 |
Предметом метрологии является извлечение измерительной информации о свойствах объекта и процессов с заданной точностью и достоверностью.
|
|
|
|
Метрология, стандартизация и сертификация.
Метрология – это наука об измерениях, методах, и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Измерение есть сравнение неизвестной величины с однородной ей величиной, принятой за единицу.
Единицы длины:
Верста = 500 саженей = 1,0668 км
Сажень = 3 аршина = 2,1336 м
Фут (англ.) = 30,48 см
Дюйм = 25,4 мм
Линия = 2,54 мм
Точка = 0,254 мм
Единицы объёма вместимости жидкости:
Бочка = 40 вёдер = 491,91 л = 0,5 м3
Ведро = 12,299 л
Четверть = 3,0749 л
Штоф = 0,1 ведра = 1,230 л
Шкалик = 61,47 мм
Измерение становится самым важным и самым массовым видом человеческой деятельности на определённом этапе развития торговли, навигации, строительства и земледелия. Этот этап начался задолго до наступления нашей эры в древних царства: в Древнем Египте и Вавилоне. В это время получим теоретический результат понятия о самых наглядных величинах: длине, площади, объёме, весе, длительности интервала времени, плоском угле. Эти величины были абстрагированы от конкретных объектов, и стали выражать в единицах. Уже в Вавилоне и Египте использовали и хранили меры длины, объёма и массы, и вели счёт календарного времени. На основе астрономических наблюдений Древние вавилоняне установили единицы времени (год, меся, час, минута, секунда). Известная под названием «Аксиома Архимеда» положение – это первый научный поход к измерениям Архимедом развитая теорией весов, которая стала началом учения о равновесии тел (впоследствии переросла в науку «механика»).
«Познание – есть измерение».
История развития метрологии в России.
В России в 1736 году была организована комиссия об утверждении весов и мер. Россия выступала в первых рядах государств, поддерживающих метрическую реформу.
|
|
|
1842 год. На территории Петропавловской крепости в Санкт-Петербурге было открыто первое метрологическое учреждение России «Депо образцовых мер и весов».
1848 год. В России вышла первая книга по метрологии «Общая метрология».
На базе «депо образцовых мер и весов» была утверждена главная палата мер и весов, которой руководил Дмитрий Иванович Менделеев. Менделеев разработал общую методологию проведения метрологических исследований. В результате проведённой им реформы впервые в Российском государстве была создана инфраструктура обеспечения единства измерений. Научные, правовые и организационные основы которой существуют и до нашего времени. Менделеев внедрил в метрологические исследования «фирменный менделеевский стиль», и разработал точнейшие эталоны веса. Палата мер и весов стала первой в мире научно-исследовательским учреждением метрологического профиля.
«Точная наука немыслима без меры. Наука начинается с тех пор, как начинают измерять».
Д.И.Менделеев.
«Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой её можно измерить».
Джеймс Томпсон.
Наука метрология изучает:
1. Методы и средства для учёта продукции по следующим показателям: длине, массе, объёму, расходу и мощности.
2. Измерение физических величин, технических параметров, а также свойств и состава вещества.
3. Измерение для контроля и регулирования технологических процессов.
Выделяют несколько основных направлений метрологии:
1.Общая теория измерений.
2.Системы единиц физических величин.
3.Методы и средства измерения.
4.Методы определения точности измерений.
5.Основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения.
6.Эталоны и образцовые средства измерения.
7.Методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от эталонов рабочим средствам измерения.
|
|
|
Важным понятием науки метрологии является единство измерений, под которыми подразумевают такие измерения, при которых итоговые данные получаются в узаконенных единицах, в то время как погрешности данных измерений получены с заданной вероятностью. Необходимость существования единства измерений вызвано возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных районах, в различные временные отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.
Следует различать объекты метрологии:
1.Единицы измерения величин.
2.Средства измерения.
3.Методики, используемые для выполнения измерений.
Метрология включает в себя:
1.Общие правила, нормы и требования, а также вопрос, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. О физических величинах, их единицах и измерениях.
2.Принципах и методах измерений, и о средствах измерительной техники.
3.Погрешностях средств измерения, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей.
4.Обеспечение единства измерений эталонах и образцах.
5.Государственная метрологическая служба.
6. Методики поверочных схем.
7. Рабочих средствах измерения.
Предметом метрологии является извлечение измерительной информации о свойствах объекта и процессов с заданной точностью и достоверностью.
Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих и рациональное использование. В зависимости от предмета различают 3 раздела метрологии:
1.Теоретическая. Раздел, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии.
2.Законодательная. Раздел, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов методов и средств измерения, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений.
3.Практическая. Раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.
|
|
|
Термины.
