Экзаменационные билеты (по метрологии)
1) Что называется измерениями?
Измерения
– это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью
специальных технических средств. В радиотехнике объектами измерения являются
параметры и характеристики радиотехнических цепей и сигналов в широком диапазоне
частот вплоть до оптического.
2) Метрология как наука об
измерениях.
Метрология – это наука об измерениях и методах обеспечения их единства.
Метрология изучает широкий круг вопросов, связанных как с теоретическими
проблемами, так и с задачами практики. К их числу относятся: общая теория
измерений, единицы физ. величин и их системы, методы и средства измерений,
методы определения точности измерений, основы обеспечения единства измерений и
единообразия средств измерений, эталоны и образцовые средства измерений, методы
передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерения. Большое
значение имеет изучение метрологических характеристик средств измерений,
влияющих на результаты и погрешности измерений.
3) Методы измерений. Метод измерений – это совокупность
приемов использования принципов и средств измерений. Все без исключения методы
измерения являются разновидностями одного единственного метода – метода
сравнения с мерой, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной,
воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной). Различают следующие
разновидности этого метода:
метод непосредственной
оценки,
(значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному
устройству многозначной меры, на которую непосредственно действует сигнал
измерительной информации, например, измерение электрического напряжения
вольтметром);
метод противопоставления (измеряемая величина и
величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения
– компаратор, например – равноплечие весы).
дифференциальный метод (сравнение меры длины с образцовой на
компараторе)
нулевой метод (результирующий эффект
воздействия величин на прибор сравнения равен нулю)
метод замещения – измеряемую величину
заменяют известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным помещением измеряемой
массы и гирь на одну чашу весов)
метод совпадений – разность между измеряемой
величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение
меток шкал или периодических сигналов (измерение длины при помощи
штангенциркуля с нониусом)
4) Методы измерений в
зависимости от способа получения результата
4.1 Прямое измерение – измерение, при котором
искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.
4.2 Косвенное измерение – измерение, при котором
искомое значение величины находят по известной зависимости межу этой величиной
и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (нахождение плотности по массе и размерам)
4.3 Совокупные измерения – производимые
одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые
значения величин находят из системы уравнений, получаемых при прямых измерениях
(нахождение массы гири в наборе
по известной массе одной из них и по результатам сравнения масс различных
сочетаний гирь)
4.4 Совместные
измерения – проводимые одновременно измерения двух или
более неодноименных величин для выявления зависимости между ними.
5) Методы сравнения – противопоставления,
дифференциальный, нулевой замещения, совпадений (см. п.3)
6) Единица физической величины – физическая
величина (ФВ) фиксированного размера, которой условно присвоено значение,
равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных
физических величин. Различают основные, производные, кратные, дольные,
когерентные, системные, внесистемные единицы.
Производная
единица – единица производной ФВ системы единиц,
образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами
или же с основными и уже определенными производными. Производная единица
называется когерентной, если в этом уравнении числовой коэффициент равен
единице.
7) Международная система СИ – когерентная система
единиц ФВ. Включает в себя следующие величины:
7.1
длина (метр)
7.2
масса (килограмм)
7.3
время (секунда)
7.4
сила тока (ампер)
7.5
температура (кельвин)
7.6
сила света (кандела)
7.7
количество вещества (моль)
8) Основные единицы электрорадиоизмерений –
Частота
|
герц
|
Гц
|
Hz
|
С-1
|
Энергия (работа)
|
джоуль
|
Дж
|
J
|
Н . м
|
Мощность
|
ватт
|
Вт
|
W
|
Дж/с
|
Электрический заряд
|
кулон
|
Кл
|
C
|
с . А
|
Напряжение
|
вольт
|
В
|
V
|
Вт/А
|
Емкость
|
фарад
|
Ф
|
F
|
Кл/В
|
Сопротивление
|
ом
|
Ом
|
W
|
В/А
|
Проводимость
|
сименс
|
См
|
S
|
А/В
|
Индуктивность
|
генри
|
Г
|
H
|
9) Погрешности измерений – отклонения результатов
измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности неизбежны,
выявить истинное значение невозможно.
А) По числовой
форме представления
А.1) Абсолютная
погрешность
DА=Ад-Аизм (действит.
минус измерянное)
А.2)
Относительные погрешности
А.2.1)
Относительная действительная
А.2.2)
Относительная измерянная
А.2.3) Относительная
приведенная
Amax – максимальное значение шкалы
прибора
B) По характеру
проявления
В.1)
Систематические (могут быть исключены из результатов)
В.2) Случайные
В.3) Грубые или промахи (как правило, не включаются в результаты изм)
10)
Классификация погрешностей в зависимости от
способа возникновения (См. п 9-В)
11)
Абсолютная и относительная погрешности (см. пп А1 и А2)
12)
Приведенная погрешность (см. п А.2.3)
13)
Классификация погрешностей в зависимости от
эксплуатации приборов
13.1 Основная –
это погрешность средства измерения при нормальных
условиях
13.2
Дополнительная погрешность – это составляющая
погрешности средства измерения, дополнительно возникающая из-за отклонения
какой-либо из влияющих величин или неинформативных параметров от нормативного
значения или выхода за пределы нормальной области значений. Дополнительных
погрешностей столько, сколько функций влияния или неинформативных параметров.
