Principali tipologie di misure in metrologia. Principali tipologie e metodi di misura, loro classificazione

Si distinguono le seguenti principali caratteristiche di misurazione:

1) il metodo con cui vengono effettuate le misurazioni;

2) principio di misurazione;

3) errore di misura;

4) accuratezza della misurazione;

5) correttezza delle misurazioni;

6) affidabilità delle misurazioni.

Metodo di misurazione- questo è un metodo o un insieme di metodi con cui viene misurata una determinata quantità, ovvero un confronto della quantità misurata con la sua misura secondo il principio di misurazione accettato.

Esistono diversi criteri per classificare i metodi di misurazione.

1. In base ai metodi per ottenere il valore desiderato della quantità misurata, si distinguono:

1) metodo diretto (effettuato utilizzando misurazioni dirette e dirette);

2) metodo indiretto.

2. Secondo le tecniche di misurazione, ci sono:

1) metodo di misurazione del contatto;

2) metodo di misurazione senza contatto.

Metodo di misurazione del contatto basato sul contatto diretto di qualsiasi parte del dispositivo di misurazione con l'oggetto misurato.

A metodo di misurazione senza contatto Il dispositivo di misurazione non entra in contatto diretto con l'oggetto da misurare.

3. Secondo i metodi di confronto di una quantità con la sua misura, si distinguono:

1) metodo di valutazione diretta;

2) metodo di confronto con la sua unità.

Metodo di valutazione diretta si basa sull'utilizzo di un dispositivo di misurazione che mostra il valore della quantità misurata.

Metodo di confronto con misura basato sul confronto dell'oggetto di misurazione con la sua misura.

Principio di misurazione– questo è un certo fenomeno fisico o il loro complesso su cui si basa la misurazione.

Errore di misurazioneè la differenza tra il risultato della misurazione di una quantità e il valore reale (effettivo) di tale quantità.

Precisione della misurazione– si tratta di una caratteristica che esprime il grado di corrispondenza dei risultati della misurazione al valore reale della grandezza misurata.

Misurazione corretta– si tratta di una caratteristica qualitativa di una misurazione, che è determinata da quanto vicino allo zero è il valore di un errore costante o fisso che cambia durante misurazioni ripetute (errore sistematico).

Affidabilità delle misurazioni– questa è una caratteristica che determina il grado di fiducia nei risultati di misurazione ottenuti.

4 Il concetto di grandezza fisica. Il significato di sistemi di unità fisiche

Una quantità fisica è un concetto di almeno due scienze: fisica e metrologia. Per definizione, una quantità fisica è una certa proprietà di un oggetto o processo, comune a più oggetti in termini di parametri qualitativi, ma diversa in termini quantitativi (individuale per ciascun oggetto). Esistono numerose classificazioni create in base a vari criteri. I principali si dividono in:

1) grandezze fisiche attive e passive – se suddivise in relazione ai segnali di informazione di misurazione. Inoltre, le prime (attive) in questo caso sono quantità che, senza l'uso di fonti di energia ausiliarie, hanno la probabilità di essere convertite in un segnale di informazione di misurazione. E i secondi (passivi) sono quantità per le quali è necessario utilizzare fonti di energia ausiliarie che creano un segnale di informazione di misurazione;

2) quantità fisiche aggiuntive (o estensive) e non aggiuntive (o intensive) - quando si divide sulla base dell'additività. Si ritiene che le prime quantità (additive) siano misurate in parti, inoltre, possono essere riprodotte accuratamente utilizzando una misura multivalore basata sulla somma delle dimensioni delle singole misure; Ma le seconde quantità (non aggiuntive) non vengono misurate direttamente, poiché vengono convertite in una misurazione diretta di una quantità o in una misurazione mediante misurazioni indirette. Nel 1791 l’Assemblea nazionale francese adottò il primo sistema di unità di misura fisiche. Era un sistema metrico di misure. Comprendeva: unità di lunghezza, area, volume, capacità e peso. E si basavano su due unità ormai ben note: il metro e il chilogrammo.

Lo scienziato ha basato la sua metodologia su tre principali quantità indipendenti: massa, lunghezza, tempo. E il matematico ha preso il milligrammo, il millimetro e il secondo come principali unità di misura per queste quantità, poiché tutte le altre unità di misura possono essere facilmente calcolate utilizzando quelle minime. Pertanto, nell'attuale fase di sviluppo, si distinguono i seguenti principali sistemi di unità di quantità fisiche:

1) Sistema GHS(1881);

2) Sistema MKGSS(fine del XIX secolo);

3) Sistema MKSA(1901)

La misurazione è il concetto più importante in metrologia. Questa è un'azione umana organizzata eseguita per la conoscenza quantitativa delle proprietà di un oggetto fisico determinando empiricamente il valore di qualsiasi quantità fisica.

Esistono diversi tipi di misurazioni. Quando li classificano, di solito procedono dalla natura della dipendenza della quantità misurata dal tempo, dal tipo di equazione di misurazione, dalle condizioni che determinano l'accuratezza del risultato della misurazione e dai metodi per esprimere questi risultati.

In base alla natura della dipendenza del valore misurato dal tempo, le misurazioni sono suddivise in:

statico, in cui il valore misurato rimane costante nel tempo;

dinamico, durante il quale il valore misurato cambia e non è costante nel tempo.

Le misurazioni statiche sono, ad esempio, misurazioni delle dimensioni del corpo, della pressione costante, le misurazioni dinamiche sono misurazioni di pressioni pulsanti, vibrazioni.

In base al numero di misurazioni, queste si dividono in singole e multiple. Una misurazione singola è una misurazione eseguita una volta. Una misura multipla è una misura di una grandezza fisica della stessa grandezza, il cui risultato è ottenuto da più misure successive, cioè costituito da più misure singole. Misurazioni multiple vengono eseguite nel caso in cui la componente casuale dell'errore di una singola misurazione possa superare il valore richiesto dalle condizioni del problema. Eseguendo una serie di misurazioni individuali consecutive, si ottiene una misurazione multipla, il cui errore può essere ridotto con metodi di statistica matematica.

Secondo il metodo per ottenere i risultati delle misurazioni, sono suddivisi in:

• indiretto;

  cumulativo;

  giunto.

