Metrologia. <ZiIP, sem. III, 2009/2010>

1. Metrologia – zadania, podział i zastosowanie.Metrologia, miernictwo, jest to nauka o pomiarach. Obejmuje ona wszystkie teoretyczne i praktyczne problemy związane z pomiarami, niezależnie od rodzaju wielkości mierzonej i dokładności pomiarów. Można wyróżnić metrologię:

Ogólną: obejmującą zagadnienia pomiarów wspólne dla wszystkich zastosowań (np. układy jednostek miar, właściwości narzędzi pomiarowych).

Stosowaną: odnoszącą się do określonego rodzaju wielkości mierzonej lub obejmująca pomiary w określonych dziedzinach (np. metrologia warsztatowa, metrologia elektryczna).

Prawna: zajmuje się zagadnieniami odnoszącymi się do jednostek miar, metod pomiarów i narzędzi pomiarowych z punktu widzenia urzędowo ustalonych wymagań technicznych i prawnych.

Teoretyczna: zajmuje się teoretycznymi zagadnieniami pomiarów (np. błędami pomiarów) oraz technikami pomiarów.

Można również stworzyć podział metrologii ze względu na rodzaj wielkości mierzonych, tzn. metrologia długości, metrologia czasu itp.

Przedmiotem metrologii są jednostki miar oraz etalony (ustalanie i odtwarzanie jednostek miar, ich konserwacja i przetwarzanie), pomiary (metody wykonywania pomiarów, oceny dokładności itp.), narzędzia pomiarowe (ich własności i zastosowania) oraz obserwatorzy (ich kwalifikacje w odniesieniu do realizacji określonych zadań pomiarowych).

Nazwa metrologia pochodzi z języka greckiego, w którym μετρον znaczy „miara", a λογοσ— „słowo, nauka". We współczesnym ujęciu metrologię można określić jako naukę o zapewnieniu środkami technicznymi i organizacyjnymi poprawności pomiarów we wszystkich dziedzinach nauki, techniki i gospodarki. Rozwój nauki i techniki jest uwarunkowany napływem rzetelnych i odpowiednio przetworzonych informacji o otaczającej nas rzeczywistości. Głównym źródłem obiektywnych informacji o właściwościach zjawisk i ciał są wyniki pomiarów. Najbardziej ogólnie pomiar można scharakteryzować jako ilościowe wyznaczenie — na drodze empirycznej — jakiejś cechy zjawiska, ciała lub procesu. W naukach przyrodniczych i technicznych pomiary, obok obserwacji i eksperymentu, są główną metodą badawczą. Dzięki pomiarom stało się możliwe „tłumaczenie" świata przyrody i techniki na język matematyki.W szerszym ujęciu z zagadnieniem pomiaru łączą się nierozerwalnie dwa pojęcia: modelowanie matematyczne i mierzenie. Modelowanie matematyczne polega na odwzorowywaniu cech przedmiotów lub zdarzeń — liczbami, a związków między tymi cechami — związkami między liczbami. Mierzenie zaś jest eksperymentem prowadzącym do wyznaczenia liczb modelujących konkretne cechy przedmiotów i zdarzeń [Jaworski 1979]. Modelowanie matematyczne prowadzi do utworzenia skali pomiarowej, cechę zaś, dla której można utworzyć skalę, nazywa się wielkością. Opierając się na takim rozumieniu pomiaru, można mierzyć różne cechy, np.: masę, ciężar, temperaturę ciała przyrządami pomiarowymi, a także inteligencję i efektywność dydaktyczną procesu nauczania (uczenia się) za pomocą standardowych testów, czy też twardość materiału według skali twardości Mohsa. W ostatnich trzech przypadkach nie można utworzyć jednostki miary, bowiem skale tych wielkości (inteligencji, efektywności dydaktycznej, twardości) mają jedynie charakter porządkowy. W węższym, klasycznym ujęciu wielkość {mierzalna) to właściwość (cecha) zjawiska, ciała lub substancji, którą można wyróżnić jakościowo i wyznaczyć ilościowo [Międzynarodowy słownik podstawowych ... 1996]. Wyróżnienie jakościowe polega na — mniej lub bardziej ścisłym — zdefiniowaniu właściwości. Wielkość ponadto musi się dać wyrazić ilościowo, co sprowadza się do wyznaczenia wartości wielkości, tj. iloczynu liczby i jednostki miary. Zgodnie z takim pojmowaniem wielkości mierzalnej pomiar polega na wykonaniu czynności doświadczalnych, mających na celu wyznaczenie wartości określonej wielkości. Klasyczną definicję pomiaru określa się często inaczej: zmierzyć wielkość — to znaczy ustalić jej stosunek do innej wielkości tego samego rodzaju przyj ątej za jednostką miary. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar — SI obejmuje jednostki mieszczące się w klasycznym rozumieniu pomiaru (tabl. 1.1). Termin „wielkość" ma w metrologii dwa znaczenia: ogólne i określone. Wielkość w znaczeniu ogólnym dotyczy właściwości zjawiska, ciała lub substancji, lecz bez odwołania się do określonego przypadku tej właściwości; wielkości w tym znaczeniu, ze względu na ogólność, nie można zmierzyć. Na