Важным фактором правильного понимания метрологии служат использующиеся в ней термины и понятия. Восприятие каждого человека индивидуально, и многие даже общепринятые термины и понятия он трактует по-своему, используя свой жизненный опыт и следуя своим инстинктам. А для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех, поскольку это даёт возможность понимать какое-либо жизненное явление. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утверждённый на государственном уровне. Поскольку Россия на сегодняшний момент является частью мировой экономической системы идёт работа над унификацией терминов и понятий, и создаётся международный стандарт.
В метрологии используются следующие величины и их определения.
1.Физическая величина, представляющая собой общие свойства в отношении качества большого количества объектов. Но индивидуальная для каждого в смысле количественного выражения.
2.Единицы физической величины подразумевают под собой величину, которой присвоено числовое значение, равное единице.
3.Измерение физических величин – это количественная и качественная оценка физического объекта с помощь средств измерения.
Контрольные вопросы.
1.Что такое метрология?
2.Из каких разделов состоит метрология?
3.Назовите основные цели и задачи метрологии.
4.Под руководством какого русского учёного была создана главная палата мер и весов в России.
5.Что такое средства измерения?
6.Что такое эталон единицы величины?
7.Что такое метрологическая служба?
4.Средства измерения, представляющие собой техническое средство, имеющие нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, и совокупность измерительных систем.
Измерительный прибор представляет собой средство измерения вырабатывающий информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для восприятия наблюдателя.
Мера – средство измерения, воспроизводящая физическую величину заданного размера.
|
|
|
Измерительная система – совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций.
Измерительный преобразователь – средство измерения, которое производит информационный измерительный сигнал в форме удобной для хранения, просмотра и трансляций.
Метод измерения – совокупность приёмов и принципов использования технических средств измерения.
Методика измерения – совокупность методов и правил, разработанных метрологическими организациями и утверждённых в законодательном порядке.
Основная единица измерения – это единица, имеющая эталон, который официально утверждён.
Производная единица – связана с основными единицами на основе математических моделей и не имеющая эталона.
Погрешность (точность) измерений представляет собой незначительное различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерений.
Эталон – единица величины, имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины для трансляции её габаритных параметров другим средствам измерения по поверочной схеме.
Государственный эталон и единица – эталон, признанный решением уполномоченного государственного органа в качестве исходного на территории РФ.
Точность измерения – числовое значение физической величины, обратное погрешности. По показателю точности средства измерения делят на наивысшие, высокие, средние и низкие.
Нормативные документы по обеспечению единства измерений – ГОСТы, положения, инструкции, рекомендации, правила.
Метрологический контроль и надзор – это деятельность, осуществляемая органом государственной метрологической службы или метрологической службой юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологический правил и норм.
Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.
Окредитация на право поверки средств измерений – это официальное признание уполномоченным государственным органом полномочий на выполнение поверочных работ.
Сертификат об утверждении типа средств измерений. Это документ, выдаваемый уполномоченным государственным органом удостоверяющий, что данный тип средств измерения утверждён в порядке, предусмотренном действующим законодательством, и соответствует установленным требованиям.
Классификация измерений.
1.По характеристике точности.
А) Равноточные. Ряд измерений, сделанных при помощи средств измерения СИ, обладающих одинаковой точностью в идентичных исходных условиях.
|
|
|
Б) Неравноточные. Это ряд измерений, сделанных при помощи средств измерений, обладающих разной точность в различных исходных условиях.
2. По количеств измерений.
А) Однократные
Б) Многократные
Результатом многократного измерения является средняя арифметическая всех проведённых измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.
3.По типу измерения величины.
А) Статические измерения. Измерения постоянной неизменной величины
Б) Динамическое измерение. Это измерение непостоянной измеряющейся физической величины.
4.По предназначению.
А) Технические. Измерения, выполняемые техническими средствами.
Б) метрологические. Измерения с использованием эталонов.
4. По способу представления результатов
А) Абсолютные. Выполняются посредством прямого измерения основной величины. (применение физической константы).
Б) Относительные. Измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин.
5. По методам получения результатов
А) прямые. Измерения выполняемые при помощи мер.
Б) Косвенные. Это измерения, при которых значения измеряемой величины вычисляют при помощи значений, полученных посредством прямых измерений и некоторой известной зависимостью.
В) Совокупные. Измерения результатом которых является решение системы уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.
Г) Совместные.
Единицы измерения
В 1960 году на генеральной конференции на генеральной конференции по мерам и весам была международная система единиц СИ. В основе международной системы единиц лежат 7 единиц, охватывающих следующие области науки: механика, электричество, теплота, оптика, молекулярная физика, термодинамика, химия.
1.Единица длины (механика) метр.
2.Единица массы (механика) килограмм
3.Единица времени (механика) секунда
4.Единица силы электрического тока ампер
5.Единица термодинамической температуры (теплота) (кельвин)
6.Единица силы света (оптика) (кандела)
7.Единица количества вещества (молекулярная физика, химия) (моли)
Дополнительные единицы.
