Основы метрологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Хабаровского края

КГБ ПОУ «Хабаровский техникум водного транспорта»

Контрольная работа

Дисциплина (МДК): «Метрология»

Хабаровск 2018



Содержание

Введение

1. Основные задачи метрологии

1.1 Понятие метрологии как науки об измерениях

1.2 Задачи метрологии

1.3 Объекты метрологии

2. Классификация измерений

2.1 Понятие и классификация измерений

2.2 Основные характеристики измерений

3. Методология измерений

3.1 Понятие системы единиц

3.2 Средства измерений

3.3 Категории средств измерений

3.4 Шкалы измерений

4. Стандартные образцы

Список литературы



1. Основные задачи метрологии

1.1 Понятие метрологии как науки об измерениях

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

Метрология имеет большое значение для прогресса в области конструирования, производства, естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - один из наиболее эффективных путей познания природы человеком, открытий и практического применения достижений точных наук. Значительное повышение точности измерений неоднократно являлось основной предпосылкой фундаментальных научных открытий.

Так, повышение точности измерения плотности воды в 1932 г. привело к открытию тяжелого изотопа водорода - дейтерия, определившего бурное развитие атомной энергетики. Благодаря гениальному осмыслению результатов экспериментальных исследований по интерференции света, выполненных с высокой точностью и опровергавшим существовавшее до того мнение о взаимном движении источника и приемника света, А. Эйнштейн создал свою всемирно известную теорию относительности. Основоположник мировой метрологии Д.И. Менделеев говорил, что наука начинается там, где начинают измерять. Велико значение метрологии для всех отраслей промышленности, для решения задач по повышению эффективности производства и качества продукции.

Приведем лишь несколько примеров, характеризующих практическую роль измерений для страны: доля затрат на измерительную технику составляет около 15 % всех затрат на оборудование в машиностроении и приблизительно 25 % в радиоэлектронике; ежедневно в стране выполняется значительное число различных измерений, исчисляемых миллиардами, трудятся по профессии, связанной с измерениями, значительное число специалистов.

Современное развитие конструкторской мысли и технологий всех отраслей производства свидетельствуют об органической связи их с метрологией. Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Прежде чем рассматривать различные методы, обеспечивающие единство измерений, необходимо определить основные понятия и категории. Поэтому в метрологии очень важно правильно использовать термины, необходимо определить, что именно подразумевается под тем или иным названием.

Главные задачи метрологии по обеспечению единства измерений и способов достижения требуемых точностей непосредственно связаны с проблемами взаимозаменяемости как одного из важнейших показателей качества современных изделий. В большинстве стран мира меры по обеспечению единства и требуемой точности измерений установлены законодательно, и в Российской Федерации в 1993 г. был принят закон "Об обеспечении единства измерений".

Современная метрология включает в себя три составляющих:

1. Законодательное.

2. Фундаментальное.

3. Практическое.

Законодательная метрология ставит главной задачей разработку комплекса взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также других вопросов, нуждающихся в регламентации и контроле со стороны государства, направленных на обеспечение единства измерений, прогрессивных методов, способов и средств измерений и их точностей. В Российской Федерации основные требования законодательной метрологии сведены в Государственные стандарты 8-го класса.

Вопросами фундаментальной метрологии (исследовательская метрология), созданием систем единиц измерения, физических постоянных разработкой новых методов измерений занимается теоретическая метрология.

Вопросами практической метрологии в различных сферах деятельности в результате теоретических исследований занимается прикладная метрология.

1.2 Задачи метрологии

· Обеспечение единства измерений

· Определение основных направлений, развитие метрологического обеспечения производства.

· Организация и проведение анализа состояние и измерений.

· Разработка и реализация программ метрологического обеспечения.

· Развитие и укрепление метрологической службы.

1.3 Объекты метрологии

Объекты метрологии: Средства измерений, эталон, методики выполнения измерений и физические, и не физические (производственные величины)

Измерения как основной объект метрологии связаны как с физическими величинами, так и с величинами, относящимися к другим наукам (математике, психологии, медицине, общественным наукам и др.). Далее будут рассматриваться понятия, относящиеся к физическим величинам.

