Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006 icon

Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006


Смотрите также:
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2004...
Учебное пособие для студентов специальности 271200 «Технология продуктов общественного питания»...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2006...
Учебное пособие для студентов библиотечного факультета Кемерово 1981 г...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2007...
Учебное пособие Для студентов вузов Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим...
Учебное пособие для студентов вузов в 2-х частях часть 1...
Учебное пособие Для студентов вузов Кемерово 2004...
Пособие предназначено для студентов вузов, аспирантов и преподавателей. Ббк 20я73....
Учебное пособие Кемерово 2004 удк...
Учебное пособие для студентов педагогических вузов Автор-составитель...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6   7
вернуться в начало
скачать


В 1832 г. Гауссом была разработана система единиц, названная им абсолютной, с основными единицами – миллиметр, миллиграмм, секунда. В дальнейшим по мере развития науки и техники возникали все новые и новые системы, пока их обилие не стало тормозом научно-технического прогресса. В этих условиях XI Генеральная конференция по мерам и весам в 1960 г. приняла Международную систему единиц физических величин, получившую у нас в стране сокращенное обозначение СИ (от начальных букв в словах Система Интернациональная). Последующими Генеральными конференциями по мерам и весам в первоначальный вариант СИ внесены некоторые изменения и дополнения, и разработанная система характеризуется как когерентная система единиц, состоящая из семи основных, двух дополнительных и ряда производных единиц, число которых не ограничено. В нашей стране и всех странах – членах Совета Экономической Взаимопомощи Международная система единиц является обязательной с 1 января 1980 г. Основные единицы СИ приведены в табл. 3.

Основными преимуществами системы СИ являются:

  • универсальность (она охватывает все области измерения);

  • согласованность (все производные единицы образованы по единому правилу, исключающему появление в формулах коэффициентов, что упрощает расчеты);

  • возможность создания новых производных единиц по мере развития науки и техники на основе существующих единиц физических величин.


Таблица 3

Международная система единиц (СИ)


Физическая величина

Единица СИ

Наименование

Размерность

Наименование

Обозначение

Междуна-родное

русское

Основные


Длина

Масса

Время

Сила электрического тока

Термодинамическая температура

Количество вещества

Сила света

L


M

Т

I


Q


N

J

метр

килограмм

секунда

ампер


Кельвин


моль

кандела

m

Kg

S

A


K


mol

cd

м

кг

с

А


К


моль

Кд

Дополнительные

Плоский угол

Телесный угол


-

-

радиан


стерадиан

rad


Sr

рад

ср


Достоинством системы является также четкое разделение понятий массы и силы, благодаря введению различных по наименованию единиц: килограмм – единицы массы, ньютон – единица силы.

Производные единицы СИ следует образовывать из основных и дополнительных единиц СИ по правилам их образования. Производные единицы СИ имеют специальные наименования и используются для образования других производных единиц. Производные единицы СИ образуются также на основании законов, устанавливающих связь между физическими величинами, или уравнений, по которым определяют физическую величину.

Несмотря на преимущества, которые дает применение СИ, до сих пор широко распространяются различные единицы, не входящие в эту систему.

При стандартизации у нас в стране было решено сохранить применение ряда единиц, имеющих широкое практическое применение (например, единица времени – минут, час, сутки). Методическим указаниями РДМУ 18-961 допускается использование физических величин и их единиц, являющихся специфическими для подотраслей пищевой промышленности, например, твердость жиров, йодное число и др.

Отраслевые величины и их единицы должны быть оформлены и для предприятий общественного питания в виде дополнений к методическим указаниям по соответствующей форме. Дополнения подлежат согласованию с головной организацией (Госстандартом).

Объектами исследования (измерения), установления величин и их единиц могут служить сырье, полуфабрикаты, готовая продукция или отдельные этапы технологических процессов. Наименование величины должно точно и однозначно отражать сущность отображаемого ею свойства объекта измерения. Как правило для каждой величины следует применять одно стандартизованное наименование (термин).


1.3.Разновидности и средства измерений


      1. Разновидности измерений


Измерение одна из наиболее распространенных операций, проводимых людьми в своей повседневной жизни с начала общественной деятельности человека.

Любое измерение по шкале отношений состоит в сравнении неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном выражении.

^ Измерение – это определение значения физической величины опытным путем с помощью специально предназначенных для этого технических средств. Однако существуют измерения, основанные на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса), которые называются органолептическими (сенсорными). Они широко применяются в товароведной экспертизе, в целом в пищевой промышленности, и в частности в системе общественного питания.

По способу получения числового значения измеряемой величины все измерения делят на четыре основных вида:

  • прямые;

  • косвенные;

  • совокупные;

  • совместные.

На практике наиболее часто применяются прямые и косвенные измерения.

Прямыми называют измерения, заключающиеся в экспериментальном сравнении измеряемой величины с мерой этой величины или в отсчете показаний средства измерений, непосредственно дающего значение измеряемой величины, т.е. прямыми называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. К прямым относятся измерения: температуры – термометром, длины – с помощью линейных мер, объема жидкости – мерником, массы – весами и т.д. Прямые измерения являются основой более сложных видов измерений.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергнутыми прямыми измерениям. Примером косвенных измерений является измерение пористости хлебобулочных изделий по результатам отбора выемки известного объема и определения массы этой выемки.

Под совокупным понимают одновременное измерение нескольких одноименных физических величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, которые получают при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Например, совокупными являются измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких величин для определения зависимости между ними. К совместным измерениям относятся: определение активностей кислотности хлеба при температуре 200С и температурных коэффициентов для автоматической температурной компенсации при различных температурах.

Большинство измерений в настоящее время выполняют на производстве и используют при осуществлении контроля за качеством выпускаемой продукции и параметрами технологического процесса.

Под контролем понимают измерение, в процессе которого определяют, находится ли значение измеряемой величины в заранее установленных для нее пределах. Контроль в зависимости от его непосредственного влияния на технологический процесс подразделяют на активный и пассивный.

Активный – оказывает воздействие на технологический процесс непосредственно в ходе изготовления контролируемых изделий. От его точности зависит качество выпускаемой продукции.

Пассивный контроль позволяет только констатировать факт, находятся или нет в заданных пределах физические параметры контролируемого объекта. Пассивный контроль осуществляется при разбраковке изделий на годные или негодные. Когда разбраковывают изделия, то часто не только отделяют годную продукцию от брака, но и брак сортируют на исправимый и неисправимый.

Измерения по областям измерений подразделяются также на виды. Такая классификация измерений имеет важное значение при проведении работ по унификации средств и методов измерений, а также анализа состояния измерений в отраслях народного хозяйства.

В пищевой промышленности существуют различные виды измерений: массы, вязкости (структурно-механические), температурные, массовой доли влаги, соли, жира, сахара, состава вещества и многие другие.


^ 1.3.2.Методы измерений


Совокупность приемов использования принципов и средств измерений называют методом измерений.

Важнейшими являются следующие методы измерений:

- непосредственной оценки;

  • сравнение с мерой;

  • противопоставление;

  • замещения;

  • нулевой;

  • дифференциальный;

  • перестановки;

  • дополнения;

  • совпадений.

Метод непосредственной оценки – это метод измерения, при котором значения величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Примером такого измерения являются измерения: времени – секундомером; температуры – термометром; плотности – ареометром.

