 |
|
Теоретическая часть
Лабораторная работа
Метрология. Измерения прямые и косвенные однократные
Оценка погрешности результата косвенных однократных измерений
Цель работы:ознакомиться со способами оценки погрешности прямых и косвенных однократных измерений. Оценить погрешность концентрации компонента в приготовленном стандартном и градуировочных растворах.
Введение
Выполнение лабораторной работы по теме «Метрология. Измерения прямые и косвенные однократные. Оценка погрешности результата косвенных однократных измерений» способствует углубленному освоению студентами теоретических положений изучаемой дисциплины «Метрология, стандартизация, сертификация», раздел «Метрология». При выполнении данной лабораторной работы студенты также получат практические навыки выполнения прямых и косвенных однократных измерений и оценки погрешности результата измерений.
Вопросы для промежуточной аттестации по теме занятия «Метрология. Измерения прямые и косвенные однократные. Оценка погрешности результата косвенных однократных измерений»:
1. Перечислите и охарактеризуйте виды измерений по способу получения результата, по отношению к основным единицам, по числу измерений величины.
2. Перечислите и охарактеризуйте погрешности по изменению их при повторных измерениях одной и той же величины и по форме их представления.
3. Изложите процедуру оценки погрешности (неопределённости) результата прямых однократных измерений.
4. Изложите процедуру оценки погрешности (неопределённости) результата косвенных нелинейных однократных измерений.
5. Напишите формулу для расчета концентрации стандартного раствора компонента. Из чего и как можно приготовить стандартный раствор компонента?
6. Чем отличается стандартизованный раствор от стандартного раствора компонента? Напишите формулу для расчета концентрации стандартизованного раствора компонента. Из чего и как готовят стандартизованный раствор компонента?
7. Какой раствор называют градуировочным? Перечислите способы приготовления градуировочных растворов.
8. Напишите формулу, устанавливающую связь между концентрацией компонента А в разбавленном и концентрированном растворах, если разбавленный раствор получают из более концентрированного путём его разбавления и используют мерную посуду. Какой закон природы отражает эту связь?
9. Метрологические характеристики каких средств измерений и какие из них используются для оценки погрешности значения концентрации стандартного и градуировочного растворов компонента?
Рекомендуемая литература
1.Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие /Н.П. Пикула, А.А. Бакибаев, О.А. Замараева, Е.В. Михеева, Н.Н. Чернышова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 185 с.
2.Жуков В.К. Теория погрешностей технических измерений: учебное пособие – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 180 с.
3. РМГ 29-99 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения.
4. Р 50.2.038-2004 Рекомендации по метрологии. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые однократные Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений.
5. МИ 2083-90 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей.
- ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.
- ПМГ 96-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики качества измерений. Формы представления.
- РМГ 43-2001 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений».
Internet-ресурсы
9. Пикула Н. П. Метрология, стандартизация и сертификация [Электронный ресурс]: электрон. учеб. / Н. П. Пикула, Н. Н. Чернышова, С. Г. Антонова. – Электрон. дан. – Томск : TPU MOODLE, 2011. – URL: http://mdl.lcg.tpu.ru (дата обращения: 13.04.2012).
10. Чернышова Н.Н. Метрология, стандартизация, подтверждение соответствия. Презентации лекций. – 2010 (Персональный сайт ТПУ) http://www.portal.tpu.ru/SHARED/n/NNCH/
11. База данных НТБ ТПУ http://kodeks.lib.tpu.ru/kodeks/; (Нормы, правила, стандарты; Законодательство Российской Федерации)
Теоретическая часть
Виды измерений
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Измерения могут быть классифицированы как виды по ряду признаков. Способ оценки погрешности результата измерения будет различным в зависимости от видов измерений.
Виды измерений по способу получения результата подразделяются на прямые, косвенные, совокупные, совместные:
Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение величины получают непосредственно. Примечание – Термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше применять термин прямой метод измерений. Примеры: длину измеряют непосредственно линейкой, температуру – термометром, силу – динамометром, силу тока – амперметром, напряжение - вольтметром, электрическое сопротивление - омметром, массу на весах. Уравнение прямого измерения: Х = q[kX], где kX – цена деления шкалы средства измерения.
Косвенные измерения. Определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, объем параллелепипеда находят умножением трех линейных величин (длины, ширины и высоты); электрическое сопротивление – делением падения измеренного вольтметром напряжения на силу измеренного амперметром электрического тока, концентрацию свинца в рыбных консервах методом инверсионной вольтамперометрии из градуировочного графика, построенному в координатах «измеренное значение физического свойства (сила диффузионного тока) – концентрация свинца в градуировочных раствоах». Уравнение косвенного измерения: Х = f(у1, у2,…,уn), где уi – значения i-х величин, полученных прямыми измерениями.
Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных (однородных) величин, при которых искомое значение находят путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Например, при определении концентрации двух компонентов по спектру поглощения составляют систему уравнений:
e1(l1)С1 + e2(l1)С2 = Аl1
e1(l2)С1 + e2(l2)С2 = Аl2
где А – измеряемая величина оптической плотности раствора при длинах волн l1 и l2
e1 и e2 – молярные коэффициенты светопоглощения, рассчитанные из экспериментальных данных при длинах волн l1 и l2.
Совместные измерения–проводимые одновременно (прямые и косвенные) измерения двух или нескольких разноименных (разнородных) величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Например, 1. сопротивление Rt проводника при фиксированной температуре t определяется по формуле Rt = R0(1 + aDt), где R0 и a - соответственно сопротивление при известной температуре t0 (обычно 20 oC) и температурный коэффициент (эти величины постоянные и измерены косвенным методом); Dt = t-t0 – разность температур; t – заданное значение температуры, измеряемое прямым методом. 2. Определение плотности 
тела цилиндрической формы по результатам прямых измерений массы 
, высоты 
и диаметра цилиндра 
, связанных с плотностью уравнением
.
Виды измерений по отношению к основным единицам подразделяются на абсолютные и относительные:
Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании физических констант, то есть в абсолютных единицах. Примечание – Понятие «абсолютное измерение» применяется как противоположное понятию «относительное измерение» и рассматривается как измерение величины в ее единицах. Пример – Измерение силы 
основано на измерении основной величины – массы и использовании физической постоянной 
(в точке измерения массы).
Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную, то есть в относительных единицах. Примеры: 1. Измерение величины пропускания в инфракрасной спектрометрии. 2. Относительная влажность воздуха, как отношение количества водяных паров в 1 м3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м3 воздуха при данной температуре. Относительные измерения при прочих равных условиях могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, так как в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины.
Виды измерений по числу измерений величины подразделяются на однократные и многократные:
Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание – Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями. Для исключения грубой ошибки – промаха следует проводить два – три однократных измерения и находить конечный результат как среднее арифметическое значение из двух или трёх измерений.
Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений, чаще всего более четырех. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.