Введение. Содержание Введение 1 Измерительное дело


Введение
1 Измерительное дело. Немного истории
2 Основные понятия в метрологии
2.1 Метрология – наука о мерах и измерениях
2.2 Основное уравнение измерений
2.3 Шкалы измерений
3 Физические величины и их единицы
3.1 Виды физических величин и единиц
3.2 Системы единиц физических величин
3.3 Внесистемные единицы
3.4 Относительные и логарифмические величины и единицы
3.5 Естественные системы единиц
3.6 Размерности физических величин
3.6.1 Определение размерностей
3.6.2 О физическом смысле размерностей
3.7 Международная система единиц физических величин
3.7.1 Определение и содержание основных единиц СИ
3.7.2 Дополнительные единицы СИ
3.7.3 Производные единицы СИ (примеры наиболее часто применяемых единиц физических величин)
3.7.4 Кратные и дольные единицы
4 Измерения и средства измерений
4.1 Классификация измерений
4.2 Основные характеристики измерений
4.3 Принципы измерений
4.4 Методы измерений
4.5 Средства измерений
4.6 Метрологические характеристики средств измерений
5 Эталоны единиц физических величин
5.1 Классификация эталонов
5.2 Примеры построения эталонов
5.2.1 Эталон единицы длины
5.2.2 Эталон единицы времени и частоты
5.2.3 Эталон единицы массы
5.2.4 Эталон единицы силы тока
5.2.5 Эталон единицы температуры
5.2.6 Эталон единицы силы света
5.2.7 Эталон дополнительной единицы – плоского угла
6 Система воспроизведения единиц физических величин и передачи их размера средствами измерений
6.1 Поверочные схемы
6.2 Методы передачи размера единицы физической величины
6.3 Межповерочные (межкалибровочные) интервалы
7 Погрешности измерений и средств измерений
7.1 Определение погрешности измерений
7.1.1 Причины возникновения погрешностей
7.1.2 Случайные погрешности
7.1.3 Систематические погрешности
7.1.4 Методы исключения систематических погрешностей
7.1.5 Грубые погрешности и способы их исключения
7.2 Погрешности косвенных измерений
7.3 Нормирование метрологических характеристик средств измерений
7.4 Классы точности средств измерений
7.4.1 Формы представления погрешностей измерений при установлении классов точности
7.4.2 Обозначение классов точности
8 Обработка результатов измерений
8.1 Обработка результатов измерений с многократными наблюдениями
8.2 Форма представления результатов измерений
Приложение А. Единицы геометрических и механических величин Таблица А 2 107
Приложение Б. Критерий Стьюдента для различных доверительных вероятностей

Развитие любой области жизнедеятельности требует проведения огромного количества различных исследований и экспериментов, в которых широко используются количественные методы оценки, основанные на точных измерениях. В наше время к качеству измерений, их точности предъявляются исключительно высокие требования.

Большую роль измерения играют в производстве. Сами технологические процессы сейчас в значительной мере состоят из измерительных операций, удельный вес которых по мере автоматизации производства все более возрастает. Например, для того, чтобы изготовить современный авиационный двигатель, нужно выполнить более ста тысяч различных измерительных операций, почти половина из которых – контрольные, связанные с теми или иными измерениями.

Без точных измерений невозможно обеспечить и высокое качество изготовляемой продукции. Ведь качество любого изделия зависит от многих факторов и, прежде всего, от качества исходного сырья, материалов и полуфабрикатов. Как для контроля качества исходных материалов, так и для контроля качества готовой продукции и настоящее время требуется самая разнообразная, часто очень сложная измерительная техника, основанная на явлениях поглощения и отражения ультразвука, на использовании свойств инфракрасных, рентгеновских, ядерных излучений, принципов магнитной дефектоскопии и т.д.

Итак, точные измерения – неотъемлемая часть каждого научного исследования и эксперимента, разработки новой техники, процесса производства и контроля качества продукции. Наукой, изучающей измерения, является метрология.

