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


• merilni sistemi za goriva

• tehtnice

• taksimetri

• dolžinska merila

#11

Meroslovje


• gostinska posoda

• analizatorji izpušnih plinov

• merilniki hitrosti

• etilometri

#12

Meroslovje


• 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


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


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


x

p(x)

#27

Merilni rezultat


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.


Analogija s tarčo

Najboljša pričakovana

vrednost

Natančnost

Točnost

#33


Bolj točno

Bolj natančno

#34


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


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).


Povezava merilnega rezultata do primarnega etalona SI

merskih enot z nepretrgano verigo primerjav, ki imajo

opredeljeno merilno negotovost.

#46


Piramida meroslovne sledljivosti

#47


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

namen predavanja #2

Documents