Единицы измерения плоского угла (радиан)
Единица измерения телесного угла (стерадиан)
Международной системой единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, и выражаются через 7 основных и 2 дополнительные единицы СИ.
Основные характеристики измерения.
1.метод, которым проводится измерение.
2.принцип измерения.
3.погрешность измерений.
4.точность измерений.
5.правильность измерения.
6.достоверность измерения.
Метод измерения –способ или комплекс способов, посредством которого производится измерение данной величины. Существует несколько критериев классификации методов измерения
По способам искомого значения.
1.Прямой метод
2.Косвенный метод.
По приёмам измерения
А.Контактный метод
Б.Бесконтактный
по приёмам сравнения величины с её мерой
метод непосредственной оценки. Основан на применении измерительного прибора, показывающего значение измерительной величины.
метод сравнения с единицей. Основан на сравнении объекта измерения с его мерой.
Принцип измерений – некое физическое явление, на котором базируется измерение.
Погрешность измерения – разность между результатом измерения величины и настоящим значением той величины. Погрешность, как правило, возникает из-за недостаточной точности средств и методов измерения.
Точность измерений – характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.
Правильность измерений – качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной погрешности. Данная характеристика зависит от точности средств измерения.
Достоверность измерений – характеристика определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на:
Достоверные.
Недостоверные.
Февраля
1.Назовите объекты метрологии.
2.Характеристика международной системы единиц.
3.Характеристика эталона.
4.Классификация средств измерения.
5.Характеристика метода измерения.
6.Классификация измерений.
7.Характеристика поверки, калибровки.
8.Факторы, влияющие на результаты измерений.
Физические величины
Основным объектом метрологии являются физические величины.
Физическая величина применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов), изучаемых в любых науках.
Существуют основные и производные величины.
В качестве основных величин выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира.
ГОСТ 8.417 устанавливает 7 основных величин: длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создаются все производные физических величин, и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.
1791 год. Франция. Принята первая в истории единиц физических величин, и представляла собой метрическую систему мер. В неё входили единицы длин, площадей, объёмов, веса. В основу были положены две единицы: метр и килограмм.
1832 год. Немецкий математик Гаусс разработал новейшую методику построения системы единиц. В основу взял три независимые друг от друга величины: масса, длина, время.
Система СГС. 1881 год. В основе грамм, сантиметр, секунда.
Система МКГСС. Конец 19 века. Метр, килограмм, секунда.
1954 год. Разработан проект международной системы единиц, который был утверждён генеральной конференцией по мерам и весам, основанной на семи основных единицах. Система СИ.
Международная система единиц.
| Физические величины, обладающие официально утверждённым эталоном | Единицы измерения | Сокращения, принятые для обозначения единиц физической величины | |
| русские | международные | ||
| Длина Масса Время Сила электрического тока Температура Единица освещённости Количество вещества | метр килограмм секунда ампер кельвин кандела моль | м кг с А К Канд моль | m kg s A K cd mol |
1.Метр считается длиной пути, который проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
2.Килограмм считается приравненным к существующему прототипу килограмма.
3.Секунда равна 919_2631_770 периодом излучения, соответствующему переходу, который происходит между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома (Cs133).
4.Ампер считается мерой той силы неизменяющегося тока, вызывающего на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия при условии прохождения по двум прямолинейным параллельным проводникам, у которых ничтожно мала площадь кругового сечения и бесконечная длина, расположены они на расстоянии метра друг от друга в условии вакуума.
5.Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры.
6.моль равен количеству вещества системы, в которую входит такое же количество структурных элементов, что и в атомы С12 массой 0,012 кг.
Дополнительные важные единицы для измерения плоского и телесного углов.
Единица плоского угла – радиан (рад), представляющий собой угол между двух радиусов окружности, длина дуги межу которыми равна радиусу окружности.
Рад = 57о1748’
Стерадиан (ср) = единица телесного угла. Угол, расположение вершины которого фиксируется в центре сферы, а площадь, вырезаемая данным углом на поверхности сферы, равна площади квадрата, сторона которого длина радиуса сферы.