Le misurazioni dirette sono quelle in cui il valore desiderato di una grandezza fisica viene ricavato direttamente dai dati sperimentali. Le misurazioni dirette possono essere espresse con la formula Q = X, dove Q è il valore desiderato della quantità misurata e X è il valore ottenuto direttamente dai dati sperimentali.

Nelle misurazioni dirette, la quantità misurata viene sottoposta a operazioni sperimentali, che vengono confrontate con la misura direttamente o utilizzando strumenti di misura tarati nelle unità richieste. Esempi di misurazioni dirette sono le misurazioni della lunghezza del corpo con un righello, della massa utilizzando una bilancia, ecc. Le misurazioni dirette sono ampiamente utilizzate nell'ingegneria meccanica, nonché nel controllo dei processi tecnologici (misurazione della pressione, della temperatura).

Indirette sono misurazioni in cui la quantità desiderata viene determinata sulla base di un rapporto noto tra questa quantità e le quantità soggette a misurazioni dirette, vale a dire Non misurano la quantità effettiva da determinare, ma altre che sono funzionalmente correlate ad essa. Il valore della grandezza misurata si trova calcolando con la formula Q = F(x 1,x 2,...,x n), dove Q è il valore desiderato della grandezza misurata indirettamente; F è una dipendenza funzionale nota in anticipo, x 1,x 2,...,x n sono i valori delle quantità misurate direttamente.

Le misurazioni cumulative sono misurazioni di più quantità con lo stesso nome effettuate simultaneamente, in cui la quantità richiesta è determinata risolvendo un sistema di equazioni ottenuto mediante misurazioni dirette di varie combinazioni di queste quantità.

Le misurazioni congiunte sono misurazioni di due o più quantità diverse effettuate simultaneamente per trovare le dipendenze tra loro.

A seconda delle condizioni che determinano l'accuratezza del risultato, le misurazioni sono suddivise in tre classi:

misurare la massima precisione possibile ottenibile con l’attuale livello della tecnologia. Questa classe comprende anche alcune misurazioni speciali che richiedono elevata precisione;

misurazioni di controllo e verifica, il cui errore, con una certa probabilità, non deve superare un determinato valore specificato;

misurazioni tecniche in cui l'errore del risultato è determinato dalle caratteristiche degli strumenti di misura.

Secondo il metodo di espressione dei risultati di misurazione, viene fatta una distinzione tra misurazioni assolute e relative.

Le misurazioni assolute sono quelle che si basano su misurazioni dirette di una o più quantità fondamentali o sull'utilizzo di valori di costanti fisiche.

Relative sono le misurazioni del rapporto tra una quantità e una quantità con lo stesso nome, che svolge il ruolo di unità, o le misurazioni di una quantità in relazione a una quantità con lo stesso nome, presa come iniziale.

Esistono altre classificazioni delle misurazioni, ad esempio, in base alla connessione con l'oggetto (contatto e senza contatto), in base alle condizioni di misurazione (ugualmente accurate e inegualmente accurate).

Le principali caratteristiche delle misurazioni sono: principio di misurazione, metodo di misurazione, errore, accuratezza, correttezza e affidabilità.

Principio di misurazione– un fenomeno fisico o un insieme di fenomeni fisici alla base delle misurazioni. Ad esempio, misurare il peso corporeo utilizzando la pesatura utilizzando la gravità proporzionale alla massa, misurare la temperatura utilizzando l'effetto termoelettrico.

Attualmente tutte le misurazioni, in conformità con le leggi fisiche utilizzate nella loro attuazione, sono raggruppate in 13 tipi di misurazioni. In conformità con la classificazione, sono stati assegnati codici a due cifre per i tipi di misurazione: geometrica (27), meccanica (28), portata, capacità, livello (29), pressione e vuoto (30), fisico-chimica (31), temperatura e termofisica (32 ), tempo e frequenza (33), elettrica e magnetica (34), radioelettronica (35), vibroacustica (36), ottica (37), parametri delle radiazioni ionizzanti (38), biomedica (39).

Metodo di misurazione– un insieme di tecniche per l'utilizzo di principi e strumenti di misura.

Metodo di misurazione– una tecnica o un insieme di tecniche per confrontare una quantità misurata con la sua unità secondo il principio di misurazione implementato. Di norma, il metodo di misurazione è determinato dalla progettazione degli strumenti di misurazione. Gli strumenti di misura sono i mezzi tecnici utilizzati che hanno proprietà metrologiche standardizzate. Esempi di metodi di misurazione comuni sono i seguenti:

metodo di valutazione diretta - un metodo in cui il valore di una quantità viene determinato direttamente dallo strumento di misura indicatore.

Ad esempio, pesarsi su una bilancia a quadrante o misurare la pressione con un manometro a molla;

metodo differenziale - un metodo di misurazione in cui la quantità misurata viene confrontata con una quantità omogenea avente un valore noto che differisce leggermente dal valore della quantità misurata e in cui viene misurata la differenza tra queste due quantità. Questo metodo può fornire risultati molto accurati.

metodo di confronto con una misura - un metodo di misurazione in cui il valore misurato viene confrontato con il valore riprodotto dalla misura.

Ad esempio, misurando la tensione continua su un compensatore rispetto alla FEM nota di un elemento normale. Il risultato della misurazione con questo metodo viene calcolato come somma del valore della misura utilizzata per il confronto e della lettura del dispositivo di misurazione, oppure viene preso uguale al valore della misura.

Esistono varie modifiche di questo metodo: il metodo di misurazione per sostituzione (la quantità misurata viene sostituita da una misura con un valore noto della quantità, ad esempio, quando si pesa posizionando alternativamente massa e pesi sullo stesso piatto della bilancia) e il metodo di misurazione per addizione (il valore della misura misurata viene integrato da una misura della stessa quantità con un calcolo tale che il dispositivo di confronto viene influenzato dalla loro somma pari a un valore predeterminato). La qualità delle misurazioni è caratterizzata da accuratezza, affidabilità, correttezza, convergenza e riproducibilità delle misurazioni, nonché dalla dimensione dell'errore.