przykład: czas, długość, prędkość liniowa. Wielkość określona to przypadek właściwości konkretnej, którą można poznać przez pomiar. Na przykład: średnica wałka, masa odważnika, temperatura krzepnięcia platyny. Metrologia ma szeroki zakres, obejmuje metrologię ogólną, teoretyczną i prawną, a także wiele metrologii stosowanych, jak metrologię długości, metrologię czasu, metrologię ciśnienia i inne, zależne od rodzaju wielkości mierzonej, oraz takie, które są stosowane w określonych dziedzinach, np. metrologię techniczną, metrologię włókienniczą, metrologię medyczną.

2. Jednostki miar – układ SI i definicja metra.Układ SI: Międzynarodowy Układ Jednostek Miar. Układ SI zawiera:

7 podstawowych jednostek:o metr - m - podstawowa jednostka długości,o kilogram - kg - podstawowa jednostka masy,o sekunda - s - podstawowa jednostka czasu,o amper - A - podstawowa jednostka natężenia prądu elektrycznego,o kelwin - K - podstawowa jednostka temperatury,o mol - mol - podstawowa jednostka liczności materii,o kandela - cd - podstawowa jednostka światłości, natężenia światła,

2 jednostki uzupełniające: o radian - rad - jednostka miary kąta płaskiego,o steradian - sr - jednostka miary kąta bryłowego,

jednostki pochodne, spójne z jednostkami podstawowymi i uzupełniającymi, przedrostki SI.

METR: oznaczenie m, jest to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w czasie 1/299 792 458 s.

Wprowadzenie w 1960 r. Międzynarodowego Układu Jednostek Miar [Malinowski 2000] oraz w latach dziewięćdziesiątych XX wieku ujednoliconych metod obliczania i wyrażania niepewności pomiaru ma ogromne znaczenie w interpretacji i porównywaniu wyników pomiarów w skali światowej [Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik 1999]. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar został przyjęty na XI Generalnej Konferencji Miar w 1960 r. Zamiast pełnej nazwy używa się także skrótu — SI — pochodzącego od słów Systeme International d'Unites. Od początku, z założenia, układ nie był tworem skończonym, którego nie można poprawiać; dlatego uchwałami kolejnych GKM był modyfikowany i uzupełniany. Również w przyszłości następne GKM mogą go udoskonalać i włączać nowe elementy. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar — SI stanowi odbicie matematyczności świata przyrody. Jednostki miar SI zostały uporządkowane pod względem formalnym i ich matematyczna struktura ma postać iloczynów potęg jednostek podstawowych ze współczynnikami proporcjonalności równymi jedności (spójność układu). Dzięki konsekwentnemu przestrzeganiu zasady spójności, każdej wielkości jest przyporządkowana jedna, jednoznacznie określona jednostka miary. Układ składa się z (tabl. 1.1): 1) 7 jednostek podstawowych, 2) jednostek pochodnych będących kombinacjami — w postaci iloczynów potęgowych tworzonych w oparciu o równania definicyjne (wielkościowe) — jednostek podstawowych i dwóch pochodnych bezwymiarowych (radiana i steradiana); 21 wybranym jednostkom pochodnym, w tym także dwóm bezwymiarowym, nadano nazwy i oznaczenia specjalne (np. wat —W, lumen — lm, radian — rad).

