🗊Презентация Метрология. Основные понятия

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Предмет метрологии Задачи метрологии Точность измерений Погрешность измерений Метрологическое обеспечение Физическая величина

Основное понятие метрологии - измерение. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.   Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов.   Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.   Технический аспект измерений состоит в том, что измерения обеспечивают получение количественной информации об объекте управления или контроля. Без нее невозможно - точное воспроизведение всех заданных условий технического процесса, - обеспечение высокого качества изделий, - эффективное управление объектом.

История развития метрологии Измерения - одно из самых древних занятий в познавательной деятельности человека. В древнейшие времена люди обходились только счётом однородных объектов - голов скота, числа воинов и т.п. Такой счет не требовал введения понятия физической величины (ФВ) и установления условных единиц измерения. Не было потребности в изготовлении и использовании специальных технических средств для проведения счета. Однако по мере развития общества появилась необходимость в количественной оценке различных величин - расстояний, веса, размеров, объемов и т.д. Эту оценку тоже старались свести к счету, для чего выбирались природные и антропологические единицы. Например, время измерялось в сутках, годах; линейные размеры - в локтях, ступнях; расстояния - в шагах, сутках пути.  Позже, в процессе развития промышленности, были созданы специальные устройства - средства измерений, предназначенные для количественной оценки различных величин. Так появились часы, весы, меры длины и другие измерительные устройства. На определенном этапе своего развития измерения стали причиной возникновения метрологии. Долгое время она существовала как описательная наука, констатирующая сложившиеся в обществе соглашения о мерах используемых величин.

Развитие науки и техники привело к использованию множества мер одних и тех же величин, применяемых в различных странах. Так, расстояние в России измерялось верстами, а в Англии - милями. Очень часто одна и та же мера имела различные значения в разных странах, а иногда даже городах. Развитие науки и техники привело к использованию множества мер одних и тех же величин, применяемых в различных странах. Так, расстояние в России измерялось верстами, а в Англии - милями. Очень часто одна и та же мера имела различные значения в разных странах, а иногда даже городах. Все это существенно затрудняло сотрудничество между государствами в торговле, науке. Для унификации единицы ФВ, независимости от времени и разного рода случайностей во Франции была разработана метрическая система мер. Эта система строилась на основе естественной единицы - метра, равного одной сорокамиллионной части меридиана, проходящего через Париж. За единицу массы принимался килограмм - масса кубического дециметра чистой воды при температуре +4ºС. Учредительное собрание Франции 26 марта 1791 г. утвердило предложения Парижской академии наук, но только в 1840 г. метрическая система мер была введена во Франции.

В 1875 г. семнадцать государств, в том числе и Россия, на дипломатической конференции подписали Метрическую конвенцию,. В 1875 г. семнадцать государств, в том числе и Россия, на дипломатической конференции подписали Метрическую конвенцию,.  Согласно этой конвенции, устанавливается международное сотрудничество подписавших ее стран.  Для этого было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ), находящееся в г.Севре близ Парижа. В нем хранятся международные прототипы ряда мер и эталоны единиц некоторых ФВ.

Классификация физических величин

В качестве основных приняты: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла. В качестве основных приняты: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла.  Метр - расстояние, которое проходит в вакууме плоская электромагнитная волна за 1/299792458 долю секунды.  Килограмм - единица массы, определяемая как масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Современное развитие науки пока не позволяет с достаточной степенью точности связать килограмм с естественными атомными константами. До сих пор килограмм является чисто договорной единицей.   Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.   Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждом участке проводника длиной 1 м.   Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т.е. температуры, при которой три фазы воды - парообразная, жидкая и твердая - находятся в динамическом равновесии.   Моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде-12 массой 0,012 кг.   Кандела - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср - стерадиан).