Precisione della misurazione Errore di misurazione

– la differenza tra il valore ottenuto durante la misurazione e il valore reale del valore misurato. L'errore è causato dall'imperfezione dei metodi e degli strumenti di misurazione, dalla variabilità delle condizioni di osservazione, nonché dall'insufficiente esperienza dell'osservatore o dalle caratteristiche dei suoi sensi.è una caratteristica delle misurazioni che riflette la vicinanza dei loro risultati al valore reale del valore misurato. Quantitativamente, l'accuratezza può essere espressa come il reciproco del modulo dell'errore relativo.

Misurazione corretta è definita come la qualità della misurazione, che riflette la vicinanza allo zero degli errori sistematici nei risultati (cioè quegli errori che rimangono costanti o cambiano naturalmente con misurazioni ripetute della stessa quantità). L'accuratezza delle misurazioni dipende, in particolare, da quanto la dimensione effettiva dell'unità in cui viene effettuata la misurazione differisce dalla sua dimensione reale (per definizione), vale a dire dalla misura in cui gli strumenti di misura utilizzati per un dato tipo di misurazione erano corretti (corretti).. Caratterizza la fiducia nei risultati delle misurazioni e li divide in due categorie: affidabili e inaffidabili, a seconda che le caratteristiche probabilistiche delle loro deviazioni dai valori reali delle quantità corrispondenti siano note o sconosciute. I risultati delle misurazioni la cui affidabilità non è nota non hanno alcun valore e in alcuni casi possono servire come fonte di disinformazione.

Convergenza(ripetibilità) è la qualità delle misurazioni, che riflette la vicinanza reciproca dei risultati delle misurazioni dello stesso parametro, eseguite ripetutamente utilizzando gli stessi strumenti di misurazione, lo stesso metodo nelle stesse condizioni e con la stessa cura.

Riproducibilità– questa è la qualità delle misurazioni, che riflette la vicinanza reciproca dei risultati delle misurazioni dello stesso parametro, eseguite in condizioni diverse (in tempi diversi, con mezzi diversi, ecc.).

Misurazione– trovare sperimentalmente il vero valore di una grandezza fisica utilizzando speciali dispositivi tecnologici che hanno caratteristiche standardizzate.

Esistono 4 tipi principali di misurazioni:

1) Misurazione diretta - una misurazione in cui il valore desiderato di una quantità fisica viene trovato direttamente da dati sperimentali o utilizzando uno strumento tecnico di misura che legge direttamente il valore della quantità misurata su una scala. In questo caso l'equazione di misura ha la forma: Q=qU.

2) Misura indiretta - una misura in cui il valore di una grandezza fisica si trova sulla base di una relazione funzionale nota tra tale grandezza e le grandezze soggette a misurazioni dirette. In questo caso l'equazione di misura ha la forma: Q=f(x1,x2,…,xn), dove x1 - xn sono grandezze fisiche ottenute mediante misure dirette.

3) Misurazioni cumulative: vengono misurate simultaneamente più quantità con lo stesso nome, in cui il valore desiderato si trova risolvendo un sistema di equazioni ottenuto da misurazioni dirette di varie combinazioni di queste quantità.

4) Misurazioni congiunte - effettuate simultaneamente di due o più quantità fisiche con nomi diversi per trovare la relazione funzionale tra loro. In genere, queste misurazioni vengono effettuate clonando l'esperimento e compilando una tabella della matrice dei ranghi.

Inoltre, le misurazioni sono classificate in base a: condizioni di attuazione, caratteristiche di precisione, numero di misurazioni eseguite, natura delle misurazioni nel tempo, espressione dei risultati di misurazione.

9. Metodo di misurazione. Classificazione dei metodi di misurazione.

Metodo di misurazione– un insieme di tecniche per l'utilizzo di principi e mezzi di misurazione. Tutti i metodi di misurazione esistenti sono convenzionalmente suddivisi in 2 tipologie principali: Metodo di valutazione diretta– il valore della grandezza da determinare è determinato direttamente dal dispositivo di segnalazione dello strumento o del dispositivo di misurazione ad azione diretta. Metodo di confronto con misura– una quantità viene misurata e confrontata con una misura data. In questo caso, il confronto può essere transitorio, eguale-temporale, multitemporale e altri. Il metodo di confronto delle misure è suddiviso nei due metodi seguenti: - Metodo nullo- prevede un confronto simultaneo del valore misurato e della misura e l'effetto dell'impatto risultante viene portato a zero utilizzando un dispositivo di confronto. - Differenziale- il dispositivo di misura risente della differenza tra il valore misurato ed il valore noto riprodotto dalla misura, un esempio è il diagramma di un ponte sbilanciato.

Entrambi questi metodi sono suddivisi come segue:

1) Metodo contrastante– la grandezza misurata e la grandezza riprodotta dalla misura influenzano contemporaneamente il dispositivo di confronto, con l'aiuto del quale vengono stabilite le relazioni tra queste grandezze. (quante volte?)

2) Metodo di sostituzione– la grandezza misurata è sostituita da una grandezza nota riprodotta dalla misura. Ampiamente utilizzato quando si misurano quantità non elettriche, con questo metodo la quantità misurata viene confrontata simultaneamente o periodicamente con una quantità misurata, quindi la differenza tra loro viene misurata utilizzando la coincidenza dei segni della scala o la coincidenza dei segnali periodici nel tempo.

3) Metodo di corrispondenza– la differenza tra il valore misurato e il valore riprodotto dalla misura viene misurata utilizzando la coincidenza di segni di scala o segnali periodici.

Di tutti i metodi di misurazione, il metodo di confronto è più accurato del metodo di valutazione diretta e il metodo di misurazione differenziale è più accurato del metodo di misurazione zero.

Lo svantaggio del metodo di misurazione zero è la necessità di avere un gran numero di misure, varie combinazioni per riprodurre valori dimensionali multipli di quelli misurati. Una variante del metodo zero è il metodo di misurazione compensativa, in cui una quantità fisica viene misurata senza disturbare il processo a cui partecipa.

Attualmente esistono molti tipi di misurazioni, distinte dalla natura fisica della grandezza da misurare e dai fattori che determinano le varie condizioni e modalità di misurazione. I principali tipi di misurazioni di quantità fisiche, comprese quelle lineari-angolari (GOST 16263–70), sono Dritto, indiretto, cumulativo, giunto, assoluto E relativo.

