Wykład 1. Wprowadzenie do metrologii. Podstawowe pojęcia.

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykład 1. Wprowadzenie do metrologii. Podstawowe pojęcia."

Michalina Adamczyk
9 lat temu
Przeglądów:

1 MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH Wykład 1. Wprowadzenie do metrologii. Podstawowe pojęcia. Introduction to Metrology. Basic Concepts.

2 Wybrane źródła: Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. WNT, W-wa Czajewski J.: Podstawy metrologii elektrycznej. OW Politechniki Warszawskiej, W-wa Lesiak P., Świsulski D.: Komputerowa technika pomiarowa. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice Skubis T.: Podstawy metrologicznej interpretacji wyników pomiarów. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice Współczesna metrologia (red. J. Barzykowski). WNT, W-wa Tumański S.: Technika pomiarowa. WNT, W-wa Zasoby internetowe (np. witryny producentów sprzętu pomiarowego, itp.)

Skubis T.: Podstawy metrologicznej interpretacji wyników pomiarów. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004. Współczesna metrologia (red. J.

3 Jak mierzymy odległość/długość? - stosujemy, np. taśmę mierniczą i odczytujemy wynik, - zaznaczamy i odczytujemy ilość działek na skali przyrządu

4 Co to jest pomiar? What is the measurement? Def. 1. Pomiar to proces poznawczy polegający na porównaniu, z odpowiednią dokładnością, wartości wielkości mierzonej z pewną jej wartością przyjętą za jednostkę miary Def. 2. Metrologia klasyczna określa pomiar jako operację (zbiór czynności) wyznaczania wartości wielkości mierzonej.

wartości wielkości mierzonej z pewną jej wartością przyjętą za jednostkę miary Def.

5 DOKŁADNOŚĆ POMIARU Księga Kapłańska 19, 35-36: Nie czyńcie nieprawdy w sądzie ani co się tyczy miary, ani wagi, ani objętości. Będziecie mieli wagi rzetelne, odważniki rzetelne, efę rzetelną, hin rzetelny. Efa naczynie 40l, hin- ok. 7l?

6 25 rozdział V Księgi Mojżesza, tzw. Deuteronomium czyli Prawa Powtórzonego: Nie będziesz miał w swojej torbie dwojakich odważników ( ) Nie będziesz miał u siebie w domu dwojakiej efy ( ) Będziesz miał odważnik o pełnej wadze, rzetelny; będziesz miał efę o pełnej zawartości i rzetelną, abyś długo żył na ziemi.

dwojakich odważników ( ) Nie będziesz miał u siebie w domu dwojakiej efy ( )

7 Metrologia współczesna mówi o pomiarach: 1. wartości wielkości (def. klasyczna) 2. rozkładów (czasowych lub przestrzennych) wielkości (np. rejestracja czasowej zmienności wielkości, pomiar rozkładu natężenia pola elektrycznego)

8 3. funkcjonałów i transformat określonych na wielkościach lub rozkładach wielkości (np. pomiar parametrów rozkładu czasowego wielkości okresowo zmiennej, takich jak: wartość skuteczna lub szczytowa, pomiar rozkładu widmowego, rozkładu gęstości prawdopodobieństwa, funkcji korelacji, itp.)

pomiar parametrów rozkładu czasowego wielkości okresowo zmiennej,

9 4. charakterystyk zależności między wielkościami, rozkładami wielkości, funkcjonałami i transformatami wielkości (np. pomiar charakterystyki statycznej napięcie-prąd dwójnika elektrycznego, charakterystyki częstotliwościowej członu dynamicznego) 5. parametrów reprezentacji rozkładów, transformat i zależności między nimi (np. pomiar parametrów immitancji i transmitancji)

pomiar charakterystyki statycznej napięcie-prąd dwójnika elektrycznego, charakterystyki

10 Szukane dla ω: R, X ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( R C C R j R C R R C j R C j R jx R j Z Przykład R0 C Z(jω) j e Z j Z ) (

11 Uwaga: wielkości z pkt. 2-5 (rozkłady, funkcjonały, transformaty, charakterystyki, parametry reprezentacji rozkładów) nie są traktowane jako cechy obiektu mierzonego tylko jako modele właściwości obiektu mierzonego (np. parametr R decyduje o stratach energii w rzeczywistym kondensatorze).

reprezentacji rozkładów) nie są traktowane jako cechy obiektu mierzonego

12 Model matematyczny tego, co jest mierzone (wartości wielkości, rozkłady wielkości, funkcje reprezentujące zależności, parametry, itp.) nazywa się terminem (z ang. measurand). mezurand W procesie pomiaru wyznacza się estymatę mezurandu, która może mieć postać liczby (tak jest najczęściej), wektora lub ciągu liczb,

) nazywa się terminem (z ang. measurand).

