PODSTAWY

METROLOGII

Wykład 1

Dr inż. Stanisław FITA

B4 p. 2.12 lub B9 p. 9

B4 p. 2.12 lub B9 p. 9

Tematyka wykładów:



Podstawowe pojęcia metrologiczne

Podstawowe pojęcia metrologiczne



Jednostki miar i ich powiązanie (układ

Jednostki miar i ich powiązanie (układ

SI)

SI)



Wzorce jednostek miar

Wzorce jednostek miar



Błędy i metody pomiarów

Błędy i metody pomiarów



Niepewność pomiarowa i jej wyznaczenie

Niepewność pomiarowa i jej wyznaczenie



Sygnały i ich przetwarzanie

Sygnały i ich przetwarzanie



Przyrządy pomiarowe i ich właściwości

Przyrządy pomiarowe i ich właściwości



Opracowanie wyników pomiarów

Opracowanie wyników pomiarów



Zasady prowadzenia eksperymentów

Zasady prowadzenia eksperymentów

Zasady zaliczania kursu



Obecność na wykładzie nie jest
obowiązkowa.



Podstawą zaliczenia kursu jest
kolokwium na ostatnim wykładzie.



Formą zaliczenia jest „test z wyboru”.



Osoby niezadowolone z wyników testu
mają prawo do terminu poprawkowego.



Za obecność na wykładzie (sprawdzaną
wybiórczo) można uzyskać dodatkowe
punkty do zaliczenia.

Literatura:



Jaworski J.:

Jaworski J.:

Matematyczne podstawy

Matematyczne podstawy

metrologii,

metrologii,

WNT Warszawa, 1979, ss. 365

WNT Warszawa, 1979, ss. 365



Szydłowski H. i inni

Szydłowski H. i inni

:

:

Teoria pomiarów

Teoria pomiarów

,

,

PWN Warszawa, 1981, ss.441

PWN Warszawa, 1981, ss.441



Piotrowski J.:

Piotrowski J.:

Teoria pomiarów

Teoria pomiarów

, PWN

, PWN

Warszawa, 1986, ss. 281

Warszawa, 1986, ss. 281



Piotrowski J.:

Piotrowski J.:

Pomiarowe zastosowanie

Pomiarowe zastosowanie

analizy sygnałów

analizy sygnałów

, PWN Warszawa, 1991,

, PWN Warszawa, 1991,

ss. 159

ss. 159



Abramowicz H.:

Abramowicz H.:

Jak analizować wyniki

Jak analizować wyniki

pomiarów?

pomiarów?

,

,

PWN Warszawa, 1992, ss. 120

PWN Warszawa, 1992, ss. 120



Jaworski J., Morawski R., Olędzki J.:

Jaworski J., Morawski R., Olędzki J.:

Wstęp do metrologii i techniki

Wstęp do metrologii i techniki

eksperymentu

eksperymentu

, WNT Warszawa, 1992, ss.

, WNT Warszawa, 1992, ss.

212

212



Taylor J.R.:

Taylor J.R.:

Wstęp do analizy błędu

Wstęp do analizy błędu

pomiarowego

pomiarowego

, Wydawnictwo Naukowe

, Wydawnictwo Naukowe

PWN Warszawa, 1995, ss. 297

PWN Warszawa, 1995, ss. 297



Międzynarodowy słownik podstawowych

Międzynarodowy słownik podstawowych

i ogólnych terminów metrologii

i ogólnych terminów metrologii

(tłum. J.

(tłum. J.

Dudziewicz), GUM Warszawa, 1996

Dudziewicz), GUM Warszawa, 1996



Guide to the Expression of Uncertainty in

Guide to the Expression of Uncertainty in

Measurement, II międzynarodowe wyd.,

Measurement, II międzynarodowe wyd.,

ISO, 1995, polski tytuł:

ISO, 1995, polski tytuł:

Wyrażanie

niepewności pomiaru. Przewodnik

,

,

uzupełniony o dodatek J. Jaworskiego

uzupełniony o dodatek J. Jaworskiego

Niedokładność, błąd, niepewność

Niedokładność, błąd, niepewność



Bielski A., Ciuryło R.:

Bielski A., Ciuryło R.:

Podstawy metod

Podstawy metod

opracowania pomiarów

opracowania pomiarów

, UMK Toruń,

, UMK Toruń,

1998, ss. 210

1998, ss. 210



Gajda J., Szyper M.:

Gajda J., Szyper M.:

Modelowanie i

Modelowanie i

badania symulacyjne systemów

badania symulacyjne systemów

pomiarowych

pomiarowych

, AGH & Jartek S.C. Kraków,

, AGH & Jartek S.C. Kraków,

1998, ss. 411

1998, ss. 411



Gundlach W., Ciepłucha J., Kozanecka

Gundlach W., Ciepłucha J., Kozanecka

D.:

D.:

Podstawy metrologii

Podstawy metrologii

, część I - III, wyd.

, część I - III, wyd.