Il più utilizzato misurazioni dirette , consistente nel fatto che il valore desiderato della quantità misurata viene ricavato dai dati sperimentali utilizzando strumenti di misurazione. La dimensione lineare può essere impostata direttamente utilizzando la scala di un righello, un metro a nastro, un calibro, un micrometro, la forza agente - con un dinamometro, la temperatura - con un termometro, ecc.

L’equazione della misura diretta ha la forma:

dove Q è il valore desiderato della quantità misurata; X è il valore della grandezza misurata ottenuto direttamente dalle letture degli strumenti di misura.

Indiretto– misurazioni in cui la quantità desiderata è determinata dalla relazione nota tra questa quantità e altre quantità ottenute mediante misurazioni dirette.

L’equazione della misura indiretta ha la forma:

Q = f (x 1, x 2, x 3, ...),

dove Q è il valore desiderato della quantità misurata indirettamente; x 1, x 2, x 3, ... – valori di grandezze misurate mediante misurazione diretta.

Le misurazioni indirette vengono utilizzate nei casi in cui il valore desiderato è impossibile o molto difficile da misurare direttamente, ad es. tipo di misurazione diretta o quando la misurazione di tipo diretto fornisce un risultato meno accurato.

Esempi di misurazione di tipo indiretto sono la determinazione del volume di un parallelepipedo moltiplicando tre quantità lineari (lunghezza, altezza e larghezza) determinate utilizzando la misurazione di tipo diretto, il calcolo della potenza del motore, la determinazione della resistività elettrica di un conduttore mediante la sua resistenza, lunghezza e area della sezione trasversale, ecc.

Un esempio di misurazione indiretta è anche la misurazione del diametro medio di una filettatura esterna di fissaggio utilizzando il metodo dei “tre fili”. Questo metodo si basa sulla determinazione più accurata del diametro medio della filettatura d2 come diametro di un cilindro convenzionale, la cui generatrice divide il profilo della filettatura in parti uguali P/2 (Fig. 2.1):

dove Dmeas – distanza, compresi i diametri dei fili, ottenuta mediante misurazioni dirette;

d 2 – diametro del filo, garantendo il contatto con il profilo del filo nei punti giacenti sulla generatrice d 2;

α – angolo del profilo della filettatura;

P – passo della filettatura.

Misure aggregate effettuato mediante misurazione simultanea di più quantità con lo stesso nome, in cui il valore desiderato si trova risolvendo un sistema di equazioni ottenuto mediante misurazioni dirette di varie combinazioni di queste quantità. Un esempio di misurazioni cumulative è la calibrazione dei pesi di un insieme utilizzando la massa nota di uno di essi e i risultati di confronti diretti delle masse di varie combinazioni di pesi.

Ad esempio è necessario tarare una massa combusta pari a 1; 2; 5; 10 e 20 kg. Un peso esemplificativo è 1 kg, contrassegnato con 1 volume.

Prendiamo le misure, cambiando ogni volta la combinazione dei pesi:

1 = 1 06 + UN; 1 + l giro = 2 + B; 2 = 2 + Con; 1+2 + 2 = 5 + D ecc.

Lettere UN, B, Con, D– valori sconosciuti dei pesi che devono essere aggiunti o sottratti dalla massa del peso. Risolvendo il sistema di equazioni, puoi determinare il valore di ciascun peso.

Misurazioni congiunte– misurazioni simultanee di due o più quantità diverse per trovare la relazione tra loro, ad esempio, misurazioni del volume di un corpo effettuate con misurazioni di diverse temperature che determinano la variazione del volume di questo corpo.

I principali tipi di misurazioni, in base alla natura dei risultati della misurazione per varie quantità fisiche, includono misurazioni assolute e relative.

Misure assolute si basano su misurazioni dirette di una o più grandezze fisiche. Un esempio di misurazione assoluta sarebbe misurare il diametro o la lunghezza di un rullo con un calibro o un micrometro, oppure misurare la temperatura con un termometro.

Le misurazioni assolute sono accompagnate da una valutazione dell'intero valore misurato.

Misure relative si basano sulla misurazione del rapporto della quantità misurata, sul ruolo di un'unità o sulla misurazione di una quantità in relazione alla stessa quantità, considerata come quella iniziale. Come campioni vengono spesso utilizzate misure standard sotto forma di misure di lunghezza delle estremità piano-parallele.

Un esempio di misure relative possono essere le misure dei calibri di tappi e graffe su ottimimetri orizzontali e verticali con impostazione degli strumenti di misura secondo misure standard. Quando si utilizzano standard o parti di riferimento, le misurazioni relative possono migliorare la precisione dei risultati di misurazione rispetto alle misurazioni assolute.

Oltre ai tipi di misurazioni considerate, in base alla caratteristica principale - il metodo per ottenere il risultato della misurazione, i tipi di misurazioni sono classificati anche in base all'accuratezza dei risultati della misurazione - in altrettanto accurato E disuguale, in base al numero di misurazioni – per multiplo E Una volta, in relazione alla variazione del valore misurato nel tempo – di statico E dinamico, dalla presenza di contatto della superficie di misura dello strumento di misura con la superficie del prodotto - su contatto E senza contatto ecc.

A seconda dello scopo metrologico, le misurazioni sono suddivise in tecnico– misurazioni della produzione, controllo e verifica E metrologico– misurazioni con la massima precisione possibile utilizzando standard al fine di riprodurre unità di quantità fisiche per trasferire le loro dimensioni a strumenti di misura funzionanti.

Metodi di misurazione

Secondo RMG 29–99, i principali metodi di misurazione comprendono il metodo di valutazione diretta e i metodi di confronto: differenziale, zero, sostituzione e coincidenza.

Metodo diretto– un metodo di misurazione in cui il valore di una quantità viene determinato direttamente dal dispositivo di lettura di un dispositivo di misurazione ad azione diretta, ad esempio misurando un albero con un micrometro e la forza con un dinamometro meccanico.