Метод сравнения с мерой – это метод измерения, при котором измеряемая величина сравнивается с величиной воспроизводимой мерой. Примером может служить измерение массы на рычажных (технических) весах с уравновешиванием гирями.

Метод противопоставления – это метод сравнения, при котором измеряемая величина и величина воспроизводимая с мерой, одновременно действует на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (определение на фотоэлектроколориметре).

Метод замещения – это метод сравнения, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например, поочередное взвешивание измеряемой массы и гирь на одной и той же чашке весов.

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в которой результирующий эффект воздействия величины на прибор сравнения доводят до нуля. Например, измерение электрического сопротивления электромостом с полным его уравновешиванием.

Дифференциальный (разностный) метод характеризуется измерением разности между значениями измеряемой и известной величинами. Например, измерения путем сравнения с образцовой мерой, или сигналом, получаемым в измерительном устройстве.

Метод совпадения – это метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мер величин измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.


^ 1.3.3. Средства измерений


Человек является высокосовершенным «средством измерении». Однако вполне объективными могут считаться только измерения, выполняемые без участия человека.

Измерения, выполняемые с помощью специальных технических средств называются инструментальными. Среди них могут быть автоматизированные и автоматические. При автоматизированных измерениях роль человека полностью не исключена. Он может, например, проводить съем данных с отсчетного устройства измерительного прибора (шкалы со стрелкой или цифрового табло), вести их регистрацию в журнале, обрабатывать в уме или с помощью вычислительных средств.

Автоматические измерения выполняются без участия человека. Результат их представляется в форме документа и является совершенно объективным. Однако стоимость такого результата обычно велика, и целесообразность автоматизации измерений всегда должна быть экономически обоснованной, поэтому такие измерения проводят только в тех областях, где требуется высокая точность. В пищевой промышленности такие измерения практически не используют.

Так как измеряются свойства, общие в качественном отношении многим объектам и явлениям, эти свойства без участия органов чувств человека, должны быть обнаружены. Технические устройства, предназначенные для обнаружения физических свойств, называют индикаторами. Лакмусовая бумага, например, - индикатор активности ионов водорода в растворах; стрелка магнитного компаса – индикатор напряженности магнитного поля.

С помощью индикаторов устанавливается только наличие измеряемой величины. В этом случае, индикаторы играют ту же роль, что и органы чувств человека.

Так как индикаторы должны реагировать на проявление свойств окружающего мира, важнейшей его технической характеристикой является порог реагирования (порог чувствительности). Чем меньше порог реагирования, тем более слабое проявление свойства регистрируется индикатором.

Однако обнаружить физическую величину и измерить ее – далеко не одно и тоже. Для измерения необходимо сравнить неизвестный размер с известными и выразить первый через второй в кратном или дольном отношении. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения. Так измеряют длину линейкой, массу с помощью гирь и весов и т.д. Если же физической величиной известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера. Так силу электрического тока измеряют амперметром, скорость - спидометром, термодинамическую температуру – термометром и т.д.

От индикаторов все эти измерительные приборы отличаются тем, что обеспечивают сравнение откликов на воздействие двух разных размеров физической величины (известного и неизвестного). Для облегчения сравнения отклик на известные воздействия еще на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале отсчетного устройства, после чего разбивают шкалу на деления в кратном и дольном отношении. Эта процедура называется градуировкой шкалы. При измерениях она позволяет по положению указателя получать результат сравнения непосредственно по шкале отношений.

^ Все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики или класс точности, называются средствами измерений. К ним относятся: вещественные меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется номинальным значением. Примером могут служить гири, резисторы и другие средства, которые являются мерами массы, электрического сопротивления и т.д.

Различают однозначные им многозначные меры, а также наборы мер.

Под однозначной понимают меру, воспроизводящую физическую величину одного размера, например, гиря, измерительная колба.

Под многозначной понимают меру, воспроизводящую ряд одноименных величин различного размера, например, линейка с сантиметровыми делениями.

Набор мер – это специально подобранный комплект мер, применяемых не только в отдельности, но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин различного размера. К набору мер можно отнести: наборы гирь и резисторов.

Измерительный преобразователь – это средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, термопара в термоэлектрическом термометре.

Все измерительные преобразователи делятся на первичные и промежуточные.

Под первичными измерительными преобразователем понимают такой преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в измерительной цепи. К таким преобразователем можно отнести термопару, электрод рН-метра.

Под промежуточным – понимают преобразователь, который располагается в измерительной цепи за первичным.

Измерительные преобразователи могут быть передающими и масштабными.

Измерительный прибор – это средство измерений, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (т.е. в форме значения измеряемой физической величины). Это рН-метры, электрические счетчики, измерители деформации и т.п. Измерительные приборы могут быть аналоговыми или цифровыми.

Аналоговым измерительным прибором называют измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины. Как правило, это стрелочные приборы с отсчетными устройствами, состоящими из двух элементов – шкалы и указателя, связанного с подвижной частью прибора.

Цифровыми называют измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме. Имеют преимущества над стрелочными приборами: процесс измерения автоматизирован, время измерения мало, результат измерения выдается в цифровой форме.

Измерительные приборы по типу отсчетного устройства делятся на показывающие, регистрирующие и самопишущие.

Показывающий прибор допускает только считывания показаний.

Измерительный прибор, который предназначен для регистрации показаний называется, регистрирующим.

Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена только запись показаний называется, самопишущим измерительным прибором.

Под измерительной установкой понимают совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, расположенных в одном месте, например, стенды для контроля работоспособности тех или иных технических устройств.

Измерительная система – это совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Измерительная система предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи или использования в автоматических системах управления.

Вспомогательное средство измерений – это средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерения при его использовании или поверке.


      1. ^ Нормируемые метрологические характеристики

средств измерений


        1. Метрологические характеристики средств измерений


На любое средство измерений в процессе его изготовления, хранения и эксплуатации воздействуют различные случайные и объективные факторы. От которых зависит качество измерений. К ним относятся, например, несовершенство конструкций средств или методов измерений, неточность отдельных элементов конструкций и другое. Всё это приводит к тому, что номинальные значения мер и показания измерительных приборов отличаются от истинных значений измеряемых физических величин.

Характеристики свойств (или одного из свойств) средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений (его погрешность) или их точность, называются метрологическими характеристиками. Метрологические характеристики являются показателями качества и технического уровня всех средств измерений.

Погрешностью средств измерений является его метрологическая характеристика, количественно выражающая отклонения результата воспроизведения или измерения физической величины от её истинного значения. В связи с неизвестностью истинного значения физической величины, на практике можно найти лишь оценку погрешности измерения.

Погрешности средств измерений могут быть представлены в форме: абсолютной, относительной и приведённой.

Абсолютная погрешность средств измерений – это его погрешность, выраженная в единицах физической величины.

Относительная – это погрешность, выраженная отношением его абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины.

Приведённая – это погрешность, выраженная отношением той же абсолютной погрешности к условно принятому значению физической величины, которое постоянно во всём диапазоне или в некоторой его части и называется нормирующим.

Также различают статическую и динамическую погрешности средств измерений.