13 Mezurand Dający się zmierzyć parametr pewnego abstrakcyjnego mentalnego modelu

14 Pomiar jest zawsze operacją niedokładną!!! Wynik pomiaru (estymata) różni się zwykle od wartości prawdziwej mezurandu. Równość estymaty i wartości prawdziwej jest zdarzeniem wyjątkowym, a fakt jego zajścia pozostaje nieznany (nigdy nie znamy wartości prawdziwej mezurandu). Niedokładność wyniku pomiaru można zawsze oszacować.

Równość estymaty i wartości prawdziwej jest zdarzeniem wyjątkowym, a fakt jego

15 prawdziwy błąd pomiaru (the true error) yˆ yˆ y przedział niepewności błędu pomiaru. [ yˆ] [ yˆ, max max max yˆ]

16 Wynik pomiaru (jeśli jest liczbą) interpretujemy jako przedział w przestrzeni liczb rzeczywistych, wewnątrz którego znajduje się wartość prawdziwa. Może to być przedział symetryczny lub niesymetryczny wokół estymaty ŷ yˆ] [ yˆ yˆ, yˆ [ max max yˆ] ˆ] [ ˆ] yˆ [ yˆ yˆ] yˆ, [ ˆyˆ y ˆ, yˆ ˆ, yˆ ] yˆ y ˆ] [ y [ [ max max max max max yˆ]

Może to być przedział symetryczny lub niesymetryczny wokół estymaty ŷ yˆ] [ yˆ yˆ,

17 Wartości max yˆ, yˆ, yˆ nazywają się błędami inf sup granicznymi (limiting errors). Przedział ˆ] [y nazywamy przedziałem niepewności wyniku pomiaru (the interval of uncertainty)

18 Zapis wyniku pomiaru ŷ±δŷ lub ŷ± (Δŷ / ŷ) 100% Przykłady: (23 ± 2) kg, (0,879 ± 0,015) A (158,0 ± 0,5) m (17,25 ± 0,12) mv (548,386 ± 0,052) Ω (8,5 ± 3,0) ⁰C Przykłady: (23 ± 9%) kg, (0,879 ± 1,7%) A (158,0 ± 0,4%) m (17,25 ± 0,7%) mv (548,386 ± 0,01%) Ω (8,5 ± 36%) ⁰C

19 Przedział niepewności może mieć (ale nie musi) określony poziom ufności. Jeżeli przy przedziale niepewności nie podaje się wartości poziomu ufności, to na ogół przyjmuje się, że jest on określony w sensie zależności y yˆ

20 Miarą niedokładności pomiaru jest najmniejszy, możliwy do określenia, przedział niepewności wyniku pomiaru. WAŻNE!!! Wiedza niepewna + Wiedza o niepewności = Wiedza użyteczna

21 Skala pomiarowa Zbiór uporządkowanych liczb, którym odpowiadają wartości mierzonej cechy obiektu Interwał skali = jednostka miary Wzorzec wartość danej wielkości Własność addytywności skali pomiarowej Przykłady (tak): linijka, waga Przykłady (nie): temperatura ⁰C, twardość wg Mohsa

22 Skala twardości F. Mohsa (1812r): 1-talk, 2-gips, 3-kalcyt, 4-fluoryt, 5-apatyt, 6-ortoklaz, 7-kwarc, 8-topaz, 9-korund, 10-diament.

23 Skala Beauforta (1805 r.) skala służąca do opisu siły wiatru. Zasadniczą jej cechą jest możliwość względnej oceny siły wiatru na podstawie obserwacji powierzchni morza lub obiektów na lądzie. gdzie v to prędkość wiatru w węzłach.