2, Politechnika Łódzka, 1989, ss. 417

2, Politechnika Łódzka, 1989, ss. 417



Zakrzewski J.:

Zakrzewski J.:

Podstawy metrologii dla

Podstawy metrologii dla

kierunku mechanicznego

kierunku mechanicznego

, skrypt nr 1670,

, skrypt nr 1670,

Politechnika Śląska, Gliwice, 1991, ss. 84

Politechnika Śląska, Gliwice, 1991, ss. 84



Urban A.:

Urban A.:

Podstawy miernictwa

Podstawy miernictwa

, skrypt

, skrypt

Politechniki Warszawskiej, 1992

Politechniki Warszawskiej, 1992



Poprawski R., Salejda W.:

Poprawski R., Salejda W.:

Podstawy

Podstawy

rachunku błędów i opracowania wyników

rachunku błędów i opracowania wyników

pomiaru

pomiaru

- Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki,

- Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki,

część I, wyd.2, Politechnika Wrocławska,

część I, wyd.2, Politechnika Wrocławska,

1998, ss. 99

1998, ss. 99



Turzeniecka D.:

Turzeniecka D.:

Ocena niepewności

Ocena niepewności

wyniku pomiarów

wyniku pomiarów

, Politechnika Poznańska,

, Politechnika Poznańska,

1997

1997



Zawada J.:

Zawada J.:

Wybrane zagadnienia z

Wybrane zagadnienia z

podstaw metrologii

podstaw metrologii

, Politechnika Łódzka,

, Politechnika Łódzka,

1997, ss. 120

1997, ss. 120



Piotrowski J.:

Piotrowski J.:

Procedury pomiarowe i

Procedury pomiarowe i

estymacje sygnałów

estymacje sygnałów

, skrypt nr 1889,

, skrypt nr 1889,

Politechnika Śląska, Gliwice, 1994, ss. 296

Politechnika Śląska, Gliwice, 1994, ss. 296



Łukaszek W.:

Łukaszek W.:

Podstawy statystycznego

Podstawy statystycznego

opracowania pomiarów

opracowania pomiarów

, wyd. 3, skrypt nr

, wyd. 3, skrypt nr

1896, Politechnika Śląska, Gliwice, 1995

1896, Politechnika Śląska, Gliwice, 1995

METROLOGIA



Metrologia

Metrologia

jest nauką o pomiarach.

jest nauką o pomiarach.



Nazwa

Nazwa

Metrologia

Metrologia

pochodzi od greckich

pochodzi od greckich

słów:

słów:

„

„

metro” – miara i „logia”- nauka.

metro” – miara i „logia”- nauka.



W „Małej encyklopedii metrologii” podano

W „Małej encyklopedii metrologii” podano

taką definicję metrologii:

taką definicję metrologii:

„

„

Dziedzina nauki i techniki zajmująca się

Dziedzina nauki i techniki zajmująca się

pomiarami i wszystkimi czynnościami

pomiarami i wszystkimi czynnościami

niezbędnymi do wykonywania pomiarów”.

niezbędnymi do wykonywania pomiarów”.

METROLOGIA



Metrologia

Metrologia

jest nauką z

jest nauką z

pogranicza techniki i prawa i dzieli

pogranicza techniki i prawa i dzieli

się ją na:

się ją na:

1)

1)

metrologię techniczną

metrologię techniczną

, w której

, w której

wyróżnia się metrologię

wyróżnia się metrologię

naukową

naukową

,

,

przemysłową

przemysłową

i

i

laboratoryjną

laboratoryjną

,

,

2)

2)

metrologię prawną

metrologię prawną

.

.



Metrologia przemysłowa

Metrologia przemysłowa

zajmuje się wszystkimi

zajmuje się wszystkimi

usługami metrologicznymi, które są związane z

usługami metrologicznymi, które są związane z

procesami produkcyjnymi w przemyśle.

procesami produkcyjnymi w przemyśle.



Metrologia laboratoryjna

Metrologia laboratoryjna

zajmuje się pomiarami

zajmuje się pomiarami

w laboratoriach badawczych i wzorcujących w

w laboratoriach badawczych i wzorcujących w

których wykonuje się wzorcownie przyrządów

których wykonuje się wzorcownie przyrządów

pomiarowych i badania typu (pełne) przyrządów

pomiarowych i badania typu (pełne) przyrządów

pomiarowych.

pomiarowych.



Metrologia prawna

Metrologia prawna

jest działem metrologii

jest działem metrologii

odnoszącym się do jednostek miar, metod

odnoszącym się do jednostek miar, metod

pomiarowych i narzędzi pomiarowych z punktu

pomiarowych i narzędzi pomiarowych z punktu

widzenia urzędowo ustalonych wymagań

widzenia urzędowo ustalonych wymagań

technicznych i prawnych mających na celu

technicznych i prawnych mających na celu

zapewnienie jednolitości miar, poprawności

zapewnienie jednolitości miar, poprawności

uzyskiwanych wyników pomiarów i należytej

uzyskiwanych wyników pomiarów i należytej

dokładności pomiarów.

dokładności pomiarów.

Metrologia współczesna
dotyczy:



pomiarów wartości wielkości,

pomiarów wartości wielkości,



rozkładów (przestrzennych i czasowych)

rozkładów (przestrzennych i czasowych)

wielkości,

wielkości,



funkcjonałów lub transformat – określonych na

funkcjonałów lub transformat – określonych na

wielkościach lub rozkładach wielkości,

wielkościach lub rozkładach wielkości,



charakterystyk – zależności między

charakterystyk – zależności między

wielkościami, rozkładami wielkości,

wielkościami, rozkładami wielkości,

funkcjonałami i transformatami wielkości,

funkcjonałami i transformatami wielkości,



parametrów reprezentacji rozkładów

parametrów reprezentacji rozkładów

transformat i zależności między nimi

transformat i zależności między nimi

Trochę historii



Metrologia - dziedzina wiedzy obejmująca

Metrologia - dziedzina wiedzy obejmująca

wszystko, co związane jest z pomiarami, ma

wszystko, co związane jest z pomiarami, ma

długą, nieźle udokumentowaną historię,

długą, nieźle udokumentowaną historię,

sięgającą 10 tys. lat.

sięgającą 10 tys. lat.



Historycznie najstarsze były pomiary

Historycznie najstarsze były pomiary

długości i odległości, objętości ciał

długości i odległości, objętości ciał

płynnych i sypkich, masy oraz czasu.

płynnych i sypkich, masy oraz czasu.