Статическая погрешность используется для измерения постоянной величины.

Динамическая – представляет собой разность между погрешностью средств измерений в динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующий значению величины в данный момент времени.

В зависимости от условий применения различают основную погрешность средств измерений и дополнительную.

Основная - это погрешность средства измерений, используемого в нормативных условиях.

Дополнительная – это составляющая его погрешность, которая вызывается отклонением одной или более влияющих величин от нормированного значения или выходом нормируемых областей.

Нормированные метрологические характеристики устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретных видов и типов.

В зависимости от особенностей использования средств измерений возникает необходимость в том или ином наборе метрологических характеристик. Так для вещественных мер и цифроаналоговых преобразователей, аналоговых и цифровых измерительных показывающих и регистрирующих приборов нормируются разные наборы метрологических характеристик. Все вопросы нормирования метрологических характеристик средств измерений регламентируются ГОСТ 8.009-84.


^ 1.3.4.2. Классы точности средств измерений


Учёт всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений – сложная и трудоёмкая процедура и применяется только при измерениях высокой точности. На производстве для средств измерений, используемой в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

Классом точности называется обобщённая характеристика всех средств измерений данного типа, обеспечивающая правильность их показаний и устанавливающая оценку снизу точности показаний.

В стандартах на средства измерений конкретного типа устанавливаются требования к метрологическим характеристикам, в совокупности определяющие класс точности средств измерений этого типа.

Независимо от классов точности нормируются метрологические характеристики, требования к которым устанавливают едиными для средств измерений всех классов точности.

Классы точности присваиваются средствам измерений с учётом результатов приёмочных испытаний. Средствам измерений с несколькими диапазонами измерений разных физических величин могут присваиваться различные классы точности для каждого диапазона или каждой измеряемой величины. Так, например с диапазонами 0-10, 0-20, 0-50А может иметь различные классы точности для отдельных диапазонов.

Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативных документах. Обозначения могут иметь форму заглавных букв латинского алфавита (например М.С и т.д.) или римских цифр (I, II, III, IV и т.д.) с добавлением условных знаков. Смысл таких обозначений раскрывается в нормативной документации. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого – либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средств измерений.

Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, нулевое значение входного (выходного) сигнала у которых находится на краю или вне диапазона измерений, обозначение класса точности арабской цифрой из ряда (1; 1,5; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6) 10n , где n = 1,0, – 1,-2 и; т.д., означает, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на соответствующее число процентов от верхнего предела измерений. Если нулевое значение находится внутри диапазона, то значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель, больше чем на соответствующее классу точности число процентов от большего из модулей пределов измерений.

Обозначение классов точности цифрами из того же ряда предпочтительных чисел может сопровождаться применением дополнительных условных знаков. Так, например, отметка снизу (0,5,1,6, 2,5 и т.п.) означает, что у измерительных приборов этого типа с существенно неравномерной шкалой значение измеряемой величины не может отличаться от того, что показывает указатель отсчётного устройства больше, чем на указанное число процентов от всей длины шкалы или её части, соответствующей диапазону измерений. Заключение цифры в окружность (например 0,02; 0,4; 1,0; 3,0 и т.д.) означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое указывает указатель.

Необходимо ещё раз подчеркнуть, что класс точности является обобщённой характеристикой средств измерений. Знание его позволяет определить не точность конкретного измерения, а лишь указать пределы, в которых находится значение измеряемой величины.

Между классом точности используемого средства измерения и погрешностью метода, должна быть установлена чёткая взаимосвязь. Например, можно определить какой класс точности весов необходимо использовать для того чтобы обеспечить погрешность, указанную в ГОСТе на методы измерения пористости до 1%. Пористость хлебобулочных изделий определяется по формуле


, (3)


где v- объём пробы мякиша, см3 ;

m-масса пробы мякиша г;

-плотность беспористой массы мякиша, г/см3.

Если в эту формулу подставить известную пористость с разницей 1%, то можно найти предельную допустимую массу, на которую может быть сделана ошибка. При такой подстановки погрешность массы не должна превышать 0,3г, следовательно для взвешивания могут быть использованы весы класса точности 3,0 и меньше.

Таким образом, под классом точности средства измерений понимают такую его общественную характеристику, которая определяется пределом допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средства измерений, влияющих на точность измерений.

Свойство средства измерений сохранять его метрологическую исправность в течение заданного интервала времени, называется метрологической надёжностью средства измерений.

Проверка метрологическим органом или специально на то уполномоченным лицом соответствия метрологических характеристик нормам и установление на той основе пригодности средств измерений к применению называется поверкой. Применение неповеренных средств измерений запрещено.


^ 1.4. Основы теории измерений


      1. Основной постулат метрологии


Любое измерение по шкале отношений предполагает сравнение неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном отношении.

При измерении физических величин в качестве известного размера естественно выбирается единица СИ. Тогда процедура сравнения неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном отношении запишется следующим образом: Q/.

В квалиметрии сравнение производится обычно со значением базового показателя качества или с представлением о наивысшем качестве, которое оценивается максимальным количеством баллов.

На практике непосредственно неизвестный размер не всегда может быть представлен для сравнения с единицей. Жидкости и сыпучие вещества всегда взвешиваются в таре. Процедура сравнения в этом случае выглядит как определение отношения (Q + V) /, где V – масса тары.

Само сравнение происходит под влиянием множества случайных и неслучайных, аддитивных (прибавляемых) и мультипликаттивных (умножаемых) факторов, точный учёт которых невозможен. Ограничиваясь для простоты аддитивными воздействиями, совместное влияние которых можно учесть случайным слагаемым , получим следующее уравнение измерений по шкале отношений


(Q + V) /+ = х. (4)


Оно выражает некоторое действие, процедуру сравнения в реальных условиях, которая, соответственно, и является измерением. Главной особенностью измерительной процедуры является то, что при ее повторении из-за случайного характера ”” отсчёт по шкале отношений ”х” получается всё время разным. Это фундаментальное положение является законом природы.

На основании громадного опыта практических измерений, накопленного к настоящему времени, можно сформулировать следующее утверждение, называемое основным постулатом метрологии: отсчёт являет случайным числом. На этом постулате, который легко поддаётся проверке и остаётся справедливым в любых областях и видах измерений, основана вся метрология.

Уравнение (4) является математической моделью измерений по шкале отношений. Отсчёт в ней может быть представлен одним числом. Его можно описать словами или математическими символами, представить массивом экспериментальных данных, таблично, графически и т.п. Проиллюстрируем это на примере. Пример. При n – кратном измерении одной и той же физической величины постоянного размера на световом табло цифрового измерительного прибора в случайном порядке появились числа представленные в первой графе табл. 4.

Каждое i-е число появилось mi раз. Что представляет собой отсчёт при таком измерении? Ни одно из чисел в первой графе таблицы, взятое в отдельности не является отсчётом. Отсчёт характеризуется всей совокупностью этих чисел с учётом того, как часто они появлялись, принимая частость m(i)/n каждого i – го числа за вероятность его появления Р(хi) заполним третью графу таблицы. В совокупности с первой она даст нам распределение вероятности отсчёта, представленное в виде таблицы. Его можно представить графически (рис.2.).


