Коловский Ю В. и др. Метрология, стандартизации и технические измерения. Пособие по курсовому проектированию

Подождите немного. Документ загружается.

поскольку её весьма сложно формализовать. Именно по этой причине и

используются в таких системах дескрипторные языки. Но при их

использовании полного совпадения поискового предписания с каким-то

поисковым образом практически никогда не будет. Поэтому необходимо

иметь возможность каким-то образом оценивать степень их частичного

совпадения. Если эта степень совпадения будет выражена

количественно, то

тогда критерием отбора документа может быть просто число,

соответствующее той минимальной степени совпадения поискового образа с

поисковым предписанием, при достижении или превышении которого

данный документ будет считаться соответствующим запросу. В простейшем

виде данный критерий может быть представлен как отношение числа С

дескрипторов данного поискового образа, совпадающих с дескрипторами

поискового предписания, к общему числу Р дескрипторов поискового образа:

С/Р



R , (2.6)

где R - назначенный порог отбора (R



1).

Однако, такой критерий является недостаточно эффективным, т.к.

смысловая важность различных дескрипторов в поисковом образе различна.

Это можно учесть с помощью весовых коэффициентов, которые ставятся в

соответствие каждому дескриптору поискового предписания. Числовые

значения весовых коэффициентов должен определять сам потребитель при

формулировке информационного запроса, пользуясь при этом какой-то

стандартной шкалой.

В этом случае, более важные для пользователя

дескрипторы будут иметь больший весовой коэффициент, а менее важные –

меньший.

Это существенно повышает эффективность поиска. Недостатком такой

системы является то обстоятельство, что пользователь не может сам

сформулировать поисковое предписание в виде перечня дескрипторов, т. к.

не знает словаря данного ИПЯ и его синтаксиса. Он

может сформулировать

запрос лишь на естественном языке. Выход здесь состоит в применении

диалоговых систем. Именно такие системы сейчас считаются наиболее

перспективными. Это тесно смыкается и с общими направлениями развития

информационных систем – создание широко разветвленных

информационных сетей, к которым каждый пользователь может

подключаться через свой персональный компьютер. В этом случае все

отмеченные проблемы снимаются, и работа такой системы в режиме поиска

выглядит следующим образом:

- пользователь на естественном языке формулирует информационный

запрос;

- ИПС переводит его на ИПЯ и выдаёт пользователю формулировку

поискового предписания в виде перечня дескрипторов и предлагает против

каждого дескриптора поставить значения весовых коэффициентов, взятых из

предлагаемой шкалы, а также

указать желаемую степень полноты отбора

(обычно их не более 3-5). От выбора степени полноты отбора будет зависеть

назначение порога отбора R (самой низкой степени полноты будет

соответствовать самое высокое значение порога R, при этом будут отобраны

лишь документы, в максимальной степени соответствующие поисковому

предписанию);

- в соответствии с указанными весовыми коэффициентами и требуемой

степенью полноты отбора ИПС определяет пороговое значение критерия R и

проводит отбор поисковых документов;

- по адресам, содержащимся в поисковых образах отобранных

документов, система извлекает из массива библиографических описаний и

рефератов соответствующие описания и выдаёт

их пользователю;

- пользователь по библиографическим описаниям и рефератам

производит окончательный отбор документов и отмечает, какие из них хотел

бы получить полностью;

- ИПС извлекает из внешней памяти полные тексты этих документов и

транслирует их пользователю, где они формируются в памяти его ПЭВМ. А

далее пользователь использует их по своему усмотрению:

распечатывает,

сохраняет в памяти ПЭВМ или после прочтения стирает.

Начиная с 70-х годов, во всем мире было создано множество

разнообразных автоматизированных ИПС на базе ЭВМ с использованием

различных дескрипторных языков, различной организацией хранения и

поиска документов и различными алгоритмами формирования поисковых

предписаний и их сравнения c поисковыми образами. Однако, в настоящее

время

, в связи с объединением банков данных, ИПС и локальных

вычислительных сетей в единую информационную сеть INTERNET,

возникла настоятельная потребность в стандартизации способов обращения к

ИПС и внешнего интерфейса, чтобы любой пользователь, соединившись с

данной ИПС, имел возможность получить необходимую информацию.