Физическая величина. Под этим определением подразумевается свойство, общее в качественном отношении многим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Или, следуя Леонарду Эйлеру, «величиной называется все, что способно увеличиваться или уменьшаться, или то, к чему можно нечто прибавить или отчего можно отнять».

Вообще понятие «величина» многовидовое, т. е. относящееся не только к физическим величинам, являющимся объектами измерения. К величинам можно отнести количество денег, идей и т. п., т. к. к этим категориям применимо определение величины. По этой причине в стандартах (ГОСТ-3951-47 и ГОСТ-16263-70) приводится только понятие «физической величины», т. е. величины, характеризующей свойства физических объектов. В измерительной технике прилагательное «физическая» обычно опускается.

Единица физической величины - физическая величина, которой по определению придано значение, равное единице. Ссылаясь еще раз на Леонарда Эйлера: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится к ней». Другими словами, для того чтобы охарактеризовать какую-либо физическую величину, нужно произвольно выбрать в качестве единицы измерения какую-либо другую величину того же рода.

Мера - носитель размера единицы физической величины, т. е. средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Типичными примерами мер являются гири, рулетки, линейки. В других видах измерений меры могут иметь вид призмы, вещества с известными свойствами и т. д. При рассмотрении отдельных видов измерения мы будем специально останавливаться на проблеме создания мер.



2. Понятие и классификация измерений. Основные характеристики измерений

2.1 Понятие и классификация измерений

Измерение - познавательный процесс, заключающийся в сравнении данной величины с известной величиной, принятой за единицу. Измерения подразделяют на прямые, кос-венные, совокупные и совместные.

Прямые измерения - процесс, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Простейшие случаи прямых измерений - измерения длины линейкой, температуры - термометром, напряжения - вольтметром и т. п.

Косвенные измерения - вид измерения, результат которых определяют из прямых измерений, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Например, площадь можно измерить как произведение результатов двух линейных измерений координат, объем - как результат трех линейных измерений. Так же сопротивление электрической цепи или мощность электрической цепи можно измерить по значениям разности потенциалов и силы тока.

Совокупные измерения - это измерения, в которых результат находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Например, совокупными являются измерения, при которых массу отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместными измерениями называют производимые прямые или косвенные измерения двух или нескольких неодноименных величин. Целью таких измерений является установление функциональной зависимости между величинами. Например, совместными будут измерения температуры, давления и объема, занимаемого газом, измерения длины тела в зависимости от температуры и т. д.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делят на три класса:

· измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники;

· контрольно-поверочные измерения, выполняемые с заданной точностью;

· технические измерения, погрешность которых определяется метрологическими характеристиками средств измерений.

Технические измерения определяют класс измерений, выполняемых в производственных и эксплуатационных условиях, когда точность измерения определяется непосредственно средствами измерения.

Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разное время, с использованием различны методов и средств измерения, а также в различных по территориальному расположению местах.

Единство измерений обеспечивается их свойствами: сходимостью результатов измерений; воспроизводимостью результатов измерений; правильностью результатов измерений.

Сходимость - это близость результатов измерений, полученных одним и тем же методом, идентичными средствами измерений, и близость к нулю случайной погрешности измерений.

Воспроизводимость результатов измерений характеризуется близостью результатов измерений, полученных различными средствами измерений (естественно одной и той же точности) различными методами.

Правильность результатов измерений определяется правильностью как самих методик измерений, так и правильностью их использования в процессе измерений, а также близостью к нулю систематической погрешности измерений.

Точность измерений характеризует качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины, т.е. близость к нулю погрешности измерений.

Процесс решения любой задачи измерения включает в себя, как правило, три этапа:

· подготовку;

· проведение измерения (эксперимента);

· обработку результатов.

Средство измерения - техническое средство, используемое при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. В число средств измерений входят меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и преобразователи, стандартные образцы состава и свойств различных веществ и материалов. В процессе проведения самого измерения объект измерения и средство измерения приводятся во взаимодействие.