Na XVII Generalnej Konferencji Miar w 1983 r. została uchwalona obecnie obowiązująca (piąta) definicja metra: metr jest to długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/299 792 458 s (sekundy). Metr powinien być realizowany jedną z trzech metod za pomocą: 1) drogi l, którą przebywa w próżni płaska fala elektromagnetyczna w czasie t; mierzy się czas t, drogę zaś oblicza ze związku ł = c0 · t , gdzie prędkość światła w próżni c0 = 299 792 458 m/s, 2) długości w próżni λ płaskiej fali elektromagnetycznej o częstotliwości /; mierzy się częstotliwość /, natomiast długość fali oblicza ze związku λ = c0 // , gdzie prędkość światła w próżni c0 = 299 792 458 m/s, 3) jednego z promieniowań z listy rekomendowanej przez Comite International des Poids et Mesures (CIPM), którego ustalona długość fali w próżni i usta lona częstotliwość może być w praktyce użyta z podaną w dokumencie niepewnością standardową (tabl. 1.2) [Quinn 1999].

3. Błędy pomiarów – rodzaje i definicje.Pomiar: jest zespołem czynności doświadczalnych mających na celu określenie wartości wielkości mierzonej.

Przetwornik: wyodrębniony zespół elementów służących do przetwarzania z określoną dokładnością i według określonego prawa innej wielkości mierzonej na wartość innej wielkości lub inną wartość tej samej wielkości.

Błąd pomiaru: niezgodność wyniku pomiaru z wartością wielkości mierzonej.

Wynik pomiaru: wartość otrzymana przez odczytanie z przyrządu pomiarowego, bez wprowadzenia poprawek i wyznaczania niepewności pomiaru wynik taki nazywa się surowym wynikiem pomiaru.

Rodzaje błędów (wg prawdopodobieństwa się ich pojawienia):

1. Przypadkowe (poprzez trudno uchwytne czynniki, występujące w sposób przypadkowy)2. Systematyczne (nieznane i znane), (przez ściśle określone czynniki, regularną powtarzalność,

wartość można ustalić doświadczalnie lub analitycznie)3. Grube (omyłki, nieuwaga – czynnik ludzki).

Błąd pomiaru to suma wszystkich wyżej wymienionych błędów.

Wynik surowy — wynik pomiaru przed usunięciem błędu systematycznego.

Wynik poprawiony - jest wynikiem, z którego wyeliminowano błąd systematyczny.

Błąd systematyczny przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów tej samej wielkości określonej, w warunkach powtarzalności, jest stały. Błąd systematyczny można opisać też inaczej: jest równy błędowi pomiaru minus błąd przypadkowy. Według [Międzynarodowy słownik ... 1996] błąd systematyczny jest różnicą, między średnią z nieskończonej liczby wyników pomiarów tej samej wielkości mierzonej, wykonanych w warunkach powtarzalności, a wartością prawdziwą wielkości mierzonej.Warunki powtarzalności zachodzą, gdy:— pomiary wykonuje się tą samą metodą pomiarową,— pomiary wykonuje się tym samym przyrządem pomiarowym,— pomiary wykonuje ten sam obserwator (pomiarowiec, operator),— pomiary wykonuje się w tym samym miejscu,— podczas pomiarów panują stałe warunki użytkowania (np. temperatura),— pomiary są powtarzane w krótkim przedziale czasu.

Sposób usuwania błędów systematycznych, polegający na likwidacji źródła błędu, sprowadza się do zredukowania do zera lub maksymalnego ograniczenia przyczyny błędu. Oto przykłady likwidacji lub ograniczenia przyczyn błędów systematycznych w pomiarach długości [Obalski 1966]: — wprowadzenie klimatyzacji pomieszczenia laboratoryjnego w celu unik nięcia błędów temperaturowych, — zredukowanie do zera lub ograniczenie nacisków pomiarowych (w po miarach metodą stykową), aby uniknąć odkształceń sprężystych, — stosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych przyrządów pomia rowych (np. zapewnienie stałego nacisku pomiarowego, niezależnie od położenia końcówki pomiarowej, korzystne przy pomiarach metodą różnicową z użyciem wzorca).

Błąd systematyczny temperaturowy. Temperatura jest wielkością, która w pomiarach przemysłowych długości ma wyjątkowo duży wpływ na dokładność pomiarów. Jako temperaturę odniesienia przyjmuje się 20°C i wyniki pomiarów powinny być podawane dla przedmiotów o takiej temperaturze. Zmiany temperatury przyrządu pomiarowego i mierzonego przedmiotu są powodowane przenoszeniem ciepła, które następuje przez przewodzenie, konwekcję lub promieniowanie.