Wymiary przedmiotów mierzono

Wymiary przedmiotów mierzono

początkowo porównując je na przykład z

początkowo porównując je na przykład z

elementami ciała człowieka, jego

elementami ciała człowieka, jego

wydolnością, otoczeniem.

wydolnością, otoczeniem.

Wykształciły się takie jednostki długości,

Wykształciły się takie jednostki długości,

jak:

jak:



cal (szerokość dużego palca, szerokości

cal (szerokość dużego palca, szerokości

ośmiu ziaren jęczmienia),

ośmiu ziaren jęczmienia),



piędź (odcinek miedzy czubkami kciuka i

piędź (odcinek miedzy czubkami kciuka i

małego palca),

małego palca),



stopa, łokieć.

stopa, łokieć.

Odległości, czyli większe długości,

Odległości, czyli większe długości,

mierzono takimi jednostkami, jak:

mierzono takimi jednostkami, jak:



krok,

krok,



bruzda (długość bruzdy, po zaoraniu, której

bruzda (długość bruzdy, po zaoraniu, której

należy pozwolić wołom odpocząć: 100 stóp w

należy pozwolić wołom odpocząć: 100 stóp w

Grecji i 120 w Rzymie),

Grecji i 120 w Rzymie),



staje (grecki stadion - dystans, który można

staje (grecki stadion - dystans, który można

przebiec z maksymalna prędkością .

przebiec z maksymalna prędkością .



Z czasem następowała obiektywizacja jednostek

Z czasem następowała obiektywizacja jednostek

droga wprowadzenia średniej długości stopy

droga wprowadzenia średniej długości stopy

lub łokcia pewnej zbiorowości ludzkiej.

lub łokcia pewnej zbiorowości ludzkiej.



Wg. definicji średniej stopy, autorstwa Jacoba

Wg. definicji średniej stopy, autorstwa Jacoba

Kobela z 1575 r. należało wyznaczyć średnią z

Kobela z 1575 r. należało wyznaczyć średnią z

pomiaru stóp

pomiaru stóp

"..16 mężczyzn małych i dużych, wybranych

"..16 mężczyzn małych i dużych, wybranych

przypadkowo w kolejności wychodzenia z

przypadkowo w kolejności wychodzenia z

kościoła po mszy niedzielnej".

kościoła po mszy niedzielnej".



Wobec oczywistych wad naturalnych wzorców

Wobec oczywistych wad naturalnych wzorców

długości, zachowując nazwy jednostek,

długości, zachowując nazwy jednostek,

wprowadzono ich wzorce sztuczne w postaci

wprowadzono ich wzorce sztuczne w postaci

odcinków zaznaczonych na ścianach świątyń i

odcinków zaznaczonych na ścianach świątyń i

ratuszów lub starannie przechowywanych

ratuszów lub starannie przechowywanych

sztabach i prętach.

sztabach i prętach.

Jednostka długości



1875 - Podpisanie konwencji metrycznej

1875 - Podpisanie konwencji metrycznej

przez 30 państw (zmiany długości względne

przez 30 państw (zmiany długości względne

wzorca głównego ±2×10-4 [m]), (

wzorca głównego ±2×10-4 [m]), (

20 maja

20 maja

)

)



1791 - Uchwała Francuskiego Zgromadzenia

1791 - Uchwała Francuskiego Zgromadzenia

Narodowego

Narodowego

„Metr jest to dziesięciomilionowa

„Metr jest to dziesięciomilionowa

część ćwiartki południka ziemskiego.”

część ćwiartki południka ziemskiego.”



1799 - Wzorzec archiwalny – końcowy

1799 - Wzorzec archiwalny – końcowy

(platyna) - na podstawie pomiarów południka

(platyna) - na podstawie pomiarów południka

(zmiany długości względne wzorca głównego

(zmiany długości względne wzorca głównego

±10-5 [m])

±10-5 [m])

Definicja metra z 1790 roku

Definicja metra z 1790 roku



Naukowcy zajmujący się Metrologią

Naukowcy zajmujący się Metrologią

zawsze próbują zdefiniować jednostki miar

zawsze próbują zdefiniować jednostki miar

( obecnie np.

( obecnie np.

kilogram

kilogram

)

)

w oparciu o stałe

w oparciu o stałe

fizyczne a nie przez artefakty .

fizyczne a nie przez artefakty .



Jedną z dróg jest zdefiniowanie kilograma

Jedną z dróg jest zdefiniowanie kilograma

zgodnie z relatywistyczną teorią

zgodnie z relatywistyczną teorią

Einstein‘

Einstein‘

a

a

określającą związek masy z energią

określającą związek masy z energią

.

.

Tak

Tak

więc

więc

kilogram

kilogram

może być zdefiniowany

może być zdefiniowany

przez masę określonej liczby fotonów.

przez masę określonej liczby fotonów.

Odkrycia XVIII i XIX wieku wprowadziły

Odkrycia XVIII i XIX wieku wprowadziły

metrologie w okres nowoczesności i

metrologie w okres nowoczesności i

dynamicznego rozwoju.

dynamicznego rozwoju.



W 1718 r. gdańszczanin Fahrenheit

W 1718 r. gdańszczanin Fahrenheit

skonstruował termometr rtęciowy.

skonstruował termometr rtęciowy.



W 1820 r. Oersted zbudował galwanometr,

W 1820 r. Oersted zbudował galwanometr,

zapoczątkowując rozwój elektromechanicznych

zapoczątkowując rozwój elektromechanicznych

przyrządów pomiarowych oraz metod i technik

przyrządów pomiarowych oraz metod i technik

pomiarów wielkości elektrycznych.

pomiarów wielkości elektrycznych.