Таблица 4

Экспериментальные данные измерений


х1

m1

Р(х1)

90,10

1

=0,01

90,11

2

=0.02

90,12

5

= 0,05

90,13

10

= 0,10

90,14

20

= 0,20

90,15

24

= 0,24

90,16

19

= 0,19

90,17

11

= 0,11

90,18

5

= 0,5

90,19

2

= 0,2

90,20

1

= 0,01



Рi)


0,2







0,1
















90,1 90,2 хi

Рис. 2. Распределение вероятности отсчёта у цифрового измерительного прибора


Распределение вероятности является исчерпывающим описание отсчёта у цифрового измерительного прибора любой конструкции.

У аналоговых измерительных приборов (со стрелочным указателем) любой конструкции исчерпывающим эмпирическим описанием отсчёта может являться гистограмма или полигон (рис.3.)


хi











0,1 0,2 P (xi)


Рис.3. Полигон распределения вероятности отсчёта у аналогового

измерительного прибора


После выполнения измерительной процедуры в уравнении (4) остаются два неизвестных: Q и . Неслучайное значение V должно быть известным до измерения. Слагаемое не может быть известно. Поэтому определить значение измеряемой величины


Q = x- - V, (5)


невозможно.

На практике проводится приближенное решение. Для этого используются результаты специального исследования, называемого метрологической аттестацией средства измерений и методики выполнения измерений.


      1. ^ Погрешность результата измерения

Как отмечалось ранее, метрологическая характеристика средств измерений – это погрешность средств измерений. Результаты измерений можно использовать лишь в том случае если оценена точность, достоверность, правильность, сходимость и воспроизводимость измерения, т.е. когда определено численное значение погрешности измерения.

Точность – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. (высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим так и случайным).

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это даёт возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающее получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость – это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.

Воспроизводимость – это качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, разными методами и средствами).

Погрешность результата измерения (Х изм) – это отклонение результата измерения (Х изм) от истинного (действительного) значения измеряемой величины (Хд)


Х изм = Х изм – Хд. (6)


В зависимости от закономерности появления погрешностей различают: случайную и систематическую погрешности результатов измерений.

^ Случайная погрешность – это составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Обусловлена несовершенством средств измерений, т.е. отличными друг от друга показаний при многократном использовании для измерения одной и той же величины. К случайным погрешностям относятся и грубые погрешности (промахи) измерения.

^ Грубая погрешность – это погрешность измерения существенно отличающаяся от ожидаемой при данных условиях. Грубые погрешности измерения могут возникать из-за неисправности средств измерения или резкого изменения условий измерения и других недопустимых случайных воздействий, которые не были замечены наблюдателем. Грубые погрешности должны быть выявлены и исключены.

^ Систематическая погрешность – это составляющая погрешность измерения, величина постоянная или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Систематическая погрешность вызывается неточностью градуировки средств измерений, закономерным изменением свойств средства измерения и т.п. Систематические погрешности измерений могут быть изучены и исключены. Чтобы исключить их влияние, в результате измерения вносится поправка. Обнаружить систематические погрешности можно при проверке путём сравнения рабочих средств измерений с образцовыми

      1. ^ Способы устранения погрешностей при измерениях


Организации процесса проведения измерений имеет большое значение для получения достоверного результата, зависящего, прежде всего, от квалификации оператора, его технической и практической подготовки, проверки средств измерений до начала измерительного процесса, а также выбранной методики выполнения измерений.

До производства работ оператор отрабатывает последовательность процедуры измерений и операций, проверяет действие органов регулировки, настройки и т.п., изучает инструкции по эксплуатации средств измерений, проверяет положение переключателей, их фиксацию, исправность источников электропитания, заземляющего устройства и изучает методики измерений.

Во время работы необходимо следить за условиями измерений и поддерживать их в заданном режиме, соблюдать правила по технике безопасности, тщательно фиксировать отсчёт в той форме, в которой они получены, вести записи показаний и определить возможный источник систематических погрешностей. Наибольшую опасность имеют не выявленные систематические погрешности, которые могут быть причиной ошибочных научных выводов, а также снижения уровня качества продукции в производстве.

При проведении измерений стараются в максимальной степени или исключить или учесть влияние систематических ошибок (погрешностей), для чего необходимо: устранить источники погрешности до начала измерений, устранить погрешности в ходе измерений, внести известные поправки в результат измерений, оценить границы исключённых систематических погрешностей.

Устранение источников погрешностей до начала измерений является более правильным, т.к. это упрощает и ускоряет процесс измерений, оператор до начала работ устраняет источники погрешностей путём непосредственного их удаления (например, источник тепла), инструментальные погрешности конкретного средства измерения могут быть устранены до начала измерений путём ремонта и регулировки.

Погрешности измерений, возникающие вследствие:

- неправильно установки – устраняют тщательной установкой по уровню;

- смещения отсчёта – ликвидируют установкой указателя на нуль (при измерении средствами измерений со стрелочным указателем);

- влияние вибрации – путём амортизации средств измерений и их деталей.

Следующим способом устранения систематических погрешностей является их исключение в процессе измерения. К специальным способам устранения погрешностей в процессе измерения относятся способы: замещения, компенсации влияющего фактора (погрешности) по знаку, противопоставления, симметрических наблюдений.

Наиболее распространённым является способ замещения. Суть его заключается в том, что измеряемый объект заменяют известной мерой, находящейся в тех же условиях.

В ходе измерений оператор может исключить систематическую погрешность и способом компенсации ее по знаку. При этом измерения проводят дважды так, чтобы погрешность входила в результаты с противоположными знаками. Исключается она при вычислении среднего значения


= = , (7)

где Х1, Х2 – результаты измерений;

Хд – действительное значение измеряемой величины;

С – систематическая погрешность.

В некоторых случаях используется способ противопоставления, заключающийся в том, что измерение проводят два раза, так, чтобы причина, вызывающая погрешность, при первом измерении оказала противоположное действие на результаты измерения второго. Рассмотрим его на примере взвешивания на равноплечих весах. Условия равновесия коромысла выглядит

ml2 = m1l1, (8)

где m – масса взвешиваемого груза, кг;

mг – масса уравновешивающих гирь, кг;

l1 и l2 – соответствующие плечи коромысла, м.

Таким образом, влияние неравноплечности весов проявляется в наличии множителя l2/l1


или m = . (9)


Если повторить взвешивание, поместив груз на чашку весов, на которой были гири, получим


m1/l1= ml2 (10)


где mг/ mг


Разделив первое условие равновесия на второе, найдём, что


, (11)


откуда m = , (12)

или с достаточной степенью точности,


m = , (13)


то есть влияние на результат неравноплечности весов окажется исключённым.

Для исключения прогрессирующего влияния какого-либо фактора, являющегося линейной функцией времени, применяется способ симметричных наблюдений. Заключается в том, что в течение некоторого интервала времени выполняются несколько измерений одной и той же величины постоянного размера, и за окончательный результат принимается полусумма отдельных результатов, симметричны по времени относительно середины интервала. Например, было проведено 5 измерений, начатых в момент времени t1, когда погрешность имела значение , очевидно, что


= = . (14)


Рекомендуется использовать данный способ, когда очевидна возможность существования прогрессирующей погрешности.


