OBSERWACJA I POMIAR:
Obserwacja – postrzeganie, kierowanie zadaniem. Informacje z obserwacji zależą od: predyspozycji psychicznej obserwacji; stanu fizycznego; warunków zewnętrznych, w jakich dokonano obserwacji. Wyniki poznane przez obserwację są subiektywne i niepowtarzalne. Informacje z obserwacji mają charakter jakościowy- informacje będące efektem obserwacji nie mogą być wykorzystywane w technice i badaniach naukowych lub do formowania praw fizycznych (chemicznych). Nie mogą być także wykorzystywane do rozliczeń finansowych.
Pomiar – operacja porównania wartości danej wielkości z wielkością tego samego rodzaju, które przyjęto powszechnie za jednostkę miary, lub z odpowiednio obowiązującą skalą.
Operacja porównania jest doświadczeniem fizycznym (procesem fizycznym). W danych warunkach wielkość mierzona: a £ x £ b – stwierdzenie to jest warunkiem pomiaru. Dąży się do tego, aby: b – a = 2*e, w praktyce zachodzi e®0 , a » b. Pomiarem nazywamy czynności doświadczalne, mające na celu wyznaczenie wartości wielkości mierzonej, wyrażonej iloczynem liczby i jednostki miary np. 1[A] , 20,5[V].
Model matematyczny pomiaru
Rys1
Wielkość mierzona stanowi skończony, lub nieskończony zbiór, który jest ograniczony od góry i od dołu. Zakłada się że zbiór W jest zbiorem skończonym, tzn. L Wi-1 – Wi = 2ei > 0 - podstawowy postulat metrologii.
Czynności pomiarowe są równoważne porządkowaniu elementów x ® W. Ponieważ zbiór W jest dyskretny (tzn. il. El. Jest skończona), więc przyporządkowanie nie może być jednoznaczne, wynikiem tego jest nierówność: Wi £ x £ Wi+1. Zapis ten wskazuje na nieskończoność zmysłów i narzędzi pomiarowych. Nie pozwala nawet odróżnić dwóch sąsiednich elementów wzorca. 2ei > 0 – próba czułości.
Pojęcie wielkości mierzonej – wielkością jest , lub może być każda wartość materii lub zjawiska, która jest jednoznacznie zdefiniowana, z tym, że definicja musi zawierać określenie danej wielkości oraz ustalenie dla niej odpowiedniej jednostki miary.
masa grawitacyjna – jest cechą abstrakcji od reakcji równociężkości przedmiotów, sprawdzalnej za pomocą rzetelnej wagi dźwigowej, mierzalne są tylko wielkości szczególne np. mierzymy tylko przejawy temperatury. Wielkości mierzalne – ich wartości można wyznaczyć w procesie pomiarowym, zbiory elementów ograniczone są z góry i z dołu, zostały ustalone jednostki miary.
Jednostka miary – wartość danej wielkości umownie przyjęta za jedność. Ustalenie jednostki miary polega na zdefiniowaniu właściwości i stanu materii, lub zjawiska i nadaniu w drodze umowy temu stanowi wartości liczbowej równej jedności. Jednostki miary powinny być: powszechne, jednorodne, łatwoodtwarzalne.
--wtórne: [A] – zjawisko wzajemnego oddziaływania przewodów z prądem ; [a]- liczność materii ; [Cd] – promieniowanie ciała doskonale czarnego ; [m] – prędkość światła w próżni.
--pierwotne: [[K]] – 1/273,16 część punktu wody ; [[s]] – czas zmiany stanu w atomie C132 [[kg]]. Nazwy – są to przeważnie nazwy własne (z wyj. Kg z przedrostkiem), 22 wielkości pochodne mają nazwy własne, a pozostałe to pochodne.
--zbiór wielkości: zdefiniowanie wielkości i ustalenie miary, jest przyjęciem odległości między dwoma stanami zjawiska opisywanego przez wielkości; jest to równoznaczne ze zdefiniowaniem skali, w której zjawisko może być odwzorowane. Skala pomiarowa określa relacje między elementami zbioru. Wartość wielkości jest wyrażona iloczynem liczby jednostek miary i tej jednostki miary ( 17[A] i 12,5[W] ). Q = Q*[Q] lub Q = {Q}[Q], przy czym: Q* , {Q}- wartości liczbowe, a [Q] – jednostka miary.