Kolejne wynalazki: termoogniwo (1855 r.),

Kolejne wynalazki: termoogniwo (1855 r.),

termorezystor (1875 r.), tensometr elektryczny

termorezystor (1875 r.), tensometr elektryczny

(lata 20 XXw.), umożliwiły przetwarzanie

(lata 20 XXw.), umożliwiły przetwarzanie

rożnych wielkości nieelektrycznych na sygnały

rożnych wielkości nieelektrycznych na sygnały

elektryczne, zapoczątkowując nowy kierunek

elektryczne, zapoczątkowując nowy kierunek

metrologii, miernictwo elektryczne wielkości

metrologii, miernictwo elektryczne wielkości

nieelektrycznych.

nieelektrycznych.

Postępy elektroniki, a zwłaszcza rozwój

Postępy elektroniki, a zwłaszcza rozwój

techniki cyfrowej, wprowadziły metrologie

techniki cyfrowej, wprowadziły metrologie

w etap cyfrowej techniki pomiarowej,

w etap cyfrowej techniki pomiarowej,

zapoczątkowany w końcu lat 50, cechą

zapoczątkowany w końcu lat 50, cechą

charakterystyczną tego etapu jest:

charakterystyczną tego etapu jest:



kwantyzacja sygnału pomiarowego za pomocą
przetwornika analogowo-cyfrowego,



zobrazowanie wyniku pomiaru na cyfrowym
polu odczytowym (co skróciło czas pomiaru do
milisekund, a w rozwiązaniach szybkich do
mikrosekund),



wyeliminowało błędy subiektywne pomiarów,



umożliwienie automatyzacji pomiarów i łatwej
rejestracji wyników.

Od 1974 r., kiedy to pojawił się na rynku

Od 1974 r., kiedy to pojawił się na rynku

mikroprocesor Intel 8080, metrologia weszła

mikroprocesor Intel 8080, metrologia weszła

w etap skomputeryzowanej techniki

w etap skomputeryzowanej techniki

pomiarowej, cechą charakterystyczną tego

pomiarowej, cechą charakterystyczną tego

etapu jest:

etapu jest:



sprzężenie procesów pomiarowych i

sprzężenie procesów pomiarowych i

obliczeniowych,

obliczeniowych,



ulepszenie parametrow metrologicznych znanych

ulepszenie parametrow metrologicznych znanych

dotąd przyrządów, np. korektę nieliniowości,

dotąd przyrządów, np. korektę nieliniowości,

polepszenie dokładności przez wielokrotne

polepszenie dokładności przez wielokrotne

powtarzanie pomiarów i ich uśrednienie oraz inne

powtarzanie pomiarów i ich uśrednienie oraz inne

rodzaje cyfrowej obróbki sygnałów,

rodzaje cyfrowej obróbki sygnałów,



organizacje komputerowo wspomaganych

organizacje komputerowo wspomaganych

systemów pomiarowych (system pomiarowy jest

systemów pomiarowych (system pomiarowy jest

zbiorem przetworników i przyrządów pomiarowych

zbiorem przetworników i przyrządów pomiarowych

objętych wspólnym sterowaniem, tworzących

objętych wspólnym sterowaniem, tworzących

całość organizacyjną)

całość organizacyjną)

.

.



Szczególnie szerokie zastosowanie znalazły

Szczególnie szerokie zastosowanie znalazły

systemy o architekturze magistralowej, w której

systemy o architekturze magistralowej, w której

przyrządy pomiarowe i inne jednostki

przyrządy pomiarowe i inne jednostki

funkcjonalne, w tym komputer sterujący, są

funkcjonalne, w tym komputer sterujący, są

podłączone do wspólnej wieloprzewodowej

podłączone do wspólnej wieloprzewodowej

magistrali interfejsowej, którą przesyła się

magistrali interfejsowej, którą przesyła się

sygnały informacyjne (dane) i rozkazy sterujące.

sygnały informacyjne (dane) i rozkazy sterujące.



Opracowano standardy takich interfejsów, np.

Opracowano standardy takich interfejsów, np.

IEC-625, VME, VXI.

IEC-625, VME, VXI.



Aparatura pomiarowa obecnie produkowana

Aparatura pomiarowa obecnie produkowana

posiada karty sprzęgu ze standardowymi

posiada karty sprzęgu ze standardowymi

magistralami interfejsu, co umożliwia jej prace

magistralami interfejsu, co umożliwia jej prace

w systemach, niezależnie od pracy

w systemach, niezależnie od pracy

autonomicznej.

autonomicznej.



Obok systemów organizowanych z

Obok systemów organizowanych z

konwencjonalnej aparatury, upowszechniają

konwencjonalnej aparatury, upowszechniają

się systemy organizowane z przyrządów

się systemy organizowane z przyrządów

wykonanych na jednej płycie montażowej

wykonanych na jednej płycie montażowej

nazywanej karta pomiarowa.

nazywanej karta pomiarowa.



Systemy takie są bardzo elastyczne i przez

Systemy takie są bardzo elastyczne i przez

odpowiedni dobór kart można je łatwo

odpowiedni dobór kart można je łatwo

przystosować do różnych zadań pomiarowych,

przystosować do różnych zadań pomiarowych,



Na bazie takich kart projektować można tak

Na bazie takich kart projektować można tak

zwane wirtualne przyrządy pomiarowe.

zwane wirtualne przyrządy pomiarowe.



Postępy elektroniki w ostatnich kilku latach

Postępy elektroniki w ostatnich kilku latach

wprowadzają metrologie w etap

wprowadzają metrologie w etap

mikrosystemów pomiarowych.

mikrosystemów pomiarowych.