По временным характеристикам измерения подразделяются на:

· статические, при которых измеряемая величина остается неизменной во времени;

· динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется.

По способу выражения результатов измерения подразделяются на:

· абсолютные, которые основаны на прямых или косвенных измерениях нескольких величин и на использовании констант, и в результате которых получается абсолютное значение величины в соответствующих единицах;

· относительные измерения, которые не позволяют непосредственно выразить результат в узаконенных единицах, но позволяют найти отношение результата измерения к какой-либо одноименной величине с неизвестным в ряде случаев значением. Например, это может быть относительная влажность, относительное давление, удлинение и т. д.

2.2 Основные характеристики измерений

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерения, метод изме-рения, погрешность, точность, достоверность и правильность измерений.

Принцип измерений - физическое явление или их совокупность, положенные в основу измерений. Например, масса может быть измерена, опираясь на гравитацию, а может быть измерена на основе инерционных свойств. Температура может быть измерена по тепловому излучению тела или по ее воздействию на объем какой-либо жидкости в термометре и т. д.

Метод измерений - совокупность принципов и средств измерений. В у помянутом выше примере с измерением температуры измерения по тепловому излучению относят к неконтактному методу термометрии, измерения термометром есть контактный метод термометрии.

Погрешность измерений - разность между полученным при измерении значением величины и ее истинным значением. Погрешность измерений связана с несовершенством методов и средств измерений, с недостаточным опытом наблюдателя, с посторонними влияниями на результат измерения. Подробно причины погрешностей и способы их устранения или минимизации рассмотрены в специальной главе, поскольку оценка и учет погрешностей измерений являются одним из самых важных разделов метрологии.

Точность измерений - характеристика измерения, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность выражается величиной, обратной модулю относительной погрешности, т. е.

(1)

где Q - истинное значение измеряемой величины, Д - погрешность измерения, равная

(2)

где Х - результат измерения. Если, например, относительная погрешность измерения равна 10^-2%, то точность будет равна 10⁴.

Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей, т. е. погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются в процессе измерения. Правильность измерений зависит от того, насколько верно (правильно) были выбраны методы и средства измерений.

Достоверность измерений - характеристика качества измерений, разделяющая все результаты на достоверные и недостоверные в зависимости оттого, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Результаты измерений, достоверность которых неизвестна, могут служить источником дезинформации.



3. Методология измерений

3.1 Понятие системы единиц

Система единиц- совокупность основных и производных единиц, относящаяся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами. Система единиц строится на основе физических теорий, отражающих существующую в природе взаимосвязь физических величин. При определении единиц системы подбирается такая последовательность физических соотношений, в которой каждое следующее выражение содержит только одну новую физическую величину. Это позволяет определить единицу физической величины через совокупность ранее определенных единиц, а в конечном счете -- через основные (независимые) единицы системы (см. Единицы физических величин).

В первых Системах единиц в качестве основных были выбраны единицы длины и массы, например в Великобритании фут и английский фунт, в России -- аршин и русский фунт. В эти системы входили кратные и дольные единицы, имевшие собственные наименования (ярд и дюйм -- в первой системе, сажень, вершок, фут и другие -- во второй), благодаря чему образовалась сложная совокупность производных единиц. Неудобства в сфере торговли и промышленного производства, связанные с различием национальных систем единиц, натолкнули на идею разработки метрической системы мер (18 век, Франция), послужившей основой для международной унификации единиц длины (метр) и массы (килограмм), а также важнейших производных единиц (площади, объема, плотности).

В 19 веке К. Гаусс и В.Э. Вебер предложили Систему единиц для электрических и магнитных величин, названную Гауссом абсолютной.

