Transcript 7.loeng_16.03

Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Mõõtevahendid
• Mõõtevahend on seade mõõtmiseks, kas üksi või
koos ühe või mitme lisaseadme või -seadisega
Eestikeelses tehnilises kirjanduses on üldmõiste hõlmab nii mõõtesüsteemi, mõõturit, mõõteriista,
materiaalmõõtu, mõõtemuundurit, etaloni,
etalonainet kui ka tajurit
X
x
X
MV
MV

x
MV


x
MV
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Keeruka ehitusega mõõtevahend
Energia
manustamine

X
Abiseadis

x
Registreerimine
Edastamine
Registreerimine
Kodeerimine
Väljastamine
Andur
Edastusmõõtevahend
Väljundseadis
Tajur
MÕÕTERIIST
(mõõtevahend)
Edastus-, vahe- või mastaabimuundur
Võimendi
Arvuti
Arvesti
Meerik
Lugemiseadis
Kuvar
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Materiaalmõõt
• Materiaalmõõt (mõõt) on mõõtevahend, mis kogu kasutusaja
jooksul reprodutseerib või esitab püsivalt ühte või mitut kindlat
liiki suurust, kusjuures igale suurusele on omistatud väärtus
Näited: mõõtejoonlaud, kaaluviht, skaalaga või skaalata
mahumõõt, takistuspool, pikkusotsmõõt, signaaligeneraator,
etalonaine ja etalon
• Materiaalmõõdu näit on sellele omistatud suuruse väärtus
• Kuna mõõt säilitab ühte või mitut suuruse väärtust, siis koos
sellega hoiab ta ka selle suuruse tugiviidet (ühikut)
• Mõõdud kehastavad suuruse väärtusi vastavate suuruste
tugiviidetes (ühikutes)
Näited: kaaluviht (massi mõõt) kehastab massi väärtust näiteks
kilogrammides või grammides, mõõtekolb mahtu näiteks
kuupdetsimeetrites või milliliitrites, pindepaksusmõõt aga
pindepaksust näiteks mikromeetrites
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Materiaalmõõt
• Mingi suuruse teatud väärtuste kogumi hoidmiseks ja
reprodutseerimiseks moodustatakse tavaliselt üksikmõõtudest
komplektid või kogumid
Näide: kaaluvihtide, pikkusotsmõõtude ja mõõtekolbide
komplektid ning elektritakistuste salved
• Väärtust või väärtusi, mille kehastamiseks mõõt on
valmistatud, nimetame kirjeväärtus(t)eks (selles mõistes
kasutatakse ka termineid nimiväärtus ja nominaalväärtus)
• Kirjeväärtus on ümardatud või ligikaudne väärtus, mis viitab
mõõdu kasutamisvõimalustele
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Materiaalmõõt
• Materiaalmõõt (mõõt) hoiab ja reprodutseerib
suuruse väärtust (sisendit ei oma) ja väljastab selle
väärtuse kas mõõdise x või mõõtesignaali  kujul
x, 
MÕÕT
• Eelnevalt akrediteeritud laboris kalibreeritud mõõt ja
saadud kalibreerimistulemus võimaldavad kasutada
mõõtu mõõtevahendi kalibreerimiseks (taatlemiseks)
- siis nimetame seda mõõtu tööetaloniks
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Etalon
• Etalon on antud suuruse määratluse realiseering, mille väärtus
ja sellega seotud mõõtemääramatus on teada ning mida
kasutatakse suuruse tugiväärtusena
• “Antud suuruse määratluse realiseering” võib olla saavutatud
mõõtesüsteemi, materiaalmõõdu või etalonaine abil
Näited: 1 kg massietalon standardmääramatusega
3 µg ja 100  etalontakisti standardmääramatusega 1 µΩ
Komplekt kortisooli võrdluslahuseid inimseerumis, mille iga
lahuse jaoks on antud kortisooli ainehulga kontsentratsiooni
sertifitseeritud väärtus ja standardmääramatus
Tseesiumi sagedusetalon suhtelise standardmääramatusega
21015
Etalon