OBSERWACJA A POMIAR

Obserwacja



Najczęściej informacje o świecie zewnętrznym

Najczęściej informacje o świecie zewnętrznym

człowiek otrzymuje za pośrednictwem

człowiek otrzymuje za pośrednictwem

obserwacji i wywoływanymi nimi wrażeń.

obserwacji i wywoływanymi nimi wrażeń.



Zjawiskom będącym przedmiotem obserwacji

Zjawiskom będącym przedmiotem obserwacji

towarzyszą zmiany energetyczne (jako

towarzyszą zmiany energetyczne (jako

przyczyny lub skutki, które wywołują

przyczyny lub skutki, które wywołują

odpowiednie pole zjawiskowe dostępne

odpowiednie pole zjawiskowe dostępne

zmysłom obserwatora.

zmysłom obserwatora.

Obserwacja



Obserwacje, za pomocą których buduje się

Obserwacje, za pomocą których buduje się

obraz świata, są jakościowe, subiektywne i

obraz świata, są jakościowe, subiektywne i

niepełne.

niepełne.



Obserwacje dostarczają tylko pośrednio

Obserwacje dostarczają tylko pośrednio

informacji o rzeczach i istotach, a

informacji o rzeczach i istotach, a

bezpośrednio tylko o zjawiskach przez nie

bezpośrednio tylko o zjawiskach przez nie

wywoływanych.

wywoływanych.



Podstawową wadą obserwacji jest jej

Podstawową wadą obserwacji jest jej

charakter jakościowy.

charakter jakościowy.

Pomiar



Pomiary są ilościową oceną zjawisk

Pomiary są ilościową oceną zjawisk

zachodzących w otoczeniu człowieka.

zachodzących w otoczeniu człowieka.



Do jego realizacji konieczne jest utworzenie

Do jego realizacji konieczne jest utworzenie

wzorców tych zjawisk (lub wytwarzanych przez

wzorców tych zjawisk (lub wytwarzanych przez

nie efektów).

nie efektów).



Wzorce te powinny być powtarzalne, niezależne

Wzorce te powinny być powtarzalne, niezależne

od obserwatora.

od obserwatora.



Pomiar polega na porównaniu mierzonej

Pomiar polega na porównaniu mierzonej

wartości ze znaną wartością tej wielkości

wartości ze znaną wartością tej wielkości

przyjmowaną za jednostkę miary.

przyjmowaną za jednostkę miary.

Kontrola



Jeżeli pomiar odpowiada na pytanie

Jeżeli pomiar odpowiada na pytanie

„ile”

„ile”

,

,

to kontrola odpowiada na pytanie

to kontrola odpowiada na pytanie

„tak czy

„tak czy

nie”

nie”

, tj. czy dany parametr mieści się w

, tj. czy dany parametr mieści się w

określonych granicach, czy obiekt jest

określonych granicach, czy obiekt jest

sprawny, czy niesprawny.

sprawny, czy niesprawny.



Każdy pomiar może być wykorzystywany

Każdy pomiar może być wykorzystywany

do kontroli, ale nie każda operacja

do kontroli, ale nie każda operacja

kontrolna może być uważana za pomiar,

kontrolna może być uważana za pomiar,

np. wrażenie smakowe, zapachowe,

np. wrażenie smakowe, zapachowe,

estetyczne itp.

estetyczne itp.

Diagnostyka



Diagnostyka jest pojęciem szerszym

Diagnostyka jest pojęciem szerszym

niż pomiar

niż pomiar



Diagnostyka obejmuje wiele

Diagnostyka obejmuje wiele

czynności

czynności

kontrolnych, a także ustalenie

kontrolnych, a także ustalenie

źródła lub przyczyny stwierdzonego

źródła lub przyczyny stwierdzonego

stanu badanego obiektu.

stanu badanego obiektu.

ISTOTA POMIARU

Pomiar jest czynnością doświadczalną, mającą na

Pomiar jest czynnością doświadczalną, mającą na

celu wyznaczenie z odpowiednią dokładnością

celu wyznaczenie z odpowiednią dokładnością

wartości wielkości mierzonej.

wartości wielkości mierzonej.



Pomiar jest zespołem działań i doświadczeń

Pomiar jest zespołem działań i doświadczeń

obejmujących:

obejmujących:

•

•

teoretyczne i praktyczne przygotowanie,

teoretyczne i praktyczne przygotowanie,

•

•

techniczną realizację,

techniczną realizację,

•

•

opracowanie i interpretację wyników pomiarów.

opracowanie i interpretację wyników pomiarów.

Pomiar jest zbiorem czynności mającym na celu

Pomiar jest zbiorem czynności mającym na celu

wyznaczenie aktualnej wartości wielkości fizycznej

wyznaczenie aktualnej wartości wielkości fizycznej

(wielkości mierzonej = mezurandu)

(wielkości mierzonej = mezurandu)

.

.

Podstawowy aksjomat

meteorologii:

Nie ma pomiarów bezbłędnych !!!!

Nie ma pomiarów bezbłędnych !!!!



z każdym pomiarem wiąże się błąd, który

z każdym pomiarem wiąże się błąd, który

wyraża niezgodność wartości uzyskanej

wyraża niezgodność wartości uzyskanej

w wyniku pomiaru z rzeczywistą

w wyniku pomiaru z rzeczywistą

wielkością wartości mierzonej.

wielkością wartości mierzonej.