14)
Средства измерений (СИ) – технические средства, предназначенные для измерений. Хранят единицу или
шкалу ФВ, имеют нормированные метрологические характеристики, которые
принимаются неизменными (в пределах установленной погрешности) в течение
известного интервала времени. В общем случае, СИ включает в себя меру,
измерительный преобразователь и устройства сравнения или индикации.
15)
Измерительные преобразователи (Пр) как
средства измерений. Пр – техническое средство,
служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал
измерительной информации, удобный для обработки, хранения, индикации или
передачи и имеющее нормированные метрологические характеристики. Различают:
первичные Пр – первые в измерительной цепи, к которым подведена измеряемая
величина; промежуточные; передающие; масштабные. Конструктивно обособленные Пр
называют также датчиком.
16)
Измерительные установки и измерительные
информационные системы. Измерительный прибор (ИП) –
наиболее распространенное СИ, предназначенное для выработки измерительной
информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем (оператором). Имеют в
своем составе меру. Различают ИП аналоговые, цифровые, показывающие,
регистрирующие самопишущие, печатающие, интегрирующие, суммирующие, сравнения.
СИ могут быть функционально объединены в измерительные установки. Если в них
включены образцовые СИ, их называют поверочными установками. Если СИ
соединяются между собой каналами связи и предназначаются для выработки
измерительной информации в форме, доступной для восприятия, обработки и
передачи, такую совокупность называют измерительной системой.
17)
Дольные и кратные приставки
17.1 Дольные
приставки
10-1
|
Деци
|
д
|
d
|
10-2
|
Санти
|
с
|
C
|
10-3
|
Милли
|
м
|
m
|
10-6
|
Микро
|
мк
|
m
|
10-9
|
Нано
|
н
|
n
|
10-12
|
Пико
|
п
|
p
|
10-15
|
Фемто
|
ф
|
f
|
10-18
|
Атто
|
а
|
a
|
17.2 Кратные
приставки
1018
|
Экса
|
Э
|
E
|
1015
|
Пета
|
П
|
P
|
1012
|
Терра
|
Т
|
T
|
109
|
Г
|
G
|
106
|
Мега
|
М
|
M
|
103
|
Кило
|
к
|
k
|
102
|
Гекто
|
г
|
h
|
101
|
Дека
|
да
|
da
|
18)
Отсчетное устройство (шкала и стрелка). Отсчетное устройство – часть конструкции средства измерения,
предназначенная для отсчета показаний. Может быть в виде шкалы, указателя,
дисплея, экрана осциллографа и т.п. Шкала – часть конструкции отсчетного
устройства, состоящая из отметок и чисел, соответствующих последовательным
значениям измеряемой величины. Отметки могут быть в виде черточек, точек,
зубцов и пр. Указатели могут быть в виде каплевидных, ножевидных и световых
стрелок.
19)
Виды шкал. Шкалы
могут быть односторонние и двухсторонние, в зависимости от положения нуля. Если
«0» находится в центре шкалы, то такая двусторонняя шкала называется
симметричной. Шкалы характеризуются числом делений, длиной деления, ценой
деления, диапазоном показаний, диапазоном измерений и пределами измерений.
Деление – это промежуток между двумя соседними отметками шкалы. Длина деления –
это расстояние, измеренное между осевыми двух соседних отметок по воображаемой линии,
проведенной через середины самых коротких отметок шкалы. Диапазон показаний –
это область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным значениями.
Диапазон измерений – это область значений величин, для которой нормирована
предельная допустимая погрешность. Предел измерения – это наибольшее или
наименьшее значение диапазона измерения. На каждом диапазоне прибор имеет два
предела: ХВ – верхний предел, ХН – нижний предел.
20)
Цена деления – это
разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Для
шкал с одним диапазоном измерения цена деления определяется по формуле , где С – цена
деления, n – количество делений на участке между двумя
соседними числовыми отметками Х1 и Х2; Х1
и Х2 – значения физической величины, соответствующие двум
соседним числовым отметкам. Цена деления для приборов, имеющих несколько
диапазонов измерения, вычисляется по формуле , где ХВ – верхний предел
измерения, N – количество делений или номер последнего
деления шкалы.
21)
Чувствительность прибора (или чувствительность средства измерения) – это реакция на подведение к
нему измеряемой величины. Чувствительность может вычисляться как абсолютная так и относительная , характеризующая
чувствительность в данной отметке; так и по формуле , которая характеризует
чувствительность по отношению к данному значению величины. Абсолютная
чувствительность обратно пропорциональна цене деления Sa=1/C.