Metodi di confronto con una misura– metodi con cui il valore misurato viene confrontato con il valore riprodotto dalla misura:

metodo differenziale caratterizzato dalla misurazione della differenza tra la quantità misurata e una quantità nota riprodotta dalla misura. Un esempio di metodo differenziale è la misura con un voltmetro della differenza tra due tensioni, di cui una nota con grande precisione, e l'altra il valore desiderato;

metodo nullo– in cui la differenza tra la grandezza misurata e la misura è ridotta a zero. In questo caso, il metodo zero ha il vantaggio che la misura può essere molte volte inferiore al valore misurato, ad esempio quando si pesa su una bilancia, quando il carico da pesare si trova su una spalla e una serie di pesi di riferimento sull'altra ;

metodo di sostituzione– un metodo di confronto con una misura, in cui il valore misurato è sostituito da un valore noto riprodotto dalla misura. Il metodo di sostituzione viene utilizzato quando si pesa posizionando alternativamente la massa misurata e i pesi sulla stessa bilancia;

metodo della coincidenza– un metodo di confronto con una misura, in cui la differenza tra la grandezza misurata e il valore riprodotto dalla misura viene misurata utilizzando la coincidenza di segni di scala o segnali periodici. Un esempio di utilizzo di questo metodo è la misurazione della lunghezza utilizzando un calibro a corsoio.

A seconda della tipologia degli strumenti di misura utilizzati si distinguono metodi di misurazione strumentale, esperto, euristico e organolettico.

Metodo strumentale si basa sull'uso di mezzi tecnici speciali, compresi quelli automatizzati e automatizzati.

Metodo esperto la valutazione si basa sul giudizio di un gruppo di specialisti.

Metodi euristici le stime si basano sull'intuizione.

Metodi organolettici le valutazioni si basano sull’uso dei sensi umani. La valutazione delle condizioni di un oggetto può essere effettuata elemento per elemento e mediante misurazioni complesse. Il metodo elemento per elemento è caratterizzato dalla misurazione separata di ciascun parametro del prodotto. Ad esempio, eccentricità, ovalità, taglio di un albero cilindrico. Il metodo complesso è caratterizzato dalla misurazione dell'indicatore di qualità totale, che è influenzato dai suoi singoli componenti. Ad esempio, misurare l'eccentricità radiale di un pezzo cilindrico, che risente di eccentricità, ovalità, ecc.; controllo della posizione del profilo lungo i contorni limite, ecc.

Errori di misurazione

Disposizioni generali. Il processo di misurazione è inevitabilmente accompagnato da errori causati dall'imperfezione degli strumenti di misurazione, dall'instabilità delle condizioni di misurazione, dall'imperfezione del metodo e della tecnica di misurazione stessa, dall'esperienza insufficiente e dall'imperfezione dei sensi della persona che esegue le misurazioni, nonché da altri fattori .

Errore di misurazione La deviazione del risultato della misurazione dal valore reale della quantità misurata è chiamata:

ΔХ facile = Х i – Х e,

dove X j è l'i-esimo valore del risultato della misurazione;

X e – il valore reale della quantità misurata.

Poiché il valore reale della grandezza misurata rimane sempre sconosciuto, durante le misurazioni ripetute viene presa la media aritmetica:

, (2.1)

dove n è il numero di misurazioni effettuate.

L'errore di misura (ΔX easy), espresso in unità del valore misurato, è chiamato assoluto. Non è sempre informativo. Ad esempio, un errore assoluto di 0,01 mm può essere abbastanza grande quando si misurano quantità di decimi di millimetro e piccolo quando si misurano quantità le cui dimensioni superano diversi metri.

Un valore più informativo è l'errore relativo, inteso come il rapporto tra l'errore di misurazione assoluto e il suo valore reale (o aspettativa matematica), %:

.

È l'errore relativo che viene utilizzato per caratterizzare la precisione della misurazione.

Per sua natura ( modelli di manifestazione) gli errori di misurazione si dividono in errori sistematici, casuali e grossolani.

Errori sistematici. Gli errori sistematici includono errori che, durante misurazioni ripetute, rimangono costanti o cambiano secondo alcune leggi. Gli errori sistematici quando misurati utilizzando lo stesso metodo e gli stessi strumenti di misura hanno sempre valori costanti. Le ragioni che causano la loro comparsa includono:

– errori di metodo o errori teorici;

– errori strumentali;

– errori causati dall'influenza dell'ambiente e delle condizioni di misurazione.

Errori di metodo si verificano a causa di errori o di uno sviluppo insufficiente del metodo di misurazione. Ciò comprende anche l'estrapolazione illegale di una proprietà ottenuta come risultato di una singola misurazione all'intero oggetto misurato. Ad esempio, quando si decide l'idoneità di un albero in base a una singola misurazione, si può commettere un errore, poiché errori di forma come deviazioni dalla cilindricità, rotondità, profilo della sezione longitudinale, ecc. Non vengono quindi presi in considerazione per essere eliminati A causa di questo tipo di errori sistematici nella tecnica di misurazione, si consiglia di effettuare misurazioni in diversi punti delle parti e in direzioni reciprocamente perpendicolari.

Tra gli errori di metodo rientrano anche l'influenza dello strumento sulle proprietà dell'oggetto (ad esempio, una forza di misurazione significativa che modifica la forma di una parte a parete sottile) o errori associati ad un arrotondamento eccessivamente approssimativo del risultato della misurazione.

Errori strumentali sono associati ad errori negli strumenti di misura causati da errori di fabbricazione o dall'usura dei componenti dello strumento di misura.

Agli errori causati influenze ambientali e condizioni di misurazione, includono la temperatura (ad esempio, la misurazione di una parte non ancora raffreddata), le vibrazioni, la morbidezza della superficie su cui è installato lo strumento di misura, ecc.

Uno dei metodi per rilevare l'errore sistematico può essere quello di sostituire lo strumento di misura con uno simile se si sospetta che sia fonte di errore sistematico. In modo simile è possibile rilevare errori sistematici causati da condizioni esterne: ad esempio, la sostituzione della superficie su cui è installato lo strumento di misura con una più rigida.

La comparsa di un errore sistematico può essere rilevata statisticamente tracciando i risultati della misurazione su carta con determinati limiti (ad esempio, dimensioni massime) ad una determinata frequenza. Un movimento costante del risultato della misurazione verso uno dei confini significherà la comparsa di un errore sistematico e la necessità di intervenire nel processo tecnologico.

