Основы метрологии

Введение 

Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов знаний, умений и навыков  в областях деятельности стандартизация, метрология и сертификация. Основные задачи изучения дисциплины: 1) сообщить теоретические основы метрологии, методы и алгоритмы обработки результатов измерений, принципы построения средств измерения и их метрологические характеристики; 2) дать представление о методах измерений, испытаний и контроля качества продукции, методах и средства формирования методического и технического обеспечения процессов измерений, испытаний и контроля с требуемым качеством, а также с учётом экономических, правовых и иных требований.

Существует  наука, систематизирующая и изучающая  подобные единицы измерения, – метрология. Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.

Происхождение самого термина «метрология» возводя! к двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное развитие метрологии пришлось на конец XX в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом. Следует отметить и особое участие в создании этой дисциплины Д. И. Менделеева, которому подевалось вплотную заниматься метрологией с 1892 по 1907 гг… когда он руководил этой отраслью российской науки.

Зарубежом в начале 1980-х пришли к выводу, что успех любого бизнеса в  производстве и услугах определяется качеством, а также сроками изготовления и ценой.

Стандартизация, метрология и сертификация - это  инструменты обеспечения качества продукции, работ и услуг.

Триада  методов обеспечения качества выглядит:

 

Таким образом анализируя триаду можно  сделать следующие выводы:

1. Стандарт устанавливает основные  потребительские свойства товара. На создание стандарта работают  все предприятия гос.собственности,  коллективы НИИ по направлениям, гос. стандарт

2. Метрология гарантирует методами  различного контроля, что изготовленная продукция соответсвует стандарту, техническим условиям (ТУ) чертежей и др. Технической документации (мало эффективна, когда качество товара гарантирует машина)

3. Сертификация - это процедура, по  средством которой независимая  третья сторона документально удостоверяет, что продукция или услуга соответсвует установленным нормам. Сертификация (лат. - сделано верно) про- это деятельность, направленная на подтверждение соответствия продукта требования всех нормативных документов.

 

Метрология

 

Основы метрологии.

 

Значимость  и ответственность измерений  и измерительной информации обусловливают  необходимость установления в законодательном  порядке комплекса правовых и  нормативных актов и положений:

1. Конституционная норма по  вопросам метрологии.

2. Законы "Об обеспечении единства  измерений" и "О техническом  регулировании''.

3. Постановления Правительства  России по отдельным вопросам (направлениям) метрологической деятельности.

4. Нормативные документы Госстандарта  России: ТР, ГОСТ Р, РД, МИ, ПР, ПМГ.

5. Рекомендации государственных  научных метрологических центров  Госстандарта России.

 

 

 

 

   Вся метрологическая деятельность  в Российской Федерации основывается  на конституционной норме, которая  устанавливает, что в федеральном  ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени, и закрепляет централизованное руководство основными вопросами законодательной метрологии, такими, как единицы ФВ, эталоны и связанные с ними другие метрологические основы. В развитие этой конституционной нормы приняты законы "Об обеспечении единства измерений" и "О техническом регулировании", детализирующие основы метрологической деятельности.

 

          Основными  целями Закона "Об обеспечении  единства измерений", принятого  в 1993 г., являются:

 • установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации;

 • регулирование отношений  государственных органов управления  с юридическими и физическими  лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта,  продажи и импорта средств измерений;

 • защита прав и законных  интересов граждан, установленного  правопорядка и экономики России  от отрицательных последствий  недостоверных результатов измерений;

 • содействие прогрессу на  основе создания и применения  государственных эталонов единиц ФВ;

 • гармонизация российской  системы измерений с мировой  практикой.

 

Метрология изучает:

 

1) методы и средства для учета  продукции по следующим показателям:  длине, массе, объему, расходу  и мощности;

2) измерения физических величин  и технических параметров, а также свойств и состава веществ;

3) измерения для контроля и  регулирования технологических  процессов.