Поэтому для включения конкретной автоматизированной ИПС в единую

информационную сеть должна

быть проведена большая работа, связанная с

техническим и программным обеспечением функционирования данной ИПС

в информационной сети.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Оценивание погрешностей средств измерений

Общие положения

Необходимо иметь в виду, что любой результат измерений содержит

погрешность измерений.

Погрешность измерений наиболее часто выражается одним из

следующих способов:

- границами, в пределах которых с вероятностью Р находится

погрешность измерений;

- средним квадратическим отклонением (СКО) погрешности

измерений.

В ряде случаев погрешность средств измерений выражают

характеристиками систематической и случайной составляющих:

- границами, в пределах которых с вероятностью Р находится

неисключенная систематическая составляющая погрешности измерений или

СКО неисключенной систематической составляющей погрешности

измерений;

- СКО случайной составляющей погрешности измерений.

В зависимости от использования и способа получения погрешность

средств измерений может быть указана в следующем виде.

1. Нормы погрешности измерений или нормы точности измерений

(требований к погрешности измерений). Требования к погрешности

измерений обычно выражают следующим образом: «Погрешность измерений

не должна выходить за границы + А; −В с вероятностью Р» или «СКО

погрешности измерений не должно превышать D».

Если заданная вероятность Р = 1 и границы А и В по модулю равны, то

требования к погрешности измерений указывают следующим образом:

«Предел допускаемых значений погрешности измерений А».

Границы А и В можно указывать в виде абсолютных значений (в

единицах измеряемой величины) или относительных значений (в % от

значения измеряемой величины). Нормы погрешности измерений указывают

в техническом задании на разработку методики выполнения измерений

(МВИ), в технических условиях в качестве требований к точности измерений

при контроле и испытаниях продукции и в других нормативных документах.

2. Приписанная характеристика погрешности измерений − это

характеристика погрешности любого результата измерений, полученного при

соблюдении требований и правил данной методики выполнения измерений

(МВИ). Приписанную характеристику погрешности измерений указывают в

документе на МВИ.

Обычно приписанное значение погрешности измерений выражают в

виде модуля границ, в пределах которых погрешность измерений находят с

вероятностью, практически равной 1. При этом эта вероятность не

указывают.

Если норма погрешности измерений выражается «погрешность

измерений НЕ ДОЛЖНА ПРЕВЫШАТЬ ...» то приписанная характеристика

выражается «погрешность измерений НЕ ПРЕВЫШАЕТ...».

Приписанные значения и статистические оценки погрешности не

следует смешивать с нормами точности измерений, так как. методы их

установления и использование различны.

3. Статистическая оценка характеристики погрешности измерений

отражает близость уже полученного результата (результатов) измерений к

истинному значению измеряемой величины. Таким образом, статистические

оценки справедливы только для тех условий, в которых выполнялся

эксперимент или расчетно-экспериментальная процедура.

Обычно статистическая оценка погрешности измерений выражена

оценками нижней и верхней границ (доверительным интервалом), в пределах

которых с доверительной вероятностью Рдов находится погрешность

измерений.

Статистическая оценка характеристики погрешности измерений

обычно приводится в отчете об исследованиях, в процессе выполнения

которых используют разработанные для данных исследований

специальные измерительные процедуры или неаттестованные МВИ, в отчете

о некоторых метрологических НИР.

Нормы, приписанные характеристики и статистические оценки

погрешности измерений выражают не более чем двумя значащими цифрами.

Необходимо учитывать, что при косвенных измерениях в составе

погрешности измерений имеют место методические составляющие. Кроме

того, в состав погрешности измерений может входить личностная

составляющая погрешности при «ручной»обработке результатов регистрации

на диаграммах самопишущих приборов.

Исходные данные для оценивания погрешности средств измерений

Для оценивания погрешности средств измерений обычно необходимы

четыре группы исходных данных: об измеряемой величине, о

метрологических характеристиках используемых средств измерений и об

условиях эксплуатации средств измерений (о внешних влияющих

величинах).

