Основы метрологии

Многократные  измерения – это измерение одной или нескольких величин, выполненное четыре и более раз. Многократное измерение представляет собой ряд однократных измерений. Минимальное число измерений, при котором измерение может считаться многократным, – четыре. Результатом многократного измерения является среднее арифметическое результатов всех проведенных измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.

3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.

Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины. Примером такой постоянной во времени физической величины может послужить длина земельного участка.

Динамические  измерения – это измерения изменяющейся, непостоянной физической величины.

4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.

Технические измерения – это измерения, выполняемые техническими средствами измерений.

Метрологические измерения – это измерения, выполняемые с использованием эталонов.

5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютные  измерения – это измерения, которые выполняются посредством прямого, непосредственного измерения основной величины и (или) применения физической константы.

Относительные измерения – это измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин, причем числитель является сравниваемой величиной, а знаменатель – базой сравнения (единицей). Результат измерения будет зависеть от того, какая величина принимается за базу сравнения.

6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые  измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла (мера – транспортир).

Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.

Совокупные  измерения – это измерения, результатом которых является решение некоторой системы уравнений, которая составлена из уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.

Совместные  измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.

 

Погрешности измерений

Погрешности измерений, их виды и источники

 

Узнать абсолютное значение измеряемой величины нельзя, так как результаты наших измерений несвободны от погрешностей. Поэтому измерения одной и той же постоянной величины при сохранении одних и тех же внешних условий часто дают неодинаковые результаты, отличающиеся на небольшую величину. Погрешностью измерения Dизм называется отклонение результата измерения Xi от истинного значения Xист/Dизм = Xi – Xист.

Погрешности измерений подразделяют на систематические, случайные и  грубые (промахи).

Систематической называется такая  погрешность, значение которой при  повторных измерениях повторяется или закономерно изменяется. Эти погрешности либо увеличивают результат каждого измерения, либо уменьшают его на одну и ту же величину. Например, если измерительную головку установить на нуль по концевой мере, действительный размер которой меньше номинального на 1 мкм, то при всех измерениях будет погрешность 1 мкм со знаком минус.

Влияние систематических погрешностей можно устранить, если ликвидировать  причины их появления или внести поправку в результат измерений, равный величине погрешности, но с обратным знаком, как например это делается, когда известно, что часы отстают на 3 минуты.

Случайной называется погрешность  измерения, принимающая при повторных  измерениях одной и той же величины и в тех же условиях разные значения по величине и знаку. Случайные погрешности вызываются многочисленными случайными причинами: влиянием неодинаковости измерительного усилия, влиянием зазора между деталями измерительного прибора, погрешностью при отсчете показаний прибора, неточностью установки измеряемого изделия относительно измерительного устройства и др.

Величину и знак возможной случайной  погрешности заранее, т.е. до проведения измерения, установить нельзя. Практикой  установлено, что распределение  случайных погрешностей измерений  в большинстве случаев близко к закону нормального распределения. Поэтому допускают, что погрешности, одинаковые по величине, но разные по знаку, равновероятны. Наибольшее число измерений имеют малые погрешности, близкие к нулю (малые по величине погрешности встречаются чаще, чем большие). Ввиду того что одинаково вероятны как плюсовые, так и минусовые случайные погрешности, при достаточно большом количестве повторных измерений среднее арифметическое значение ряда повторных измерений дает наиболее точное значение измеряемой величины (размера).

При многократных измерениях погрешность  измерения от случайных ошибок уменьшается  в n0,5 раз, где п – число измерений.

На основе закона нормального распределения  случайных величин можно многократным измерением одних и тех же величин одним и тем же измерительным средством уменьшить влияние случайных ошибок, так как они усредняются и в итоге повышается точность результата измерения. На машиностроительных и приборостроительных заводах многократность измерений как способ повышения надежности и достоверности результата измерений применяют довольно часто.

Проведя несколько повторных измерений  одной и той же величины и получив  различные результаты, определяют среднее  арифметическое значение ряда измерений  и принимают его за значение измеряемой величины Хист, т.е. принимают Xист = .

Из результатов многократных измерений  можно получить более полную информацию об интересующей нас величине, например о размере опытной детали, если провести еще несложную математическую обработку результатов всех проведенных измерений. Практика показывает, что при современных требованиях к производству точных изделий боязнь небольшой математической обработки результатов измерений является врагом точности. Поэтому ценность результата многократных измерений значительно повышается, если кроме среднего арифметического значения Х будет определена предельная погрешность среднего арифметического в виде s, которая зависит от значения амплитуды рассеяния размеров и количества проведения измерений п.

Предельная погрешность среднего арифметического определяется по формуле

где s – средняя квадратическая погрешность ряда измерений.

Если при многократных измерениях появится погрешность больше 3s, то такую погрешность считают грубой, и результат измерения с такой погрешностью отбрасывают. Причинами грубой погрешности могут быть неправильное снятие показаний по шкале прибора или ошибка при записи результата измерения.