Практическая работа №1
Ознакомление с национальными системами единиц измерений, правила их перевода в единицы системы СИ
Таблица перевода англо-американских единиц измерений веса в метрическую систему
| Англо-американские Единицы измерений | Метрический эквивалент | |
| Унция Фунт Фунт Фунт Фунт Фунт Фунт Килограмм Килограмм Килограмм Короткая тонна Длинная тонна Короткая тонна | =28.3495 =453.59.24 =0.4535924 =0.0045359 =0.0005 =0.0004536 =0.0004464 =0.0011023 =0.001 =0.0009842 =0.907185 =1.016047 =0.892857 | Грамма Грамма Килограмма Метрического центнера Короткой тонны Метрической тонны Длинной тонны Короткой тонны Метрической тонны Длинной тонны Метрической тонны Метрической тонны Длинной тонны |
| Метрические единицы длины | Англо-американский эквивалент | |
| 1 грамм 1 грамм 1 килограмм 1 метрический центнер 1 короткая тонна 1 метрическая тонна 1 длинная тонна 1 короткая тонна 1 метрическая тонна 1 длинная тонна 1 метрическая тонна 1 метрическая тонна 1 длинная тонна | =0.035275 =0.0022046 =2.204622 =220.4622 =2000.000 =2204.622 =2240.000 =907.1849 =1000.000 =1016.047 =1.102311 =0.984206 =1.1200 | Унии Фунта Фунта Фунта Фунта Фунта фунта килограмма килограмма килограмма короткой тонны длинной тонны короткой тонны |
Таблица перевода англо-американских единиц измерений жидкости и сыпучих веществ в метрическую систему.
| Англо-американские единицы измерений | Метрический эквивалент | |
| Меры сыпучих веществ | ||
| Пинта Кварта Пек Бушель Куб.дюйм Куб.фут Куб.метр | =0.5506 =1.1012 =8.8098 =35.2391 =0.0164 =28.3169 =1.0000 | Литра Литра Литра Литра Литра Литра Литра |
| Меры жидкостей | ||
| Жидкая унция Жидкая пинта Жидкая кварта Галлон Куб.дюйм Куб.фут Миллилитр | =0.0296 =0.4732 =0.9464 =3.7854 =0.0164 =28.3169 =0.0010 | Литра Литра Литра Литра Литра Литра Литра |
| Меры сыпучих тел | ||
| Литр Литр Литр Литр Литр Литр литр | =1.8162 =0.9081 =0.1135 =0.0284 =61.0240 =0.0353 =0.0010 | Пинты Кварты Пека Бушеля Куб.дюйма Куб.фута Куб.метра |
| Меры жидкостей | ||
| Литр Литр Литр Литр Литр Литр литр | =33.8140 =2.1134 =1.0567 =0.2642 =61.0237 =0.0353 =1000.000 | Жидкой унции Пинты Кварты Галлона Куб.дюйма Куб.фута Миллилитров |
| Температура по Цельсию оС по Фаренгейту оF | ||
| Абсолютный нуль Таяние льда Кипение воды | -273.15 -50 -18 -10 | -459 -58 |
Перевод дюймовых размеров в метрические
| дюйм | мм | дюйм | мм |
| 1\32 1\16 3\32 1\8 5\32 3\16 1\4 5\16 3\8 | 0.794 1.588 2.381 3.175 3.968 4.763 6.350 7.938 9.525 | 7\16 1\2 9\16 5\8 3\4 7\8 1 1\8 1 1\4 | 11.113 12.700 14.288 15.875 19.050 22.225 25.400 28.575 31.750 |
Февраля.
Лабораторная работа 1: Проверка работы лабораторного оборудования – работы сушильного шкафа, объёма пробника Журавлёва. Определение поправочного коэффициента к титру щёлочи или кислоты.
Лабораторная работа 2: Анализ качества муки на соответствие требованиям стандарта.
Эталоны подразделяются на:
1.Первичный. Обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей точностью. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).
2.Специальный. Обеспечивает воспроизведение единиц в особых условиях, в которых прямая передача размера единиц от первичного эталона с требуемой точность неосуществима.
3.Государственный. Первичный или специальный эталон, утверждённый в качестве исходного для страны. Утверждение проводит главный метрологический орган страны. Государственные эталоны создаются и хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны. Точность воспроизведения единицы должна соответствовать уровню лучших мировых достижений. Государственные эталоны подлежат периодическому сличению с государственными эталонами других стран. В состав гос эталонов включаются СИ, с помощью которых воспроизводят, хранят единицу, контролируют условия измерений, осуществляют передачу размера единиц.
Вторичные эталоны. Хранит размер единицы, полученной путём сличения с первичным эталоном (эталон-копия, эталон сравнения, эталон-свидетель, рабочий эталон).
Способы выражения погрешности эталонов устанавливает ГОСТ 8381-80 (эталон способы выражения погрешностей).
Средства измерений и их характеристики.
Средства измерений делят на 3 группы:
1.Меры. Представляет собой средства измерения, которая предназначена для воспроизведения физической величины положенного размера.
2.Калибры. Представляют собой устройства, предназначенные для контролирования и поиска размеров в нужных границах, взаиморасположения поверхностей и форм деталей.
3.Универсальные средства измерений. Измерительные приборы, кип (контрольно-измерительный прибор).
Измерительный прибор – средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащей фиксированному диапазону.
Приборы прямого действия и приборы сравнения.
|
|
|