Исходная информация об измеряемой величине должна включать:

- диапазон измерений, номинальное (среднее) значение либо значение,

для которого оценивается погрешность измерений;

- при измерении средних или интегральных (суммарных) значений

дополнительно;

- число точек «отбора» информации об измеряемой величине, их

распределение в пространстве, интервал времени усреднения или

интегрирования (суммирования);

- частотные характеристики для быстро меняющихся измеряемых

величин (сравнительно с инерционностью используемых средств измерений).

Метрологические характеристики средств измерений следующие:

- пределы допускаемых значений основной погрешности;

- пределы допускаемых значений дополнительных погрешностей при

наибольших отклонениях внешних влияющих величин от нормальных

значений либо максимально допускаемые значения коэффициентов влияния;

- некоторые частные динамические характеристики (чаще всего время

установления показаний или выходного сигнала при скачке на входе);

- сведения о характеристиках вспомогательных устройств, которые

могут оказать существенное влияние на погрешность измерений (например,

отклонения от номинальных значений термоЭДС, удлиняющих

термокомпенсационных проводов для термопар, сопротивление

соединительных проводов для термометров сопротивления и др.).

Сведения об условиях эксплуатации средств измерений должны

включать нормальные (номинальные) значения характеристик внешних

влияющих величин и границы возможных отклонений от этих значений в

процессе эксплуатации.

Для анализа размеров методических составляющих погрешности

измерений необходимы априорные сведения о возможных источниках этих

составляющих из специальной литературы или результатов специальных

исследований, если они проводились до разработки данной МВИ.

Рис.2. Типичная процедура расчетного оценивания погрешности измерений

Расчет составляющих

по

решности измерений

Исходная

ин

мация

Наиболее важные

изме

яемые величины

Предварительное с

ммирование

составляющих

погрешности измерений

Измеряемые величины, не

относящиеся к наиболее

важным

Выделение с

щественных

ставляющих погрешности

Нес

щественные

составляющие

погрешности

Определение причин неточности

расчета существенных составляющих

погрешности

Пол

чение дополнительной

информации для более точного

расчета существенных составляющих

погрешности

Расчет с

щественных составляющих

погрешности по уточненной

информации

ммирование составляющих

погрешности измерений

Оценка характеристики

погрешности

Выбор расчетной, экспериментальной или расчетно-экспериментальной

процедуры оценивания погрешности средств измерений

Расчетные методы оценивания погрешности средств измерений

используют в тех случаях, когда нет условий для применения

экспериментальных методов. Кроме того, расчетные методы оценивания

погрешности измерений предпочтительны при наличии исходной

информации, достаточной для получения результатов расчета с необходимой

точностью.

Чем полнее и конкретнее исходные данные, тем точнее результаты

расчета погрешности измерений, тем ближе полученные при расчете

характеристики погрешности измерений к действительным характеристикам.

Корректные методы расчета погрешности измерений требуют подробной

исходной информации о характеристиках случайных и систематических

составляющих погрешностей средств измерений и вспомогательных

устройств, о частотных спектрах измеряемой и внешних влияющих величин.

Такими сведениями в большинстве случаев те, кто аттестуют МВИ, не

располагают. Ограниченная исходная информация приводит к определенной

неточности результатов расчета погрешности измерений.

К расчетным методам оценивания погрешности средств измерений

относят и имитационное моделирование нестабильности метрологических

характеристик средств измерений, влияния внешних факторов и динамики

изменений измеряемой величины на погрешность измерений.

Экспериментальные методы оценивания погрешности измерений могут

быть применены при выполнении следующих условий:

- имеются средства измерений контролируемой величины с

погрешностью, которую можно считать несущественной в реальных

условиях эксперимента по оцениванию погрешности измерений;

- имеется возможность создать все существенные комбинации внешних

влияющих величин и значений самой измеряемой величины, характерные

для разрабатываемой МВИ.

В результате эксперимента получают статистические оценки

погрешности измерений или ее составляющих, относящиеся к конкретным

объектам измерений, экземплярам средств измерений, значениям внешних

влияющих величин и т. п. Чтобы получить приписанные значения

характеристик погрешности измерений, экспериментальные исследования

погрешности необходимо осуществлять на представительной выборке

объектов, средств и условий измерений.

