munkavédelmi mérnökasszisztens galla jánosné,...
TRANSCRIPT
1
Munkavédelmi mérnökasszisztensGalla Jánosné, 2012.
1
2
Félévi követelmény: évközi jegyAz évközi jegy megszerzésének módja: A feladatok
határidőre történő beadása és legalább elégséges zárthelyi dolgozatok
Irodalom: Méréstechnika, Óbudai Egyetem, jegyzet
1. Előadás témakörei Metrológiai alapfogalmak. SI mértékegységek. Etalonok
Matematikai statisztikai alapismeretek Mérési hibák súlya és szerepe a mérési eredményben A mérési hibák csoportosítása A hiba rendűsége Mérési bizonytalanság Standard és kiterjesztett mérési bizonytalanság GUM módszer. Hibaterjedés
2
3
Hőmérsékletmérés
Páratartalom mérés
Levegő tisztaság mérés
Nyomásmérés
Zajmérés
Megvilágítás mérés
Rezgésmérés
4
A mérendő (mérhető) mennyiség előírt hibahatárokon belüli meghatározása eredménye a mért érték
A metrológia „a mérés tudománya” (a mérésekkel kapcsolatos elméleti és gyakorlati szempontok)
tudományos metrológia
mérésügy törvényes metrológia ipari metrológia
A mérési folyamat céljaMérendő mennyiség, vagy mért mennyiség: a mérés
tárgyát képező konkrét mennyiség
A mérési elv a mérés tudományos alapja.
4
5
A mérés fogalma valamely fizikai (kémiai, biológiai, stb.) mennyiség nagyságának (számértékének) meghatározásakísérleti úton, adott mértékegység-rendszer mellett
jelfeldolgozási folyamat (számítási), mely a szakterülettől általában független és valószínűség-számítási ismereteket igényelhet
információszerzés egy folyamat jellemzőiről. Ez a folyamat lehet kémiai, biológiai, fizikai, gazdasági, társadalmi.
5
„a mérés műveletek összessége, amelynek célja egy mennyiség értékének meghatározása”
6
A méréstechnika az érzékelés, jelátalakítás és a jel-feldolgozás módszereinek és eszközeinek összessége
Érzékelő Jelátalakító Jelfeldolgozó
Zavarok Zavarok
A méréshez szükségesek: eszközök + módszerek
Mérőeszközök: eszközök, melyeket a mérési folyamatban mérésre felhasználnak, esetenként segédeszközökkel együtt
Mérési módszer „a mérés elvégzéséhez szükséges, fővonalakban leírt műveletek logikai sorrendje”
A mérési eljárás – „egy adott mérés során a mérési módszernekmegfelelő módon elvégezhető, részletesen leírt, konkrétműveletek összessége”
6
77
8
A befolyásoló mennyiség „a mérendő mennyiségtől különböző olyan mennyiség, amely hatással van a mérési eredményre” (pl.: hőmérséklet, rezgés)
A zavaró mennyiség olyan befolyásoló mennyiség, melynek hatása nem ismert
Mérhető mennyiség „jelenség, tárgy vagy anyag minőségileg megkülönböztethető és mennyiségileg meghatározható tulajdonsága” (pl.: vastagság, kerület, hő, energia, stb.)
