Méréstechnika 1/15. ML osztály részére 2017. Mérési alapfogalmak és módszerek A szóbeli vizsga 8. tételéhez http://tp1957.atw.hu/mt_8.ppt

A tétel tartalma Mutassa be a mérési alap-fogalmakat és módszereket! Mérés fogalma A mérési folyamat lépései a mintavételtől az eredmény megadásáig Metrológiai jellemzők: méréshatár, mérési tartomány, érzékenység, pontosság, fogyasztás (mérőerő), túlterhelhetőség, csillapítottság Hibák fajtái (rendszeres, véletlen-szerű, abszolút, relatív, linearitási, dinamikus) Teljesítményjellemzők: szelektivitás, helyesség, precizitás, kimutatási határ, meghatározási határ, mérési tartomány, zavartűrés Mutassa be a mérési alap-fogalmakat és módszereket! Ismertesse a mérés fogalmát és folyamatait! Mutassa be a mérőműsze-reket és metrológiai jellem-zőiket! Ismertesse a mérési módszerek fajtáit és hibáit! Milyen teljesítményjellemzőit ismeri a mérési módsze-reknek?

A mérés fogalma A méréskor valamilyen jellemző mennyiségét határozzuk meg, úgy, hogy azt valamihez (mértékegység) hasonlítjuk. Így az eredmény két részből áll: számérték és mértékegység. Egyik a másik nélkül semmit sem ér! Mértékegységek régen, már az ókorban is voltak. A régi egységek testméretekhez (hüvelyk, arasz, könyök, láb, csipet, marék), tárgyakhoz (zsák, kosár, puttony, mérő, véka, tömlő, kulacs, hordó) vagy tevékenységekhez (napi járás, járóföld) kapcsolódtak. Ezek a mértékek nagyon különbözőek lehettek, ezért vezet-ték be a mértékrendszereket (MKS, CGS, technikai, SI).

Az SI alapegységek A mennyiség mértékegység neve jele hossz ℓ méter m tömeg kilogramm* kg idő t másodperc s elektromos áramerősség I (nagy i) amper A abszolút hőmérséklet T kelvin K anyagmennyiség n mól mol fényerősség Iv kandela cd Forrás: SI mértékegységrendszer (http://hu.wikipedia.org/wiki/SI_m%C3%A9rt%C3%A9kegys%C3%A9grendszer)

Néhány származtatott SI egység neve jele származtatása mértékegység neve terület A = ℓ2 négyzetméter m2 térfogat V = ℓ3 köbméter m3 tömegkoncentráció ρB = m/V kilogramm per köbméter kg/m3 frekvencia f,  = 1/t egy per másodperc s–1, Hz sebesség v = ℓ/t méter per másodperc m/s gyorsulás a = v/t = ℓ/t2 méter / másodperc2 m/s2 erő F = m·a newton (kg·m/s2) N mech. fesz., nyomás p = F/A pascal (N/m2) Pa munka, energia W, E = F·ℓ joule (N·m) J teljesítmény P = W/t = U·I watt (J/s = V·A) W elektromos töltés Q = I·t coulomb (A·s) C feszültség U = W/Q volt anyagm. koncentráció c = n/V mol per köbméter mol/m3

Az SI prefixumok deci- d 10−1 centi- c 10−2 milli- m 10−3 tera- T 1012 Előtag Jele Szorzó hatvánnyal számnévvel yotta- Y 1024 kvadrillió – 100 egy zetta- Z 1021 trilliárd deci- d 10−1 tized exa- E 1018 trillió centi- c 10−2 század peta- P 1015 billiárd milli- m 10−3 ezred tera- T 1012 billió mikro- µ 10−6 milliomod giga- G 109 milliárd nano- n 10−9 milliárdod mega- M 106 millió piko- p 10−12 billiomod kilo- k 103 ezer femto- f 10−15 billiárdod hekto- h 102 száz atto- a 10−18 trilliomod deka- da (dk) 101 tíz zepto- z 10−21 trilliárdod yokto- y 10−24 kvadrilliomod Forrás: SI-prefixum (http://hu.wikipedia.org/wiki/SI-prefixum

A mérési folyamat lépései a mintavételtől az eredmény megadásáig Vizsgálandó objektum mintavétel Elsődleges minta Mintacsök-kentés, minta-előkészítés Másodlagos (laboratóriumi) minta Mérési eredmény mérés feldolgozás Mérési adatok

Mérőeszközök: mértékek, mérőműszerek Mértékek: a közvetlen összehasonlítás eszközei. Ilyenek vannak a hosszúság, az űrmérték (folyadék térfogat) Gyakran használt mértékek: mérőrúd, mérőszalag, vonalzó; mérőhenger, mérőpohár, laborban: büretta, pipetta, mérőlombik A közvetlenül nem összehasonlítható mennyiségek (pl. tömeg, idő, erő, nyomás, sűrűség, áramerősség, stb.) esetén az összehasonlítást műszer segítségével tesszük. Ilyen műszer a mérleg, az erőmérő, az óra, az ampermérő, nyomásmérő, fénymérő.