Выделяют несколько основных направлений метрологии:

1) общая теория измерений;

2) системы единиц физических  величин;

3) методы и средства измерений;

4) методы определения точности  измерений;

5) основы обеспечения единства  измерений, а также основы единообразия  средств измерения;

6) эталоны и образцовые средства  измерений;

7) методы передачи размеров единиц  от образцов средств измерения  и от эталонов рабочим средствам измерения.

 

Важным понятием в науке метрологии является единство измерений, под которым  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 вызвана 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 также объекты  метрологии:

1) единицы измерения величин;

2) средства измерений;

3) методики, используемые для выполнения  измерений и т. д.

Метрология включает в себя: во—первых, общие правила, нормы и требования, во—вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:

1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;

2) принципах и методах измерений  и о средствах измерительной  техники;

3) погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей;

4) обеспечении единства измерений,  эталонах, образцах;

5) государственной метрологической  службе;

6) методике поверочных схем;

7) рабочих средствах измерений.

В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и  необходимой точности измерений.

 

 

 

Измерение физических величин.

Единицы измерения

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).

В основе Международной  системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области  науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:

1) единица длины (механика) – метр;

2) единица массы (механика) – килограмм;

3) единица времени (механика) – секунда;

4) единица силы электрического тока (электричество) – ампер;

5) единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин;

6) единица силы света (оптика) – кандела;

7) единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль.

В Международной  системе единиц есть дополнительные единицы:

1) единица измерения плоского угла – радиан;

2) единица измерения телесного угла – стерадиан. Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Например, количество электричества выражается через секунды и амперы.

5. Основные характеристики измерений

Выделяют следующие  основные характеристики измерений:

1) метод, которым проводятся измерения;

2) принцип измерений;

3) погрешность измерений;

4) точность измерений;

5) правильность измерений;

6) достоверность измерений.

Метод измерений – это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.

Существует несколько  критериев классификации методов  измерений.

1. По способам получения искомого значения измеряемой величины выделяют:

1) прямой метод (осуществляется при помощи прямых, непосредственных измерений);

2) косвенный метод.

2. По приемам измерения выделяют:

1) контактный метод измерения;

2) бесконтактный метод измерения. Контактный метод измерения основан на непосредственном контакте какой—либо части измерительного прибора с измеряемым объектом.

При бесконтактном методе измерения измерительный прибор не контактирует непосредственно с измеряемым объектом.

3. По приемам сравнения величины с ее мерой выделяют:

1) метод непосредственной оценки;

2) метод сравнения с ее единицей.

Метод непосредственной оценки основан на применении измерительного прибора, показывающего значение измеряемой величины.

Метод сравнения с мерой основан на сравнении объекта измерения с его мерой.

Принцип измерений – это некое физическое явление или их комплекс, на которых базируется измерение. Например, измерение температуры основано на явлении расширения жидкости при ее нагревании (ртуть в термометре).

Погрешность измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Погрешность, как правило, возникает из—за недостаточной точности средств и методов измерения или из—за невозможности обеспечить идентичные условия при многократных наблюдениях.

Точность  измерений – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.

Количественно точность измерений равна величине относительной погрешности в  минус первой степени, взятой по модулю.

Правильность  измерения – это качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной или фиксировано изменяющейся при многократных измерениях погрешности (систематическая погрешность). Данная характеристика зависит, как правило, от точности средств измерений.

Основная характеристика измерений – это достоверность измерений.

Достоверность измерений – это характеристика, определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на достоверные и недостоверные. Достоверность измерений зависит того, известна ли вероятность отклонения результатов измерения от настоящего значения измеряемой величины. Если же достоверность измерений не определена, то результаты таких измерений, как правило, не используются. Достоверность измерений ограничена сверху погрешностью измерений.

 

Средства измерений

Классификация измерений

Классификация средств измерений может проводиться  по следующим критериям.

1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными  измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.

Неравноточными  измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.

2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.

Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.