Per eliminare gli errori sistematici nelle condizioni di produzione, gli strumenti di misurazione vengono verificati, le cause causate da influenze ambientali vengono eliminate e le misurazioni stesse vengono eseguite in stretta conformità con la metodologia raccomandata, adottando misure per migliorarla se necessario.

Gli errori sistematici costanti non influenzano i valori delle deviazioni casuali delle misurazioni dalle medie aritmetiche, quindi sono difficili da rilevare utilizzando metodi statistici. L'analisi di tali errori è possibile solo sulla base della conoscenza a priori degli errori ottenuti, in particolare, durante il controllo degli strumenti di misura. Ad esempio, quando si controllano strumenti per la misurazione di quantità lineari, la quantità misurata viene solitamente riprodotta da una misura standard (misura di lunghezza comparativa), il cui valore effettivo è noto. Gli errori sistematici portano alla distorsione dei risultati della misurazione e pertanto devono essere identificati e presi in considerazione quando si valutano i risultati della misurazione. È quasi impossibile escludere completamente l’errore sistematico; durante il processo di misurazione rimane sempre un piccolo valore, chiamato errore sistematico non escluso. Questo valore viene preso in considerazione apportando modifiche.

Si chiama la differenza tra la media aritmetica dei risultati della misurazione e il valore della misura con l'accuratezza determinata dall'errore durante la sua certificazione emendamento . Viene inserito nel passaporto dello strumento di misura da certificare e viene considerato l'errore sistematico desiderato.

Errori casuali. Gli errori casuali sono errori che, nel corso di misurazioni ripetute, assumono valori diversi, indipendenti nel segno e nella grandezza, che non obbediscono ad alcuno schema. Possono esserci molte ragioni che causano errori casuali; ad esempio, fluttuazioni del margine di lavorazione, proprietà meccaniche dei materiali, inclusioni estranee, precisione di installazione delle parti sulla macchina, precisione dello strumento di misura del pezzo, variazione della forza di misurazione del fissaggio della parte sulla macchina, forza di taglio, ecc.

Di norma, l'influenza individuale di ciascuno di questi motivi sui risultati della misurazione è piccola e non può essere valutata, soprattutto perché, come ogni evento casuale, può verificarsi o meno in ciascun caso specifico.

Gli errori casuali sono caratterizzati da una serie di condizioni:

– gli errori casuali piccoli sono più comuni di quelli grandi;

– negativo e positivo rispetto al valore medio di misurazione, uguali erroneamente, si verificano con la stessa frequenza;

– ogni metodo di misurazione ha il proprio limite, oltre il quale praticamente non si verificano errori (altrimenti questo errore sarà grossolano).

L'identificazione degli errori casuali è particolarmente necessaria per misurazioni precise, ad esempio, in laboratorio. Per fare ciò, vengono utilizzate misurazioni multiple della stessa quantità e i loro risultati vengono elaborati con metodi di teoria della probabilità e statistica matematica. Ciò consente di chiarire i risultati delle misurazioni eseguite.

L'influenza degli errori casuali è espressa nella diffusione dei risultati ottenuti rispetto all'aspettativa matematica, pertanto la presenza di errori casuali è ben valutata quantitativamente dalla deviazione standard (RMS).

Per valutare la dispersione dei risultati delle misurazioni della quantità fisica X i rispetto alla media determinata da (2.1), la deviazione standard è determinata dalla formula

per n ≥ 20 (2.2)

per n ≤ 20, (2.3)

dove n è il numero di misurazioni.

Poiché il valore medio di una serie di misurazioni è un'approssimazione casuale al valore reale del valore misurato, per valutare possibili deviazioni dal valore medio, viene utilizzata la deviazione standard sperimentale – S:

. (2.4)

Il valore S viene utilizzato per valutare gli errori del risultato finale.

Errori di misurazione casuali, senza modificare la precisione del risultato della misurazione, tuttavia ne influiscono sull'affidabilità.

In questo caso la dispersione della media aritmetica di una serie di misurazioni ha sempre un errore minore dell'errore di ciascuna misurazione specifica. Dalle formule (2.2) e (2.3) ne consegue che se è necessario aumentare la precisione del risultato (escluso l'errore sistematico) di 2 volte, allora il numero di misurazioni deve essere aumentato di 4 volte.

Errori grossolani (mancati). Gli errori grossolani sono errori che non sono caratteristici del processo tecnologico o del risultato, che portano a evidenti distorsioni nei risultati della misurazione. Molto spesso vengono eseguiti da personale non qualificato a causa di un utilizzo improprio dello strumento di misura, di letture errate, di errori di registrazione o di un motivo esterno improvviso durante l'implementazione dei processi tecnologici per la lavorazione delle parti. Sono immediatamente visibili tra i risultati ottenuti, poiché i valori ottenuti differiscono dal resto dei valori dell'insieme di misurazioni.

Se durante il processo di misurazione è possibile trovare ragioni che causano differenze significative e, dopo aver eliminato queste ragioni, misurazioni ripetute non confermano tali differenze, tali misurazioni possono essere escluse dalla considerazione. Ma il rifiuto sconsiderato di risultati di misurazione che differiscono nettamente da altri risultati può portare ad una significativa distorsione delle caratteristiche di misurazione. A volte, quando si elaborano i risultati delle misurazioni, non è possibile tenere conto di tutte le circostanze in cui sono stati ottenuti. In questo caso, quando si valutano gli errori grossolani, è necessario ricorrere ai metodi convenzionali di verifica delle ipotesi statistiche.

L'ipotesi da testare è l'affermazione che il risultato della misurazione X i non contiene un errore grossolano, ma è uno dei valori di una variabile casuale. Di solito vengono controllati i valori X m ax più grandi e X min più piccoli dei risultati di misurazione. I seguenti criteri vengono utilizzati per verificare le ipotesi.

1) Se il numero di misurazioni n ≤ 10, può essere utilizzato Criterio Chauvin. In questo caso, il risultato X i è considerato un errore grossolano (miss) se la differenza supera i valori di S, determinati in base al numero di misurazioni:

dove σ x è la deviazione standard ottenuta dalla formula (2.3).