 

Метрологическое обеспечение измерений

 

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

 

Единство измерений — подразумевает, что результаты измерений выражены в узаконенных единицах, погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

 

Научной основой метрологического обеспечения  является метрология.

Цели метрологического обеспечения:

• повышение качества продукции;
• оптимизация управления производством;
• обеспечение взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов;
• повышение эффективности научно-методологических работ, экспериментов и испытаний;
• оптимизация системы учета;
• повышение эффективности мероприятий по профилактике, диагностике и лечению болезней;
• оптимизация системы нормирования и контроля условий труда и быта людей;
• улучшение качества охраны окружающей среды;
• оптимизация системы оценки природных ресурсов;
• повышение уровня автоматизации управления транспортом и безопасности движения;
• обеспечение высокого качества и надежности связи.

 

Единая Государственная система  метрологического обеспечения включает:

• системы государственных эталонов единиц физических величин;
• системы передачи размеров единиц физических величин от эталонов ко всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений;
• системы разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений;
• системы обязательных государственных испытаний средств измерений, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза их из-за границы партиями;
• системы государственной и ведомственной поверки или метрологической аттестации средств измерений;
• системы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;
• системы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

 

Общие единые правила и нормы метрологического обеспечения устанавливаются в  стандартах Государственной системы  обеспечения единства измерений (ГСИ). ГОСТ 1.25-76 «Метрологическое обеспечение. Основные положения» регламентирует метрологическое обеспечение на различных уровнях управления и производства.

 

Метрологическое обеспечение испытаний продукции  предполагает:

• наличие необходимых средств измерений, зарегистрированных в Госреестре;
• наличие испытательного оборудования, соответствующего требованиям нормативных документов на методики проведения испытаний;
• применение аттестованных методик выполнения измерений;
• наличие протоколов первичной и периодической аттестации испытательного оборудования, графиков их проведения;
• удовлетворительное состояние средств измерений и испытательного оборудования, наличие и соблюдение графиков их поверки и аттестации;
• условия размещения испытательного оборудования и средств измерений;

соблюдение условий выполнения измерений и испытаний;

наличие и достаточность средств измерений, представленных для проведения периодической  аттестации испытательного оборудования. Основные процедуры, проводимые в рамках метрологического обеспечения предприятия:

анализ  состояния измерений, разработку и осуществление на его основе мероприятий по совершенствованию и упорядочению измерительного дела на предприятии;

создание  и внедрение современных методик  выполнения измерений и средств  измерений, испытаний и контроля;

проведение  метрологической экспертизы, конструкторской, технологической и нормативно-технической документации для обеспечения выполнения требований соответствующих стандартов ГСИ и отраслевых стандартов, норм и требований, вытекающих из задач метрологического обеспечения;

контроль за соблюдением метрологических  правил и требований при проведении научных исследований и на всех стадиях  разработки, производства и испытаний  изделий.

 

Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам.

Различают государственные, ведомственные  и локальные поверочные схемы органов государственной или ведомственных метрологических служб.

 

Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, применяемые в  стране, например на средства измерений  электрического напряжения в определенном диапазоне частот.

 

 

Ведомственная поверочная схема разрабатывается органом ведомственной метрологической службы, согласовывается с главным центром эталонов – разработчиком государственной поверочной схемы средств измерений данной физической величины и распространяется только на средства измерений, подлежащие внутриведомственной поверке.

Локальные поверочные схемы распространяются на рабочие средства измерений, подлежащие поверке в данном метрологическом подразделении на предприятии, имеющем право поверки средств измерений, и оформляются в виде стандарта организации.

Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным  и должны учитывать их требования применительно к специфике конкретного  министерства или предприятия.

Термин «поверка» введен ГОСТ «ГСИ. Метрология. Термины и определения» как определение метрологическим органом погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению. Поверке подвергаются средства измерений, выпускаемые из производства и ремонта, получаемые из-за рубежа, а также находящиеся в эксплуатации и хранении.

Пригодным к применению в течение  определенного межповерочного интервала  времени признают те средства измерений, поверка которых подтверждает их соответствие метрологическим и  техническим требованиям к  данному средству измерений.

 

• Первичной поверке подвергаются средства измерений при выпуске из производства или ремонта, а также средства измерений, поступающие по импорту.
• Периодической поверке подлежат средства измерений, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определенные межповерочные интервалы, установленные с расчетом обеспечения пригодности к применению средств измерений на период между поверками.
• Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению средств измерений при осуществлении госнадзора и ведомственного метрологического контроля за состоянием и применением средств измерений.
• Экспертную поверку выполняют при возникновении спорных вопросов по метрологическимхарактеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.
• Метрологическая аттестация – это комплекс мероприятий по исследованию метрологических характеристик и свойств средства измерения с целью принятия решения о пригодности его применения в качестве образцового.