Процесс познания окружающего нас мира связан с количественной оценкой параметров, характеризующих предметы, объекты, системы, их взаимодействия и т.п. Степень проникновения метрологии в различные сферы деятельности человека и качество количественных оценок вполне может служить мерой уровня цивилизации общества. Действительно, как только человек начал строить жилища, делать примитивные орудия труда, изготавливать домашнюю утварь и одежду, ему потребовалось, прежде всего, измерять длину, объем, вес, время. И на первой же стадии измерений понадобились меры, с которыми можно было сравнивать, через которые можно выразить результат измерения. В течение тысячелетий применяли только меры длины, веса, площади, объема и времени. А метрология занималась описанием этих мер и определялась как "собрание сведений о мерах".

В настоящее время объектом метрологии являются все единицы измерений физических величин – механических, электрических, тепловых и т.д. А современная метрология, опирающаяся на достижения различных наук и, в свою очередь, способствующая их развитию, сама стала наукой.

Что же такое метрология в современном понимании? Это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Она включает в себя следующие разделы: разработка теории измерений; установление единиц величин и их систем; создание методов и средств измерений; исследование погрешностей измерений (теорию погрешностей измерений); обеспечение единства измерений; создание эталонов единиц величин; развитие методов передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений.

Метрология сложным образом связана с естественными науками: с одной стороны использует в своей практике все достижения современного естествознания, основываясь на знаниях теоретической физики; с другой – вооружает естественные науки современной методологией постановки, проведения и получения результатов измерительных экспериментов. Как и все естественные науки она делится на теоретическую и экспериментальную.

Перед теоретической метрологией стоят следующие задачи:

1) Создание и непрерывное совершенствование теории измерений, теоретических основ измерительной техники.

2) Создание и совершенствование теоретических основ построения систем единиц, эталонов.

3) Разработка вопросов теории погрешностей, в том числе на основе математической статистики и теории вероятностей.

4) Разработка общих принципов оптимизации постановки и проведения измерительного эксперимента.

5) Разработка теоретических основ отдельных видов и областей измерений (например, ионизирующие излучения, теплофизические измерения).

6) Создание научных основ количественной оценки параметров объектов, технологий качества промышленной продукции, разработка научнообоснованного критерия численной оценки степени надежности и долговечности изделий.

Важнейшими задачами экспериментальной метрологии являются:

1) Разработка и совершенствование методов измерений.

Известно, что создание новых средств измерений основывается на использовании новых открытий и достижений науки, а их применение при проведении исследований приводит, в свою очередь, к новым научным открытиям. Это взаимопроникновение науки и измерительной техники является в сущности основой научно-технического прогресса.

История развития науки полна примерами открытий, обусловленных именно повышением точности измерений. Актуальной задачей сейчас является изыскание методов и средств для точных измерений величин, изменяющихся во времени, т.е. динамических измерений. Практика современных научных исследований и развитие ряда областей техники требует разработки методов и средств для измерения параметров именно нестационарных процессов.

3) Пересмотр принципиальных основ создания эталонов.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по использованию для данных целей молекулярных и атомных явлений, и это направление научных исследований является весьма важным.

4) С какой бы высокой точностью ни была воспроизведена эталоном единица измеряемой величины, практические результаты будут достигнуты только при условии существования этих методов и аппаратуры. Разработка методов и средств передачи размера единицы от эталона рабочим средствам измерений с наибольшей точностью. Разработка таких методов и средств измерений является одной из главных задач экспериментальной метрологии.

5) Полная автоматизация всех поверочных работ.

Создание автоматизированных эталонных средств измерений приводит не только к повышению производительности труда при массовых поверках, но и, что не менее важно, к возможности существенного увеличения точности измерений путем автоматического введения поправок, автоматического многократного повторения измерений и автоматической обработки их результатов.

6) Совершенствование деятельности Государственных служб стандартных справочных данных и стандартных образцов свойств и состава веществ и материалов.

Характерной особенностью современного этапа научно-технического прогресса является создание и внедрение множества новых орудий труда, материалов, технологических процессов, снижение трудоемкости и материалоемкости изделий.