∆c



























t1 t2 t3 t4 t5 t


Рис. 4.Схема способа симметричных измерений


Если измерения не удалось ограничить так, чтобы исключить или скомпенсировать какой-либо фактор, влияющий на результат, то в результат, вводится поправка – то значение величины, вводимое в неисправленный результат измерения с целью исключения одной из систематической составляющей погрешности. Наиболее распространённым способом внесения поправок является алгебраическое сложение результата измерения и поправки с учётом её знака. Поправка (v) по числовому значению равна систематической погрешности и противоположна ей по знаку (аддитивная поправка)

-vi = c1. (15)


В некоторых случаях погрешность исключают путём умножения результата намерений на поправочный коэффициент, который может быть больше или меньше единицы (мультипликативная поправка).

Систематические погрешности, которые остаются после введения поправок включают в себя ряд элементарных составляющих, называемыми не исключёнными остатками систематических погрешностей. К их числу относят: погрешности определения поправок; погрешности, зависящие от точности измерения влияющих величин, входящих в формулу для определения поправок; погрешности связанные с колебаниями влияющих величин в столь малых пределах, что поправки на них не вводятся.

В этих случаях приходится ограничиваться оценкой границ возможных систематических погрешностей.


      1. ^ Однократные прямые и многократные измерения


В измерительной практике широко распространены однократные прямые измерения. При таких измерениях показания средств измерений часто являются результатом измерения, а погрешность используемого средства измерений нередко определяет погрешность результата.

К однократным измерениям обращаются при производственной необходимости (разрушается объект измерения, образец или условия измерения не позволяют повторить измерение). Однократные измерения целесообразны и в том случае, если случайная составляющая погрешности измерения мала по сравнению с не исключёнными систематическими погрешностями. При существенной случайной составляющей, результаты однократных измерений будут различаться. Если суммарная погрешность однократного измерения удовлетворяет требуемой точности результата измерения, однократные прямые измерения можно считать приемлемыми.

При повышенных требованиях к точности измерений для уменьшения погрешности результата измерений проводятся многократные измерения одной и той же величины.

Эти однократные измерения повторяются оператором в одинаковых условиях, одними и теми же средствами измерений. Такие измерения применяют при выполнении метрологических работ, а также в научных исследованиях. По результатам многократных измерений проводится анализ, главной особенность которого является получение и использование большего объёма измерительной информации.

Общая последовательность выполнения многократных измерений одной и той же величины сводится к следующему:

  • анализу имеющейся информации и подготовки к измерениям;

  • получению отсчёта (х1);

  • получению (n) значения показаний (х1);

- внесению поправок и получению «n» значений результатов измерений Qi;

  • оценке среднего значения результатов измерений;

  • оценке среднеквадратичного отклонения результатов измерения ;

  • оценке среднего квадратичного отклонения среднего арифметического значения ;

- определению пределов, в которых находится значение измеряемой величины.

Прежде, чем приступить к обобщению результатов измерений, определяют, нет ли в полученных результатах грубых погрешностей.

Применение многократных измерений позволяет повысить точность измерения до определённого предела, но не позволяет получить точное значение поправок и значений составляющих погрешностей. В связи с этим, устанавливают необходимое число измерений (не менее 4), в котором случайная погрешность пренебрежно мала по сравнению с исключённой систематической погрешностью.


^ 1.4.5. Неравноточные измерения.

Обработка результатов неравноточных измерений


В практике исследовательских работ часто встречаются ситуации, когда необходимо найти наиболее достоверное значение величины и оценить его возможные отклонения от истинного значения на основании измерений, проводимых разными экспериментаторами с применением разных измерительных средств и методов измерений в различных лабораториях или условиях внешней среды. Ряды получаемых при этом результатов измерений, называются неравноточными (неравномерными), если оценки их измерений заметно отличаются друг от друга, а среднеарифметическое является оценками одного и того же значения измеряемой величины.

Неравноточные результаты измерений возникают, если заданная величина измерялась средствами измерений различной точности, одинаковой точности при одинаковом числе измерений, но в разных условиях. Во всех этих случаях приходится прибегать к методам обработки результатов неравноточных измерений, задача которых в общем случае заключается в необходимости измерений (меры случайной ошибки анализа).

Рассмотрим общую последовательность обработки результатов неравноточных измерений:

1.Вычисляют веса по формуле


Рi = , (16)


или


Р = , (17)


где Со – const;

- некоторый коэффициент;

- средняя квадратичная погрешность.


Если неизвестна, то Рi при которых проходили измерения. выбирают так, чтобы отношение было как можно ближе к единице.

2.Выбирают приближённое значение Со и вычисляют остатки по формуле


, (18)


где i = 1,2,3…n;

- средняя арифметическая погрешность.

3.Вычисляют общую арифметическую середину по формуле


= Со + . (19)

4.Вычисляют уклонение по формуле


Vi = xi - (20)


и среднеквадратичное отклонение единицы веса по формуле


(21)


осуществляют контроль по формуле


= 0. (22)


5.Вычисляют среднее квадратичное отклонение общей арифметической середины по формуле


. (23)


^ 1.5.Обеспечение единства измерений


1.5.1.Централизованное и децентрализованное воспроизведение

единиц


Высокое качество измерений возможно только при обеспечении единства измерений. Единство измерений – это состояние измерения, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. На государственном уровне деятельности по обеспечению единства измерений регламентируется государственными стандартами ГСИ. Одно из важнейших условий обеспечения единства измерений в стране – создание развитой системы эталонов единиц. Которые воспроизводят, хранят и осуществляют передачу размера физической величины рабочим средствам измерений. Следовательно, высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений, являются эталоны.

Эталон – это средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы с целью передачи её размера нижестоящим по поверчной схеме средствам измерений, выполненное по особой специфики и официально утверждённое в установленном порядке.

^ Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единиц физической величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного образцового средства измерений. Различают воспроизведение основных и производных единиц.

Воспроизведение основной единицы осуществляется путём создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы. Воспроизведение основных единиц осуществляется с помощью государственных первичных эталонов.

Воспроизведение производной единицы – это определение значения физической величины в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой величиной (например, воспроизведение единицы силы – Ньютона, осуществляется на основании известного уравнения механики


F = mg,


где m – масса, кг;

g – ускорение свободного падения.


Создание или совершенствование эталонов представляет собой работу исключительно сложную по точности, кропотливости и трудоёмкости. Требования к точности исходного размера единицы непрерывно повышается и это заставляет непрерывно совершенствовать эталоны.

Воспроизведение единицы осуществляют на эталонной установке по особой регламентированной спецификации. В принципе воспроизведение может быть произведено в любом месте при соблюдении требований, предусмотренных спецификацией. Однако практика измерений показывает, что результаты измерений, произведённые в различных местах с максимальной тщательностью всё же имеют некоторые расхождения. Это подтверждает и практика сличений эталонов – международные сличения и сличения эталонов одной единицы внутри страны. Создание, хранение и применение эталонов,, придание им силы закона, контроль за их состоянием подчиняется правилам, установленным в ГОСТ 8.057-80. Системы воспроизведения единиц передачи их размеров рабочим средствам измерений могут быть централизованными и частично децентрализованными.