Rys
Przez zastosowanie innej wartości miary tej samej wielkości tworzy się nowy zbiór, który jest liniowym odwzorowaniem zbioru pierwotnego. OGRANICZENIE ZBIORU- wielkość nie może mieć wartości równej ¥. Zbiory skończone i nieskończone: natężenie prądu elektrycznego, ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika w jednostce czasu. 1,6*10-19[C] – najmniejsza wartość ładunku (skwantowany) Þ przepływ prądu też jest skwantowany. Jeżeli opis fizykalny wielkości i jej definicja nie mówi inaczej, to zbiór wartości jest nieskończony. Skończony zbiór wyników pomiarów nie przeczy naturze wielkości tworzącej zbiór nieskończony, gdyż wyniki te są próbką pobraną ze zbioru wartości: Y-jotta-1024 – jokto-10-24-y ; Z-zetta-1021 – zepto-10-21-z ; E-eksa-1018 – allo-10-18-e ; P-peta-1015 – femto-10-15-p ; T-tera-1012 – piko-10-12-t. NARZĘDZIA POMIAROWE- środki techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów, obejmują wzorce miar i przyrządy pomiarowe. Wzorce miar- ciała fizyczne, które odtwarzają miary danych wielkości z określoną dokładnością, wzorce nie służą do wykonywania bezpośrednich pomiarów, stosujemy przyrządy pomiarowe (zaliczają się tez do narzędzi pomiarowych) z wyskalowaną skalą pomiarową.
WZORCE JEDNOSTEK MIAR- niezmienność w czasie, łatwość odtwarzania, łatwość stosowania, największa dokładność odczytu. W = A = const. + f(t). (W- wzorzec o miarze W). Wartość odtwarzana przez wzorzec nie jest stała, zależy także od funkcji losowej. ½f(t)½max £ Dw ; zatem: W = A ± Dw[W]Þ A-wartość stała(nominalna), Dw-graniczna niedokładność miary wzorca(znana). Parametrami wzorca są: nominalna dł. Wzorca W0; niedokładność miary wzorca D0; okres zachowania niedokładności wzorca; warunki w których miara i niedokładność są zachowane. HIERARCHIA WZORCÓW- a) definicyjne (skomplikowane, kosztowne, najdokładniejsze); b) podstawowe – wzorce miar wielkości podstawowych, są odniesieniem dla wzorców wszelkich wielkości fizycznych np. rezystancja [W] ® prąd [A] ® napięcia [V]. W obrębie wzorców danej wielkości, zwykle jeden ma szczególną dokładność (wyróżnia się jakością wykonania). Wzorzec pierwotny jest podstawą odniesienia dla pozostałych wzorców danej wielkości. Wzorce wtórne- wartości ich ustalono poprzez porównanie wartości nominalnych z wzorcem pierwotnym. Niedokładność wzorców wtórnych zostaje powiększona o błąd przy procesie porównania. Wzorce o największej dokładności- etalony- przeznaczone są wyłącznie do przekazywania jednostki miary danej wielkości innym wzorcom.
etalon świadek «etalon podstawowy
¯
etalony odniesienia® kontrolne
I rzędu ® II rzędu ® III rzędu }- wzorce użytkowe- uczestniczą bezpośrednio w procesach pomiarowych. Wzorce podstawowe: a) –atomowy wzorzec czasu [s], -liczności materii [mol]; b) naturalny: – wzorzec temperatury [K]; c) sztuczne wzorce: -masy, światłości, -natężenia prądu. Wzorce kwantowe: -kwantowy wzorzec napięcia Josephsona, -kwantowe zjawisko Halla.
- to część narzędzi pomiarowych, która służy do bezpośredniego lub pośredniego wykonywania pomiarów. Umożliwiają przyporządkowanie el. xÎC el. Ze zbioru wartości wzorcowych. Ograniczenie zbioru wartości wzorcowej W, odtwarzanego przez przyrząd pomiarowy nazywamy zakresem pomiarowym przyrządu. Zakresy nie są dowolnymi liczbami: 1,0 – 1,5 – 2,5 – 4,0 – 6,0 x 10k, buduje się przyrządy wielozakresowe, składa się z części składowych:
rys 3
a) zmiana zakresu dokonana za pomocą dodania jakiejś wartości; c) rozszerzenie zakresu następuje w wyniku pomnożenia zakresu przez jakąś liczbę.
PRZYRZĄDY ANALOGOWE I CYFROWE:- wskazania tworzą zbiór dyskretny (są to przyrząduy z odczytem cyfrowym np. rezystor dekadowy). Wynik pomiaru podany za pomocą rzędu cyfr dziesiętnych np. 3,456. stanów rozróżnialnych jest ok. 103 – 104, odczyty różnią się o kwant wartości(ziarno) np. 2*e - kwant, 1 kwant = 0,001[W].W przyrządach analogowych miarę wartości wielkości jedno położenie wskazówki wzg. podziałki. Podziałka jest zbiorem nieskończonym, a wskazówka wskazuje 1 el. Tego zbioru. Zbiór wartości wielkości wzorcowej odwzorowany na podziałce można uważać za zbiór dyskretny.
