Основы метрологии. Введение

Выбор средств измерений.

Выбор средств измерений связан со множеством факторов, характеризующих метрологические параметры средств измерения, конструктивно-технологические особенности измеряемых величин, задачами на измерение этих величин, разнообразных организационных, технических и экономических факторов.

По метрологическим характеристикам выбираемыми параметрами средств измерений являются предельная погрешность измерения (ее часто называют пределом допускаемой погрешности) ±Δlim, а также цена деления шкалы измерительного средства.

Допускаемая погрешность измерения (δ) включает в себя случайные и неучтенные систематические погрешности измерения.

Случайная погрешность измерения, принимаемая с доверительной вероятностью 0,954 и составляющая ±2σ, где σ – среднее квадратическое отклонение погрешности измерения, не должна превышать 0,6 от допускаемой погрешности измерения.

По ГОСТ8.051-81 установлены соотношения между заданными допусками (Т) на измеряемые размеры и допускаемыми погрешностями измерения (δ):

Т ≈ (2,5÷6)δ, в зависимости от номинального размера и квалитета;

при этом условие выбора измерительного средства: Δlim ≤ δ или Δlim = 0,7 δ;

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах достижения единства измерений и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99).

Значение измерений велико:

· они служат основой научно-технических знаний;

· без них не возможен учет материальных ресурсов и планирование какой-либо деятельности.

Они необходимы:

· для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости сборочных узлов и отдельных деталей;

· для совершенствования технологий (разных);

· для обеспечения безопасности труда и всех видов человеческой деятельности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания человеком природы, научных открытий и практического применения точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точность является основным путем их совершенствования.

Метрология состоит из трех самостоятельных и взаимодополняющих разделов (направлений)– теоретическая, законодательная и прикладная.

Теоретическая метрология занимается:

· общими фундаментальными вопросами теории измерений;

· разработкой новых методов измерений;

· созданием систем единиц физических величин и физических постоянных.

Законодательная метрология устанавливает:

обязательные технические и юридические требования по применению единиц физических величин (ЕФВ), эталонов (Э), методов (МИ) и средств измерений (СИ), направленные на обеспечение единства и точности измерений в интересах общества.

Прикладная метрология изучает вопросы практического применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах деятельности.

Предметом метрологии является получение количественной информации о свойствах объектов или процессов с заданной точностью и достоверностью.

Средства метрологии - это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Главными задачами метрологии являются:

· обеспечение единства измерений;

· унификация единиц ФВ и признание их законности;

· разработка систем воспроизведения единиц ВФ и передача их размеров от эталонных средств измерений (ЭСИ) рабочим средствам измерений (РСИ).

Таким образом, основное понятие метрологии – измерение.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспекта: философском, научном и техническом.

Философский аспект заключается в том, что измерения являются универсальным методом познания физических и нефизических явлений и процессов (т.е. методом познания окружающего мира).

Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью осуществляется связь теории практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки.

Технический аспект измерений – это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение заданных условий технологического процесса, качества продукции и эффективного управления любым процессом (производства, обращения).

Термин «измерение» связан с физическими величинами (ФВ).

Классификация величин.

Классификация физических величин.

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.

Принято различать области и виды измерений по группам (видам) физических величин:

1. Измерение геометрических величин: длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхностей, углов.

2. Измерение механических величин: массы, силы, крутящих моментов, прочности, пластичности, параметров движения, твердости.

3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема веществ: массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах, расхода газов, вместимости, параметров открытых потоков, уровня жидкости.

4. Измерение давления, вакуумные измерения: избыточного давления, абсолютного давления, переменного давления, вакуума.

5. Физико-химические измерения: вязкости, плотности, содержания (концентрации) компонентов в разных веществах, влажности газов, электрохимические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения: температуры и теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты: методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты, измерения интервалов времени, измерения частоты периодических процессов, методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, количества электричества, эдс, напряжения, мощности и энергии, угла сдвига фаз, электрического сопротивления, проводимости, емкости, индуктивности и добротности контуров электрических цепей, параметров магнитных полей, магнитных характеристик материалов.

9. Радиоэлектронные измерения: интенсивности сигналов, параметров формы и спектра сигналов, параметров трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными, свойств веществ и материалов радиотехническими методами, антенные измерения.

10. Измерения акустических величин: акустические - в воздушной среде и газах, в водной среде, в твердых телах аудиометрия и измерение уровня шума.

11. Оптические и оптико-физические измерения: световые, оптических свойств материалов в видимой области спектра, спектральных, частотных характеристик, параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов, характеристик фотоматериалов и оптической плотности.

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрических характеристик ионизирующих измерений, спектральных характеристик ионизирующих измерений, активности радионуклидов.

Объектом измерения является физическая система (объект, процесс, явление и т.д.), которая характеризуются одной или несколькими измеряемыми ФВ.

Примером объекта измерения может быть технологический процесс, во время которого могут измерять температуру, давление, энергию, расход веществ и материалов.

Физическая величина (ФВ)– одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Количественное содержание этого свойства в объекте является размером физической величины, а числовую оценку ее размера называют значением физической величины.

Например, разные вещества обладают разной плотностью, но каждое из них имеет определенное значение: у воды плотность при 20° С равна 0,998 г/см³, а у ртути – 13,54 г/см³. Отсюда следует, одна и та же ФВ как определенная характеристика будет при равных единицах измерения для разных веществ (или систем) отличаться размером.

Единица физической величины – эта величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице.

Различают истинное значение ФВ, идеально отражающее свойство объекта, и действительное - найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению, которое можно использовать вместо него.

Измерения некоторой ФВ производят путем ее сравнения (в ходе физического эксперимента) с величиной, принятой за единицу ФВ. Результатом измерения будет число, показывающее соотношение измеряемой величины с ЕФВ.

Значение ФВ получают в результате ее измерения (или вычисления) в соответствии с уравнением

Q = q [Q], которое называют основным уравнением измерений,

где Q – значение ФВ - это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц; q – числовое значение ФВ – число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной ФВ; [Q] – выбранная для ее измерения ЕФВ.

Например, за единицу измерении электрического тока принят 1В, тогда значение напряжения электрической сети U = q[U] = 220[1B] = 220В.

Здесь числовое значение q = 220. но если за единицу измерения напряжения принять 1кВ, то U = 0,22[1кВ], т.е. числовое значение q будет равно 0,22. Таким. Образом, применение различных единиц ФВ приводит к изменению числового значения результата измерения.

Из уравнения следует, что числовое значение ФВ показывает, во сколько раз значение измеряемой величины больше некоторого значения, принятого за единицу измерения, т.е. q = Q/ [Q]. Получение значения q является задачей любого измерительного экспертимента.

Отсюда вытекает следующее определение измерения:

Измерение – это процесс, заключающийся в сравнениипутем физического эксперимента данной физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения.

Важной задачей метрологии как науки в области практической деятельности является обеспечение единства измерений.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Дата добавления: 2015-05-10