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       

7.2       

7.3       

7.4       

7.5       

7.6       

7.7       

8)   Основные единицы электрорадиоизмерений –

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=А_д-А_изм (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

17.2 Кратные приставки

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: Х_В – верхний предел, Х_Н – 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 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 _В – 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 S_a=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: 1ⁿ; 1,5ⁿ; 2ⁿ; 2,5ⁿ; 4ⁿ; 5ⁿ; 6ⁿ, 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   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:

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 С_ср. б) Далее подсчитываем  для каждого значения С_і . в) Возводим каждое из значений г) Вычисляем среднеквадратическую погрешность среднего арифметического по формуле 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 –  = 2,18 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:

-          

-          

-          

-          

-          

-          

-          

-          

-          

-          

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:

- 

- 

- 

- 

- 

-