MĂRIMI – MĂSURAREA – METODE DE MĂSURARE – SISTEME DE MĂSURARE – ERORI DE MĂSURARE
MĂRIMI
Mărime- o proprietate a obiectelor, fenomenelor sau sistemelor care poate fi pusa in evidenta calitativ si masurata cantitativ.
Mărimi fizice - sunt descrise anumite proprietati fizice ale obiectelor, fenomenelor sau sistemelor
MĂRIMI
Calitativ, - mărimi care se refera la proprietati diferite, de exemplu lungimea, masa, energia, rezistenta electrica etc.
Specii de marimi, - mai multe alte marimi comparabile intre ele (de ex. distanta, deplasarea, grosimea, inaltimea, lungimea de unda) sunt referite in metrologie printr-o singura marime, lungimea
CLASIFICAREA MĂRIMILOR
Dupa sistemele de unitati de masura: -
Mărimi fundamentale - mărimi ale căror unitaţi de măsură au fost alese ca fundamentale ( independente unele de altele ) în cadrul unui sistem de unitati de masura.
Mărimi secundare - mărimi ale căror unitaţi de măsură rezultă în mod univoc prin alegerea unitaţilor de măsură fundamentale
MĂSURAREA
Măsurarea este
Operatia experimentala prin care se determina, cu ajutorul unor mijloace de masurat, valoarea numerica a unei marimi in raport cu o unitate de masura data;
Operatia prin care se stabileste pe cale experimentala raportul numeric intre marimea de masurat si o valoare oarecare a acesteia luata ca unitate de masura;
Un proces de cunoastere prin care se compara marimea data cu o valoare a ei adoptata ca unitate de masura, prin intermediul unei experiente fizice
Măsurarea presupune compararea mărimii fizice cu o mărime fizică similară.
Sunt necesare unităţi (standarde) de referinţă
Unităţi de măsură primare (m, sec, kg, K)
Unităţi de măsură derivate
MĂSURAREA
Valoare numerica
Un element din multimea numerelor reale care corespunde unei stari din multimea starilor unei marimi
Un numar, pozitiv sau negativ, care depinde de scara de referinta adoptata.
Elementul din multimea starilor marimii care corespunde valorii numerice 1 se numeste unitate de masura.
Pentru a usura identificarea, unitatea de masura poarta o denumire (metru, volt, amper, etc.).
MĂSURAREA
Rezultatul măsurării
Raportul N dintre o marime M existând independent de noi si o unitate u aleasa pentru acea marime, stabilit experimental in procesul de masurare
MĂSURAREA
Valoarea mărimii
Forma de exprimare a mărimii sub formă de valoare numerică şi unitate de măsură (o tensiune electrica de 217,63 V, etc.).
Valoarea unei mărimi include intotdeauna şi unitatea de măsură, care trebuie să insoţească obligatoriu valoarea numerică.
Rezultatul măsurării N este un număr adimensional, a carui valoare variază invers proporţional cu unitatea de măsură aleasă
SISTEME DE UNITĂŢI DE MĂSURĂ
Ansamblul unităţilor de masura definite pentru un sistem dat de mărimi fizice.
În decursul dezvoltarii istorice a fizicii si tehnicii au existat, si mai exista si azi, mai multe sisteme de unitati de masura. Un astfel de sistem contine unitaţi: - fundamentale; - derivate; - suplimentare.
SISTEME DE UNITĂŢI DE MĂSURĂ
Un sistem de unitati de masura trebuie sa îndeplinească urmatoarele conditii:
- să fie general - aplicabil tuturor capitolelor fizicii;
- să fie coerent - să nu introducă coeficienti numerici suplimentari in ecuatiile fizicii;
- să fie practic - unitatile din sistem sa aiba, pe cât posibil, ordine de marime comparabile cu valorile din activitatea uzuala .
SISTEME DE UNITĂŢI DE MĂSURĂ
Sistemul care indeplineste în măsura cea mai mare aceste conditii este Sistemul International de Unitati - SI - adoptat pe plan mondial de a XI - a Conferinta Generala de Masuri si Greutati din 1960.
În România el a fost adoptat ca unic sistem de măsuri legal si obligatoriu în 1961
MIJLOACE DE MĂSURARE
Totalitatea mijloacelor tehnice cu care se obtin informaţiile de măsurare.
MIJLOACE DE MĂSURARE
Mijloacele de masurare se impart, dupa precizia lor, in: -
mijloace de masurare de lucru - care servesc la efectuarea masurarilor curente, necesitate de practica;
mijloace de masurat model (de comparatie sau martor), destinate etalonarii sau verificarii masurilor si aparatelor de masurat de lucru,;
mijloace de masurare etalon, care reproduc sau stabilesc unitatea de masura cu o precizie maxima, o pastreaza si o transmit mijloacelor de masurare de precizie inferioara.