• Etaloni kasutatakse sageli suuruse
tugiväärtusena mõõdiste ja seotud
mõõtemääramatuste omistamisel teistele sama
liiki suurustele, seejuures saavutades
metroloogilise jälgitavuse teiste etalonide,
mõõtevahendite või mõõtesüsteemide
kalibreerimise kaudu
• Etaloniga seotud standardmääramatus on alati
seda etaloni kasutades saadud mõõtetulemuse
liitmääramatuse komponent
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Etalonide tase
• Primaaretalon on etalon, mis on sisse seatud
primaarse tugiprotseduuri alusel või loodud
lepinguliselt valitud artefaktina
Rakendatav niihästi põhi- kui tuletatud suuruste
korral ja etaloni loomisel lähtutakse füüsikalistest
nähtustest, mis on väga suure täpsusega korratavad
Näited: rõhu primaaretalon, mis tugineb jõu ja
pindala eraldi mõõtmisele
Vee kolmikpunkti rakk termodünaamilise
temperatuuri primaaretalonina
• Sekundaaretalon on etalon, mis on kehtestatud sama
liiki suuruse primaaretaloni suhtes kalibreerimise
teel
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Etalonide jagunemine:
•
•
•
•
•
•
•
rahvusvaheline etalon – etalon, mida tunnustavad rahvusvahelise
lepingu allkirjastajad ja mis on mõeldud ülemaailmseks kasutamiseks
(rahvusvaheline kilogrammi prototüüp)
riigietalon – etalon, mida pädev asutus tunnustab riigis või
majanduses toimiva alusena vaadeldud liiki suuruse teistele
etalonidele suuruse väärtuse omistamiseks
tugietalon – etalon, mis on ette nähtud teatud liiki suuruste teiste
etalonide kalibreerimiseks antud organisatsioonis või paikkonnas
tööetalon – etalon, mida kasutatakse mõõtevahendite või -süsteemide
rutiinseks kalibreerimiseks või tõendamiseks
ülekande mõõteseade – seade, mida kasutatakse vahelülina etalonide
võrdlemisel (vahel kasutatakse selleks ka etalone)
mobiiletalon – mõnikord erikonstruktsiooniga etalon eri paikkondade
vahel transportimiseks
olemuslik etalon – nähtuse või aine lahutamatul taasesitataval
omadusel põhinev etalon (olemuslik elektrilise pinge etalon
Josephsoni efekti baasil)
Mõõtevahendid, nende liigid
ja üldiseloomustus
• Etalonaine – teatud omaduste suhtes piisavalt homogeenne ja
stabiilne aine, mis on tuvastatud olema sobiv kasutamiseks
mõõtmisel või nimitunnuse hindamisel
• Näited:
• Kindla puhtusega vesi, mille dünaamilist viskoossust
kasutatakse viskosimeetrite kalibreerimiseks (sobiv mõõtmisel)
• Kalakude, mille teatud diolsiini sisaldusel on kindel osamassi
väärtus ja mida kasutatakse kalibraatorina (sobiv mõõtmisel)
• Värvuskaart, mis näitab ühte või mitut kindlat värvust (sobiv
nimitunnuse hindamisel)
• DNA ühend, mis sisaldab kindlat nukleotiidide järjestust (sobiv
nimitunnuse hindamisel)
• Uriin, mis sisaldab 19-androstenediooni(sobiv nimitunnuse
hindamisel)
Mõõtevahendid, nende liigid
ja üldiseloomustus
• Sertifitseeritud etalonaine – pädeva asutuse poolt väljastatud
dokumentatatsiooniga varustatud etalonaine, mis kasutades
kehtivaid protseduure annab ühe või mitme kindlat omadust
iseloomustava suuruse väärtused, seotud määramatused ja
jälgitavused
• “Dokumentatsioon” on antud tavaliselt “sertifikaadi“ kujul
• Näide
• Inimseerum, mille kolesterooli massikontsentratsioonile
omistatud väärtus ja mõõtemääramatus on esitatud
kaasasolevas tunnistuses ja mida kasutatakse kalibraatorina