Błędy przypadkowe przy wielokrotnym powtarzaniu pomiarów, w warunkach powtarzalności, zmieniają się w sposób nieprzewidziany, zarówno co do wartości bezwzględnej, jak i co do znaku. Jest to zatem ta składowa błędu pomiaru, która podczas wielu pomiarów tej samej wartości wielkości zmienia się w sposób nieprzewidziany. Błędy przypadkowe powstają

w wyniku sumowania się wielu bardzo drobnych błędów o zmieniających się znakach i wartościach w poszczególnych pomiarach. Ponadto można przyjąć założenia, że:— błędy dodatnie i ujemne są równie prawdopodobne (symetria),— prawdopodobieństwo popełnienia błędu małego jest większe od prawdopodobieństwa popełnienia błędu dużego (koncentracja).Z tych powodów przyjmuje się, że błędy przypadkowe mają rozkład normalny i wykorzystuje się całą teorię związaną z tym rozkładem. Błąd przypadkowy definiuje się [Międzynarodowy słownik ... 1996] jako różnicę między wynikiem pomiaru a średnią z nieskończonej liczby pomiarów tej samej wielkości mierzonej, wykonanych w warunkach powtarzalności. Jakwiadomo, możliwe jest wykonanie tylko skończonej liczby pomiarów, można więc dokonać jedynie oszacowania błędu przypadkowego. Najczęściej jako oszacowanie błędu przypadkowego przyjmuje się odchylenie standardowe eksperymentalne (1.19).

Przyczyną błędu nadmiernego może być niewłaściwe zastosowanie przyrządu pomiarowego, mylne odczytanie wskazania, błąd obliczeniowy, użycie uszkodzonego przyrządu itp. Błędy nadmierne są znacznie większe od popełnianych błędów przypadkowych. Za kryterium rozstrzygające o uznaniu błędu za nadmierny uważa się przekroczenie przez błąd pomiaru wartości 4s.

Wynik pomiaru powinien być podany łącznie z niepewnością pomiaru. Z surowego wyniku pomiaru należy usunąć błędy systematyczne. Niepewność pomiaru podaje się zjedna lub z dwiema cyframi znaczącymi, wartość wyniku zaś zaokrągla do tego samego miejsca co niepewność pomiaru.

4. Metody pomiarów i ich błędy.Metody pomiarów:

o Metoda bezpośredniao Metoda pośredniao Metoda złożona

Rodzaje pomiarów:

o Pomiary niedokładneo Pomiary dokładneo Pomiary zbyteczne

5. Klasyfikacja narzędzi pomiarowych. / 7. Wzorce długości/miar.Narzędzia pomiarowe:

1. Wzorce miar (odtwarzające wartości wielkości, powinny one posiadać następujące cechy: niezmienność w czasie, łatwość stosowania, łatwość odtwarzania, największą dokładność).

2. Przyrządy pomiarowe (przetwarzają wielkość mierzoną) Przyrządy suwmiarkowe (suwmiarki, głębokościomierze, wysokościomierze) Przyrządy mikrometryczne (mikrometry, głębokościomierze, mikromierze do

gwintów) Pasametry (transametry), do błędów pomiarów Średnicówki (do średnicy otworów) Kątomierze, do pomiarów kątów i błędów kształtu Przyrządy czujnikowe Płytki wzorcowe (stalowe i ceramiczne)