В ней в качестве основных единиц были приняты миллиметр, миллиграмм и секунда, а производные единицы образовывались по уравнениям связи между величинами в простейшем их виде, то есть с числовыми коэффициентами, равными единице (такие системы позднее получили название когерентных). Во 2-й половине 19 века Британская ассоциация по развитию наук приняла две системы единиц: СГСЭ (электростатическую) и СГСМ (электромагнитную). Этим было положено начало образованию и других Систем единиц, в частности симметричной системы СГС (которую называют также системой Гаусса), технической системы (м, кгс, сек; см. МКГСС система единиц),МТС системы единиц и другие. В 1901 году итальянский физик Дж. Джорджи предложил Систему единиц, основанную на метре, килограмме, секунде и одной электрической единице (позднее был выбран ампер; см. МКСА система единиц). Система включала получившие распространение на практике единицы: ампер, вольт, ом, ватт, джоуль, фараду, генри. Эта идея была положена в основу принятой в 1960 году 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам Международной системы единиц (СИ). Система имеет семь основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. Создание СИ открыло перспективу всеобщей унификации единиц и имело следствием принятие многими странами решения о переходе к этой системе или о ее преимущественном применении.

Наряду с практическими Системами единиц в физике пользуются системами, в основу которых положены универсальные физические постоянные, например скорость распространения света в вакууме, заряд электрона, постоянная Планка и другие.

Внесистемные единицы, единицы физических величин, не входящие ни в одну из систем единиц. Внесистемные единицы выбирались в отдельных областях измерений вне связи с построением систем единиц. Внесистемные единицы можно разделить на независимые (определяемые без помощи других единиц) и произвольно выбранные, но определяемые через другие единицы. К первым относятся, например, градус Цельсия, определяемый как 0,01 промежутка между температурами кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, полный угол (оборот) и другие. Ко вторым относятся, например, единица мощности -- лошадиная сила (735,499 вт), единицы давления -- техническая атмосфера (1 кгс/см²), миллиметр ртутного столба (133,322 н/м²), бар (10⁵н/м²) и другие. В принципе применение внесистемных единиц нежелательно, так как неизбежные пересчеты требуют затрат времени и увеличивают вероятность ошибок.

Естественные системы единиц, системы единиц, в которых за основные единицы приняты фундаментальные физические постоянные -- такие, например, как гравитационная постоянная G, скорость света в вакууме с, постоянная Планка h, постоянная Больцмана k, число Авогадро N_A, заряд электрона e, масса покоя электрона m_eи другие. Размер основных единиц в Естественных системах единиц определяется явлениями природы; этим естественные системы принципиально отличаются от других систем единиц, в которых выбор единиц обусловлен требованиями практики измерений. По идее М. Планка, впервые (1906) предложившего Естественные системы единиц с основными единицами h, c, G, k, она была бы независима от земных условий и пригодна для любых времен и мест Вселенной.

Предложен целый ряд других Естественных систем единиц (Г. Льюиса, Д. Хартри, А. Руарка, П. Дирака, А. Грески и др.). Для Естественных систем единиц характерны чрезвычайно малые размеры единиц длины, массы и времени (например, в системе Планка -- соответственно 4,03*10^-35м, 5,42*10^-8кг и 1,34*10^-43сек) и, наоборот, громадные размеры единицы температуры (3,63*10³²С). Вследствие этого Естественные системы единиц неудобны для практических измерений; кроме того, точность воспроизведения единиц на несколько порядков ниже, чем основных единиц Международной системы (СИ), так как ограничивается точностью знания физических констант. Однако в теоретической физике применение Естественных систем единиц позволяет иногда упростить уравнения и дает некоторые другие преимущества (например, система Хартри позволяет упростить запись уравнений квантовой механики).

Единицы физических величин - конкретные физические величины, которым по определению присвоены числовые значения, равные 1. Многие Единицы физических величин воспроизводятся мерами, применяемыми для измерений (например, метр, килограмм). На ранних стадиях развития материальной культуры (в рабовладельческом и феодальном обществах) существовали единицы для небольшого круга физических величин -- длины, массы, времени, площади, объема. Единицы физических величин выбирались вне связи друг с другом, и притом различные в разных странах и географических районах. Так возникло большое количество часто одинаковых по названию, но различных по размеру единиц -- локтей, футов, фунтов. По мере расширения торговых связей между народами и развития науки и техники количество Единиц физических величин увеличивалось и все более ощущалась потребность в унификации единиц и в создании систем единиц. О Единицах физических величин и их системах стали заключать специальные международные соглашения. В 18 веке во Франции была предложена метрическая система мер, получившая в дальнейшем международное признание. На ее основе был построен целый ряд метрических систем единиц. В настоящее время происходит дальнейшее упорядочение Единиц физических величин на базе Международной системы единиц (СИ).