8
A mérési eredmény „a mérendő mennyiségnek tulajdonított, méréssel kapott érték”
9
A méterrendszer a francia forradalom idején született
1876. január 1-től – Magyarország kötelező mértékegység rendszer
1875 - Nemzetközi Méteregyezmény (17 állam, Mo. is)
- Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal (BIPM)
felügyeli a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság (CIMP)
A legfőbb szerv a metrológia területén:
- Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet (CGMP)a Nemzetközi Méteregyezményhez csatlakozott országok
kormányképviselőiből áll, rendszeres időközönként ülésezik
1960 - a 11. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet jóváhagyta a
Nemzetközi Mértékegység-rendszert, az SI-t
9
10
A mértékegységek országon belüli szabályozása az állam joga
1991. évi XLV. törvény a mérésügyről
127/1991. (X. 9) Kormány rendelet a végrehajtásáról„minden olyan mennyiség kifejezésére, amelyre jogszabály törvényes
mértékegységet állapít meg, ezt a mértékegységet kell használni”
Törvényes mértékegységek: a Nemzetközi Mértékegység-rendszer mértékegységei (SI)
külön jogszabályban meghatározott mértékegységek (SI-n kívüli)
az SI-ből és SI-n kívüli törvényes mértékegységekből képzett mértékegységek
az előző mértékegységek többszörösei és törtrészei
A törvényes mértékegységen kívüli mértékegységek használati területei: - a külkereskedelmi kapcsolatok,
- a nemzetközi megállapodások és
- a tudományos kutatások
10
11
Magyarország területén a Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal (MKEH)
Metrológiai Hatóság
- MKEH keretén belül működik - egyebek mellett gondoskodik:
a törvényes mértékegységek használatára vonatkozó szabályozás előkészítéséről
az országos etalonokról, (nemzetközi összehasonlítás és hazai továbbszármaztatás), valamint
e feladatok ellátásához szükséges mérésügyi kutatásról, fejlesztésről
www.mkeh.hu honlapon további információ a szervezetről
11
1212
Mennyiség Egység jele
1 hosszúság méter m
2 tömeg kilogramm kg
3 idő másodperc s
4 villamos áramerősség amper A
5 termodinamikaihőmérséklet
kelvin K
6 anyagmennyiség mól mol
7 fényerősség kandela cd
Alapegységek
13
Származtatott egységekFrekvencia, hertz (Hz) Villamos ellenállás, ohm (W)
Radioaktív sugárforrás aktivitása, becquerel (Bq)
Villamos vezetőképesség, siemens (S) Erő, newton (N)
Mágneses fluxus, weber (Wb) Nyomás, pascal (Pa)
Mágneses indukció, tesla (T) Energia, joule (J)
Induktivitás, henry (H) Teljesítmény, watt (W)
Fényáram, lumen (lm) Elnyelt sugárdózis, gray (Gy)
Megvilágítás, lux (lx) Dózis-egyenérték, sievert (Sv)
Katalitikus aktivitás, katal (kat) Villamos töltés, coulomb ( C )
Síkszög, radián (rad) Villamos feszültség, volt (V)
Térszög, szteradián (sr) Villamos kapacitás, farad (F)
A hőmérséklet származtatott SI egysége a „Celsius fok” jele: CA „Celsius-fok” egység a „kelvin” egységgel egyenlő, a hőmérséklet
tartomány, vagy különbség mindegyikkel kifejezhető.
13
14
Külön engedélyezett
Térfogat, liter (l) vagy (L) 1 l = 1 dm3
Tömeg, tonna (t) 1 t = 103 kg
Nem decimális többszörösei vagy osztóiSíkszög, Idő, Sebesség (km/h), Munka - energia (Wh)
Az SI alapegységektől független
Atomi tömegegység; jele: u. Elektronvolt; jele: eV.
A Nemzetközi Mértékegység-rendszeren kívüli, kizárólag meghatározott szakterületen
1 tengeri mérföld = 1852 m. Parszek, jele: pc, 1 pc = 3,0857 x 1016 m.
1 fényév = 9,460 x1015 m. 1 ha = 10 000 m2 1 bar = 100 000Pa = 105 Pa
1 mmHg = 133,322 Pa. Voltamper, jele: VA, 1 VA = 1 W.
Teljesítmény-mértékegység a var; jele: var. 1 var = 1 W
14
15
Miért szükségesek az etalonok?