või mõõteõigsuse kontrollmaterjalina
• Sertifitseeritud etalonainete suuruste kindlad väärtused
nõuavad metroloogilist jälgitavust koos seotud
mõõtemääramatustega
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Etalonide ja tavamõõtevahendite seosahel
Teise riigi riigietalon
Rahvusvaheline
etalon
Riigietalon
Tugietalonid
Tööetalonid
Mõõte- ja katsevahendid
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Mõõtevahendite väljundseadised
• Näidik – mõõtevahedi osa, mis esitab näitu
• Skaala – näidiku osaks olev korrastatud skaalamärkide kogum
• Skaalajaotise pikkus – kahe kõrvutise skaalamärgi vaheline
kaugus
• Skaalajaotise väärtus – kahele kõrvutisele skaalamärgile
vastavate väärtuste vahe
• Riistmääramatus – mõõtemääramatuse komponent, mis on
tekitatud kasutuseloleva mõõtevahendi või -süsteemi poolt
• Täpsusklass – kindlaksmääratud metroloogilistele nõuetele
vastav mõõtevahendite või- süsteemide klass, kusjuures
nõuded on sätestatud kindlatel kasutustingimustel
mõõtehälvete või riistmääramatuse hoidmiseks ettenähtud
piirides (tähistatakse leppelise numbri või tähisega)
Mõõtevahendid, nende liigid
ja üldiseloomustus
• Maksimaalselt lubatav mõõtehälve –
mõõtevahendi või -süsteemi
spetsifikatsioonis või eeskirjas lubatav
mõõtehälbe maksimaalne väärtus suuruse
mingi teadaoleva tugiväärtuse suhtes
• Kahe piirväärtuse korral kasutatakse terminit
“maksimaalselt lubatavad mõõtehälbed”
• Nullihälve – mõõtehälve tugiväärtusel, kui
mõõtesuuruse kindlaksmääratud väärtus on
null
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Kasutustingimused
• 1. Püsivad kasutustingimused
• Mõõtevahendi või -süsteemi kasutustingimused, mille korral isegi
ajas muutuva mõõtesuuruse puhul jääb kehtivaks kalibreerimisel
tuvastatud seos
• 2. Normitud kasutustingimused
• Kasutustingimused, mille peab mõõtmise jooksul kindlustama, et
mõõtevahend või -süsteem toimiks ettenähtud korras
• 3. Kasutamise piirtingimused
• Äärmuslikud tingimused, mille toimet mõõtevahend või –süsteem
peab taluma kahjustusteta ja täpselt määratletud metroloogiliste
parameetrite halvenemiseta selle edaspidisel kasutamisel normitud
kasutustingimustes
• 4. Kasutamise tugitingimused
• Kasutustingimused, mis on ette kirjutatud mõõtevahendi tegususe
hindamiseks või mõõdiste vastatastikuseks võrdlemiseks
(tingimused, mille puhul saadakse vähim võimalik riistmääramatus)
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Kasutustingimused
Kasutamise
tugitingimused
Normitud
kasutustingimused
Kasutamise
piirtingimused
Mõõtevahendit kahjustavad tingimused
Mõõtevahendid, nende liigid ja
üldiseloomustus
• Mõõtevahendite kontroll
• Tüübikinnitus – toiming, mille käigus tehakse kindlaks, kas
antud tüüpi mõõtevahendiga mõõtmisel võib eeldada etteantud
täpsuse säilimist kindlaksmääratud ajavahemiku jooksul, ja
väljastatakse tüübikinnitustunnistus
• Tõendamine (taatlemine ) – objektiivne kinnitus, et antud objekt
täidab kindlaksmääratud nõudeid (kohustuslik tegevus,
mõõtevahendite korral on eelduseks kehtiv tüübikinnitus)
• Kalibreerimine – menetlus, mis teatud tingimustel määrab
kindlaks seose etalonide abil esitatud suuruse väärtuste ja
mõõtemääramatuste ning vastavate näitude ja
mõõtemääramatuste vahel, ning seejärel kasutab seda infot