POMIAR



Pomiar to zbiór czynności po wykonaniu,

Pomiar to zbiór czynności po wykonaniu,

których możemy stwierdzić, że w danej

których możemy stwierdzić, że w danej

chwili w określonych warunkach

chwili w określonych warunkach

wielkość mierzona miała wartość (x)

wielkość mierzona miała wartość (x)

spełniającą następujący warunek:

spełniającą następujący warunek:

a <= x <= b

a <= x <= b



W wyniku pomiaru jesteśmy w stanie

W wyniku pomiaru jesteśmy w stanie

jedynie wskazać przedział

jedynie wskazać przedział

< a,b >

< a,b >

,

,

w

w

którym znajduje się faktyczna wartość

którym znajduje się faktyczna wartość

wielkości mierzonej.

wielkości mierzonej.

Podstawowe pojęcia
metrologiczne:



Metrologia

Metrologia

-

-

dziedzina wiedzy obejmująca

dziedzina wiedzy obejmująca

wszystko, co związane jest z pomiarami

wszystko, co związane jest z pomiarami

(ogólna, teoretyczna, stosowana,

(ogólna, teoretyczna, stosowana,

techniczna, branżowa, prawna)

techniczna, branżowa, prawna)



Pomiar

Pomiar

–

–

zbiór operacji mających na celu

zbiór operacji mających na celu

wyznaczenie wartości wielkości

wyznaczenie wartości wielkości

(mezurandu)

(mezurandu)



Wielkość (mierzalna)

Wielkość (mierzalna)

-

-

cecha zjawiska,

cecha zjawiska,

ciała lub substancji, którą można wyróżnić

ciała lub substancji, którą można wyróżnić

jakościowo i wyznaczyć ilościowo.

jakościowo i wyznaczyć ilościowo.

WIELKOŚĆ (

MIERZALNA

)

- cecha

zjawiska, ciała lub substancji,
którą można wyróżnić
jakościowo i wyznaczyć
ilościowo.

PRZYKŁADY

PRZYKŁADY



Wielkości w znaczeniu ogólnym: długość, czas,

Wielkości w znaczeniu ogólnym: długość, czas,

masa, temperatura, opór elektryczny, stężenie

masa, temperatura, opór elektryczny, stężenie

molowe;

molowe;



Wielkości określone: długość danego pręta, opór

Wielkości określone: długość danego pręta, opór

elektryczny danej próbki drutu, stężenie ilości

elektryczny danej próbki drutu, stężenie ilości

etanolu w danej próbce wina.

etanolu w danej próbce wina.



Wielkości, które można klasyfikować jedne

Wielkości, które można klasyfikować jedne

względem drugich w porządku rosnącym (lub

względem drugich w porządku rosnącym (lub

malejącym.

malejącym.



Wielkości tego samego rodzaju można grupować

Wielkości tego samego rodzaju można grupować

w kategorie wielkości

w kategorie wielkości

,

,

na przykład: praca,

na przykład: praca,

ciepło, energia, grubość, obwód, długość fali.

ciepło, energia, grubość, obwód, długość fali.

WYMIAR WIELKOŚCI

- wyrażenie,

które reprezentuje wielkość danego
układu wielkości jako iloczyn potęg
czynników oznaczających wielkości
podstawowe tego układu.

PRZYKŁADY

PRZYKŁADY



w układzie, który ma jako wielkości

w układzie, który ma jako wielkości

podstawowe długość, masę i czas i których

podstawowe długość, masę i czas i których

wymiary są oznaczone odpowiednio przez L,

wymiary są oznaczone odpowiednio przez L,

M i T, wymiarem siły jest LMT

M i T, wymiarem siły jest LMT

-2

-2

;

;



w tym samym układzie wielkości ML

w tym samym układzie wielkości ML

-3

-3

jest

jest

wymiarem stężenia masowego, jak również

wymiarem stężenia masowego, jak również

wymiarem gęstości masy.

wymiarem gęstości masy.



Czynnik, który reprezentuje

Czynnik, który reprezentuje

wielkość

wielkość

podstawową

podstawową

, nazywa się "wymiarem" tej

, nazywa się "wymiarem" tej

wielkości podstawowej.

wielkości podstawowej.

JEDNOSTKA (

MIARY

)

- wielkość

określona, zdefiniowana i przyjęta
umownie, z którą porównuje się inne
wielkości tego samego rodzaju w celu
ich ilościowego wyrażania w stosunku
do tej wielkości przyjętej umownie.



Jednostki miar mają umownie nadane

Jednostki miar mają umownie nadane

nazwy i oznaczenia.

nazwy i oznaczenia.



Jednostki miar wielkości o tym samym

Jednostki miar wielkości o tym samym

wymiarze mogą mieć te same nazwy i

wymiarze mogą mieć te same nazwy i

to samo oznaczenie, nawet jeśli te

to samo oznaczenie, nawet jeśli te

wielkości nie są tego samego rodzaju.

wielkości nie są tego samego rodzaju.

MIĘDZYNARODOWY UKŁAD
JEDNOSTEK MIAR (SI)

International System of Units, SI



Układ jednostek miar spójny, przyjęty

Układ jednostek miar spójny, przyjęty

i zalecany przez Generalną

i zalecany przez Generalną

Konferencję Miar (CGPM).

Konferencję Miar (CGPM).

WARTOŚĆ (

WIELKOŚCI

)

- wyrażenie ilościowe wielkości
określonej na ogół w postaci
iloczynu liczby i jednostki miary.

PRZYKŁADY

PRZYKŁADY



długość pręta 5,34 m lub 534 cm;

długość pręta 5,34 m lub 534 cm;



masa ciała 0,152 kg lub 152 g;

masa ciała 0,152 kg lub 152 g;



liczność materii próbki wody (H

liczność materii próbki wody (H

2

2

0)

0)

0,012 mol lub 12 mmol.

0,012 mol lub 12 mmol.



Wartość wielkości może być dodatnia,

Wartość wielkości może być dodatnia,

ujemna lub zero

ujemna lub zero

.

.

