Namen predavanja #2
Transcript of Namen predavanja #2
TEMELJNI MEROSLOVNI POJMI
UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
LABORATORIJ ZA MERITVE V PROCESNEM STROJNIŠTVU
izr. prof. dr. Jože Kutin
(Meritve, 2016/2017)
Namen predavanja
Kratek pregled temeljnih in splošnih
pojmov, ki se nanašajo na področje
meroslovja – znanstvena veda o
merjenju in njegovi uporabi
Postavitev temeljnih izhodišč za
vsebine, ki jih bomo podrobneje
obravnavali v okviru naslednjih
predavanj
#2
Literatura
Mednarodno usklajena vodila s področja meroslovja
JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology –
Basic and general concepts and associated terms (VIM)
JCGM 100:2008 Evaluation of measurement data – Guide
to the expression of uncertainty in measurement (GUM)
#3
JCGM – Joint Committee for Guides in Metrology (BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML)
Ključne besede
Meroslovje
Merjenje
Merilni rezultat
Merilni pogrešek
Merilna negotovost
Merilna točnost/natančnost
Umerjanje
Meroslovna sledljivost
#4
Meroslovje
Meroslovje veda o merjenju
• Področje znanj, ki se nanašajo na merjenje
• Teoretični in praktični vidiki merjenja (različna področja
znanosti in tehnologije, različni nivoji točnosti merjenja)
#5
Meroslovje
Delitev glede na glavno področje dejavnosti
#6
Meroslovje
Znanstveno ali temeljno meroslovje
• Mednarodni sistem merskih enot
• Vzpostavitev in vzdrževanje
etalonov
• Raziskave in razvoj merilnih
sistemov in merilnih metod
• Prenos meroslovne sledljivosti
• Prenos znanja
#7
Meroslovje
Industrijsko ali aplikativno meroslovje
• Prenos izsledkov znanstvenega
meroslovja v prakso ...
• Vzpostavitev merilnih sistemov,
zagotavljanje kakovosti in
meroslovne sledljivosti
• Zagotavljanje usposobljenosti
izvajalcev meritev
#8
Meroslovje
Merjenja na zakonsko reguliranih področjih
#9
Meroslovje
Primeri zakonskih meril
• vodomeri
• plinomeri in korektorji
• merilniki električne energije
• merilniki toplotne energije
#10
Meroslovje
Primeri zakonskih meril
• merilni sistemi za goriva
• tehtnice
• taksimetri
• dolžinska merila
#11
Meroslovje
Primeri zakonskih meril
• gostinska posoda
• analizatorji izpušnih plinov
• merilniki hitrosti
• etilometri
#12
Meroslovje
Primeri zakonskih meril
• merilniki tlaka v pnevmatikah
• merilniki krvnega tlaka
#13
Merjenje
»Meriti pomeni vedeti.«
Lord Kelvin (1824–1907)
»Merimo, kar se da meriti; in kar se ne da
meriti, napravimo merljivo.«
Galileo Galilei (1564–1642)
#14
Merjenje
Merjenje proces, katerega namen je na eksperimentalen način
pridobiti vrednost merjene veličine. Merjena veličina je
določena lastnost merjenca (opazovani pojav ali objekt).
#15
Merjenje
Merilni
sistem
OkolicaČlovek
(merilec)
Merilna
metoda
Objekt
merjenja
(merjenec)
#16
Proces merjenja
Merjenje #17
Proces merjenja
Številčna vrednost z
ustrezno mersko enoto
The image part with relationship ID rId5 was not found in the file.
Merilni rezultat
Merilni pogrešek
?
#18
Prave vrednosti merjene veličine
(v splošnem) ne poznamo!
Merilni rezultat
Merilna negotovost merilo kakovosti merilnega rezultata
#19
Raztros vrednosti merjene veličine
(statistična ocena!)
Merilni rezultat
Merilna negotovost merilo kakovosti merilnega rezultata
x
p(x)
npr. 95 % verjetnost oz. stopnja zaupanja
101,4 mm ± 1,5 mm
#20
Merilni rezultat
Merilna negotovost (VIM, GUM)
• Parameter, ki je povezan z merilnim rezultatom in
označuje raztros vrednosti, ki jih je mogoče utemeljno
pripisati merjeni veličini (z določeno verjetnostjo oz. stopnjo
zaupanja)
• Ocena območja vrednosti merjene veličine, v katerem se
nahaja prava vrednost merjene veličine (z določeno
verjetnostjo oz. stopnjo zaupanja).
#21
Merilni rezultat
Lab. 1 Lab. 2 Lab. 3 Lab. 4
Vrednost m
erjene veličine
Pomen podajanja merilne negotovosti
#22
Merilni rezultat
Lab. 1 Lab. 2 Lab. 3 Lab. 4
Vrednost m
erjene veličine
?