Средство измерений (СИ) Средство измерений (СИ) - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной в течение известного интервала времени. ГОСТ 8.057-80

Виды средств измерений

Измерительный преобразователь Измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи

Измерительная система Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях

Измерение физической величины

Этапы измерений

Главные признаки измерений 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 требуется специальные технические средства - средства измерений)

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Вид измерений — часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Объектом измерения являются физическая система, процесс, явление и т.д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Примером объекта измерений может быть технологический химический процесс, во время которого измеряют температуру, давление, энергию, расход веществ и материалов. Измерение- нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Основные характеристики измерения как информационного процесса

По способу получения информации Прямые измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно (путем сравнения величины с ее единицей). К прямым измерениям относятся измерение массы при помощи весов и гирь, силы тока — амперметром, температуры — термометром, измерение длины — линейкой. Косвенные измерения, при которых искомое значение физической величины определяют на основании прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, плотность тела можно определить по результатам измерений массы и объема:

Основные характеристики измерения как информационного процесса Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Например, определение структуры соединений методом ядерного магнитного резонанса или методом инфракрасной спектроскопии. Принцип измерений — физическое явление (физический закон или эффект), положенное в основу измерений. Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости движения звезд, вращения небесных тел. Точность — характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю значения погрешности результатов измерений. Высокая точность измерений соответствует малым величинам погрешностей измерения.

Основные характеристики измерения Сходимость — это близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одним и тем же средством, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Воспроизводимость — близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температура, давление, влажность и др.).

Основные характеристики измерения Правильность характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному (действительному) или принятому опорному значению. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности. Прецизионность — степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях. Мера прецизионности обычно вычисляется как стандартное отклонение результатов измерений. Крайние показатели прецизионности — повторяемость (сходимость) и воспроизводимость.

Виды и методы измерений

По способу получения информации Прямые измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно (путем сравнения величины с ее единицей). К прямым измерениям относятся измерение массы при помощи весов и гирь, силы тока — амперметром, температуры — термометром, измерение длины — линейкой. Косвенные измерения, при которых искомое значение физической величины определяют на основании прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, плотность тела можно определить по результатам измерений массы и объема:

По способу получения информации Совокупные измерения, при которых одновременно проводятся измерения нескольких одноименных величин и искомое значение величины определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях, при этом число уравнений должно быть не меньше числа величин. Например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь. Совместные измерения, при которых одновременно проводятся измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними, например, зависимость длины объекта от температуры.

По характеру изменения получаемой информации Статические измерения — это такие измерения, когда физическая величина принимается за неизменную на протяжении времени измерения, например, измерение размеров земельного участка. Динамические измерения — это измерения, изменяющиеся по размеру физической величины.

По характеристике точности равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях), неравноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях).

По количеству измерительной информации Однократные измерения выполняются один раз. Многократные позволяют получить результат из нескольких следующих друг за другом измерений одного и того же объекта. При однократных измерениях показания средств измерений являются результатом измерений, погрешность используемого средства измерений определяет погрешность результата измерения. Применение многократных измерений позволяет повысить точность измерения до определенного предела.

По отношению к основным единицам Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Например, определение массы в килограммах, количества вещества — в молях, частоты — в Герцах. Относительные измерения — это измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Например, относительная влажность определяется как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре и выражается в процентах.

Методы измерений

По способу получения значений Метод непосредственной оценки — метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение длины с помощью линейки или размеров деталей микрометром, угломером и т. д.). Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, для измерения диаметра калибра микрокатор устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результаты измерения получают по отклонению стрелки микрокатора от нуля, то есть сравнивается измеряемая величина с размером блока концевых мер. О точности размера судят по отклонению стрелки микрокатора относительно нулевого положения.

Метод сравнения с мерой метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения; дифференциальный метод, при котором измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на нуль по блоку концевых мер длины; нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Подобным методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием; метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал).

Методы измерений При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов различают контактный и бесконтактный методы измерений. В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органолептический методы измерений. Инструментальный метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических. Экспертный метод оценки основан на использовании данных нескольких специалистов. Широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине. Эвристические методы оценки основаны на интуиции. Широко используется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения. Органолептпические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса). Часто используются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров искусств, соревнования спортсменов).

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ (ГСИ)

Государственная система обеспечения единства измерений

Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) Цель - проверка соблюдения правил законодательной метрологии - Закона Украины «Про забезпечення єдності вимірювань", стандартов, правил по метрологии и других НД. Объекты ГМКиН: средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений, количество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии.