Метрологическое обеспечение стандартизации, сертификации и качества измерения значений физических величин

Липецкий государственный технический университет

 

 

Кафедра прикладной математики

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по метрологии, стандартизации и сертификации

Метрологическое обеспечение стандартизации, сертификации и качества измерения значений физических величин

 

 

Студент		Никитина В.И.
	(подпись, дата)
Группа    УК-10
Руководитель
доцент		Плотников А.В.
	(подпись, дата)

                                         

 

 

 

 

 

Липецк 201 3 г.

Задание кафедры

В данной работе необходимо:

• построить структурно-классификационные модели единиц измерений, видов измерений, а также средств измерений;
• провести исследования по оценки погрешностей единиц измерений и средств измерений, используя представленные виды измерений;
• смоделировать серии измерений (генератор случайных чисел);
• смоделировать каждый из видов измерений, используя средства измерений, которые образуют пять классов:

1. мера
2. измерительные приборы
3. измерительные преобразователи
4. измерительные установки
5. информационно-измерительные системы

• для каждой выборки необходимо обосновать условие смоделированных значений;

• выполнить оценку погрешностей результатов измерений и средств измерений с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, линейной алгебры и математического анализа;
• используя метрологические методы измерений, обработать полученные данные с целью установления зависимости изменения значений величин от внешних и внутренних факторов;
• определить классы точности средств измерений;
• установить межповерочные интервалы средств измерений и время проведения калибровки;
• оформить отчет в соответствии с требованиями.

 

 

Аннотация

С. 60, Ил. 31, Табл. 23, Литература 7 назв.

 

 

Оглавление

 

1. Постановка целей и задач……………………………………………...…..5

2. Практическая часть…………………………………………………...…6
1. Классификационные модели …………………………………...…6
1. Модель единиц измерений……………………………………….6
2. Модель видов измерений…………………………………….….7
3. Модель средств измерений………………………………………8
2. Моделирование измерений……………………………………….9
1. Прямые измерения………………………………………………10
1. Вероятностная оценка прямых измерений……………….13
2. Косвенные измерения…………………………………………...15
1. Вероятностная оценка косвенных измерений…………..19
3. Совокупные измерения…………………………………………21
1. Вероятностная оценка совокупных измерений………….26
4. Совместные измерения …………………………………………28
1. Вероятностная оценка совместных измерений ………….30
3. Определение точности прибора…………………………………32
4. Межповерочный интервал……………………………………….36
1. Прямые измерения………………………………………………36
2. Косвенные измерения…………………………………………..36
3. Совокупные измерения…………………………………………37
4. Совместные измерения………………………………………....38

Вывод

Список источников 

 

 

 

 

 

 

1. Постановка целей и задач

 

В данной работе необходимо:

• построить структурно-классификационные модели единиц измерений, видов измерений, а также средств измерений;
• провести исследования по оценки погрешностей единиц измерений и средств измерений, используя представленные виды измерений;
• смоделировать серии измерений (генератор случайных чисел);
• смоделировать каждый из видов измерений, используя средства измерений, которые образуют пять классов:
• мера
• измерительные приборы
• измерительные преобразователи
• измерительные установки
• информационно-измерительные системы
• для каждой выборки необходимо обосновать условие смоделированных значений;
• выполнить оценку погрешностей результатов измерений и средств измерений с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, линейной алгебры и математического анализа;
• используя метрологические методы измерений, обработать полученные данные с целью установления зависимости изменения значений величин от внешних и внутренних факторов;
• определить классы точности средств измерений;
• установить межповерочные интервалы средств измерений и время проведения калибровки.

 

 

 

 

2. Практическая часть

2.1.  Классификационные модели

2.1.1. Модель единиц измерений

Одно из условий обеспечения единства измерений - выражение результата в узаконенных единицах. Это предполагает не только применение допущенных ГОСТ 8.417-81 единиц, но и обеспечение равенства их размеров. А для этого необходимо обеспечить воспроизведение, хранение единиц физических величин и передачу их размеров всем применяемым средствам измерений, проградуированных в этих единицах.[1]

Классификация единиц измерений изображена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Структурно-классификационная модель единиц измерений

 

2.1.2. Модель видов измерений

Классификацию видов измерений можно проводить по различным классификационным признакам, к которым можно отнести следующие: способ нахождения численного значения физической величины, число наблюдений, характер зависимости измеряемой величины от времени, число измеряемых мгновенных значений в заданном интервале времени, условия, определяющие точность результатов, способ выражения результатов измерения.[2]

Классификация видов измерений изображена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурно-классификационная модель видов измерений

 

2.1.3. Модель средств измерений

Средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дельных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке.[1]

Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям, указанным на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурно-классификационная модель средств измерений

 

 

 

 2.2. Моделирование измерений

2.2.1. Прямые измерения

Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.