2) Criterio Romanovsky, utilizzato quando il numero di misurazioni è 10< n < 20. При этом вычисляют отношение

e il valore β risultante viene confrontato con il β t teorico al livello di significatività selezionato q (vedere Tabella 2.4). Ricordiamo che il livello di significatività è la probabilità di rifiutare l'ipotesi corretta durante il test statistico dell'ipotesi. Di solito, quando si elaborano i risultati della misurazione, il suo valore viene preso nell'intervallo 0,05...0,1. Se β supera β t allora il risultato X i è considerato un errore grossolano.

Tabella 2.4

Tabella dei valori β t = F(N)

Livello di significatività q	Numero di misurazioni n
0,01	1,73	2,16	2,43	2,62	2,75	2,90	3,08
0,02	1,72	2,13	2,37	2,54	2,66	2,80	2,96
0,05	1,71	2,10	2,27	2,41	2,52	2,64	2,78
0,10	1,69	2,00	2,17	2,29	2,39	2,49	2,62

3) Il criterio 3S è il più comune. Viene utilizzato quando il numero di misurazioni n ≥ 20…50. In questo caso si considera che il risultato ottenuto con probabilità P = 0,003 sia improbabile e possa essere qualificato come miss, ovvero il risultato dubbio X i dovrebbe essere escluso dalle misurazioni se

Esempio 1. Misurando un foro Ø20Н13(+0,33) sono stati ottenuti i seguenti risultati:

Ø20,32; Ø20,18; Ø20,26; Ø20,21; Ø20,28; Ø20,42 mm.

È necessario verificare se la dimensione Ø20,42 mm è sbagliata.

Poiché n = 6 si applica il test di Chauvinet:

dall'equazione (2.1) troviamo

utilizzando l'equazione (2.3) troviamo S

Ciò significa che, sebbene il risultato non rientri nella dimensione massima consentita specificata, non può essere considerato un errore. Pertanto la parte è da respingere.

Esempio 2. Misurando l'albero Ø40h12(-0,25), sono stati ottenuti i seguenti risultati: 39,72; 39,75; 39,76; 39,80; 39,81; 39,82; 39,82; 39,83; 39,85; 39,87; 39,88; 39,88; 39,90; 39,91; 39,92; 39,92; 39,93; 39,94; 39,96; 39,98; 39,99 mm.

Poiché il risultato di 39,72 mm non rientra nel limite di dimensione più piccola e la parte potrebbe essere rifiutata, è necessario determinare se questa dimensione è mancata.

Poiché il numero di misurazioni supera 20, possiamo utilizzare il criterio S. Dopo aver elaborato i risultati della misurazione, otteniamo:

39,91 mm, S =0,12 mm,

quindi 3S = 3 0,12 = 0,36 mm

Pertanto, il risultato della misurazione di 39,72 mm non può essere considerato mancato e la parte deve essere scartata.

Secondo il metodo per ottenere il risultato della misurazione

Secondo il metodo di presentazione dei risultati di misurazione

In base alla natura del cambiamento nel tempo dell'EF misurata

Caratteristiche di precisione

Per numero di misurazioni

- Una volta(le misurazioni vengono eseguite una volta);

- multiplo(una serie di misurazioni multiple di EF della stessa dimensione)

-altrettanto accurato(una serie di misurazioni di qualsiasi grandezza, effettuate mediante strumenti di misura di uguale precisione nelle stesse condizioni e con la stessa cura);

- disuguale(una serie di misurazioni di qualsiasi grandezza, effettuate con strumenti di misura di diversa precisione e in condizioni diverse).

- statico;

- dinamico.

- assoluto(misurazione di una grandezza nelle sue unità);

- relativo(misurazione delle variazioni di una quantità rispetto ad una quantità omonima, assunta come originaria). Le misurazioni relative, a parità di altre condizioni, possono essere eseguite con maggiore precisione di quelle assolute, poiché l'errore totale non include l'errore della misura della quantità.

- Dritto(il valore PV desiderato si ottiene direttamente dai dati sperimentali).

- indiretto– determinazione del valore desiderato di una grandezza fisica sulla base dei risultati di misurazioni dirette di altre grandezze fisiche funzionalmente correlate alla grandezza desiderata. In questo caso il valore numerico della quantità desiderata si trova mediante calcolo. Le misurazioni indirette, a loro volta, si dividono in cumulative e congiunte.

Misure aggregate– misurazioni di più quantità con lo stesso nome effettuate contemporaneamente, in cui le misurazioni delle quantità richieste sono determinate risolvendo un sistema di equazioni ottenuto misurando tali quantità in varie combinazioni.

Misurazioni congiunte– misurazioni simultanee di due o più quantità diverse per determinare la relazione tra loro. I valori numerici delle quantità richieste, come nel caso delle misurazioni cumulative, si trovano da un sistema di equazioni che collegano i valori delle quantità cercate con il valore delle quantità misurate direttamente (o indirettamente). Il numero di equazioni non deve essere inferiore al numero di quantità richieste.

La misurazione è un processo complesso e per questo sono importanti le seguenti caratteristiche: principio e metodo di misurazione, risultato, errore, accuratezza, convergenza, riproducibilità, correttezza e affidabilità.

Principio di misurazione– un fenomeno fisico o un effetto alla base delle misurazioni.

Metodo di misurazione– una tecnica o un insieme di tecniche per confrontare una grandezza fisica misurata con la sua unità secondo il principio di misurazione implementato.

Risultato della misurazione– il valore di una grandezza ottenuta misurandola.

Errore nel risultato della misurazione– deviazione del risultato della misurazione dal valore vero (effettivo) della quantità misurata.

Precisione del risultato della misurazione– una delle caratteristiche della qualità della misurazione, che riflette la vicinanza all’errore zero del risultato della misurazione. Un'elevata precisione di misurazione corrisponde a piccoli errori. La precisione è quantificata dal valore reciproco del modulo dell'errore relativo, ad esempio, se l'errore relativo è 0,01, la precisione è 100.

Convergenza dei risultati delle misurazioni– vicinanza tra loro dei risultati di misurazioni della stessa quantità, eseguite ripetutamente utilizzando gli stessi mezzi, lo stesso metodo nelle stesse condizioni e con la stessa cura. L'accuratezza delle misurazioni riflette l'influenza degli errori casuali sul risultato della misurazione.