MIJLOACE DE MĂSURARE
Etaloanele sunt de mai multe categorii:
- nationale - alcătuiesc baza metrologica a ţării respective; - principale (primare) - determină unitatea de masura prin compararea lor cu etaloanele nationale; - de verificare (de lucru) - servesc la executarea lucrărilor de metrologie curente.
MIJLOACE DE MĂSURARE
- Măsurile;
Aparatele de măsurat;
- Lanţuri de măsurare - ansambluri, instalaţii şi sisteme de măsurare
MĂSURILE
Realizarea materială a unităţii de măsură, având rolul de a genera (reproduce) una sau mai multe valori cunoscute ale unei mărimi fizice
Posibilă numai pentru unele din mărimile fizice (lungime-metrul, masa-kilogramul, volum-litrul, etc.)
Măsurile permit compararea directă a mărimii necunoscute (măsurandului) cu unitatea de măsură
măsuri cu valoare unică. Deobicei ele sunt asociate in serii sau truse, care contin măsuri de valori diferite, alese după o anumită succesiune);
măsuri cu valori multiple, care pot fi măsuri cu valori discrete
masuri cu valoarea variabila continuu
APARATE DE MĂSURARE
Mijloacele de măsurat intercalate între o mărime fizică ce nu e accesibilă direct simţurilor operatorului uman şi care realizează o conversie a măsurandului într-o mărime perceptibilă pentru acesta
ANSAMBLURI DE MĂSURARE
Cea mai simpla asociere de aparate de masurat, (un traductor, asociat cu un aparat indicator sau inregistrator, pentru a masura un singur măsurand).
Reproduce structura unui aparat de măsurat, cu deosebirea că mijloacele conţinute sunt independente, cu caracteristici metrologice normate separat.
INSTALAŢIA DE MĂSURARE
Asociere complexă de aparate de măsurat si alte utilaje, dispozitive si accesorii, folosite în scopul măsurării unuia sau mai multor măsuranzi, în anumite conditii, pe baza unei metode comune
SISTEMUL DE MĂSURARE
Ansamblu sau o instalatie de măsurare prevăzută cu posibilitaţi de automatizare a măsurărilor, prelucrare a rezultatelor, inregistrare etc. (sisteme de achizitie a datelor).
De regulă, ele presupun existenta unui procesor, operaţiunile desfăşurându-se pe baza unui program (software de măsurare), gestionat de procesor.
Sistemele de măsurare pot fi încorporate în linii tehnologice si asociate instalatiilor de reglare automată a proceselor.
METODE DE MĂSURARE
Principiul de Măsurare
Baza ştiinţifică a realizării unei măsurări (legi ale fizicii, efecte).
Ansamblul relaţiilor teoretice şi operaţiilor experimentale pe care le presupune măsurarea
METODE DE MĂSURARE
Metode directe, atunci când valoarea măsurandului se obţine nemijlocit, fără furnizarea unor valori ale altor marimi fizice.
Rezultatul se obţine printr-o singură operaţie, iar bucla de măsurare este deschisă, adica valoarea măsurandului nu este corectată cu ajutorul instalaţiei care participă la măsurare în scopul atingerii unei valori prescrise
METODE DE MĂSURARE
Metode indirecte, în care valoarea măsurandului se obţine prin măsurarea uneia (sau mai multor) mărimi, de care măsurandul este legat printr-o relaţie funcţională, urmată de un calcul în care intervin valorile obţinute şi, eventual, unele constante.
Măsurarea indirectă poate fi privită ca o succesiune de măsurări directe, urmate de un calcul..
METODE DE MĂSURARE
Metode de comparatie - se bazeaza pe folosirea unor etaloane, necesare la furnizarea mărimii de comparaţie, şi a aparatelor de măsurat, care sesizează egalitatea dintre măsurand şi mărimea de comparaţie.
Rezultatul se exprimă in functie de aceasta marime, ea putându-se regla, manual sau automat, pâna când devine egala cu marimea de masurat.
Lantul de masurare este inchis, in acest fel crescând mult precizia operatiei de masurare (cel mult egala cu cea a etalonului folosit).
METODE DE MĂSURARE
Metode de comparatie-
Comparatia simultană,
Măsurandul este comparat nemijlocit cu una sau mai multe valori de referinţă date de un etalon care participa la fiecare masurare (compararea unei mase cu masa unei greutati etalon folosind o balanţă, a unei tensiuni electrice cu cea a unui element normal, etc.)
METODE DE MĂSURARE
Metode de comparatie-
Comparatia simultană,
Comparatia 1:1 directa, aplicabila numai marimilor fizice care pot fi si pozitive si negative (deci au o polaritate), cum sunt lungimea, forta, presiunea, tensiunea electrica, etc.
