Основные характеристики измерений.

Лекция 1. Общие сведения о науке метрология

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Современная метрология разделяется на следующие направления:

· теоретическая (фундаментальная) метрология – раздел метрологии, изучающий общие теоретические вопросы измерений; создание систем единиц измерения, физических постоянных, разработкой новых методов измерений.

· законодательная метрология - это один из разделов метрологии, совмещающий комплексы общепринятых правил, норм, требований для контроля и регламентации со стороны государства. Изучение этих аспектов направлено на метрологическое обеспечение единства измерений и однообразия средств измерений;

· прикладная метрология – раздел метрологии, рассматривающий вопросы практического применения метрологических методов и средств измерений на практике;

· историческая метрология; первоначально метрология занималась описанием различного рода мер а также монет, применявшихся в разных странах, и нахождением соотношения между ними. Интенсивное развитие метрология получила в конце 19 века в результате бурного развития физических наук и новых отраслей производства. Это позволило подвести под метрологию прочный научный фундамент и обеспечить разработку ряда высокоточных средств измерений. Современная метрология опирается на физический эксперимент высокой точности. Используя последние научные достижения, она находит оптимальные решения задач изучения свойств физических объектов.

Задачи метрологии:

1. Определение основных направлений развития метрологического обеспечения производства (строительства).

2. Организация и проведение анализа  состояния измерений.

3. Разработка и реализация программ метрологического обеспечения.

4. Развитие и укрепление метрологической службы.

Объекты метрологии, основные определения и термины.

К объектам мерологии относят: средства измерений, эталон, методики выполнения измерений и физические, и не физические (производственные величины).

Измерение –нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под измерением понимается процесс экспериментального сравнения данной физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за единицу.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Эталон – средство измерения предназначенное для воспроизведения и хранения физической единицы величины с целью передачи ее средствам измерения данной величины.

Первичный эталон обеспечивает воспроизводим ость единицы в особых условиях.

Вторичный эталон – эталон получаемый размер единицы путем сравнения с первичным эталоном.

Третий эталон – эталон сравнения – это вторичный эталон применяется для сравнения эталона, которые по тем или иным причинам не могут быть сравнены между собой.

Четвертый эталон – рабочий эталон применяется для непосредственной передачи размера единицы.

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. По техническому назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, вспомогательные средства измерений, измерительные установки и измерительные системы.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы бывают аналоговые и цифровые, показывающие и регистрирующие.

Метрологическое обеспечение – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм; необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Метрологическое обеспечение базируется на четырех основах:

1. Научная – наука об измерениях.

2. Техническая – обеспечивает единообразие средств измерения, когда они проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствуют нормам.

3. Организационная – метрологические службы, состоящие из государственных и ведомственных метрологических служб.

4. Нормы и правила – регламентируют в стандартах государственной системы обеспечение единства измерений.

Метрологическая служба - субъект управления, контроля и регламентирования видов работ, направленных на обеспечение единства и единообразия измерений.

Поверка средства измерений -комплекс мер, исполняемых объектами государственной метрологической службы с целью подтверждения соответствия средств измерения установленным ГОСТ техническим требованиям.

Калибровка средства измерений - комплекс принятых мер, исполняемых для подтверждения и определения действующих значений метрологических характеристик и(или) годности к использованию средств измерения, не подлежащего обязательному государственному контролю и метрологическому надзору.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Как ясно из определения, это понятие включает не только выполнение условия единства используемых единиц физических величин, но и значение погрешности измерения

ГЛАВНАЯ ЗАДАЧА МЕТРОЛОГИИ: обеспечение единства измерений. Эта задача может быть решена при соблюдении двух условий:

1. Выражение результата измерений в узаконенных единицах. (Система си).

2. Установление допустимых ошибок результатов измерений и предела за которые они не должны выходить.

Лекция 2. Измерение как объект метрологии

Измерение – нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств.

Классификация измерений.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на статические и динамические.

Статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной.

Динамические – когда измеряемая величина изменяется.

По способам получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами.

При косвенных измерениях искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. (например измерение площади)

 При совокупных измерениях одновременно измеряют несколько однотипных величин и искомые значения величин находят решая систему уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними. (Примеры - нахождение зависимостей теплоемкости воздуха от температуры, коэффициента теплоотдачи от скорости движения жидкости или газа и т.п.)

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант (измерение напряжения в Вольтах).

Относительным называется измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

По используемому методу измерения различают :

 Метод непосредственной оценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного устройства.

 Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

ü Метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения с помощью которого устанавливаются соотношения между этими величинами.

ü Метод дифференциальный – на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

ü Метод нулевой – результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

ü Метод замещения – измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

ü Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Основные характеристики измерений.

К основным характеристикам измерений относят: погрешность, точность, достоверность принцип "единства измерений"

Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Истинное значение физической величины идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства объекта, но так как оно остается неизвестным, то с помощью измерений находят такое действительное значение, настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Точность измерения – качество измеряемой величины, отражающее близость к нулю систематической погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины). Правильность измерений зависит от того, насколько были верны средства измерений, используемые при эксперименте.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.