan sebepler;

          - ölçüm aletleri zincirinde ölçüm verilerinin elde edilmesi, saklanması, değiştirilmesi ve önerilmesi ile ilgili sebepler;

          - ölçüm aleti ve nesne ile ilgili olarak dış etkilerden (sıcaklık veya basınçtaki değişiklikler, elektrik ve manyetik alanların etkileri, çeşitli titreşimler vb.) kaynaklanan nedenler;

          - ölçüm nesnesinin özelliklerinden kaynaklanan nedenler;

          - işleticinin niteliği ve statüsü ile ilgili nedenler vb.

         Ölçüm hatalarının nedenleri analiz edilirken öncelikle ölçüm sonucunu önemli ölçüde etkileyen faktörlerin belirlenmesi gerekmektedir.

Ölçüm hataları, belirli bir özelliğe göre aşağıdaki türlere ayrılır (Şekil 4.7):

 

4.7. Ölçüm hatalarının türlere göre sınıflandırılması.

 

mutlak bir hata. Bu hata, miktarın ifade edildiği birimlerde açıklanır. Örneğin 0,2 V; 1,5 μm, vb. Mutlak hata şu şekilde belirlenir:

Δ = А  -  х_ch ≡ А  -  х_х; 

Burada: A – ölçüm sonucu;

  x_ch - büyüklüğün gerçek değeri;

  x_х miktarın gerçek değeridir.

Mutlak hata, ters işaretle elde edilen değerdir. düzeltme isminde:

 - Δ=k_t;

Genellikle, ölçüm cihazlarının hatası da listelenen hata ile belirlenir.

Mutlak hatanın alet göstergesinin maksimum değerine oranı a_kmah faiz olarak alınan şeye hata bildirildi isminde:

Β_х=(Δ/а_{k mah}) 100%;  

Bu sadece ölçüm aletleri için geçerlidir.

bağıl hata – mutlak hatanın gerçek değere oranını gösterir ve yüzde (%) olarak ifade edilir:

Δ=[(А - х_х)/х_х]%100=(Δ/х_х100%

statik hatalar – zaman içinde büyüklük değişikliklerine bağlı olmayan hatalar. Ölçü aletlerinin statik hatası, bu aletle sabit bir miktar ölçülürken oluşur. Ölçüm cihazının pasaportu, statik koşullardaki marjinal ölçüm hatalarını gösteriyorsa, bu bilgiler dinamik koşullardaki doğruluğu açıklamak için uygulanamaz.

Dinamik hatalar - ölçülen miktarın zaman içinde değişmesinden kaynaklanan hatalar hesaplanır. Dinamik hataların ortaya çıkması, ölçü aletlerinin ölçü zincirindeki yapısal elemanların eylemsizliğinden dolayı açıklanmaktadır. Bunun temel nedeni, ölçüm zincirindeki değişimlerin anlık değil, belirli bir zaman diliminde olmasıdır.

Temel hata Normal (derecelendirme) şartlarda kullanılan aletlerde oluşan hataya denir. Normal koşullar, 20 hava (ortam) sıcaklığı anlamına gelir⁰S±5⁰C, hava nemi %65±15, atmosferik basınç (750±30) mm su, besleme voltajı nominalden ±%2 değişebilir, vb.

Enstrüman bu koşullardan farklı dış koşullarda kullanılırsa oluşan bir hata ek hata denir.

Düzenli hata Toplam hatanın bileşeninin, tekrarlanan ölçümler sırasında belirli bir düzenliliğe göre üretildiği, saklandığı veya değiştirildiği söylenir.

Yukarıdakilere dayanarak, genel ölçüm hatasını aşağıdaki gibi tanımlayabiliriz.

Düzenli hataların nedenleri çeşitlidir ve analiz ve incelemeye dayalı olarak belirlenebilir ve kısmen veya tamamen ortadan kaldırılabilir. Rutin hataların ana grupları şunlardır:

 - metodolojik hatalar;

 - araçsal (cihaz) hatalar;

 – sübjektif hatalar.

Net bir teorik temele sahip olmayan ölçüm yönteminin bir sonucu olarak metodolojik hata kaynaklanır.

Ölçü aletlerinin yapısal kusurlarından kaynaklanan hata alet hatası denir Örneğin: aletin ölçeğinin yanlış derecelendirilmesi, hareketli parçanın yanlış sabitlenmesi vb.

Alet (cihaz) hatası - Aletin yanlış yerleştirilmesinden veya bazı dış faktörlerin etkisi altında kullanılmasından kaynaklanan bir hatayı ifade eder.

öznel hata - gözlemcinin hatasından kaynaklanan bir hatadır.

4.6. Rutin hataları azaltma yöntemleri

Genel olarak, sistematik hatayı ortadan kaldırmanın yolu net olarak geliştirilmemiştir. Ancak yine de normal hatayı azaltmanın bazı yolları vardır:

1. Teorik olarak hata payını tahmin eden bu yöntem, ölçüm yönteminin, ölçüm ekipmanının özelliklerinin, ölçüm denkleminin ve ölçüm koşullarının analizine dayanmaktadır. Örneğin: ölçüm cihazının parametrelerini ve test edilen devrenin çalışma durumunu bilerek düzeltmesini (hatasını) bulabiliriz. Hata, ölçülen voltajın frekansını artırarak cihazın güç tüketiminden kaynaklanabilir.

2. Hata ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi. Bu durumda, farklı prensip yöntemlerinden ve ölçüm ekipmanlarından ölçüm sonuçları elde edilir. Ölçüm sonuçları arasındaki fark, standart hatayı karakterize eder. Bu yöntem yüksek hassasiyetli ölçümler için kullanılır.

3. Farklı önerileri olan ancak aynı fiziksel prensipte çalışan bir araç kullanan bir ölçüm yöntemi. Bu durumda ölçüm birçok kez tekrarlanır ve ölçüm sonuçları normal istatistik yöntemi kullanılarak işlenir.

4. Ölçüm ekipmanının kullanımdan önce test edilmesi. Bu yöntem aynı zamanda hassas ölçümlerde de kullanılmaktadır.

5. Rutin hatalara neden olan nedenleri ortadan kaldırma yöntemi. Örneğin: dış ortamın sıcaklığı sabit tutuluyorsa, ölçüm cihazı dış alanın etkisinden korumak için perdeleniyorsa, eğer kaynak gerilimi stabilize edilmişse (stabilize edilmişse).

6. Özel bir rutin hata giderme yöntemi uygulamak. Bu yöntem, örnekleri yer değiştirme, diferansiyel yöntem ve simetrik gözlemlerdeki hataların telafisi yöntemleri olan en yaygın yöntemlerden biridir.