3. Przybory (pomoce przy mierzeniu, nie stanowią wielkości mierzonych).

W Prawie o miarach oraz pracy [Międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów metrologii, 1996] termin „przyrządy pomiarowe" obejmuje wszystkie urządzenia techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów. ι W dotychczasowej praktyce metrologicznej oraz normie [PN-71/N-02050] ter min „narzędzia pomiarowe" stosowano w znaczeniu nadrzędnym, obejmującym „przyrządy pomiarowe" i „wzorce miar". Wzorzec miary jest to urządzenie przeznaczone do odtwarzania, praktycznie niezmiennie podczas jego użycia, jednej lub więcej znanych wartości danej wielkości. W pomiarach długości i kąta rozróżnia się:— wzorce miar kreskowe, np. przymiar kreskowy, wzorzec szklany wbudowany w długościomierz uniwersalny,— wzorce miar końcowo-kreskowe, np. przymiar kreskowy, który odtwarza wartość długości od grani początkowej do odpowiedniej kreski podziałki,— wzorce miar inkrementalne,— wzorce miar kodowe, mające naniesiony na liniał lub tarczę kod w postaci kombinacji figur geometrycznych,— wzorce miar końcowe, np. płytka wzorcowa, wałeczek pomiarowy, kątownik krawędziowy,— wzorce miar falowe, np. długość fal świetlnych kryptonu, helu lub laseraHe-Ne.Sprawdziany są to urządzenia techniczne przeznaczone do ściśle określonych zadań; służą do stwierdzenia, czy badany wymiar jest zawarty między wymiarami granicznymi, tj. dolnym i górnym (np. sprawdzian szczękowy dwugraniczny do wałków), mogą też służyć do sprawdzania kształtów elementów (np. szablony łuków) lub elementów o złożonej postaci geometrycznej (np.sprawdziany do gwintów). Oprócz przyrządów pomiarowych i wzorców miar w pomiarach stosuje sięurządzenia pomocnicze. Służą one do stworzenia odpowiednich warunków przy pomiarze, ułatwienia wykonywania czynności pomiarowych oraz do zwiększenia czułości lub zakresu pomiarowego przyrządu. Przykładem urządzeń pomocniczych są przybory pomocnicze do płytek wzorcowych, umożliwiające m.in. zamianę wymiaru zewnętrznego stosu płytek na wymiar wewnętrzny, zbudowanie „sprawdzianu" do otworów, wzorca kreskowego, cyrkla traserskiego itp. Inne przykłady urządzeń pomocniczych to płyta pomiarowa, liniał krawędziowy, liniał sinusowy, wieszak do wałeczków przy pomiarze średnic podziałowych gwintów, lupa do odczytywania wskazań, kolumna z uchwytem czujnika, pryzma.Wzorcem jednostki miary lub etalonem nazywa się wzorzec miary, przyrząd pomiarowy, materiał odniesienia lub układ pomiarowy przeznaczony do zdefiniowania, zrealizowania, zachowania lub odtwarzania jednostki miary albo jednej lub kilku ustalonych wartości pewnej wielkości i służący jakoodniesienie (np. płytka wzorcowa klasy K). Przyrządy pomiarowe pomocnicze służą do pomiarów wielkości wpływających, tj. wielkości nie będących celem pomiaru, lecz mających wpływ na wartość wielkości mierzonej lub wskazania przyrządu pomiarowego (np. termometr kontaktowy do pomiaru temperatury mierzonego przedmiotu, poziomnica wbudowana w przyrząd pomiarowy służąca do właściwego ustawienia przyrządu).