Единицы физических величин делятся на системные, то есть входящие в какую-либо систему единиц, и внесистемные единицы (например, мм рт. ст., лошадиная сила, электрон-вольт). Системные Единицы физических величин подразделяются на основные, выбираемые произвольно (метр, килограмм, секунда и др.), и производные, образуемые по уравнениям связи между величинами (метр в секунду, килограмм на кубический метр, ньютон, джоуль, ватт и т.п.). Для удобства выражения величин, во много раз больших или меньших Единиц физических величин, применяются кратные единицы и дольные единицы. В метрических системах единиц кратные и дольные Единицы физических величин (за исключением единиц времени и угла) образуются умножением системной единицы на 10ⁿ, где n -- целое положительное или отрицательное число. Каждому из этих чисел соответствует одна из десятичных приставок, принятых для образования кратных и дольных единиц.

3.2 Средства измерений

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.

Приведенное определение выражает суть средства измерений, которое, во-первых, хранит или воспроизводит единицу, во-вторых, эта единица неизменна. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность проведения измерений, т.е. делают техническое средство именно средством измерений. Этим средства измерений отличаются от других технических устройств.

К средствам измерений относятся: меры, измерительные: преобразователи, приборы, установки и системы.

Мера физической величины - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радио-нуклеидные источники и др.

Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), нескольких размеров - многозначные (миллиметровая линейка - позволяет выражать длину как в мм, так и в см). Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей.

При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизводимыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор, предназначенный для сличения мер однородных величин. Примером компаратора являются рычажные весы.

К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество, которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости.

Измерительный преобразователь (ИП) - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя ИП являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные приборы или установки и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.

Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной, а результат преобразования - выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования, которая является его основной метрологической характеристикой.

Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи, на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик - конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию). Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда. В области измерений ионизирующих излучений датчиком часто называют детектор.

По характеру преобразования ИП могут быть аналоговыми, аналого-цифровыми (АЦП), цифро-аналоговыми (ЦАП), то есть, преобразующими цифровой сигнал в аналоговый или наоборот. При аналоговой форме представления сигнал может принимать непрерывное множество значений, то есть, он является непрерывной функцией измеряемой величины. В цифровой (дискретной) форме он представляется в виде цифровых групп или чисел. Примерами ИП являются измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор представляет измерительную информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

По способу индикации различают показывающие и регистрирующие приборы. Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний прибора в цифровой форме.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.

Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.

По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие.

Измерительная установка и система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких величин и расположенная в одном месте (установка) или в разных местах объекта измерений (система). Измерительные системы, как правило, являют-ся автоматизированными и по существу они обеспечивают автоматизацию процессов измерения, обработки и представления результатов измерений. Примером измерительных систем являются автоматизированные системы радиационного контроля (АСРК) на различных ядерно-физических установках, таких, например, как ядерные реакторы или ускорители заряженных частиц.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие и эталоны:

Рабочее СИ - средство измерений, предназначенное для измерений, не связанное с передачей размера единицы другим средствам измерений. Рабочее средство измерений может использоваться и в качестве индикатора.

Индикатор - техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Индикатор не имеет нормированных метрологических характеристик. Примерами индикаторов являются осциллограф, лакмусовая бумага и т.д.

Эталон - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим средствам измерений. Среди них можно выделить рабочие эталоны разных разрядов, которые ранее назывались образцовыми средствами измерений:

Первичный эталон обеспечивает воспроизводимость 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.