Ismételt mérések eredményei általában nem egyezőek. Az eltérések okai: véletlen bizonytalanságok
(csökkenthetők a mérések számának növelésével)- a mérőeszköz működése - a környezet- a mérő személy- azonos mérendő mennyiségek - megváltozott feltételek
A mérőeszköz metrológiai jellemzői kalibrálással határozhatók meg.A kalibráláshoz etalonra van szükség, ehhez hasonlítjuk a vizsgált
mérőeszköz értékmutatását
Az etalon definiálja a mennyiség egységét, egy vagy több ismertértékét, mint vonatkoztatási alapot, azt megvalósítja, fenntartjavagy reprodukálja
1616
Etalon
„mérték, mérőeszköz, anyagminta vagy mérőrendszer,
amelynek az a rendeltetése, hogy egy mennyiség
egységét, illetve egy vagy több ismert értékét
definiálja,
megvalósítsa,
fenntartsa vagy
reprodukálja, és
referenciaként szolgáljon”
17
Csoportosítás
jogi státusz szerint lehetnek
nemzetközi
regionális és
nemzeti (országos) etalonok
metrológiai értelemben
elsődleges vagy
másodlagos (használati-, referencia-, transzfer-, utazó-,tanú-, ellenőrző-) etalonok;
jellegük szerint pedig
egyedi-,
csoportos etalonok, illetve
etalon csoport.
17
1818
19
Etalonok néhány jellemző tulajdonsága
· Előállíthatóság: az etalon azon tulajdonsága, hogymérőszámát hány jegy pontossággal tudjuk biztosanmegadni, illetve milyen bizonytalansággal lehet amérőszámot megközelíteni.
· Megbízhatóság: rövid időtartamú stabilitását (néhányóra – néhány nap) értjük, ami azt jelenti, hogymérőszáma meghatározott körülmények között rövididőn belül csak megadott határok között ingadozik.
· Reprodukálhatóság: hosszú időtartamú stabilitás: azetalon azon tulajdonsága, hogy ismert módonmegváltozott körülmények között, hosszabb idő utánmennyire változik meg a mérőszáma.
19
2020
A visszavezethetőség„egy mérési eredménynek vagy egy etalon értékének
az a tulajdonsága, hogy ismert bizonytalanságú összehasonlítások megszakítatlan láncolatán
keresztül kapcsolódik megadott referenciákhoz, általában országos vagy nemzetközi etalonhoz”
Vevői igény: a mérési eredmények legyenek:- megbízhatóak és - összehasonlíthatók
A vizsgáló laboratóriumok működésének feltétele többek között: az etalonok visszavezethetőségének igazolása
Vállalati kalibrálás esetén is:szükséges az etalonok egy pontosabb etalonnal történő összehasonlításának igazolása
21
A mérési eredmény mindig tartalmaz hibát
a mérési eredmény bizonytalan
A mérési eredmények mindegyikét meghamisítja egy
nem tökéletes mérési módszer
mérőberendezés vagy etalon
a környezet behatásai
a mérést végző személy szubjektív adottságai és
általunk nem ismert, de jelenlévő véletlen hatás
A valódi értéket nem ismerhetjük meg, csak törekszünk annak legjobb becslésére a „helyes” érték meghatározására
21
eltérés = „valódi” érték - mért érték
22
a mérendő mennyiség valódi értékének legjobb becslése
értékét megkapjuk a rendszeres hibáktól mentes,kielégítően nagyszámú mérési sorozat eredményéből is
A becslés az elméleti jellemzők adott eljárással, módszerrel történő közelítése (korlátozott pontosságú meghatározása) az ismert véges számú és véges pontosságú adatból
A mérendő mennyiség helyes értékét mérő vagy reprodukáló eszköz az etalon
A helyes értéket megtestesítheti például egy mérték(a mérték egy méretet testesít meg)
22
„helyes” érték = a valódi érték közelítése
2323
A mérési hiba a mérési eredmény és a mérendő mennyiség „valódi” értékének különbsége
Hi = xi – xh ahol: Hi - a mérési hibax i - a mért érték,xh - a „helyes” érték
A valódi érték meghatározhatatlan, emiatt a helyes értéket kell használni
A helyes érték bizonytalansága kicsi, kisebb, mint az ellenőrizendő mérőeszközé.