Pomen podajanja merilne negotovosti
#23
Merilni rezultat
Normalna (Gaussova) porazdelitev gostote verjetnosti
Pierre‐Simon de
Laplace
(1749–1827)
Johann Carl Friedrich
Gauss
(1777–1855)
#24
Merilni rezultat
Normalna (Gaussova) porazdelitev gostote verjetnosti
19,2
19,4
19,6
19,8
20
20,2
20,4
20,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tem
pera
tura
, °
C
Zaporedna št. ponovitve
Primer 20‐krat ponovljene meritve temperature:
#25
Merilni rezultat
Normalna (Gaussova) porazdelitev gostote verjetnosti
Histogram:
0
1
2
3
4
5
6
7
18,9 19,1 19,3 19,5 19,7 19,9 20,1 20,3 20,5 20,7 20,9
Št. i
zmer
kov
Temperatura, °C
#26
Merilni rezultat
Normalna (Gaussova) porazdelitev gostote verjetnosti
x
p(x)
#27
Merilni rezultat
Normalna (Gaussova) porazdelitev gostote verjetnosti
x
p(x)
± 1 cca. 68 % območja
± 2 cca. 95 % območja
Standardnamerilna negotovost
(k = 1)
Razširjenamerilna negotovost
(k = 2)
#28
Merilni rezultat
Celovito podajanje merilnega rezultata
Vrednost merjeneveličine &
Merilna negotovost
#29
Kakšna so priporočila glede zaokroževanja številčnih
vrednosti pri podajanju merilnega rezultata?
Merilni rezultat
Podajte celovit merilni rezultat za naslednje primere
(upoštevajte priporočila glede zaokroževanja):
• Z merilnikom tlaka smo izmerili tlak okolice
982,47 hPa, z merilno negotovostjo 153 Pa
(95 % stopnja zaupanja oz. k = 2).
• Z merilnikom tlačne razlike smo izmerili 0,004 bar
tlačne razlike med dvema rezervoarjema, z merilno
negotovostjo 0,12 bar (95 % stopnja zaupanja oz. k = 2).
#30
Merilni pogrešek / napaka
Merilni pogrešek Napaka
zmota, spodrsljaj(posledica neusposobljenosti,
površnosti ...)
#31
8,3cm
8,5cm
8,2cm
Merilna točnost / natančnost
Merilna točnost
(ang. accuracy)
#32
Stopnja ujemanja med
izmerjeno vrednostjo in
pravo vrednostjo merjene
veličine.
Bolj točna meritev
pomeni manjše merilne
pogreške.
Merilna natančnost
(ang. precision)
Stopnja ujemanja med
izmerjenimi vrednostmi pri
ponovljajočem merjenju
(v podobnih pogojih).
Bolj natančna meritev
pomeni manjši raztros
izmerkov.
Merilna točnost / natančnost
Analogija s tarčo
Najboljša pričakovana
vrednost
Natančnost
Točnost
#33
Merilna točnost / natančnost
Bolj točno
Bolj natančno
#34
Merilna točnost / natančnost
Merilna točnost naj bi se uporabljala le kot opisni pojem (boljša točnost, slabša točnost ipd.)
Podatek o točnosti v merilno‐tehniški dokumentaciji:
običajno pomeni mejni pogrešek merilnika(v definiranih pogojih!)
Primer: podatki za merilnik tlaka
Točnost*: 0,1 % m.v.
(* na osnovi rezultatov umerjanja pri 20 °C, po nastavitvi)
Časovno lezenje: 0,05 % m.v. / 0,5 leta
Temperaturni vpliv: 0,02 % m.v. / °C
#35
Merilna točnost / natančnost
Razred točnosti
#36
• Številčna vrednost (npr. 0,1; 0,6; 1; 1,6 ...
= mejni pogrešek, v % merilnega razpona)
• Črkovna oznaka (npr. razred točnosti A, B ...; I, II, ... podatki o mejnem pogrešku v standardu, pravilniku ipd.)
Umerjanje
EtalonMerilo
Generator tlaka
Umerjanje ali kalibracija
#37
Primer: primerjalno umerjanje merilnikov tlaka
Umerjanje
Primerjalna metoda umerjanja
#38
Umerjanje
Merilni pogrešek razlika med odčitkom merila in
referenčno vrednostjo merjene veličine.
#39
Merilna korekcija razlika med referenčno vrednostjo
merjene veličine in odčitkom merila.