3.3 Категории средств измерений

Классификация средств измерений проводится и по другим различным признакам. Например, по видам измеряемых величин, по виду шкалы (с равномерной или неравномерной шкалой), по связи с объектом измерения (контактные или бесконтактные).

При выполнении различных работ по метрологическому обеспечению измерений используются специфические категории, которые тоже нуждаются в определении. Эти категории следующие:

Аттестация - проверка метрологических характеристик (погрешности измерений, точности, достоверности, правильности) реального средства измерения.

Сертификация - проверка соответствия средства измерения стандартам данной страны, данной отрасли с выдачей документа-сертификата соответствия. При сертификации кроме метрологических характеристик проверке подлежат все пункты, содержащиеся в научно-технической документации на данное средство измерения. Это могут быть требования по электробезопасности, по экологической безопасности, по влиянию изменений климатических параметров. Обязательным является наличие методов и средств поверки данного средства измерения.

Поверка - периодический контроль погрешностей показаний средств измерения по средствам измерения более высокого класса точности (образцовым приборам или образцовой мере). Как правило, поверка заканчивается выдачей свидетельства о поверке или клеймлением измерительного прибора или поверяемой меры.

Градуировка - нанесение отметок на шкалу прибора или получение зависимости показаний цифрового индикатора от значения измеряемой физической величины. Часто в технических измерениях под градуировкой понимают периодический контроль работоспособности прибора по мерам, не имеющим метрологического статуса или по встроенным в прибор специальным устройствам. Иногда такую процедуру называют калибровкой, и это слово пишется на рабочей панели прибора.

Этот термин на самом деле в метрологии занят, и калибровкой согласно стандартам называют несколько иную процедуру.

Калибровка меры или набора мер - поверка совокупности однозначных мер или многозначной меры на различных отметках шкалы. Другими словами, калибровка - это поверка меры посредством совокупных измерений. Иногда термин «калибровка» употребляют как синоним поверки, однако калибровкой можно называть только такую поверку, при которой сравниваются несколько мер или деления шкалы между собой в различных сочетаниях. метрология измерение шкала

3.4 Шкалы измерений

В практической деятельности приходится проводить оценивание и измерение многих разнообразных свойств объектов, которые проявляются как качественно, так и количественно. Эти множества проявления свойств отображают шкалы: (табл. 1).

1. Шкалы измерений (оценивания) свойств - упорядоченное множество свойств, отображаемое в виде совокупности чисел или, в более общем случае, условных знаков. Шкала измерений количественных свойств величины является шкалой ФВ [5].

2. Шкала физической величины - это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по согласованию на основании результатов точных измерений.

3. Условные или неметрические (концептуальные) шкалы - шкалы, не имеющие единиц измерений.

4. Метрическими (материальными) называют шкалы, имеющие единицы измерений.

5. Шкала наименований (классификации) - самый простой тип шкал, основанных на приписывании качественным свойствам чисел, играющих роль имен. При этом действует правило, по которому нельзя приписывать одно имя (число) двум разным объектам (свойствам, характеристикам).

6. Шкала порядка предполагает упорядочение однородных объектов относительно их свойства (процедура ранжирования) и оценивание, что больше или меньше, что хуже или лучше. Для «измерения» данного свойства в баллах эту шкалу можно с помощью реперных точек преобразовать в бальную.

7. Шкала интервалов отличается от предыдущей тем, что для ее построения вначале устанавливают единицу ФВ, а затем на шкале откладываются разности значений ФВ, сами же значения остаются неизвестными. Примеры шкал интервалов - это шкалы температур.

8. Объекты, характеризующиеся интенсивными свойствами, могут быть подвергнуты контролю. Контроль - это процедура установления соответствия между состоянием объекта и нормой.

9. Шкала отношений - интегральная шкала с естественным началом отсчета. Результаты измерений по шкалам отношений можно складывать между собой, вычитать, делить и перемножать.

10. Абсолютные шкалы устанавливают однозначное (единственно возможное) соответствие между объектами и свойствами. Они обладают всеми свойствами шкал отношений, но дополнительно однозначным естественным определением единицы измерения, не зависящей от принятой системы единиц.