6. Właściwości metrologiczne narzędzi pomiarowych.Właściwość metrologiczna przyrządu pomiarowego jest to cecha przyrządu pomiarowego charakteryzująca ten przyrząd i mogąca mieć wpływ na wyniki i błędy pomiaru.Charakterystyka metrologiczna przyrządu pomiarowego jest to reprezentacja matematyczna właściwości metrologicznych określonego przyrządu pomiarowego w formie wartości liczbowej, wykresu lub tablicy. >c Przykłady charakterystyk:— błąd powtarzalności wskazań przyrządu pomiarowego,— błąd poprawności przyrządu pomiarowego,— wykres zależności sygnału pomiarowego wyjściowego od sygnału wejściowego przyrządu pomiarowego w określonych warunkach.Charakterystyka dynamiczna przyrządu pomiarowego — charakterystyka właściwości metrologicznych przyrządu pomiarowego w jego stanie nieustalonym i na ogół zmieniająca się w czasie.Warunki użytkowania są to warunki (robocze) określające zakres wartości wielkości mierzonej i wielkości wpływających oraz inne ważne wymagania, dla których charakterystyki metrologiczne przyrządu pomiarowego znajdują się w określonych granicach. Warunki użytkowania określają wartości ustalone dla wielkości mierzonej i dla wielkości wpływających.Warunki odniesienia (warunki normalne) (ang. reference conditions)— warunki użytkowania przyrządu pomiarowego ustalone przepisami dla sprawdzania przyrządu pomiarowego lub dla zapewnienia wiarygodności porównania wyników pomiarów. Warunki odniesienia określa się przez wartościodniesienia lub zakresy odniesienia dla wielkości wpływających. Przykładowo w pomiarach długości metodą podstawową (przez porównanie z wzorcowymi długościami fal świetlnych) przyjmuje się następujące warunki odniesienia:— temperatura — 293,15 K,— ciśnienie atmosferyczne— 101 325 Pa,— ciśnienie pary wodnej w powietrzu — 1334 Pa.Warunki graniczne są to warunki, w których przyrząd pomiarowy nie ulegnie uszkodzeniu i nie ulegną zmianie jego charakterystyki metrologiczne ustalone dla warunków użytkowania. Warunki graniczne mogą być różne dla magazynowania, transportu i użytkowania.Wartości graniczne — wartości wielkości mierzonej i wielkości wpływających, określone przez warunki graniczne.Zakresem pomiarowym (ang. measuring range) przyrządu pomiarowego jest zakres wartości wielkości, których pomiar może być dokonany z błędem zawartym w określonych granicach. Na przykład zakresy pomiarowe mikrometrów do wymiarów zewnętrznych wynoszą: 0-25 mm, 25-50 mm, 50-75 mm itd.Granica górna zakresu pomiarowego — wartość największa zakresu pomiarowego.Granica dolna zakresu pomiarowego — wartość najmniejsza zakresu pomiarowego.Podziałka (ang. scale) przyrządu pomiarowego jest uporządkowanym zbiorem wskazów — kresek lub innych znaków — naniesionych na podzielnię urządzenia wskazującego.Zakres podziałki jest to przedział zawarty między skrajnymi wskazami podziałki, odpowiadającymi dolnej i górnej granicy zakresu wskazań. Na przykład zakres podziałki czujnika MOP 1/100 wynosi 200 μη. (±100 μπι). Przedział między dwoma dowolnymi sąsiednimi wskazami podziałki nosi nazwę działki elementarnej (ang. scale division).Długość działki elementarnej Le jest długością odcinka lub łuku linii podstawowej podziałki między osiami dwóch sąsiednich wskazów (rys. 3.2). Linia podstawowa podziałki jest to linia (zaznaczona lub nie), która przechodzi przez środki najkrótszych kresek podziałki kreskowej.Wartość działki elementarnej We (ang. scale interval) jest wartością wielkości mierzonej odpowiadającą działce elementarnej. Urządzenie wskazujące jest to zespół elementów przyrządu pomiarowego wskazujący wartość wielkości mierzonej w postaci analogowej lub cyfrowej. Wartość działki elementarnej jest terminem dotyczącym urządzenia wskazującego analogowego (np. w czujniku MOP 1/100 wartość We = 1 μπι).Rozdzielczość (urządzenia wskazującego) (ang. resolution) jest to największa różnica wskazań urządzenia wskazującego, która może być zauważona w wyraźny sposób. Dla urządzenia wskazującego cyfrowego jest to różnica wskazań odpowiadająca zmianie o jednostkę najmniej znaczącej cyfry. Na przykład rozdzielczość mikroskopu pomiarowego ZKM 01-250 C wynosi 0,1 μπι. Pojęcie rozdzielczości stosuje się również do urządzenia rejestrującego. Charakterystyka przetworzenia jest to zależność sygnału wyjściowego od wejściowego w warunkach określonych. Charakterystyka przetworzenia może być teoretyczna lub doświadczalna i jest wyrażana w postaci równania algebraicznego, tablicy lub wykresu, względnie odpowiedniego programu komputerowego. */- Czułość (przyrządu pomiarowego) (ang. sensivity) jest to stosunek przyrostu sygnału wyjściowego przyrządu pomiarowego do przyrostu odpowiedniego sygnału wejściowego. W przyrządach pomiarowych zaopatrzonych w podziałkę kreskową czułość można obliczyć jako stosunek długości działki elementarnej do jej wartości. W przyrządach do pomiaru długości i kąta czułość często nazywa się przełożeniem. Dla niektórych przyrządów (np. czujników elektrostykowych) ważną cechą metrologiczną jest pobudliwość przyrządu pomiarowego, będąca zdolnością do reagowania na małe zmiany wartości wielkości mierzonej (sygnału wejściowego).Błędem granicznym pobudliwości jest największa zmiana wartości wielkości mierzonej nie wywołująca dostrzegalnej zmiany wskazania w określonych warunkach pomiaru.Progiem pobudliwości (ang. discrimination) określa się największą zmianę wartości wielkości mierzonej (sygnału wejściowego), nie wywołującą dostrzegalnej zmiany wskazania przyrządu pomiarowego (sygnału wyjściowego) w określonych warunkach pomiaru, gdy zmiana wartości wielkości mierzonej (sygnału wejściowego) jest powolna i monotoniczna.Dokładność przyrządu pomiarowego (ang. accuracy of measuring instrument) jest to zdolność przyrządu pomiarowego do dawania wskazań bliskich wartości prawdziwej (rzeczywistej) wielkości mierzonej.Błąd {wskazania) przyrządu pomiarowego (ang. error of indication of a measuring instrument) jest to składowa błędu pomiaru, pochodząca od przyrządu pomiarowego użytego do wykonania pomiaru. Przy porównywaniu przyrządu z wzorcem odniesienia błąd (wskazania) przyrządu pomiarowego jest to wskazanie przyrządu minus wartość prawdziwa odpowiedniej