WARTOŚĆ PRAWDZIWA
(

WIELKOŚCI

)

- wartość zgodna z definicją
wielkości określonej.



Jest to wartość, jaką uzyskałoby się jako

Jest to wartość, jaką uzyskałoby się jako

wynik bezbłędnego pomiaru.

wynik bezbłędnego pomiaru.



Wartości prawdziwe są ze swej natury

Wartości prawdziwe są ze swej natury

nieznane.

nieznane.

WARTOŚĆ UMOWNIE
PRAWDZIWA (

WIELKOŚCI

),

WARTOŚĆ POPRAWNA
(

WIELKOŚCI

)

Wartość przypisana wielkości określonej i

Wartość przypisana wielkości określonej i

uznana, niekiedy umownie, jako wartość

uznana, niekiedy umownie, jako wartość

wyznaczona z niepewnością

wyznaczona z niepewnością

akceptowalną w danym zastosowaniu.

akceptowalną w danym zastosowaniu.

Wartość umownie prawdziwa jest niekiedy

Wartość umownie prawdziwa jest niekiedy

nazywana wartością przypisaną,

nazywana wartością przypisaną,

najlepszym oszacowaniem wartości,

najlepszym oszacowaniem wartości,

wartością umowną lub wartością

wartością umowną lub wartością

odniesienia.

odniesienia.

METODA POMIAROWA

- logiczny

ciąg wykonywanych podczas
pomiaru operacji, opisanych w
sposób ogólny.

Metody pomiarowe mogą być określane

Metody pomiarowe mogą być określane

w różny sposób, na przykład:

w różny sposób, na przykład:



metoda podstawienia;

metoda podstawienia;



metoda różnicowa;

metoda różnicowa;



metoda zerowa.

metoda zerowa.

ZASADA POMIARU-

naukowa

podstawa pomiaru.

PRZYKŁADY

PRZYKŁADY



zjawisko termoelektryczne wykorzystane

zjawisko termoelektryczne wykorzystane

do pomiaru temperatury;

do pomiaru temperatury;



zjawisko Josephsona wykorzystane do

zjawisko Josephsona wykorzystane do

pomiaru napięcia elektrycznego;

pomiaru napięcia elektrycznego;



zjawisko Dopplera wykorzystane do

zjawisko Dopplera wykorzystane do

pomiaru prędkości;

pomiaru prędkości;



zjawisko Ramana wykorzystane do pomiaru

zjawisko Ramana wykorzystane do pomiaru

liczby falowej drgań molekularnych.

liczby falowej drgań molekularnych.

PROCEDURA POMIAROWA
-

zbiór operacji opisanych w

sposób szczegółowy i
realizowanych podczas
wykonywania pomiarów zgodnie
z daną metodą.



Procedura pomiarowa jest zazwyczaj

Procedura pomiarowa jest zazwyczaj

opisana w dokumencie, który sam nosi

opisana w dokumencie, który sam nosi

nazwę "procedura pomiarowa" (albo

nazwę "procedura pomiarowa" (albo

"metoda pomiarowa") i który jest

"metoda pomiarowa") i który jest

wystarczająco szczegółowy, aby

wystarczająco szczegółowy, aby

operator mógł przeprowadzić pomiar

operator mógł przeprowadzić pomiar

bez potrzeby dodatkowych informacji.

bez potrzeby dodatkowych informacji.

WIELKOŚĆ MIERZONA

(measurand)
- wielkość określona, stanowiąca
przedmiot pomiaru.

PRZYKŁAD

PRZYKŁAD



Ciśnienie party wodnej próbki wody przy

Ciśnienie party wodnej próbki wody przy

20°C.

20°C.



Średnica pręta, jego długość itp.

Średnica pręta, jego długość itp.

Określenie wielkości mierzonej może wymagać

Określenie wielkości mierzonej może wymagać

wskazania innych wielkości, takich jak czas,

wskazania innych wielkości, takich jak czas,

temperatura i ciśnienie

temperatura i ciśnienie

.

.

WIELKOŚĆ WPŁYWAJĄCA

-

wielkość nie będąca wielkością
mierzoną, która ma jednak
wpływ na wynik pomiaru.

PRZYKŁADY

PRZYKŁADY



temperatura mikrometru podczas pomiaru

temperatura mikrometru podczas pomiaru

długości;

długości;



częstotliwość podczas pomiaru amplitudy

częstotliwość podczas pomiaru amplitudy

przemiennego napięcia elektrycznego;

przemiennego napięcia elektrycznego;



stężenie bilirubiny podczas pomiaru

stężenie bilirubiny podczas pomiaru

stężenia hemoglobiny w próbce plazmy

stężenia hemoglobiny w próbce plazmy

krwi ludzkiej

krwi ludzkiej

WYNIK POMIARU

- wartość

przypisana wielkości mierzonej,
uzyskana drogą pomiaru.

Gdy podaje się wynik, należy wyraźnie

Gdy podaje się wynik, należy wyraźnie

zaznaczyć, czy dotyczy on:

zaznaczyć, czy dotyczy on:

-wskazania wyniku surowego

-wskazania wyniku surowego

-wyniku poprawionego i czy jest średnią

-wyniku poprawionego i czy jest średnią

uzyskaną z wielu obserwacji.

uzyskaną z wielu obserwacji.

Całkowite wyrażenie wyniku pomiaru zawiera

Całkowite wyrażenie wyniku pomiaru zawiera

dane dotyczące niepewności pomiaru

dane dotyczące niepewności pomiaru

WSKAZANIE (

PRZYRZĄDU

POMIAROWEGO

)

- wartość wielkości podawana jest
przez przyrząd pomiarowy.