 

Смоделируем процесс:

• по методу – сравнение с мерой;
• по способу получения результата – прямые;
• по условию измерений – равноточные;
• по характеру результата измерений – абсолютные;
• по степени достаточности измерений – необходимые;
• по числу измерений величины – многократные;
• по точности оценки – технические;
• по воздействию на объект – контактные.

 

Измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента.

Величину ЭДС нормального элемента принять равной 1,0183 В. Допускается пропускание токов не более 1 мкА в течение 1 мин.

 

Рисунок 4. Щ02 Амперметр Вольтметр

Назначение Щ02 Амперметр Вольтметр щитовой цифровой постоянного тока:  
- для измерения силы тока или напряжения в электрических цепях постоянного тока

 

Таблица 1. Технические характеристики Щ02 Амперметр Вольтметр щитовой цифровой постоянного тока

Максимальный диапазон показаний	±1999 при разрядности 3,5;     ±10000 при разрядности 4,0
Количество цифровых индикаторов	4 при разрядности 3,5;     5 при разрядности 4,0
Класс точности	0,2 или 0,4 при разрядности 3,5     0,1 или 0,2 при разрядности 4,0
Гальваническое разделение входных цепей	есть (только при разрядности 4,0)
Гальваническое разделение по питанию	есть
Напряжение питания приборов разрядностью 3,5	12 +6/-3В постоянного тока с возможностью  резервирования;   (24 +12/-6)В постоянного тока с возможностью резервирования;   от 85 до 242В переменного тока частотой (50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока
Напряжение питания приборов разрядностью 4,0	(5±0,25)В постоянного тока,   (12±0,6)В постоянного тока,   (24 ±1,2)В постоянного тока,   (12 +6/-3)В постоянного тока с возможностью резервирования,   (24 +12/-6)В постоянного тока с возможностью резервирования,   от 85 до 242В переменного тока частотой (50±0,5)Гц или от 100 до 265В постоянного тока

 

Условия эксплуатации Щ02 Амперметр Вольтметр щитовой цифровой постоянного тока:

• Рабочий диапазон температур: +5…+50 град С
• Влажность воздуха при +25оС: не более 80 %
• Температура транспортирования: -50…+55 град С

Конечные значения диапазонов измерений Щ02 Амперметр Вольтметр щитовой цифровой постоянного тока: 

• способ включения: непосредственно:

mV – 100; 200;500; 1000; 2000

V – 1; 2; 5; 10: 20; 50; 100; 200

mA – 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000

 

• с внешним шунтом на номинальное напряжение 75мВ, или 100мВ, или 150мВ:

A – 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000

 

Возьмем данные 100 измерений напряжения постоянного тока на компенсаторе.

Рисунок 5. Данные

 

Рисунок 5. Регрессионный анализ

Рисунок 6. Дисперсионный анализ

 

Рисунок 7. Гистограмма для результатов измерений

2.2. Вероятностная оценка прямых измерений

Для выборки сгенерированной в таблице 1 проведем анализ данных.

Рисунок 8. Вероятностный график.

Разброс относильно тренда велик, следовательно остатки имеют не нормальное распределение.

 

Рисунок 9. Декомпозиция гипотезы.

 

Разброс данных имеет рандомизированный характер

 

Рисунок 10. Диаграмма рассеяния

Отсутствие наблюдаемой на графике зависимости между x и y свидетельствует об отсутствии корреляции.

 

2.3.1. Косвенные измерения

 

Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

 

Смоделируем процесс:

• по методу – непосредственной оценки;
• по способу получения результата – косвенные;
• по условию измерений – равноточные;
• по характеру результата измерений – допусковые;
• по степени достаточности измерений – необходимые;
• по числу измерений величины – многократные;
• по точности оценки – технические;
• по воздействию на объект – контактные.