A helyes érték megállapítása a mérés során fellépő konkrét hibák és a mérési bizonytalanság nagyságának meghatározása miatt szükséges.
24
A mérési hibák csoportosíthatók:
eredetük szerint a modellalkotás a mérési eljárás (elv és módszer) a mérés kivitelezésének (mód, mérőeszköz, mérő
személy), hibái
jellegük szerint
durva rendszeres véletlen hibák
24
25
A mérési hibák csoportosíthatók:
a megjelenítés formája szerint abszolút hiba
Habsz = x - xv, ahol: x – a mért értékxv – a „valódi” érték
relatív hibaHrel = [(x - xv) : xv] . 100 % a „valódi érték” százalékában
redukált hibaHred = [(x – xv) : (xmax – xmin)] . 100 %;
ahol xmax – xmin a mérési tartomány
Megj.: a valódi érték soha nem ismert, így a hiba sem, tehát csak becslés
adható meg
95,0 UyyUyP valódi
26
Mérési hibák (jellegük szerint)
Durva hibaOka: figyelmetlenség, a mérőeszköz hibás működése, pontatlan modellA hiba eredetét fel kell tárni, ki kell küszöbölni!
Rendszeres hibaállandó marad az ismételt mérések során, vagy előre meghatározható módon változikOka: ismert, de lehet ismeretlen is Jellemzői: vagy előjele és nagysága ismert az egész méréstartományban, vagy ha nem, akkor véletlen hibaként kezeljük
a mérési eredményt a rendszeres hibák torzítják, meghamisítják
27
28
Véletlen hiba
véletlenszerűen változik a mérendő mennyiség ismételt mérése során
a hibaokok időben és térben véletlenszerűen jelentkeznek
a véletlen hiba valószínűségi változó
Pl.: surlódási hibák, környezeti hatások, zajok, a mérendő mennyiség változásai
a mérési eredményt a véletlen hibák
bizonytalanná teszik
29
A hiba megszüntetésének módja
Durva hiba: a kiugró érték kizárása
Rendszeres hiba:
meghatározható hiba esetében: korrekció
(ismertek a mérőeszköz korrekciós adatai - algebrai összegzés)
nem ismertek: hibaterjedés számítás és kalibrálás
Véletlen hiba:
ismételt mérésekkel ismerhető fel,
statisztikai módszerekkel vehető figyelembe(átlag, szórás, konfidencia, várható érték, hibastatisztika,
hibaösszegzés: négyzetes középérték)
30
A hiba rendszáma (nagyságrendje) mindig a (csonka)hatványsorban szereplő legkisebb kitevőjű tag kitevőjével egyenlő, függetlenül attól, hogy a hiba pontos értékéhez hány tagot veszünk figyelembe
h = F () = s . tg
A függvényt sorbafejtve:
...+
15
2+
3
1+s=F=h 53
A hatványsor első érvényes tagját figyelembe véve: h = s . 1 + …. A hiba elsőrendű
31
A mérési eredmény bizonytalanságát befolyásoló tényezők
32
„A mérési bizonytalanság a mérés eredményéhez csatolt olyan paraméter, amely a mérendő mennyiségnekindokoltan tulajdonítható értékek szóródását jellemzi.” Pl.: paraméter lehet a szórás vagy annak többszöröse
A mérési hiba és a mérési bizonytalanság nem azonos fogalom
Azonos körülmények között végzett mérések eredményei kisebb–nagyobb mértékben eltérnek egymástól.
Kérdés, hogy melyiket lehet elfogadni?
A mérési bizonytalanság az eredmény minőségére vonatkozó számszerű jelzés, a mérési eredmény megbízhatóságát jellemzi. Enélkül az eredményeket nem lehet összehasonlítani sem egymással, sem a referencia értékkel (melyet szabvány vagy szerződés rögzít)
33
A mérési bizonytalanság sokféle, pontosan nem ismert véletlen hatás következménye.