De ex. o forta poate fi apreciată printr-o forţă opusă cunoscută de sens contrar, pâna la echilibrarea lor.
METODE DE MĂSURARE
Variante ale metodei de comparaţie simultană 1:1 directă sunt: Metoda diferenţială (directă) în care se măsoară diferenţa dintre măsurandul M si o mărime m de aceeaşi natură, dar cunoscută cu o anumită precizie. Precizia este cu atât mai buna, cu cât precizia mărimii m este mai bună şi cu cât diferenţa e este mai mică. La limită, această precizie poate ajunge la precizia cu care este cunoscută mărimea de comparaţie m
M - m = e
METODE DE MĂSURARE
Variante ale metodei de comparaţie simultană 1:1 directă sunt: - Metoda de zero (directă) constă în folosirea unui etalon variabil m, încât diferenţa din metoda anterioară să poată fi adusă la zero:
M - m = O
Metoda se mai numeşte şi de compensaţie.
Precizia ei depinde de precizia cunoaşterii lui m si de sensibilitatea aparatului cu care se detecteaza anularea diferentei M - m.
METODE DE MĂSURARE
Metoda diferentiala si Metoda de zero
sunt cele mai precise metode de măsurare, pentru ca incertitudinea de măsurare introdusă de aparat este minimă.
Au insa dezavantajul că necesită etalon de valoare apropiată cu a măsurandului sau de valoare variabilă
METODE DE MĂSURARE
Metoda prin coincidenţă, in care se urmareste obţinerea coincidenţei unor repere sau semnale aparţinând măsurandului si etalonului (sublerul);
Metoda prin interpolare, în care rezultatul măsurării se obţine folosind o relaţie cunoscută dintre măsurand şi o mărime de referinţă, cât si mai multe valori particulare cunoscute ale măsurandului, valoarea aflându-se în intervalul dintre aceste valori cunoscute.
METODE DE MĂSURARE
Metoda prin extrapolare: valoarea căutată se afla in afara intervalului de valori cunoscute
Metoda prin esantionare se bazează pe prelucrarea rezultatelor măsurarii unor valori instantanee, la anumite momente, ale unei mărimi variabile in timp. Esantionarea poate fi periodica (la intervale egale de timp) sau aleatoare (la intervale de timp intâmplatoare.
METODE DE MĂSURARE
Metode de măsurare directă
Metode de măsurare indirectă
Metode de măsurare combinate
PRECIZIA
Precizia - diferenţa dintre valoarea măsurată şi valoarea “ adevărată”.
Valoarea “ adevărată”- valoarea obţinută prin compararea cu un standard primar.
Precizia se determină prin calibrare
CALIBRARE
Procesul de corelare a unui instrument de măsură cu standardul de măsurare.
Erorile sistematice sunt constante pentru un instrument dat.
Valoriile se determină prin calibrare.
Efectele lor pot fi înlăturare.
Erorile aleatorii nu pot fi înlăturate
Efectele erorilor aleatorii pot fi reduse prin măsurări repetate.
DEFINIREA PRECIZIEI (ERORII)
Parametrii calibrării utilizaţi pentru definirea preciziei (erorii)
Rezoluţia
Sensibilitatea
Linearitatea
Histerezisul
Repetabilitatea/precizia /reproductibilitatea
REZOLUŢIA AFIŞĂRII ANALOGICE
Cea mai mică schimbarea a măsurandului care poate fi detectată de către instrument.
Este detereminată de modul de afişare a rezultatului.
Bine definită de sistemele digitale.
Mai slab definită de sistemele analogice.
Limitată de tipul de instrument utilizat.
Denumită şi discriminare.
REZOLUŢIA AFIŞĂRII ANALOGICE
SENSIBILITATE ŞI LINEARITATE
Sensibilitatea - raportul schimbării semnalul de ieşire funcşie de semnalul de intrare.
Poate fi dat în mV/mm, A/mbar, mm/C
Un instrument ideal are o sensibilitate constantă
Linearitatea - modul de variaţie a sensibilităţii pe domeniul de măsurare al instrumentului.
HISTERESIS
Măsura variaţiei mărimii de ieşire pentru o valoare a măsurandului când acesată valoare se atinge prin variaţia în ambele sensuri a măsurandului (încărcare-descărcare).
Apare datorită rigidităţii, vibraţiilor, frecării, magnetism
REPETABILITATEA
Repetabilitatea este măsurarea erorilor aleatorii.
Ar trebuii numită eroarea repetabilităţii.
ERORI DATORATE MEDIULUI
Modificarea valorii mărimii de ieşire ca urmare a modificărilor din mediul ambiant.