seose fikseerimiseks, et näidu alusel saada lõplik
mõõtetulemus (vabatahtlik tegevus)
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Kalibreerimise mudel
  f ( x1 , x 2 ,..., x i ,..., x N )
• Kalibreerimistulemus δ on parandi väärtuse hinnang
ja on täielik ainult siis, kui sellega kaasneb info selle
tulemuse määramatuse kohta
• Mõõtevahendi kalibreerimiseks tuleb valida labor,
millel on antud alal sobiv mõõtevõime, st et labor on
võimeline mõõtevahendit kalibreerima piisavalt
väikese laiendmääramatusega
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Kalibreeritava mõõtevahendiga etaloni
otsemõõtmine
E
xE
KM
x
δ = xE – x
N 2
  xE  x 
x
i 1
i
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Etaloni ja kalibreeritava mõõtevahendiga ühe ja sama
mõõteobjekti mõõtmine
xMO
E
MO
xMO
KM
x
xE
δ = xE – x
N 2
  xE  x 
x
i 1
i
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Komparaatoriga mõõdetakse etaloni ja kalibreeritava
mõõdu poolt reprodutseeritavat mõõtesuurust
E
xE
x
K
xK
  xK 
N 1

i 1
xi
KM
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Parand ja selle määramatus
• Mõõtevahendi parandi hinnang
  x E   x E  ( x   x näit   x obj   x kesk )
u ( ) 
u ( x E )  u ( x näit )  u ( x obj )  u ( x kesk )
2
2
2
2
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Parandi tunnusjoon
y ( )  a 0  a1 x  ...  a m x
m
• Tegurite arvutuse aluseks olev võrrandisüsteem
a 0  L  a 1  x E  ...  a m  x E   y  
m
m 1
a 0  x E  a 1  x E  ...  a m  x E
2
…
…
…
m 1
a 0  x E  a1  x E
m
…
  x E  y  
…
…
mm
 ...  a m  x E
U y  k  u  y ( ) 
  x E  y  
m
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Kalibreerimistulemuste ümardamine
• Kalibreerimistulemuste ümardamisreegel:
• anda kalibreerimise tellinud mõõtevahendi valdajale
võimalus kalibreerimistulemuste kasutamiseks oma
mõõteülesande lahendamisel kalibreeritud
mõõtevahendit kasutades
• ümardada tuleb ülimalt selle kümnendkohani,
millega on fikseeritav kalibreeritud mõõtevahendi
näit
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Kalibreerimisvõime
• Kalibreerimisvõime – väikseim mõõtemääramatus,
mille labor võib saavutada oma tegevusvaldkonna
mingis lõigus, rutiinselt kalibreerides etalone või
tavamõõtevahendeid
• Iseloomustatakse laiendmääramatusega
usaldatavustasemel 95 %
• On üheks parameetriks, mida kasutatakse
akrediteeritud labori tegevusulatuse määramisel
Mõõtevahendite kalibreerimine
• Metroloogiline jälgitavus – mõõtetulemuse
omadus, mille abil saab seda tulemust seostada
tugiviitega dokumenteeritud katkematu
kalibreerimisastendiku kaudu, kus iga kalibreerimine
annab panuse mõõtemääramatusse
• Tugiviiteks võib olla mõõtühiku praktiline kehastus
või mõõteprotseduur, mis sisaldab
mitteordinaalsuuruse mõõtühikut, või etalon
• Metroloogilise jälgitavuse tarvilik tingimus on toimiv
kalibreerimisastendik
Mõõtevahendite
kalibreerimine
• Kalibreerimisastendik – kalibreerimiste
järjestus tugiviitest kuni sihtmõõtevahendini,
kus iga kalibreerimise tulemus sõltub
eelneva kalibreerimise tulemusest
• Iga kalibreerimisega piki kalibreerimise
järjestust mõõtemääramatus tingimata
suureneb
• Kalibreerimisastendiku elementideks on üks
või mitu etaloni ja mõõtesüsteemi, mida
kasutatakse kooskõlas
mõõteprotseduuridega