Обычно прямое экспериментальное оценивание погрешности

измерений в реальных (производственных) условиях измерений практически

весьма затруднено из-за недоступности точки отбора информации об

измеряемой величине, недоступности входа датчика (например, термопары,

сужающего устройства в трубопроводе и т. п.), отсутствия средств измерений

необходимой точности, способных работать в производственных условиях, и

других ограничений. В производственных условиях экспериментальным

способом можно оценить погрешность лишь части измерительного канала, т.

е. некоторые составляющие погрешности измерений.

Необходимо также иметь в виду, что экспериментальное оценивание

погрешности средств измерений и ее составляющих дает приближенные

результаты из-за невозможности полностью выполнить приведенные выше

условия.

Наиболее рациональной процедурой оценивания погрешности измерений

при разработке большинства МВИ является расчетно-экспериментальная

процедура.

Эта процедура заключается в расчетном или экспериментальном

оценивании составляющих погрешности измерений и дальнейшем расчетном

суммировании этих составляющих. Экспериментальными методами

оцениваются те составляющие погрешности измерений, для которых могут

быть выполнены указанные выше условия.

Типичные процедуры оценивания погрешности средств измерений

Оценивание погрешности средств измерений начинают с анализа

возможных источников и составляющих погрешности измерений. Следует

обратить внимание на возможность наличия методических составляющих

погрешности при косвенных методах измерений.

Целесообразно определить, относится ли измеряемая величина к

наиболее важным параметрам, и погрешность измерения таких параметров

необходимо оценивать более тщательно.

К важным параметрам, обычно относятся:

а) измеряемые величины, определяющие безопасность, а также

связанные с обеспечением взаимных расчетов (товарно-коммерческие) и

определением важнейших технико-экономических показателей;

б) измеряемые величины, связанные с оптимизацией режимов

технологических процессов и координацией потоков сырья или энергии,

когда неоптимальность этих величин может привести к значительным

потерям.

В ряде случаев используют некоторые способы уменьшения

погрешности измерений. При аттестации средств измерения необходимо

проанализировать корректность применяемых методов снижения

погрешности измерений.

Одним из типичных способов уменьшения погрешности измерений

является внесение в результаты измерений поправок, если систематическая

составляющая погрешности существенна и незначительно изменяется в

течение интервала времени действия поправки.

Например, при измерениях температуры с помощью термопар их

погрешности составляют основную часть погрешности измерений.

Погрешности термопар после года их эксплуатации изменяются очень

медленно. Поэтому для повышения точности в результаты измерений могут

вводиться поправки на отклонения характеристик конкретных термопар от

номинальных значений. Эти поправки могут быть получены при

периодических поверках (калибровках) термопар. Такой способ уменьшения

погрешности измерений можно признать корректным и эффективным.

Другим способом уменьшения погрешности измерений является

усреднение результатов многократных измерений. Этот способ применяют

при существенной и относительно высокочастотной случайной

составляющей погрешности измерений. При этом необходимо убедиться, что

погрешности результатов однократных измерений независимы или слабо

коррелированы.

Типичная процедура расчетного оценивания погрешности измерений

схематически показана на рис.2. Эта процедура состоит из следующих

основных блоков.

Расчет составляющих погрешности средств измерений

Расчет составляющих погрешности средств измерений выполняется на

основе исходной информации для заданных значений измеряемой величины

либо для номинальных или средних ее значений.

Результаты расчета целесообразно выражать в виде границ

составляющих относительной погрешности. Если заданное или номинальное

(среднее) значение измеряемой величины равно или близко к 0, то

рассчитывают границы составляющих абсолютной погрешности в единицах

измеряемой величины.