22)
Класс точности средств измерения –
это обобщенная характеристика средства измерения,
определяемая пределами основной и допускаемых дополнительных погрешностей и
другими свойствами, влияющими на точность средства измерения, значения которых
указаны в стандартах и технических условиях на данный вид средств измерений.
Правила
обозначения класса точности: обозначение класса
точности зависит от способа выражения предела допустимой погрешности (основной)
А) Если предел основной погрешности выражается в виде абсолютной
погрешности, то класс обозначается в виде больших букв латинского алфавита
или римских чисел, например: C, M, I. Классам точности,
обозначаемым буквам, находящимся ближе к началу алфавита, или меньшими
значащими цифрами, соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей.
В) Для средств измерений, пределы основной допускаемой погрешности которых
принято выражать в форме приведенной погрешности, классы точности
следует писать в виде чисел из предпочтительного ряда чисел: 110n; 1,510n;
210n;
2,510n;
410n;
510n;
610n,
где n=1; 0; -1; -2; -3 и т.д.
С) Если предел допускаемой погрешности выражается в виде относительной
погрешности, то класс выбирается из приведенного ряда чисел, и обводится
окружностью. Например ,
класс точности 2,5
D) Если
предел допускаемой основной погрешности выражается в виде двухчленной формулы
относительной погрешности, то класс обозначается в виде дроби c/d
причем числа “c” и “d” выбираются
из приведенного предпочтительного ряда.
Например: класс точности — 0,02/0,01
23)
Обработка прямых равноточных многократных
измерений одной и той же величины
Принцип подсчета –
заменяем математическое ожидание средним арифметическим. а) Делаем
несколько измерений одной и той же величины, высчитываем среднее арифметическое
Сср. б) Далее подсчитываем для каждого значения Сі . в) Возводим каждое из значений в квадрат. г) Вычисляем среднеквадратическую погрешность среднего арифметического по
формуле , где n
– количество измерений. д) используя из условия данные
доверенной вероятности (р) определяем по таблице коэффициент Стьюдента, а затем
значение доверенного интервала в единицах измеряемой величины. При р=0,95 tpn=2,18; доверенный интервал – = 2,180,19 е)Окончательный
результат записываем в виде формулы [единица изм. величины]
24)
Классификация средств измерений. Средства измерений классифицируются по весьма разнообразным признакам,
которые в большинстве случаев взаимно независимы, и в каждом СИ могут
находиться почти в любых сочетаниях. Основные критерии:
-
Принцип действия
-
Способ образования показаний
-
Способ получения числового значения измеряемой
величины
-
Точность
-
Условия применения
-
Степень защиты от внешних магнитных и электрических
полей
-
Устойчивость против механических воздействий и
перегрузок
-
Стабильность
-
Чувствительность
-
Пределы и диапазоны измерений
По некоторым
признакам классификация различных СИ одинакова, по другим она различна.
Некоторые признаки применимы к одним видам СИ и неприменимы к другим.
Наибольшее число признаков охватывает классификация электроизмерительных
приборов.
25)
Классификация СИ в зависимости от устойчивости к
механическим воздействиям. По степени защиты от
внешних воздействий различают СИ обыкновенные, пылезащищенные, брызго- водо-
газозащищенные, герметические и взрывобезопасные. К обыкновенным по
устойчивости к механическим воздействиям приборам и их вспомогательным частям
относятся такие приборы и части, которые в упаковке для перевозки выдерживают
без повреждения транспортную тряску на протяжении двух часов. Следующая
категория – приборы обыкновенные с повышенной механической прочностью. Еще
более требования предъявляются к приборам, тряскопрочным, вибропрочным и
ударопрочным. Важна также устойчивость к перегрузкам. Электроизмерительные
приборы могут выдерживать только кратковременную перегрузку. Их испытывают
ударами током (девятью) в 10 раз превышающим номинальный, продолжительностью в
0,5 с и интервалом в одну минуту, с последующим одним ударом таким же током,
продолжительностью в 5 сек.
26)
Поверка средств измерений. Поверка – совокупность действий, выполняемых для определения или
оценки погрешностей СИ. Поверки бывают государственные (внеплановые),
обязательные (при производстве прибора) и периодические. При поверке
сравниваются меры или показатели измерительных приборов с более точной
образцовой мерой или с показаниями образцового прибора. Класс точности
образцового прибора должен быть на 3 единицы выше поверяемого.
27)
Операции поверки средств измерений. В операцию поверки входит предварительный внешний осмотр и проверка
комплектности прибора. Поверка производится по поверочной схеме, составленной
соответствующей метрологической организацией. Сроки и методы поверки
регламентируются нормативной документацией. Результаты поверки оформляются в
виде протокола и по окончании поверки делается вывод про пригодность данного
прибора к эксплуатации.
28)
Методы поверки средств измерений. Поверка – совокупность действий, выполняемых для определения или
оценки погрешностей СИ.
Основные методы поверки:
- Путем непосредственного сличения
- С помощью приборов сравнения
- Поверка СИ по образцовым мерам
- Поэлементная поверка СИ
- Поверка измерительных приборов сравнения
- Поверка измерительных преобразователей