24 Dzisiejsze akty prawne: Prawo o miarach. Ustawa z dn r (Dz.U. z 2004 r. nr 243, poz z uwzględnieniem zmian). Nowelizacja 5 marca 2010r!!! Międzynarodowy Słownik Terminów Metrologii Prawnej. Wyd. polskie GUM, Warszawa 2002r. Międzynarodowy Słownik Podstawowych i Ogólnych Terminów Metrologii. Wyd. polskie GUM, Warszawa 1995r. Normy państwowe i pozostałe

25 Podstawowe jednostki miary długość 1 m, masa 1 kg, czas 1s, natężenie prądu 1 A, temperatura 1 K, światłość 1 kandela, ilość materii 1 mol Wzorce jednostek miar: wzorzec międzynarodowy (najważniejszy), wzorzec krajowy, wzorzec w laboratorium akredytowanym. Określanie jednostek pochodnych: na podstawie zależności matematycznych, na podstawie praw fizycznych, np. złącze Josephsona.

26 Jednostki miar Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI Na świecie: - rezolucja nr 12 Generalnej Konferencji Miar z 1960r.; - norma ISO 1000, 1973r, - dyrektywa Unii Europejskiej z dn r. W Polsce: - Rozporządzenie Rady Ministrów RP z dn r (Dz.U. nr 225 poz. 1638) - Prawo o miarach. Ustawa z dn r (Dz.U. z 2004 r. nr 243, poz z uwzględnieniem zmian). Spójność pomiarowa = trasabilność Jednostki, wielkości, metody i przyrządy pomiarowe są ze sobą powiązane (ang. traceability)

27 Wzorzec miary narzędzie (obiekt), substancja lub zjawisko fizyczne odtwarzające w granicach znanej niedokładności przejaw wielkości o określonej wartości. 1 definicja 1791r 1/ część ćwiartki południka przechodzącego przez Paryż ±(0,15 0,20) mm Wzorzec metra. Błędy graniczne odtworzenia. 2 definicja 1799r Metr archiwalny (platyna) ±(0,01 0,02) mm 3 definicja 1889r Prototyp metra (międzynarodowy wzorzec kreskowy) Pt+Ir 4 definicja 1960r Wielokrotność długości fali świetlnej kryptonu 86 5 definicja 1983r Długość drogi przebytej przez światło w określonym czasie ± 200 nm ± 4 nm ± 0,13 nm

28 Wzorzec państwowy uznany urzędowo w danym kraju za podstawę do przypisywania wartości innym wzorcom jednostki miary danej wielkości; Wzorzec międzynarodowy uznany umową międzynarodową za podstawę do przypisywania wartości innym wzorcom jednostki miary danej wielkości; ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 27 lutego 2007 r. (nowelizacja)

29 Wzorzec pierwotny (primary standard) powszechnie uznany jako charakteryzujący się najwyższą jakością metrologiczną. Wartość jego jest przyjęta bez odniesienia do innych wzorców miary tej samej wielkości (inaczej: wzorzec absolutny) Przykłady: wzorzec absolutny napięcia oparty na zjawisku Josephsona, wzorzec długości realizowany w odniesieniu do wartości długości fali światła emitowanego przez laser, wzorzec ph oparty na prawie Nernsta, wzorzec fizykochemiczny czysta woda. Wzorzec wtórny wartość uzyskana przez porównanie z wzorcem pierwotnym jednostki miary danej wielkości.

30 Wzorzec odniesienia wzorzec jednostki miary o najwyższej jakości metrologicznej w danym miejscu lub danej organizacji, stanowiący odniesienie do wykonywanych tam pomiarów. Wzorzec roboczy wzorzec jednostki miary używany do wzorcowania lub sprawdzania przyrządów pomiarowych.

31 BIPM Wzorzec podstawowy I GUM Wzorzec porównania Wzorzec odniesienia Wzorzec świadek Wzorzec I- rzędu II GUM OUM Wzorzec II- rzędu III GUM OUM + lab. up. Wzorce niższych rzędów oraz narzędzia/przyrządy użytkowe Układ sprawdzeń wzorców jednostki miary

Podobne dokumenty

Program wykładu. Program wykładu c.d. Wykład 30 godzinny (2h tygodniowo) Laboratorium 45 godzinne (3h tygodniowo) 5ECTS

Program wykładu. Program wykładu c.d. Wykład 30 godzinny (2h tygodniowo) Laboratorium 45 godzinne (3h tygodniowo) 5ECTS Wykład 30 godzinny (h tygodniowo) Laboratorium 45 godzinne (3h tygodniowo) 5ECTS Zasady zaliczania przedmiotu (w USOSWeb): 1. Laboratorium (poda prowadzący zajęcia);. Wykład: egzamin pisemny (z opcją ustną):