Такая шкала может быть использована для измерения относительных величин (коэффициентов усиления, ослабления свойств, относительной частоты появления событий в серии испытаний, КПД и др.).

Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах, процентах, промилле или миллионных, миллиардных и триллионных долях. К ним относятся и логарифмические шкалы в децибелах, битах.

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение, потому что не выделена величина как физическая или не определена единица этой величины, оценивание таких величин проводят по условным шкалам.

Таблица 1. Типы шкал измерений (оценивания) и их характеристики

Тип шкалы и отношений	Нуль	Единица	Действия	Пример
Шкала наименований (классификации) характеризуется отношениями эквивалентности и различий качественного проявления свойств. Отсутствует отношение «больше-меньше»			Оценивание сравнением эталонного образца и испытываемого по одному или нескольким свойствам
				Атлас цветов	Н Е М Е Т Р И Ч Е С К И Е
	Отсутствует	Отсутствует
Шкала порядка (рангов) характеризуется упорядочением свойств по возрастанию или убыванию. Обладает свойством эквивалентности, и отношением «больше - меньше»	В ряде случаев может быть установлен	Отсутствует	Сравнение опытным путем, чаще всего в баллах	Сила ветра, землетрясений.
				Оценка знаний
Шкала интервалов (разностей) обладает свойствами эквивалентности, порядка,	Условно выбирается начало шкалы - нулевая точка		Сложение, вычитание, пропорциональность Q = Q0+q[Q]	Летоисчисление, температурные шкалы Цельсия, Реомюра, Фаренгейта и др.
					М Е Т Р И Ч Е С К И Е
	Естественное нулевое значение	Единица устанавливается по согласован.	Все арифметические действия. Q = q[Q] Переход от одной шкалы К другой q2= q1·[Q1]/[Q2]	Шкала термодинамической температуры Кельвина
Шкала отношений обладает свойствами эквивалентности, порядка, пропорциональности, суммирования
Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, соответствует относительным величинам.	Естественный нуль. Протяженность шкалы может быть 0…1	Естественная однозначная единица, не зависящая от принятой системы единиц	Все арифметические действия	Коэффициент усиления (ослабления), школа масс, длины и др.



4. Стандартные образцы

Стандартные образцы (СО), предназначенные для воспроизведения, хранения и передачи величин, характеризующих состав и свойства веществ (материалов) (при поверке, калибровке, градуировке средств измерений, аттестации и контроле показателей точности методик измерений и испытаний, оценивании метрологических характеристик средств измерений и др.), и должны иметь установленные метрологические характеристики, включающие в себя аттестованное значение, границу погрешности и/или расширенную неопределенность аттестованного значения, и утвержденные в качестве стандартного образца в установленном порядке по ГОСТ 8.315.

Производство и аттестация стандартных образцов (СО) - это основные виды деятельности по улучшению и поддержанию всемирной системы измерений. В соответствии с Руководствами ИСО 32 (ISO Guide 32 "Calibration in analytical chemistry and use of certified reference materials"), 33 (ISO Guide 33 "Uses of certified reference materials") аттестованные стандартные образцы используются для градуировки средств измерений, для контроля точности результатов измерений, для аттестации методик (методов) измерений, а также для приписывания значений другим материалам, которые, в свою очередь, могут быть приняты в качестве аттестованных стандартных образцов (далее - АСО). АСО используются для установления прослеживаемости к опорным значениям, описываемым шкалами порядковых величин (например, шкалой октанового числа), и к значениям условных опорных шкал. Чистые вещества в виде СО используются для поддержания международной температурной шкалы.

Стандартные образцы предназначены для обеспечения единства и требуемой точности измерений посредством:

* градуировки, метрологической аттестации и поверки СИ;

* метрологической аттестации методик выполнения измерений;

* контроля показателей точности измерений;

* измерения ФВ, характеризующих состав или свойства веществ и материалов, методами сравнения.