Metrológiai jellemzők 1. A mérőeszközök jellemzésére használt mennyiségek Méréshatár: a legnagyobb érték, amit az eszközzel mérni lehet (amit ki tud jelezni). Érzékenység: a mért jellemző legkisebb változása, amit az eszköz meg tud különböztetni. Pontosság: a valós (tényleges) érték és a mért érték különbsége. Megadható abszolút és relatív értékként. Mérési tartomány: az a tartomány (alsó határ – felső határ), amelyen belül az eszköz megfelelő pontossággal mér. A pontosság a mérési tartományon belül általában változik.

Metrológiai jellemzők 2. Fogyasztás (mérőerő): a méréshez felhasznált teljesít-mény, ami befolyásolhatja a mérés pontosságát. Az a jó, ha a mérőműszer kis fogyasztású. Túlterhelhetőség: a méréshatáron felül meddig terhelhető a műszer károsodás nélkül. Csillapítottság: azt mutatja meg, hogy a műszer mennyire követi a mérendő mennyiség változását. Csillapítatlan: követi a változást (pl. oszcilloszkóp). Erősen csillapított: az ingadozásokat kisimítja. A csillapítás elérhető analóg műszer esetén nagy tömeggel, légfékkel (pl. analitikai mérleg) vagy olajfékkel, elektromos műszereknél elektronikus kapcsolással.

A hibák fajtái Rendszeres hiba: ami minden mérésünket terheli. Véletlen hiba: kis ingadozások a mérési körülmények változásai miatt. Abszolút hiba (Hi): a mért érték (xmi) és a pontos érték (x0) különbsége: Hi = xmi – x0 Relatív hiba (hi): az abszolút hiba és a pontos érték (x0) százalékos aránya: hi = (Hi/x0)⋅100 Linearitási hiba: eltérés a lineáristól (pl. pH – EME). Két pontos illesztés esetén középen nagy lehet. Dinamikus hiba: az eszköz által mutatott érték késve követi a valóságos értéket (csillapítás). Pl. a mérleg beállása. http://www.aut.vein.hu/oktatok/gerzsonm/meresi_hibak_mvg_08.pdf

Teljesítmény-jellemzők Szelektivitás Helyesség Precizitás Kimutatási határ Meghatározási határ Mérési tartomány Zavartűrés

Szelektivitás, specifikusság, azonosság A szelektivitás azt jellemzi, hogy a módszer, ami több alkotót is mér, mennyire képes azok között különbséget tenni. A zavaró összetevő növelheti, csökkentheti, vagy torzíthatja a jelet. Specifikus a módszer, ami csak az adott komponenst méri, azaz teljesen szelektív. Azonosság: a jel csak a meghatározandó anyagtól származik, nem valami ahhoz fizikailag vagy kémiailag hasonló anyagtól.

Pontosság, helyesség, torzítatlanság A mért és a névleges érték %-os eltérését tekintjük a mérési eljárás pontosságának, helyességének. A referencia anyag igazolt koncentrációjának és a mért koncentrációnak az eltérését az igazolt koncentráció százalékában megadva kapjuk a pontosságot. A precizitás az azonos, homogén minták mérése közti különbséget fejezi ki. Jellemző értékként a mérések szórását használják. Ismételhetőség: azonos hely, analitikus, műszer, beállítások, rövid időn belül mért értékek eltérése. Reprodukálhatóság: egyforma, szabványosított, standardizált módszer, de másik laboratórium, így más analitikus, műszer, beállítások, lehet hosszú idő múlva a mérés. Mintafeladat a tanulói jegyzetben.

A pontosság és precizitás különbsége Precíz, de pontatlan Pontos, de nem precíz Nem precíz, nem pontos Precíz és pontos

Kimutatási határ, meghatározási határ Az a legalacsonyabb mennyiség vagy koncentráció, amit az analitikai eljárás érzékelni képes (tehát meg tud különböztetni a vakmintától), de mennyiségileg meghatározni már nem. Meghatározási határ Az a legalacsonyabb koncentráció vagy mennyiség, amit az analitikai eljárás mennyiségileg meghatározni képes. Általában a 10 % szórás a maximum, amit elfogadnak. Mintafeladat a tanulói jegyzetben.

Mérési tartomány A mérésnél alkalmazható tartomány kiválasztása Az érzékenység változása alapján: azt a koncentrációt fogadjuk el a tartomány felső hatá- rának, aminél az érzékenység a kezdeti érték meghatá- rozott részére (pl. felére vagy harmadára) csökken.

Robusztusság (Robustness), állékonyság, zavartűrés Azt mutatja meg, hogy a módszer mennyire tűri a zavaró hatásokat; a mérési paraméterek pl. – pH, – ionerősség, – hőmérséklet, stb. megváltoztatása mennyire befolyásolja a kapott jel nagyságát. Célszerű a módszerfejlesztés korai szakaszában elvégezni. (Miért?)