wielkości wejściowej. Wartość prawdziwa (rzeczywista) nie może być określona, w praktyce więc wykorzystuje się wartość umownie prawdziwą.Błędem zera (ang. zero error) nazywa się błąd przyrządu pomiarowego w punkcie kontrolnym dla wartości wielkości mierzonej równej zeru.Poprawność (przyrządu pomiarowego) (ang. freedom from bias) jest to właściwość przyrządu pomiarowego polegająca na tym, że jego wskazania są pozbawione błędu systematycznego. Wskazania przyrządu pomiarowego mogą być obarczone różnymi błędami systematycznymi, konsekwencją czego jest tzw. błąd poprawności. Wartość tego błędu jest wypadkową sumą algebraiczną wszystkich błędów systematycznychdanego przyrządu pomiarowego w określonych warunkach użytkowania. Jest to więc składowa systematyczna błędu przyrządu pomiarowego.Błędy graniczne dopuszczalne poprawności są określone dla przyrządów pomiarowych przez przepisy legalizacyjne.Poprawka na poprawność może być wyznaczona dla wzorca miary lub przyrządu pomiarowego. Znajomość poprawek umożliwia likwidację wpływu błędów systematycznych na wynik pomiaru. Poprawka jest równa błędowi wskazania wzorca lub przyrządu pomiarowego ze znakiem przeciwnym.Powtarzalność (ang. repeatability) przyrządu pomiarowego jest to właściwość przyrządu pomiarowego do dawania zbliżonych do siebie wskazań w serii pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej. Jako wskaźnik powtarzalności przyjmuje się na ogół odchylenie standardowe eksperymentalne pojedynczego wskazania w serii wskazań przyrządu pomiarowego, obliczane wg wzoru (1.19).Błędy graniczne powtarzalności określają praktycznie największy rozrzut wskazań przyrządu pomiarowego. Są to błędy e! = +k s; e2 = -k s (3.2)dla których prawdopodobieństwo ich nieprzekroczenia — przy normalnym rozkładzie błędów — zależy od przyjętej wartości współczynnika k. Przy dostatecznie dużej liczbie pomiarów przyjmuje się na ogół k = 2, co odpowiada prawdopodobieństwu Ρ = 0,95, że w serii pomiarów nie zostaną przekroczone błędygraniczne powtarzalności ei = + 2s i e2 = - 2s.Zakres rozrzutu wskazań przyrządu pomiarowego — wskaźnik rozrzutu wskazań r przyrządu pomiarowego wyrażony różnicą między największym xmax i najmniejszym xmjn spośród wskazań danej serii pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej(3.1)r - XmaX Xmin