Umerjanje
Sistematski in naključni merilni pogrešek
Sistematski
pogrešek
Naključni
pogrešek
#40
Umerjanje
Merilni pogrešek =
Sistematski mer. pogrešek + Naključni mer. pogrešek
#41
• Sistematski merilni pogrešek
Umerjanje
Pri umerjanju merilnika temperature so izmerjene
naslednje temperature:
Koliko znaša sistematski merilni pogrešek in največja
vrednost naključnega merilnega pogreška?
#42
, °C , °C
30,04 30,24
30,00 30,22
30,02 30,20
30,00 30,20
Umerjanje
Korigiran odčitek merila za znane sistematske vplive
#43
• za znani sistematski „merilni pogrešek“:
• za znano sistematsko „merilno korekcijo“:
Umerjanje
Celovito podan rezultat umerjanja
#44
Umerjanje
Proces umerjanja oz. kalibracije
#45
1. Ugotavljanje povezave med ref. vrednostmi merjene
veličine (določene z etaloni, z definirano merilno
negotovostjo) in pripadajočimi odčitki umerjanega
merila (z definirano merilno negotovostjo odčitka).
2. Definiranje povezave za določanje merilnega rezultata
iz odčitkov merila (npr. korekcija sistematskih vplivov,
z definirano merilno negotovostjo).
Meroslovna sledljivost
Povezava merilnega rezultata do primarnega etalona SI
merskih enot z nepretrgano verigo primerjav, ki imajo
opredeljeno merilno negotovost.
#46
Meroslovna sledljivost
Piramida meroslovne sledljivosti
#47
Meroslovna sledljivost
Zagotovimo jo z umerjanjem v laboratoriju, ki lahko dokaže
primerno usposobljenost, merilno zmogljivost in meroslovno
sledljivost (zahteve standarda ISO/IEC 17025)
• akreditirani kalibracijski laboratoriji
• nosilci nacionalnih etalonov (baza BIPM)
• interna umerjanja …
#48
Merske enote
Mednarodni sistem merskih enot (SI)
#49
Merske enote
Sedem osnovnih merskih enot SI
Osnovna veličina Ime osnovne enote Simbol osnovne enote
dolžina meter m
masa kilogram kg
čas sekunda s
električni tok amper A
termodin. temperatura kelvin K
množina snovi mol mol
svetilnost kandela cd
#50
Merske enote
Metrska konvencija (l. 1875)
• 17 najbolj razvitih držav
• ustanovitev mednarodnih organizacij za
uteži in mere (BIPM, CIPM, CGPM)
• definicija enote dolžine (meter) in enote
mase (kilogram)
#51
Merske enote
Mednarodni sistem merskih enot (SI)
• 1948 (9. konferenca CGPM): poziv za
razvoj enotnega sistema merskih enot
• 1960 (11. konferenca CGPM): m, kg, s, A, K, cd
• 1971 (14. konferenca CGPM): mol
• kontinuiran razvoj definicije vsake posamezne osnovne
merske enote SI
#52
Merske enote
Definicija kilograma (kg)
• Masa mednarodnega prototipa
kilograma („prakilogram“); to je
utež, izdelana iz zlitine platine in
iridija, ki je shranjena v BIPM, Pariz.
(l. 1901)
#53
Merske enote
Definicija sekunde (s)
• Čas trajanja 9.192.631.770 nihajev
EM sevanja, ki nastane pri prehodu
med dvema hiperfinima nivojema
osnovnega stanja atoma cezija 133.
(l. 1997)
#54
Merske enote
Definicija metra (m)
• Dolžina poti, ki jo svetloba prepotuje
v vakuumu v 1/299.792.458 s.
(l. 1983)
#55
Merske enote
Definicija ampera (A)
• Električni tok skozi dva ravna
vzporedna vodnika neomejene dolžine
in zanemarljivega krožnega preseka,
postavljena v vakumu na medsebojni
razdalji 1 m, ki med njima povzroči silo
na enoto dolžine 2 ∙ 10‐7 N/m
(l. 1948)
#56
Merske enote
Definicija kelvina (K)
• Termodin. temperatura, ki je 1/273,16 del termodin.
temperature trojne točke vode. (l. 1967/68)
#57
Merske enote
Definicija kandele (cd)
• Svetilnosti, ki jo v dani smeri izseva izvor enobarvnega
valovanja s frekvenco 540 ∙ 1012 Hz, ki v vsak steradian
prostorskega kota izseva 1/683 W moči. (l. 1979)
#58
Merske enote
Definicija mola (mol)
• Množina snovi, ki vsebuje enako število delcev, kot je
število atomov v 12 g ogljikovega izotopa 12C (to je
6,02214129 ∙ 1023 delcev oz. Avogadrovo število). (l. 1971)
#59
Merske enote
Predlagane redefinicije osnovnih merskih enot SI
#60