Értékének meghatározása ezeknek a mennyiségének a becslése.
Pontosan nem tudni, hogy mennyi a mérendő mennyiség valódi értéke, azt határozzuk meg csak, hogy
adott valószínűséggel esik az
U bizonytalansági határokon belül.
Megismételt mérésnél a mérendő mennyiséget jellemzőlegjobb becsült érték (helyes érték) az átlag,
amely a rendszeres hibákat már nem tartalmazza.
U - a kiterjesztett mérési bizonytalanság.
3434
A mérési bizonytalanság hatása a tűréshatárokon
35
A mért érték a bizonytalansággal a tűréshatáron belül van
36
A mért érték a bizonytalansággal a tűréshatáron kívül van
37
A mért érték a tűréshatár közelében helyezkedik el
38
GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) –
„Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez”
Alapdokumentum, mely általános szabályokat ajánl a mérésibizonytalanság kifejezésére és értékelésére.
Széles körben alkalmazható, a kalibráló laboratóriumok, kutatásokterületén éppúgy használható, mint a legegyszerűbb méréseknél.
Jelölések:
n – a mérések száma
u(xA)i – a standard mérési bizonytalanság értéke A módszerrel
u(xB)i – a standard mérési bizonytalanság értéke B módszerrel
uc(y) – az eredő standard bizonytalanság
U – a kiterjesztett mérési bizonytalanság
k – kiterjesztési tényező
38
3939
n
=iic )u(x=(y)u
1
2
1Az ellenőrzési/mérési folyamat elemzése. A bizonytalansági összetevők megnevezése.
1, 2, 3, …….n
2A standard mérési bizonytalanság meghatározása Az A és/vagy B módszerrel.
u(xA)iu(xB)i
3Az eredő standard bizonytalanság meghatározása
4 A kiterjesztett mérési bizonytalanság meghatározása U = k . uc(y)
40
GUM ajánlás a bizonytalanságok meghatározásához:
A-típusú és B-típusú értékelés
„A”-típusú kiértékelés
a mérési sorozat statisztikai elemzésével történik
Azonos feltételek mellett, azonos mintán végzett mérések eredményei egymástól különböznek és az átlag érték körül helyezkednek el. Feltételezve, hogy az eloszlás normális, a szórás az n számú mérési eredményből becsülhető Ezt nevezik standard bizonytalanságnak
40
A standard bizonytalanság „a mérési eredménybizonytalansága szórásként kifejezve”
41
„B”-típusú kiértékelés
a bizonytalanság kiértékelésének az észlelési sorozatok statisztikai elemzésétől eltérő, más módszereMegjegyzés:
A „B”-típusú összetevők jellemzésére szintén a becsült szórást s(xi), alkalmazzák, melynek egy un. „érzékenységi együtthatóval” megszorzott értéke a B-típusú standard bizonytalanság:
u(xi) = ci . s(xi), ahol ci az érzékenységi együttható
Az érzékenységi együttható megmutatja, hogy az adott bemeneti mennyiség változására mennyire érzékenyen válaszol a kimeneti mennyiség.
42
Az eredő standard bizonytalanság számítása
A standard bizonytalanságokból számítható négyzetes összegzéssel
42
Az eredő standard bizonytalanság a mérés eredményének standard bizonytalansága, ha ez az eredmény egy vagy több más mennyiség értékéből van előállítva
A kiterjesztett bizonytalanság, a mérési eredmény környezetében olyan tartomány, amelyben feltehetően a mérendő mennyiségnek tulajdonítható értékek eloszlásának meghatározott része benne van(pl. k = 2 kiterjesztési tényezővel 95%) U = k . uc(y)
Mérési eredmény megadás Y = X U
n
=iic )u(x=(y)u
1
2