NIEPEWNOŚĆ POMIARU- 10 zakładamy, że istnieje wart. Wielk. Mierzonej x0(wart. prawdziwa), podczas pomiaru otrzymujemy wart. zmierzoną xL(niekompletny wynik pom., gdyż nie zawiera inf. O tym, na ile wartość zmierzona xL jest rozbieżna w stos. Do wart. praw. x0). Występowanie rozb. Między xL i x0 jest regułą. Dlatego konieczne jest uzyskanie ilościowej rozbieżności: tzw. Miara niedokładności xL. Jako kompletny wynik pomiaru należy zawsze podawać wartość zmierzoną xL oraz miarę niedokładności pomiaru.
KLUCZOWE POJ. TEORII BŁĘDÓW- 10 wartość prawdz. x0 – rozumiana jako ta wartość wielkości mierzonej x, która w stopniu doskonałym oddaje liczbową miarę mierzonego obiektu. Odpowiada to sytuacji: x0 = xL. 20 błąd prawdziwy – określa się jako różnicę między wartością zmierzoną, a wartością prawdziwą Dx = xL - x0 (bezwzględny), natomiast bł. Prawdziwy względny dxL = Dx \ x0. 30 błąd graniczny. W klasycznej teorii przyjmuje się, że błąd prawdz. ma dwie skł: a)błąd systematyczny – to skł. całk. błędu prawdziwego, która w procesie powtarzania pomiaru tej samej wartości wiel. Mierz. Pozostaje stała, lub zmienia się w sposób dający się przewidzieć. b)błąd przypadkowy – to skł całk. bł. pr. Która w procesie powt. Pomiaru tej samej wielk. Zmienia się w sposób nie dający się przewidzieć. 40wielkości wpływające – oddziałują na miernik, ale nie są przedmiotem pomiaru (zakłócenia). Dla wielkości wpływających przyjmuje się pewne wartości, określone jako warunki znamionowe(odniesienia); war. znam. podane w PN(temp., wilg., itd..), kiedy są spełnione, błąd pomiaru zależy tylko od zewnętrznych czynników(budowa, tolerancja, luzy), tzw. błąd instrumentalny. Błąd pomiaru w warunkach znamionowych to błąd podstawowy. Umownie bł. graniczny charakteryzowany jest jako bł. podstawowy. Dop. wart. bł. podst., wyrażonego w % jest równa wskaźnikowi klasy dokł. = (1,2 lub 5) * 10n, gdzie n- liczba całk. Klasa dokładności – zbiór wł. metrologicznych umownie oznaczanych wartością dop. bł. podstawowego; gdy dla wart. wpływ. Nie zach. Podczas pomiaru jej wart. znamionowej, wyst. bł. dodatkowy od tej wielk.; jeśli dana wielk. wpływ. Mieści się w zakresie użytkowym, to błąd dod. Nie przekracza klasy. Zakres użytkowy np. dla temp. DT±100C. 50Błędy prypadkowe – przy wielokrotnym powtarzaniu pomiaru. Dmaxx seria pomiarów próbnych(ok. 5) [x^1, x^2...x^5];; x^min, x^max ; x^max – x^min= 10przypadek: Dmaxx^<<x^max–x^min 10Dmaxx^ < x^max – x^min. 20przypadek: Dmaxx^ » x^max – x^min (uwzg. obie skład. bł.) 3oprzypadek: Dmaxx^>>x^max–x^min
POMIAR BEZPOŚREDNI, POJEDYNCZY MIERNIKIEM ANALOGOWYM- mierzymy prąd amperomierzem wskazówkowym. zakres pomiarowy – ta część zakresu wskazań, która spełnia wymagania co do dokł. wskazań miernika. Wskazówka przed pomiarem powinna pokrywać się z zerem, sprawdzić do zera, korektorem zera. Liczba przybliżona ma n-cyfr dokładnych, jeśli jej błąd bezwzględny nie przewyższa jedności na m-tym miejscu rozminięcia licząc od pierwszej cyfry. Cyfry znaczące- liczby na lewo od pierwszej liczby niezerowej. Np. 47,30- zapis nieuczciwy(dokł. odczytu wynosi 0,00 działki) a)wynik surowy- ax = 47,3 działki, wynik surowy przeliczamy na wsk. Miernika: CI(s) = Izn\azn= 5[A]\100dz= 0,05[A\dz] b)surowy wynik pomiaru [A]: I^ = CI(s) * ax= 0,05[A\dz] * 47,3[dz]= 2,365[A] (wynik przybliżony)
c)...
sprawozdania_pollub