Если метрологические характеристики средств измерений

нормированы в виде основных и дополнительных погрешностей, то расчет

границ инструментальных составляющих (кроме динамических),

погрешности измерений выполняется следующим образом:

а) оценка границы i-ой составляющей относительной погрешности

измерений, вызываемой основной погрешностью i-го средства измерений:

100

oi вн

ioi oi

ном ном

 





  

где



– предел допускаемых значений относительной основной погрешности

i-го средства измерений; 

– то же для абсолютной основной погрешности;



– то же для приведенной основной погрешности, нормированной от

разности приделов измерений; X

ном

– заданное или номинальное (среднее)

значение измеряемой величины, для которого рассчитывается погрешность

измерений; X

, X

– верхний и нижний пределы измерений i-го средства

измерений (в тех же единицах, что и X

ном

Если



нормирован для верхнего предела измерений, то X

= 0;

б) оценка границы составляющей относительной погрешности,

вызываемой j-й внешней влияющей величиной, при нормировании пределов

допускаемых значений относительной



дij

, абсолютной



дij

, приведенной



дij

й дополнительной погрешности при наибольших отклонениях j-й внешней

влияющей величины от нормального значения:

100

дij

вн

ij дij дij

ном ном

 





 

При нормировании пределов допускаемых значений коэффициентов

влияния:

100

дij дij дij

вн

ij jмм jм

jjном j ном











 

 

где

дij





− предел допускаемых относительных значений коэффициента

влияния (



дij

− предел допускаемых значений дополнительной относительной

погрешности при отклонении j-й влияющей величины на 

);

дij



- то же для

абсолютных значений коэффициента влияния;

дij





− то же для приведенных

значений коэффициента влияния, нормированного от разности пределов

измерений; 

jм

− наибольшее отклонение внешней влияющей величины от

нормального значения (в единицах 

Если



дij

нормирован от верхнего предела измерений, то X

= 0.

Если в составе метрологических характеристик средств измерений

нормированы характеристики случайных и систематических составляющих

погрешности, то расчет составляющих погрешности измерений выполняется

согласно Методических указаний РД 50-453−84 «Характеристики

погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы

расчета».

Оценивание динамических составляющих погрешности измерений

может быть выполнено в соответствии с РД 50-453−84 по динамическим

характеристикам средств измерений, определенных по Рекомендации МИ

2090−90 «ГСИ. Определение динамических характеристик линейных

аналоговых средств измерений с сосредоточенными параметрами. Общие

положения».

Методические составляющие погрешности измерений определяют по

результатам специальных исследований, анализа условий, процедуры

измерений и алгоритма расчета конечного результата измерений.

Предварительное суммирование составляющих погрешности

измерений

а) при последовательном (одноканальном) соединении средств

измерений и вспомогательных устройств оценку границы относительной

погрешности вычисляют следующим образом:







где



− оценка границы i-й составляющей относительной погрешности

измерений (см. выше), а также методической составляющей погрешности; К

= 1 для оценок границ погрешности измерений величин, не относящихся к

наиболее важным; К = 1, 2 для оценок границ погрешности наиболее важных

измеряемых величин.

При измерениях особо значимых величин оценка границы

относительной погрешности измерений может быть получена

арифметическим суммированием оценок границ составляющих:















при этом необходимо иметь в виду, что получаемая оценка



существенно

завышена;

б) при параллельном соединении средств измерений и

вспомогательных устройств оценку границы относительной погрешности

при измерении средних значений величин XI, Х2, Xi... вычисляют

следующим образом:







где m − число однотипных параллельных ветвей (точек измерений);



−

оценка границы i-й составляющей относительной погрешности параллельной

ветви измерительной схемы из числа r составляющих погрешности

параллельной ветви (вычисляется как указано выше);



−оценка границы j-й

составляющей относительной погрешности общей ветви измерительной

схемы из числа p составляющих погрешности общей ветви (вычисляется как

указано выше);

в) при определении суммы нескольких измеряемых величин оценка

границы относительной погрешности суммы результатов измерений этих

величин вычисляется следующим образом:





 



где



− оценка границы относительной погрешности измерений при S-М

измерении; X

− среднее значение S-го измерения;

г) при определении разности двух измеряемых величин оценка границы

относительной погрешности разности результатов измерений этих величин

вычисляется следующим образом:





11 2 2

ном ном







где





12ном ном

XX − абсолютное значение (модуль) разности номинальных

значений Х

1ном

первой и X

2ном

второй измеряемых величин, для которого

рассчитывается оценка относительной погрешности их разности;



−

оценки границ относительных погрешностей измерений первой и второй

измеряемых величин.