Wartość odczytana na urządzeniu

Wartość odczytana na urządzeniu

wskazującym może być nazywana

wskazującym może być nazywana

wskazaniem bezpośrednim, należy ją

wskazaniem bezpośrednim, należy ją

pomnożyć przez stałą przyrządu w celu

pomnożyć przez stałą przyrządu w celu

uzyskania wskazania.

uzyskania wskazania.



Wielkością może być wartość mierzona,

Wielkością może być wartość mierzona,

sygnał pomiarowy lub inna wielkość

sygnał pomiarowy lub inna wielkość

zastosowana do określenia wartości

zastosowana do określenia wartości

wielkości mierzonej.

wielkości mierzonej.



Wskazanie wzorca miary stanowi przypisana

Wskazanie wzorca miary stanowi przypisana

mu wartość.

mu wartość.

WYNIK SUROWY-

wynik

pomiaru przed korektą błędu
systematycznego.

WYNIK POPRAWIONY

- wynik

pomiaru po korekcji błędu
systematycznego.

DOKŁADNOŚĆ POMIARU

-

stopień zgodności wyniku
pomiaru z wartością rzeczywistą
wielkości mierzonej.

POWTARZALNOŚĆ (

WYNIKÓW

POMIARÓW

)

- stopień zgodności

wyników kolejnych pomiarów tej
samej wielkości mierzonej,
wykonywanych w tych samych
warunkach pomiarowych.

Warunki powtarzalności obejmują:

Warunki powtarzalności obejmują:

- tą same procedurę pomiarową i tego samego

- tą same procedurę pomiarową i tego samego

obserwatora,

obserwatora,

- ten sam przyrząd pomiarowy stosowany w tych

- ten sam przyrząd pomiarowy stosowany w tych

samych warunkach i to samo miejsce,

samych warunkach i to samo miejsce,

- powtarzanie pomiaru w krótkich odstępach

- powtarzanie pomiaru w krótkich odstępach

czasu.

czasu.

Powtarzalność można wyrażać ilościowo za

Powtarzalność można wyrażać ilościowo za

pomocą charakterystyk rozrzutu wyników

pomocą charakterystyk rozrzutu wyników

ODTWARZALNOŚĆ (

WYNIKÓW

POMIARÓW

)-

stopień zgodności

wyników pomiarów tej samej
wielkości mierzonej,
wykonywanych w zmienionych
warunkach pomiarowych.



Warunki podlegające zmianom mogą

Warunki podlegające zmianom mogą

obejmować:

obejmować:

zasadę pomiaru, metodę pomiaru,

zasadę pomiaru, metodę pomiaru,

obserwatora, przyrząd pomiarowy, etalon

obserwatora, przyrząd pomiarowy, etalon

odniesienia, miejsce, warunki stosowania,

odniesienia, miejsce, warunki stosowania,

czas

czas

.

.



Odtwarzalność można wyrażać ilościowo za

Odtwarzalność można wyrażać ilościowo za

pomocą charakterystyk rozrzutu wyników

pomocą charakterystyk rozrzutu wyników

NIEPEWNOŚĆ POMIARU

-

parametr, związany z wynikiem
pomiaru, charakteryzujący rozrzut
wartości, które można w
uzasadniony sposób przypisać
wielkości mierzonej.



Parametrem może być na przykład odchylenie

Parametrem może być na przykład odchylenie

standardowe albo połowa szerokości

standardowe albo połowa szerokości

przedziału odpowiadającego określonemu

przedziału odpowiadającego określonemu

poziomowi ufności.

poziomowi ufności.



Przyjmuje się, ze wynik pomiaru stanowi

Przyjmuje się, ze wynik pomiaru stanowi

najlepsze oszacowanie wartości wielkości

najlepsze oszacowanie wartości wielkości

mierzonej i że wszystkie składniki niepewności,

mierzonej i że wszystkie składniki niepewności,

włącznie z tymi, które pochodzą od efektów

włącznie z tymi, które pochodzą od efektów

systematycznych, jak na przykład składniki

systematycznych, jak na przykład składniki

związane z poprawkami lub z etalonami

związane z poprawkami lub z etalonami

odniesienia, wnoszą swój udział do rozrzutu.

odniesienia, wnoszą swój udział do rozrzutu.

BŁĄD POMIARU

- różnica

miedzy wynikiem pomiaru a
wartością prawdziwą wielkości
mierzonej.



Ponieważ wartość prawdziwa nie może

Ponieważ wartość prawdziwa nie może

być określona, stosuje się w praktyce

być określona, stosuje się w praktyce

wartość umownie prawdziwą.

wartość umownie prawdziwą.



Jeżeli trzeba rozróżniać między

Jeżeli trzeba rozróżniać między

"błędem"

"błędem"

i

i

"błędem względnym",

"błędem względnym",

to pierwszy

to pierwszy

bywa niekiedy nazywany "

bywa niekiedy nazywany "

błędem

błędem

bezwzględnym pomiaru

bezwzględnym pomiaru

". Nie należy go

". Nie należy go

mylić z

mylić z

wartością bezwzględną błędu

wartością bezwzględną błędu

,

,

która jest modułem błędu.

która jest modułem błędu.

BŁĄD WZGLĘDNY

-

stosunek błędu

pomiaru do wartości prawdziwej
wielkości mierzonej.

BŁĄD PRZYPADKOWY-

różnica między

wynikiem pomiaru a średnią z
nieskończonej liczby wyników
pomiarów tej samej wielkości
mierzonej, wykonanych w warunkach
powtarzalności.

BŁĄD SYSTEMATYCZNY-

różnica

między średnią z nieskończonej liczby
wyników pomiarów tej samej wielkości
mierzonej, wykonanych w warunkach
powtarzalności, a wartością prawdziwą
wielkości mierzonej

.