По своему назначению СО исполняют роль мер, однако в отличие от "классических" мер они имеют ряд особенностей. Например, образцы состава воспроизводят значения ФВ, характеризующих состав или свойства именно того материала (вещества), из которого они изготовлены. Стандартные образцы, как правило, не являются изделиями, они реализованы обычно в виде части или порции однородного вещества (материала), причем эта часть является полноценным носителем воспроизводимой единицы ФВ, а не ее части. Эта особенность образцов отражена в требованиях к их однородности по составу и свойствам. Однородность материала, из которого сделан образец, имеет принципиальное значение, в то время как для меры такая характеристика часто является второстепенной.

Стандартные образцы состава и свойств в отличие от мер характеризуются значительным влиянием неинформативных параметров (примесей, структуры материала и др.). При использовании СО очень часто необходимо учитывать функции влияния таких параметров. В связи с многообразием задач, решаемых с СО, их можно разделить на группы по ряду классификационных признаков. В зависимости от вида аттестуемой характеристики различают:

* стандартные образцы состава - воспроизводят значения величин, характеризующих содержание определенных компонентов (химические элементы, их изотопы и др.);

* стандартные образцы свойств - воспроизводят значения величин, характеризующих физические, химические, технические или другие свойства вещества, за исключением величин, характеризующих состав.

В зависимости от сферы действия и области применения определяется уровень утверждения стандартных образцов. По этому признаку они делятся на государственные, отраслевые и стандартные образцы предприятий. Тем СО, которые включены в поверочные схемы, присваиваются разряды.

Стандартные образцы объединяются в типы. Тип - это классификационная группировка образцов, определяющими признаками которых являются одно и то же вещество, из которого они изготовлены, и единая документация, по которой они выполнены. Типы СО допускаются к применению при условии их утверждения и регистрации в соответствующем реестре. Для каждого типа СО при их аттестации устанавливается срок действия (не более 10 лет) и определяются метрологические характеристики, которые нормируются в документации на их разработку и выпуск. К ним относятся:

* аттестованное значение - значение аттестованной характеристики образца, им воспроизводимое, установленное при его аттестации и приводимое в свидетельстве с указанием погрешности;

* погрешность аттестованного значения - разность между аттестованным и истинным значениями величины, воспроизводимой той частью образца, которая используется при измерении;

* характеристика однородности - характеристика свойства образца, выражающегося в постоянстве значения величины, воспроизводимой его различными частями, используемыми при измерениях;

* характеристика стабильности - характеристика свойства образца сохранять значения метрологических характеристик в установленных пределах в течение указанного в свидетельстве срока годности при соблюдении заданных условий хранения и применения;

* функции влияния - зависимость метрологических характеристик образца от изменения внешних влияющих величин в заданных условиях применения.

Возможно использование и других метрологических характеристик. Применение СО должно осуществляться в соответствии с требованиями: нормативно-технических доку-ментов на методы измерений, испытаний, контроля, поверки и градуировки средств измерений; аттестованных методик выполнения измерений; государственных, ведомственных и локальных поверочных схем.



Список литературы

1. Иголинская Н.М. Метрология, стандартизация, сертификация. М.: Высшая школа, 1983.

2. Зайцев С.А. Метрология, стандартизация и сертификация в энергетике: Учебное пособие для студентов среднего профессионального образования / С.А. Зайцев, А.Н. Толстов, Д.Д. Грибанов. - М.: ИЦ Академия, 2013.

3. Дубовой Н.Д. Основы метрологии, стандартизации и сертификации: Учебное пособие / Н.Д. Дубовой, Е.М. Портнов. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013.

4. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / Ю.В. Димов. - СПб.: Питер, 2013.

5. Анисимов В.П. Метрология, стандартизация, сертификация (в сфере туризма): Учебное пособие / В.П. Анисимов, А.В. Яцук. - М.: Альфа-М, НИЦ ИНФА-М, 2013.

6. Берновский Ю.Н. Стандартизация: Учебное пособие - М.: Форум, 2012.

7. Боларев Б.П. Стандартизация, метрология, подтверждение соответствия: учебное пособие - М.: НИЦ ИНФА-М, 2013.

Размещено на Allbest.ru

...