Первым способом воспроизводят все основные единицы МСЕ (СИ) и большую часть производных. Главными условиями для централизованного воспроизведения производных единиц являются: широкая распространённость средств измерений, техническая возможность прямых сравнений с эталоном (например, единицы площади – квадратный метр), или если поверка мер посредством косвенных измерений проще, чем их сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность (например, мера вместимости – кубический метр).


^ 1.5.2. Классификация эталонов

Рассмотрим классификацию эталонов




Государственный эталон

первичные

Первичный эталон = Специальный эталон




Вторичные эталоны




Эталон копия Эталон сравнения Эталон – свидетель




Рабочий эталон


Рис.5.Классификация эталонов


Первичным называют эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью (по сравнению с другими эталонами той же единицы). Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий первичным, называют специальным, т.е. в том случае, если прямая передача размера единицы от первичного эталона либо технически не осуществима, либо приводит к большой погрешности.

Первичный или специальный эталон, официально утверждённый Госстандартом в качестве исходного для страны, называется государственным. Государственные эталоны в большинстве случаев, осуществляются в виде комплекса средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающих воспроизведение единицы и её хранение, также передачу размера единицы вторичным эталонам. Государственные эталоны после утверждения вносят в реестр государственных эталонов и хранятся в НПО или НИИ Госстандарта, т.е. в центрах государственных эталонов.

Вторичным называют эталон, получающий размер единицы путём сличения с первичными эталонами рассматриваемой единицы. Вторичные эталоны создают и утверждают в случае необходимости и организации поверочных работ и предохранении государственного эталона от излишнего износа. Вторичные эталоны подразделяются на:

- эталоны копии, предназначенные для передачи размера единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению;

- эталон сравнения, его применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (например, находятся в различных органах метрологической службы и их нельзя транспортировать);

- эталоны свидетели, предназначаются для проверки, сохранности и неизменности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

- рабочие эталоны, их применяют для хранения единицы и передачи её размера образцовым средствам измерения высшего разряда и при необходимости точным рабочим средствам измерений. Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

Вторичные эталоны выполняют в виде: комплекса средств измерений; одиночного эталона; группового эталона; эталонного набора.

Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа (например, вторичные эталоны единицы массы – килограмма (кг) в виде платиново-иридиевой гири №26 и гирь из нержавеющей стали 6,8 и 15).

Групповой набор состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надёжности хранения единицы. Размер единицы, хранимый групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое их значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Групповые эталоны могут быть постоянного и переменного состава (когда меры или измерительные приборы периодически заменяются новыми).

Эталонный набор представляет собой набор мер или набор измерительных приборов позволяющий хранить единицу или измерять величину в определённом диапазоне, в котором отдельные меры или измерительные приборы набора имеют различные номинальные значения. Примером эталонного набора является рабочий эталон единицы плотности жидкостей в виде набора денсиметров, служащих для определения плотностей жидкостей в различных участках диапазона. Для государственных эталонов указывают:

- случайную погрешность воспроизведения единицы, выраженную в виде среднеквадратичного отклонения результата измерений;

- не исключённую систематическую погрешность воспроизведения единицы.

Погрешность для вторичных эталонов указывают с учётом погрешностей передачи размера единицы от соответствующего вышестоящего эталона, выраженных в виде среднеквадратического отклонения результата поверки.

Все эталоны вносят в Государственный реестр эталонов, в котором указывают наименование эталона, его номер, или нанесённый на нём знак, номинальное значение или диапазон значений, метрологические параметры, место создания, дату утверждения Госстандартом и наименование представившего органа метрологической службы, место хранения и фамилию учёного-хранителя. Государственные эталоны хранят в метрологических институтах Госстандарта, которые ведут исследования эталонов и применяют их для передачи размеров единиц вторичным эталонам.

Кроме национальных (государственных) эталонов единиц, существуют международные эталоны хранимые в Международном бюро мер и весов (МБМВ).


^ 1.5.3. Передача информации о размерах единиц от эталонов

средствам измерений


Создание современной, на уровне лучших мировых достижений, эталонной базы страны – не самоцель, необходимо разумно, технически грамотно и экономически рационально передать размер единицы физической величины, воспроизводимой эталоном и далее образцовым средствам измерений вплоть до рабочих средств.

Передача размера одной или несколько взаимосвязанных единиц физической величины от государственного эталона или исходного средства измерений рабочим средствам регламентируется поверочными схемами.

^ Поверочная схема – это нормативный или технический документ, устанавливающий совпадение средств измерений, участвующих в передачи размера единицы от эталона рабочим средствам с указанием методов и погрешностей при передаче, утверждённой в установленном порядке. Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы.

Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений физической величины, имеющиеся в стране.

Ведомственная – на средства измерений, подлежащие поверке внутри ведомства.

Ведомственная – на средства измерений, подлежащие поверке внутри ведомства.

Локальные поверочные схемы – на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы.

Государственную поверочную схему разрабатывают в виде государственного стандарта. Она может возглавляться, как государственным эталоном, так и комплексом образцовых средств измерений. Ведомственная поверочная схема разрабатывается в виде ведомственного нормативного документа, а локальная в виде нормативного документа предприятия. Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить соответствующим государственным поверочным схемам.

Поверочные схемы построены на принципе соподчинения и должны включать не менее двух степеней передачи размера единицы. Поверочную схему для средства измерений одной и той же величины, существенно отличающихся по диапазонам, условиям применения и методам поверки, а также для средств измерений нескольких физических величин допускается подразделение на отдельные части.

Государственные поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части, а ведомственные и локальные преимущественно только из чертежа. На чертеже поверочной схемы обычно указывается:

  • наименование средств измерений и методов поверки;

  • допускаемые значения погрешностей средств измерений;

  • номинальные значения или диапазоны значений физических величин;

  • допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Для ведомственных и локальных поверочных схем допускается указывать конкретные средства измерений. Чертёж поверочной схемы состоит из полей, имеющих следующие наименования: эталоны, образцовые средства измерений и рабочие средства измерений. Чертёж поверочной схемы состоит из полей, имеющих следующие наименования: эталоны, образцовые средства измерений и рабочие средства измерений. Для каждой группы средств измерений указываются вид, погрешность измерений и погрешность передачи размера единиц. На чертеже поверочной схемы под наименованием метода поверки указывается допускаемое значение погрешности метода поверки.

Для повышения точности передачи средствам измерений информации о размерах единиц в настоящее время используют установки высшей точности – это аттестованный в установленном порядке комплекс средств измерений, предназначенных для локально – децентрализованного воспроизведения в особых условиях единицы физической величины с наивысшей точностью, достигнутой в стране, в данной области измерений и передачи её размера нижестоящим средствам измерений. Установку высшей точности создают, когда:

- централизованное воспроизведение единицы физической величины не является экономически целесообразным;

- граничные условия, в которых воспроизводится единица физической величины, имеют специфическую область распространения;

- количество рабочих средств незначительно.

В состав установки включаются средства, при помощи которых производят единицу физической величины, осуществляют её передачу, контролируют неизменность воспроизводимого размера единицы и проводят сличение.


^ 1.6. Математические действия над результатами измерений


1.6.1. Методы анализа и обработки экспериментальных данных


Получение наиболее достоверного результата измерения и оценки его погрешности – основная цель обработки данных, полученных в ходе эксперимента. Выбор метода обработки, в основном, зависит от числа экспериментальных данных (многократные или однократные измерения) и вида измерений (прямые, косвенные, совместные, совокупные) для каждого вида измерений существует свой метод обработки.

