Основы метрологии

Внимание!

БАЗОВЫЙ КУРС

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ.

***УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ***

НОВОКУЗНЕЦК 2009
ПРЕДИСЛОВИЕ

Измерение - единственный способ получения количественной информации о величинах, характеризующих те или иные явления и процессы. Большинство показателей, характеризующих качество изделий и различных видов продукции, устанавливаются путем соответствующих измерений. Измерения настолько привычны и интуитивно понятны, что, казалось бы, вообще нет необходимости выявлять те положения, которые лежат в их основе. Однако не менее очевиден и тот факт, что измерения параметров одного и того же объекта или явления проведенные в разных местах, в разное время и разными людьми должны быть сопоставимы. Последнее возможно, если при проведе­нии измерений повсеместно будут выполняться определенные условия. Эти условия предполагают единообразие единиц измерения физических величин, единообразие методов измерений и средств, с помощью которых они осуще­ствляются и единообразие способов представления результатов.

Все эти условия обеспечиваются действием в стране Государственной системы обеспечения единства измерений. Метрология, как наука об измерениях, является научной основой действия этой системы.

В учебном пособии кратко изложены основные положения метрологии. С учетом законодательного характера многих положений метрологии основные термины и определения, алгоритмы обработки опытных данных различных видов измерений и способы представления результатов в настоящем пособии даны в соответствии с действующими стандартами, на которых в соответствующих местах сделаны ссылки. Более подробно теоретические вопросы метрологии и теоретическое обоснование алгоритмов обработки результатов измерений можно найти в литературе, список которой приводиться в конце пособия, и в соответствующих стандартах. В качестве приложений в данном пособии приведены список основных терминов и определений метрологии, который необходимо усвоить при изучении дисциплины, и таблицы, которые используются при статистической обработке результатов измерений.

Вопросы для самопроверки и итогового контроля приведены в сносках к тем разделам пособия, где изложен материал по соответствующей теме.

Слово метрология[1] образованно из двух греческих слов: метрон - мера и логос - учение, и в буквальности перевода означает - учение о мерах.

В современном понимании это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. К основным направлениям метрологии относятся: общая теория измерений; единицы физических величин (ФВ) и их системы[2]; методы и средства измерений (СИ); методы определения точности измерений; основы обеспечения единства измерений и единообразия СИ; эталоны и образцовые СИ; методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим СИ [1,2].

Решение многих проблем метрологии является настолько важным для государства, что в большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства и требуемой точности измерений установлены законодательно Поэтому один из разделов метрологии называется законодательной метрологией. Законодательный характер метрологии обуславливает стандартизацию её терминов и определений.

1.1. Основные понятия и определения метрологии

Основные термины и определения метрологии, которые необходимо усвоить при изучении курса, приведены в приложении 1. Термины и определения даны в соответствии с ГОСТ 16263-70 "Метрология. Термины и определения". Одним из основных понятий метрологии является понятие измерения. ГОСТ дает следующее определение этого понятия [3,10]:

Измерение[3] - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В этом определении отражены три главных признака понятия "измерение":

измерять можно свойства реально существующих объектов познания (физические величины);

измерение требует проведения опытов (теоретические рассуждения и расчет не могут заменить эксперимента);

для проведения опыта требуются специальные технические средства - средства измерений.

Таким образом, измерение - информационный процесс, результатом которого является получение измерительной информации (количественной информации об измеряемых физических величинах).

Основные характеристики измерения,[4] как информационного процесса, представлены в виде таблицы на рисунке 1.1. Определение всех понятий, приведенных на рисунке 1.1, как и на всех последующих подобных рисунках данного методического пособия, даны в приложении 1.

Измерения, как экспериментальные процедуры определения значения измеряемых величин, весьма разнообразны. В зависимости от признака, положенного в основу классификации, измерения могут быть классифицированы:[5]

по характеристике точности - равноточечные, неравнопочечные;

по числу измерений в ряду измерений - однократные, многократные,

по отношению к изменению измеряемой величины - статические, динамические,

по метрологическому назначению - технические, метрологические;

по выражению результата измерений - абсолютные (результаты выражены в единицах измеряемой ФВ), относительные;

по общим приемам получения результата (по способу обработки экспериментальных данных для нахождения результата) все измерения делятся на четыре вида - прямые, косвенные, совместные, совокупные (см. приложение 1).

Для реализации любого вида измерений необходимы специальные технические средства - средства измерений.[6] Для того, чтобы можно было ориентироваться в большом многообразии СИ их классифицируют по разным признакам. Наиболее широко используются две классификации: 1) по функциональному назначению; 2) по виду измеряемой величины.

Классификация по функциональному назначению представлена в виде таблицы на рисунке 1.2., а классификация по виду измеряемой величины - в приложении 2.

Каждое СИ обладает своими специфическими свойствами. Даже СИ одного вида могут существенно различаться по своим характеристикам. Вместе с тем средства измерений имеют ряд общих свойств, которые позволяют сопоставлять их между собой при выборе наиболее подходящего СИ для конкретного измерительного эксперимента. Совокупность характеристик СИ, которая оказывает влияние на результаты и погрешности измерений, называется метрологическими характеристиками средств измерений.[7]

Все другие технические характеристики СИ называют неметрологическими. Все метрологические характеристики СИ нормируют. Нормировать какую либо метрологическую характеристику это значит указать ее номинальное значение и допускаемые отклонения от него. Для каждого вида СИ нормируется свой комплекс метрологических характеристик, который указывается в нормативно-технической документации (в техническом описании СИ). Комплекс метрологических характеристик конкретных видов и типов СИ должен быть достаточен для определения результатов измерений и расчетной оценки с требуемой точностью характеристик инструментальных составляющих погрешностей при проведении измерений в реальных условиях применения. Общий перечень нормируемых метрологических характеристик СИ, формы их представления и способы нормирования установлены в ГОСТ 8.009-84 [10].

Все метрологические характеристики СИ можно разделить на 6 групп:[8]

1) характеристики, предназначенные для определения результатов измерений;

2) характеристики погрешностей;

3) характеристики чувствительности к влияющим величинам;

4) динамические характеристики;

5) характеристики, отражающие взаимодействие средства измерений и объекта измерений;

6) информационные параметры выходного сигнала.

В основу любого измерения положено некоторое физическое явление (или их совокупность) составляющие принцип измерения. Но принцип измерения и соответствующие технические средства могут использоваться по разному для реализации измерительного эксперимента. В зависимости от совокупности приемов использования принципа и средств измерений различают методы измерений. Отличительным признаком классификации методов измерений является способ использования меры в измерительном эксперименте. Классификация методов измерений[9] представлена в виде таблицы на рисунке 1.3.

Во всех методах сравнения мера принимает непосредственное участие в измерительном эксперименте. По этой причине все методы сравнения обеспечивают, как правило, более высокую точность, чем метод непосредственной оценки.

Дата добавления: 2015-04-30