Κ Histereza jest to właściwość przyrządu pomiarowego polegająca na tym, że sygnał wyjściowy w odpowiedzi na dany sygnał wejściowy zależy od kolejności poprzednich sygnałów wejściowych.Błąd histerezy określa różnica wskazań przyrządu pomiarowego, gdy tę samą wartość wielkości mierzonej osiąga się raz przy zwiększaniu wartości wielkości mierzonej, drugi raz — przy jej zmniejszaniu. Błąd ten występuje np. w czujnikach zębatych, których wskazania są różne, gdy tę samą wartość wielkości mierzonej osiąga się przez przesuw trzpienia pomiarowego w dwóch przeciwnych kierunkach. Przyczyną błędów są w tym przypadku luzy zwrotne w mechanizmie czujnika.Błędy graniczne dopuszczalne (przyrządu pomiarowego) są to wartości skrajne błędu, dopuszczone przez warunki techniczne lub wymagania, dotyczące danego przyrządu pomiarowego. Na ich oznaczenie stosuje się zapis MPE — maximum permissible errors (of a measuring instrument). Dokładnościowe własności przyrządów pomiarowych oraz wzorców miar wyraża się często za pomocą klas dokładności. Do określonej klasy dokładnościnależą przyrządy pomiarowe, które spełniają pewne wymagania metrologiczne dotyczące utrzymania błędów w odpowiednich granicach. Klasa dokładności jest zwykle oznaczona przez liczbę lub symbol, zwane znakiem klasy.Stałość, stabilność (przyrządu pomiarowego) (ang. stability) jest to zdolność przyrządu pomiarowego do utrzymania niezmienności jego charakterystyk metrologicznych. Stabilność jest zwykle rozpatrywana w odniesieniu do czasu, zaś gdy jest odniesiona do innej wielkości, wówczas koniecznie należy towyraźnie zaznaczyć.Strefa martwa (ang. dead band) —jest to największy przedział, wewnątrz którego można zmieniać sygnał wejściowy w obu kierunkach, nie wywołując zmiany odpowiedzi przyrządu pomiarowego.Transparencja — zdolność przyrządu pomiarowego do nieoddziaływania na wartość wielkości mierzonej.Pełzanie (dryft) (ang. drift) — powolna zmiana w czasie charakterystyki metrologicznej przyrządu pomiarowego.Czas odpowiedzi (ang. response time) — przedział czasu zawarty między chwilą, gdy sygnał wejściowy ulega określonej skokowej zmianie i chwilą, od której sygnał wyjściowy osiąga wartość końcową stałą w określonych granicach.Błąd opóźnienia — błąd przyrządu pomiarowego spowodowany przez opóźnienie sygnału wyjściowego przyrządu pomiarowego względem zmiennego sygnału wejściowego.Błąd bezwładnościowy — błąd przyrządu pomiarowego spowodowany bezwładnością (mechaniczną, cieplną lub inną) jego elementów.Błąd nieciągłości wskazania (błąd przetwarzania cyfrowego) — błąd spowodowany przekształceniem na wyjściu sygnału analogowego w sygnał dyskretny (nieciągły).Krzywa błędów przyrządu pomiarowego — krzywa przedstawiająca błędy przyrządu pomiarowego w funkcji wielkości mierzonej lub w funkcji innej wielkości mającej wpływ na te błędy.

8. Hierarchia wzorców.0. ETANOL PIERWOTNY; jest to etalon o najwyższych właściwościach metrologicznych

odnoszących się do określonej wielkości. Etalonu tego nigdy nie używa się do pomiarów.1. Etanol odniesienia; jest to etalon, z którym porównuje się etalony o mniejszej dokładności.

2. Etanol odniesienia i kontrolny; jest to etalon wywzorcowany przez porównanie z etalonem odniesienia i służący do sprawdzania narzędzi pomiarowych użytkowych o mniejszej dokładności.

3. Etanol odniesienia i kontrolny i robocze wzorce miar4. Robocze wzorce miar.

Wzorce miar długości są urządzeniami odtwarzającymi praktycznie niezmienniejedną lub więcej znanych wartości długości. Wzorce miar długości dzieli się na:— kreskowe, końcowo-kreskowe,-— inkrementalne,— kodowe,— końcowe,— falowe.Wzorce kreskowe są na ogół wzorcami wielowymiarowymi i odtwarzająwartości długości wzajemnymi odległościami kresek, naniesionych z reguły napłaskiej powierzchni wzorca. Gdy wartości długości są odtwarzane od granipoczątkowej do kresek wzorca, wzorzec nazywa się końcowo-kreskowym.Wzorce inkrementalne są pewną odmianą wzorców kreskowych. Wzorce techarakteryzują się, naniesionymi na szklane lub metalowe liniały, strefami(pasmami) na przemian aktywnymi i pasywnymi. Wartość przesunięcia wzorcawzględem przetwornika jest określana przez sumowanie lub odejmowaniesygnałów (jednostek).Wzorce kodowe są utworzone z kombinacji figur geometrycznych.Podobnie jak we wzorcach inkrementalnych, występują tu segmenty (strefy)aktywne i pasywne. Każdemu położeniu wzorca względem przetwornika odpowiadajedna (bezwzględna) wartość.Wzorce końcowe należą do jednomiarowych wzorców miar, odtwarzająbowiem jedną wartość długości. Są one materialnymi bryłami. Odtwarzanąwartością długości jest odległość dwóch wzajemnie równoległych płaszczyznlub krawędzi, względnie odległość dwóch punktów. Powszechnie stosowanew metrologii wielkości geometrycznych wzorce końcowe to płytki wzorcowe,wałeczki pomiarowe, kulki pomiarowe, szczelinomierze oraz wzorce nastawcze(do mikrometrów, średnicówek itp.).Wzorce falowe odtwarzają wartości długości przez części lub wielokrotnościdługości fal promieniowania elektromagnetycznego, emitowanego przezlasery lub lampy spektralne.