Riproducibilità– vicinanza dei risultati di misura della stessa grandezza, ottenuti in luoghi diversi, con metodi e mezzi diversi, da operatori diversi, in tempi diversi, ma ridotti alle stesse condizioni (temperatura, pressione, umidità, ecc.).

Giusto– caratteristica della qualità delle misurazioni, che riflette la vicinanza allo zero degli errori sistematici nei loro risultati.

Credibilità– una caratteristica della qualità delle misurazioni, che riflette la fiducia nei loro risultati, che è determinata dalla probabilità (confidenza) che il valore reale della quantità misurata rientri nei limiti specificati (confidenza). Le misurazioni si dividono in affidabili e inaffidabili a seconda di quanto siano note le caratteristiche probabilistiche della loro deviazione dal valore effettivo dei valori misurati.

Domanda n. 5

L'importanza della metrologia per il progresso scientifico e tecnologico e per lo sviluppo dell'economia del Paese. Principali compiti e problemi della metrologia.

Come già notato, nella vita pratica una persona ha a che fare con misurazioni ovunque. Ad ogni passo si incontrano misurazioni di quantità come lunghezza, volume, peso, tempo, ecc., note da tempo immemorabile.

L'importanza delle misurazioni nella società moderna è grande. Servono non solo come base della conoscenza scientifica e tecnica, ma sono di fondamentale importanza per la contabilità delle risorse materiali e della pianificazione, per il commercio interno ed estero, per garantire la qualità del prodotto, l'intercambiabilità di componenti e parti e il miglioramento della tecnologia, per garantire la sicurezza del lavoro e altri tipi di attività umana.

La metrologia è di grande importanza per il progresso delle scienze naturali e tecniche, poiché aumentare la precisione delle misurazioni è uno dei mezzi per migliorare le modalità di conoscenza umana della natura, le scoperte e l'applicazione pratica della conoscenza precisa.

Per garantire il progresso scientifico e tecnologico, la metrologia deve essere all'avanguardia rispetto al suo sviluppo in altri settori della scienza e della tecnologia, perché per ciascuno di essi, misurazioni accurate sono uno dei modi principali per migliorarli.

L'accelerazione del progresso scientifico e tecnologico è in diretta connessione con l'intenso sviluppo della metrologia e della tecnologia di misurazione di precisione, necessaria sia per lo sviluppo delle scienze naturali ed esatte, sia per la creazione di nuove tecnologie e il miglioramento degli strumenti tecnici di controllo e gestione. Tutto ciò pone una serie di sfide importanti per la metrologia.

Nel campo delle unità di misura, uno dei compiti principali è la loro unificazione sulla base dell'implementazione diffusa di un Sistema Internazionale di Unità (SI) unificato. Questo sistema garantisce l'uniformità delle unità utilizzate per tutti i campi della scienza e della tecnologia. I requisiti per il massimo livello negli strumenti di misura - per gli standard - stanno aumentando in modo significativo. L'accuratezza delle misurazioni nell'industria in molti casi si avvicina al massimo possibile dato lo stato della tecnologia e, quindi, l'accuratezza degli standard stessi. Il passo successivo è l’uso sempre più diffuso delle costanti fisiche fondamentali e delle costanti atomiche, caratterizzate da elevata stabilità, come base per nuovi standard più avanzati.

Per mantenere l'uniformità delle misurazioni effettuate in luoghi diversi e in tempi diversi, è necessario garantire il trasferimento delle dimensioni delle unità dagli standard agli strumenti di misura funzionanti con la minima perdita di precisione. La progettazione di standard e metodi moderni di trasmissione delle dimensioni delle unità deve garantire il rispetto di questo requisito.

Un compito urgente è quello di estendere misurazioni precise ad aree di valori molto piccoli e grandi delle quantità misurate (masse piccole e grandi, vuoto profondo e pressioni ultraelevate, temperature ultrabasse e ultraelevate, frequenze ultraelevate, ecc. .). La necessità di trasferire la dimensione delle unità di misura a strumenti che misurano valori di quantità piccolissimi o estremamente grandi spesso non consente di limitarsi a uno standard e richiede la creazione di diversi standard speciali indipendenti per la stessa quantità.

Di grande importanza diventano anche le questioni relative all'esecuzione di misurazioni estremamente accurate in condizioni speciali non stazionarie, in condizioni dinamiche, ad elevate accelerazioni, temperature, pressioni e frequenze alte o molto basse.

Lo sviluppo di sistemi di misurazione e controllo della misurazione ha portato a cambiamenti qualitativi nel processo di misurazione stesso. Oltre alle quantità, vengono confrontati processi che hanno numerosi parametri e caratteristiche. Il supporto metrologico dovrebbe essere esteso anche ai sistemi di misurazione e controllo.

Ci sono anche problemi importanti nel campo della teoria della misurazione. Lo sviluppo della statistica matematica e della teoria delle funzioni casuali influenza le questioni relative all'elaborazione metrologica dei risultati di misurazione.

L'uso diffuso di metodi di controllo e regolazione automatici richiede integrazioni ai concetti e alle idee metrologiche esistenti. I metodi e gli strumenti di misura utilizzati nella medicina, nell’edilizia, nell’industria chimica e in altri settori della scienza e della tecnologia devono essere migliorati.

Servendo come base scientifica della tecnologia di misurazione, la metrologia deve garantire la necessaria affidabilità e accuratezza delle informazioni di misurazione risultanti, nonché determinare legalmente l'uniformità delle misurazioni nel paese, l'uniformità dei metodi per monitorare i processi tecnologici e testare i prodotti. La metrologia generalizza l'esperienza pratica in questo settore e orienta di conseguenza lo sviluppo della tecnologia di misurazione.

La metrologia è organicamente connessa alla standardizzazione e questa connessione si esprime principalmente nella standardizzazione delle unità di misura, nel sistema di standard statali, strumenti di misura e metodi di verifica, nella creazione di campioni standard delle proprietà e della composizione di una sostanza. A sua volta, la standardizzazione si basa sulla metrologia, che garantisce la correttezza e la comparabilità dei risultati dei test per materiali e prodotti, e prende in prestito anche metodi metrologici per determinare e monitorare gli indicatori di qualità

In stretta interazione, la metrologia e la standardizzazione sono leve importanti del progresso tecnico in tutti i settori della scienza e dell'economia del paese.