Для оценки результата однократного измерения используют результаты специально поставленного эксперимента, а также погрешности используемых средств и методов измерений.

Наибольшее распространение нашли статистические методы обработки, т.е. многократные измерения одной и той же физической величины.

Экспериментальные данные по качеству сырья, полуфабрикатов и готовой продукции оценивают прямыми и преимущественно косвенными методами, в которых погрешность всегда выше, чем в прямых. Это связанно с необходимостью проводить большее число аналитических операций каждая из которых имеет свою погрешность.

В наибольшей степени влияют на общую погрешность эксперимента ошибки, имеющие место при отборе средней пробы, взвешиваний, замере жидких продуктов и реактивов, извлечение какого-либо компонента из исследуемого материала. Таким образом, ошибки (погрешности) являются обязательным спутником любых измерений. Определение погрешности позволяет установить правильность, точность и годность анализа.

По способу вычисления погрешности подразделяются на абсолютные (средняя квадратичная ошибка и относительные (коэффициент вариаций); по характеру причин на: промахи, систематические и случайные.

В зависимости от характера оцениваемой величины ошибка может быть отнесена к единичному измерению, среднему нескольких параллельных определений, к серии однотипных измерений или к методу анализа в целом (ошибка метода).

Промахи – грубые ошибки, допущенные из-за небрежности или некомпетентности работника.

Систематические ошибки – вызываются известными постоянными причинами. Каждая систематическая ошибка анализа однозначна и постоянна по величине. Систематические ошибки могут быть вызваны конструктивными недостатками измерительной аппаратуры, использованием неправильно приготовленных реактивов, неправильной подготовкой проб к анализу. Систематические ошибки должны быть обнаружены и исключены.

Случайные погрешности в отличие от систематических не имеют видимой причины. Они являются неопределёнными по своей природе и величине. В появлении каждой случайной ошибки не наблюдается какой-либо закономерности. Известно, что критерием химического анализа являются точность и воспроизводимость. Точность – мера общей ошибки анализа безотносительно к её природе. Воспроизводимость - мера случайной ошибки анализа.

Результаты многократных химических и биохимических опытов и сопутствующие им случайные ошибки принято характеризовать с помощью двузначных статистических критериев: ширины доверительного интервала (внутри которого лежат результаты отдельных анализов) и доверительной вероятности того, что они не выпадают из этого интервала. При исследовании находят не точное значение генеральной средней, а определённый интервал – доверительный интервал – доверительный интервал около средней, в котором она может быть заключена.

В биохимических и физико-химических исследованиях доверительная вероятность 0,957 () считается достаточно надёжной, но при более точных экспериментальных исследованиях её принимают 0,997.

Доверительной вероятности 0,95 () соответствует уровень значимости 0,05 (q), а доверительной вероятности 0,99 соответствует уровень значимости 0,01.

Для оценки точности проведённых исследований большое значение имеет доверительный интервал. Этот интервал показывает, в каких пределах колеблется точная величина исследуемого компонента в сравнении с генеральным средним значением. Исследования считаются достоверными, если результаты эксперимента не выходят за пределы доверительного интервала.

При обработке результатов анализа необходимо все цифры математически обработать, отбросить незначащие цифры, округлить данные анализа.

В большинстве практических задач все измерения и вычисления ведут с предельной относительной ошибкой порядка 1-5%. В некоторых случаях допускается погрешность до 10%, а при точных исследованиях ошибка может быть 0,5%. Например, если относительная погрешность метода составляет 1%, то при взвешивании пробы в количестве можно ограничиться точностью 0,01, т.к. следующая цифра будет находится за пределами точности метода.


^ 1.6.2. Обработка результатов эксперимента с многократными

измерениями


Многократные экспериментальные данные по качеству сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, проводимые косвенными методами, рекомендуется обрабатывать при помощи критерия Стьюдента.

Математическую обработку результатов эксперимента проводят в следующей последовательности:

1.Исключают грубые ошибки (промахи).

Для этого располагают все измерения в порядке возрастания и предполагают «выскакивающие» величины, наибольшие или наименьшие. Если величина имеет наибольшее крайнее значение, то составляют отношение


Q = , (25)

где числитель – разность между предполагаемым крайним «выскакивающим»

значением и значением, которое ему предшествует;

знаменатель – разность между наибольшим и наименьшим значением

измерений.

Вычисленную величину «Q» оценивают с помощью табличного значения, которое выбирают в соответствии с выбранным значением уровня значимости «q» и числа измерений «n».

Наличие «выскакивающего» значения будет доказано, если «Q» вычисленное будет больше, чем табличное значение «Q». Также можно проверить и предположение о том, что «выскакивающей» величиной является крайнее наименьшее значение. Рассчитывают аналогичное вышеописанному отношение


Q = , (26)


и сравнивают с табличным значением.


Таблица 5


Значение критерия «Q» для определения грубых ошибок


Число измерений

q = 0,05

q = 0,01

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

15

20

0,941

0,765

0,642

0.560

0,507

0,468

0,437

0,412

0,392

0,376

0,338

0,300

0,988

0,889

0,780

0,698

0,637

0,590

0,555

0,527

0,502

0,482

0,438

0,391


2.Определяют среднее арифметическое значение результатов наблюдений Хi

= , (27)


где х – значение параметра в отдельном опыте;

n – число измерений.

3.Определяют отклонение для среднего значения для каждого результата (xi - ) и полученное отклонение возводят в квадрат. Полученные результаты заносят в табл.6.


Таблица 6

Расчёт квадрата отклонения


Число

измерений

Результаты

определённых измерений

Отклонение от

среднеарифметического

Квадрат

отклонения

хi

(xi - )

(xi - )2

1

2

3

4

и т.д.













хi

)

)


4.Вычисляют экспериментальную оценку дисперсии воспроизводимости S2(xi)

S2(xi) = . (28)


5.Вычисляют экспериментальную оценку стандартного отклонения отдельного деления, S(xi)


S(xi) = . (29)

6.Вычисляют экспериментальную оценку стандартного отклонения среднего результата S()


S() = (30)


7.Получают надёжность полученных результатов по критерию Стьюдента t при заданной доверительной вероятности /0,95 или 0,99. Критерий Стьюдента находят по таблице 3 в зависимости от уровня значимости q, который при заданной вероятности равен 0,5 или 0,01 соответственно, и числа степеней свободы f, которое зависит от количества опытов n.

f = n-1. (31)


Найдя t, зная стандартное отклонение среднего результата, рассчитывают ошибку полученного среднего результата


= t. (32)

8.Устанавливают интервал, в котором с выбранной доверительной вероятностью находится средний результат


. (33)


9.Определяют относительную ошибку


. (34)


Если относительная ошибка оказывается больше 10%, это указывает на то, что грубые ошибки полностью не были исключены. Тогда выявляются вновь грубые ошибки и производят повторную обработку экспериментальных данных.


