Метрологічні вимоги до вимірів фізичних параметрів

З розвитком геофізичних і геологічних методів дослідження, збільшенням їхньої точності і надійності підвищуються вимоги до точності виміру фізичних параметрів.

Вивчення фізичних властивостей гірських порід починають з вимірів їхніх характерних величин. На практиці одержують значення параметра з певною точністю, тому що в процесі виміру допускають випадкові або систематичні похибки ( Dx )

Dx=x-X, (1.1)

де: Dx - абсолютна похибка, яка виражається в тих же одиницях, що і вимірювальна величина; х - результат виміру; Х – дійсне значення параметру. Відношення

= (1.2)

називається відносною похибкою; воно, зазвичай, дається у відсотках і визначає точність вимірів.

Похибки зумовлені:

1) недосконалістю методики вивчення фізичних властивостей;

2) недосконалістю техніки виміру фізичних параметрів.

Похибки, пов'язані з методикою вивчення, умовно називають методичними похибками. Вони визначаються ступенем відповідності даних лабораторного вивчення фізичних властивостей зразків властивостям порід у природному заляганні. У зв'язку з цим методична похибка залежить від того, наскільки використаний лабораторний метод враховує чинники, що впливають на фізичні властивості порід у природному заляганні, - вологість, тиск, температура, ступінь однорідності речовинного складу порід, рівномірність розподілу магнітних або провідних компонентів і порових каналів і т.д.

Похибки, пов'язані з недосконалістю техніки виміру фізичних параметрів, умовно називаються метрологічними. Вони складаються з похибок вимірювальної апаратури і похибок, внесених оператором. Ці похибки можуть бути систематичні або випадкові. Систематичні похибки, зазвичай, пов'язані з дефектами приладу або устаткування, з неточністю еталона, узятого для градуювання апаратури і для контролю одержаних розмірів фізичних параметрів. Вони мають той самий знак. Систематичну похибку можна виключити або зменшити, поліпшивши умови виміру, уточнивши еталон. Випадкові похибки, зазвичай, викликані або невідомими, або частково відомими причинами. Випадкову похибку не виключають з результатів виміру.

Нижче наведені приклади розрахунку загальної максимальної відносної похибки визначення фізичного параметра зразка.

1. Найбільша відносна похибка виміру густини методом гідростатичного зважування (s_в= ³кг/м³)

, (1.3)

де: s_в – густина води; s - густина зразка; Dm/m – відносна похибка виміру маси зразка.

2. Найбільша відносна похибка виміру швидкості пружних хвиль методом прозвучування

,(1.4)

де: V – швидкість пружних хвиль у зразку; Dl/l – відносна похибка виміру довжини зразка; l – довжина зразка; Dt₀₊₃ і Dt ₃ – похибки визначення часу поширення імпульсу в зразку й в апаратурі. Основна метрологічна похибка визначення швидкості пружних хвиль зумовлена похибками виміру часу поширення імпульсу.

3. Найбільша відносна похибка виміру намагніченості магнітометричним методом (на магнітометрі МА-21)

,(1.5)

де: - відносна похибка виміру ціни поділки магнітометра; - абсолютна похибка візуального відліку числа поділок n; Dn поділок); DV/V – відносна похибка визначення об’єму зразка.

Основна метрологічна похибка виміру намагніченості пов’язана з визначенням ціни поділки магнітометра і об’єму зразка.

Коли вимірюється магнітна сприйнятливість c індукційним методом (на капометрах)

Dc/c=Dc₀/c₀+Dn/n+Dn₀/n₀, (1.6)

де: Dc₀/c₀ – відносна похибка виміру магнітної сприйнятливості еталона; Dn/n і Dn₀/n₀ – відносні похибки визначення числа поділок при накладенні на датчик еталона і зразка.

При вимірі c особливу увагу необхідно приділяти розмірам зразка, вимоги до яких наведені у відповідних інструкціях з експлуатації магнітометрів.

4. Найбільша відносна похибка виміру електричного питомого опору мостовим двоелектродним методом перемінного струму

Dr/r=DR/R+DS/S+Dl/l, (1.7)

де: DR/R, DS/S, Dl/l – відносні похибки виміру активного опору зразка породи, його перетину і довжини.

5. Найбільша відносна похибка виміру теплопровідності стаціонарним методом

Dl/l=DQ/Q+DS/S+D(T₁+T₂)/T₁+T₂, (1.8)

де: - DQ/Q, DS/S, D(T₁+T₂)/(T₁+T₂) - відносні похибки визначення кількості тепла, що виділяється, перетину пластини і різниці температур.

Основна метрологічна похибка виміру теплопровідності пов'язана з визначенням різниці температур.

Розрахунок максимальної відносної похибки виміру фізичного параметра зразка необхідний для з'ясування залежності загальної похибки від похибок, внесених окремими вузлами приладу, а також для визначення залежності розміру похибки приладу від різноманітних характеристик зразка.

У практиці лабораторних досліджень для визначення похибки вимірювальної апаратури, зазвичай, проводять багатократні виміри еталонів. При числі повторних вимірів більш 20 розподіл випадкових похибок повинен підпорядковуватися нормальному закону. Значне відхилення від нормального закону свідчить про наявність систематичних похибок. За результатами вимірів можна оцінити середню квадратичну похибку приладу

S_t = ,(1.9)

де: x_i - окреме значення еталона; - середнє значення еталона; n - число вимірів.

Для оцінки систематичних похибок визначення фізичного параметра виконують також контрольні виміри на інших приладах в інших лабораторіях (міжлабораторний контроль). Обсяг контрольних вимірів повинен складати 1-2%.

Для оцінки випадкової похибки визначення фізичного параметра при вивченні колекції зразків виконують повторні виміри зразків на тих же приладах в обсязі 5-10 % від загального числа спостережень. При числі повторних (парних) вимірів більш 30 розподіл випадкових похибок повинен підпорядковуватися нормальному закону і характеризувати всю сукупність вимірів. Для оцінки випадкових похибок обчислюють середню квадратичну (S_t) або середню арифметичну (q) похибки.

Дата добавления: 2015-07-12