Таблица 7


Значения критерия Стьюдента при различных уровнях значимости


Число степеней свободы f

Уровень значимости, q

0,05

0,01

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

30

12,71

4,30

3,18

2,78

2,57

2,45

2,37

2,31

2,26

2,23

2,20

2,18

2,16

2,15

2,04

63,66

9,93

5,84

4,60

4,03

3,71

3,50

3,36

3,25

3,17

3,11

3,06

2,01

2,98

2,75



1.7. Квалиметрия


1.7.1. Качество продукции


Для управления и повышения качества продукции необходима количественная оценка его уровня. Область деятельности, связанная с количественной оценкой качества продукции – называется квалиметрией. Квалиметрия – научная область, объединяющая количественные методы оценки качества, используемые для обоснования решений, применяемых при управлении качеством продукции и стандартизации.

Качество продукции /ГОСТ 15467-79/- это совокупность свойств продукции, обуславливающих её пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с её назначением (для продукции общественного питания – удовлетворять физиологические потребности человека в пищевых веществах и энергии с учётом принципа рационального питания).

Продукция общественного питания имеет много свойств, которые могут проявляться при её создании и потреблении, т.е. при разработке, производстве, хранении, транспортировании, использовании.

Свойство продукции – это объективная особенность продукции, которая может проявляться при её создании, эксплуатации или потреблении. Совокупность свойств позволяет отличить один вид продукции от другого. Свойства продукции можно условно разделить на простые и сложные. К числу простых свойств можно отнести вкус, внешний вид, цвет, а к сложным – калорийность, перевариваемость, усвояемость и др.

Качество продукции зависит от качества составляющих её продуктов. Качество продукции можно определить как общую совокупность технических, технологических и эксплуатационных характеристик продукции, посредством которых продукция будет отвечать требованиям потребителя при её потреблении. Измерение качества продукции представляет в основном определение и оценку степени или уровня соответствия продукции этой общей совокупности.

Оценка уровня качества продукции является основой для выбора необходимых управляющих решений в системе управления качества продукции. Оценка уровня качества состоит из следующих этапов:

- выбор номенклатуры показателей качества и обоснование её необходимости и достаточности;

- выбор или разработка методов определения значений показателей качества;

- выбор базовых значений показателей и исходных данных для определения качества оцениваемой продукции;

- определение фактических значений показателей качества и их сопоставление с базовыми;

- сравнительный анализ вариантов возможных решений и нахождение наилучшего;

- обоснование рекомендаций для принятия, управляющего решения.

Содержание каждого из перечисленных этапов и объём работ на каждом существенным образом зависит от цели оценки качества продукции.

Целью оценки обуславливается:

  • какие показатели качества следует выбирать для рассмотрения;

  • какими методами и с какой точностью определять их значения;

  • какие средства для этого потребуются;

  • как обработать и в какой форме представить результаты оценки;

  • какие варианты возможных решений следует сравнивать между собой.

Для оценки качества продукции используют показатели качества. Показатель качества продукции – количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих её качество, рассматриваемая применительно к определённым условиям её создания и эксплуатации или потребления. Показатель качества продукции может выражаться в разных единицах (ккал., процентах, баллах и т.п.), но может быть и безмерным. При рассмотрении показателя качества следует различать, с одной стороны, наименование показателя (влажность, зольность, упругость, вязкость и т.п.), а с другой стороны – вычисленное значение, которое может изменяться.

Продукция может иметь качественные и количественные признаки.

Признак продукции – качественная и количественная характеристика любых свойств или состояний продукции. Качественный признак продукции является её параметром. Параметр продукции количественно характеризует её свойства, в том числе и входящие в состав качества продукции (выражается в физических единицах).


      1. ^ Классификация показателей качества


Основные определения состава и структуры характеризуемых свойств продукции отражает классификацию показателей, применяемых при оценке уровня качества продукции. Возможность управления качеством предполагает необходимость количественной оценки показателей. Для оценки качества продукции общественного питания может применяться следующая система показателей.

По количеству характеризуемых свойств показатели качества могут быть:

  • единичными;

  • комплексными;

  • определяющими;

  • интегральными.

Единичный показатель качества продукции – это показатель, характеризующий одно из свойств (например, содержание влаги в процентах, кислотность хлебобулочных изделий – в градусах, вкус, внешний вид – в баллах).

Единичные показатели могут относится как к единицы продукции, так и к совокупности единиц однородной продукции, характеризуя одно простое свойство.

^ Комплексный показатель – это показатель, характеризующий несколько свойств продукции или одно сложное свойство, состоящее из нескольких простых. Например, комплексным является широко применяемый в системе общественного питания показатель «кулинарная готовность», под которым понимается определенное состояние блюда, которое характеризуется комплексом физико-химических, структурно-механических и органолептических свойств, делающим его пригодность к употреблению. Так же комплексным является показатель качества кулинарной продукции – «пищевая ценность», который характеризуется содержанием белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, т.е. энергетической ценностью, и органолептическими достоинствами.

Комплексный показатель можно рассчитать по формуле

, (35)

где К0 – характеризует «n» различных свойств анализируемого продукта;

Кi – показатель i-го свойства оцениваемого продукта;

Ki – коэффициент весомости показателя.

^ Определяющий показатель качества продукции – это показатель по которому принимают решение оценивать качество. Например, необходимо оценить качество кулинарного изделия по совокупности свойств, показатели качества которых выражаются в баллах. Каждый показатель может иметь 1 из 5 баллов: отлично-5, хорошо-4, удовлетворительно-3, плохо-2, неудовлетворительно-1. В процессе оценки качества для каждого показателя определяется коэффициент весомости (важности).

^ Коэффициент весомости показателей качества продукции – это количественная характеристика значимости данного качества продукции среди других ее показателей качества.

Коэффициенты весомости могут определяться социологическими и экспертными методами, а также на основе анализа влияния данного показателя качества продукции на эффективность ее потребления или реализации.

При установлении коэффициента значимости эксперты руководствуются принципом, для какого блюда, какой показатель качества является наиболее важным. Например, для супов-пюре – это консистенция, для бульонов – прозрачность, для хлебобулочных изделий – пористость и т.д.

Определяющий показатель качества находят следующим образом: оценивают в баллах каждый показатель, а затем полученные средние результаты умножают на коэффициент весомости и произведения суммируют.

Если решение об оценке качества торта принимают учитывая и другие свойства (ккал, сохраняемость), то данные свойства вносят в таблицу с соответствующим коэффициентом весомости.

В системе общественного питания, согласно Положению о бракераже пищи, для оценки качества кулинарной продукции используется 5-бальная система, не учитывающая коэффициента весомости (значимости).

Определяющий показатель может быть комплексным и единичным. Если определяющий показатель является комплексным, то его называют обобщенным. В условиях общественного питания обобщенным показателем может служить пищевая ценность.

^ Интегральный показатель качества продукции определяется как отношение суммарного полезного эффекта от потребления к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию или потребление. Для продукции общественного питания в качестве примера такого показателя можно привести такие показатели как аминокислотный скор, интегральный скор, которые отражают процент соответствия показателей аминокислотного состава или химического состава (соответственно) и того или иного продукта (продукции, полуфабрикатов) формуле сбалансированного питания (например, рисовая крупа по белку отвечает формуле сбалансированного питания на 7%, а треска – на 78%).





оставить комментарий
страница4/7
Дата02.10.2011
Размер1,56 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7
хорошо
  1
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх