Понятие о метрологическом обеспечении

Совместные измерения - это измерения двух и более неоднородных величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяются  в электротехнике.

По характеру изменения  измеряемой величины в процессе измерений  бывают статические, динамические и  статистические измерения.

Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов.

Однократные измерения - это одно измерение одной величины. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение.

Многократные измерения характеризуются повышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Преимущество многократных измерений - в значительном снижении влияния случайных факторов на погрешность измерений.

По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные.

Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Так, в формуле

E = m*c²

масса (m) - основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (с) - физическая константа.

Относительные измерения основаны на установления отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы.

1.2.3 Методы измерений

Метод измерений - это совокупность приемов использования физических явлений и средств измерений. В промышленности находят применение следующие методы измерений:

o метод непосредственной  оценки, при котором значение  величины определяют непосредственно  по отсчетному устройству (давление - манометром, характеристика тока - амперметром, вольтметром);

o метод сравнения с  мерой, при котором измеряемую  величину сравнивают с величиной,  воспроизводимой мерой (сравнение  масс на весах с гирями);

o метод совпадений, при  котором разность между измеряемой  величиной и величиной, воспроизводимой  мерой, измеряют по совпадению  отметок шкал;

o нулевой метод, в котором  результирующий эффект воздействия  величин на прибор сравнения  равен нулю;

o метод замещения, в  котором измеряемую величину  замещают известной величиной,  воспроизводимой мерой, например, взвешивание с поочередным помещением  измеряемой массы и гирь на  одну и ту же чашку весов;

o дифференциальный метод,  в котором на прибор сравнения  воздействует разность измеряемой  величины и величины, воспроизводимой  мерой.

1.2.4 Области измерений

Область измерений - совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки и техники  и выделяющаяся своей спецификой. Принято различать следующие  области измерений.

Измерения геометрических величин: длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхностей, углов.

Измерения механических величин: массы, силы, крутящих моментов, напряжений и деформаций, параметров движения.

Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ: массового  и объемного расхода жидкостей  в трубопроводах, расходов газов, вместимости, параметров открытых потоков, уровня жидкости.

Измерения давлений, вакуумные  измерения: избыточного давления, абсолютного  давления, переменного давления, вакуума.

Физико-химические измерения: вязкости, плотности, влажности газов, твердых веществ, электрохимические  измерения.

Теплофизические и температурные  измерения: температуры, теплофизических  величин.

Измерения времени и частоты: измерения интервалов времени, частоты  периодических процессов.

Измерения электрических  и магнитных величин на постоянном и переменном токе: силы тока, количества электричества, электродвижущей силы, напряжения, мощности, параметров магнитных  полей. Радиоэлектронные измерения: интенсивности  сигналов, параметров формы и спектра  сигналов.

Измерения акустических величин: в воздушной среде и газах, в водной среде, в твердых телах, измерения уровня шума.

Оптические и оптико-физические измерения: световые, измерения оптических свойств материалов в видимой  области спектра.

Измерения ионизирующих излучений: дозиметрических характеристик  ионизирующих излучений, активности радионуклидов.

1.2.5 Физические  величины и их единицы

Физические величины принято  делить на основные и производные.

Основные величины не зависимы друг от друга, но они могут служить  основой для установления связей с другими физическими величинами, которые называют производными от них. Основным величинам соответствуют  основные единицы измерений, а производным - производные единицы измерений. Совокупность основных и производных  единиц называется системой единиц физических единиц.

Первой системой единиц считается  метрическая система, где за основную единицу длины был принят метр, за единицу веса - вес 1 куб. см химически  чистой воды при температуре около + 4 С0 - грамм (позже килограмм). В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих двух единиц метрическая система в своем первоначальном виде включала еще и единицы площади (ар - площадь квадрата со стороной 10 м), объема (стер, равный объему куба с ребром 10 м), вместимости (литр, равный объему куба с ребром 0,1 м). Таким образом, в метрической системе еще не было четкого подразделения единиц измерений на основные и производные.

Понятие системы единиц как  совокупности основных и производных  впервые предложено немецким ученым К.Ф. Гауссом в 1832 г. В качестве основных в этой системе были приняты: единица  длины - миллиметр, единица массы - миллиграмм, единица времени - секунда. Эту систему  единиц назвали абсолютной.

В 1881 г. была принята система  единиц физических величин СГС, основными  единицами которой были: сантиметр, грамм, секунда. Производными единицами  системы считались единица силы - килограмм-сила и единица работы - эрг. Неудобство системы СГС состояло в трудностях пересчета многих единиц в другие системы для определения  их соотношения.

В начале XX века итальянский  ученый Джорджи предложил еще  одну систему единиц, получившей название МКСА, широко распространившуюся в мире. Основные единицы этой системы: метр, килограмм, секунда, ампер (единица силы тока), а производные: единица силы - ньютон, единица энергии - джоуль, единица мощности - ватт. Наиболее широко распространена в мире Международная система единиц СИ.

1.2.6 Международная  система единиц физических величин

Генеральная конференция  по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 году определила шесть основных единиц физических величин для их использования  в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча. XI Генеральная конференция  по мерам и весам в 1960 г. утвердила  Международную систему единиц, обозначаемую SI, на русском языке СИ. В последние  годы Генеральная конференция приняла  ряд дополнений и изменений, в  результате чего в системе стало  семь основных единиц, дополнительные и производные единицы физических величин, разработала определения  основных единиц:

· единица длины - метр;

· единица массы - килограмм;

· единица времени - секунда;

· единица силы электрического тока - ампер;

· единица термодинамической  температуры - кельвин;

· единица количества вещества - моль;

· единица силы света - кандела.

XI Генеральной конференцией  по мерам и весам установлены  следующие определения основных  единиц СИ:

· Метр - есть длина отрезка, который пройдет свет в вакууме  в течение (1/299792458) секунды;

· Килограмм - есть единица  массы, равной массе международного эталона килограмма;

· Секунда - есть время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома  цезия -133 пи отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

· Ампер - есть сила не изменяющегося  тока, который будучи поддерживаемым в двух параллельных прямолинейных  проводниках бесконечной длины  и ничтожно малого круглого сечения, расположенных на расстоянии 1 м  один от другого в вакууме вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2*10-7 Н на каждый метр длины;

· Кельвин - есть единица  термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры  тройной точки воды;

· Моль - есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных  элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода - 12 массой 0,012 кг;

· Кандела - есть сила света  в определенном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение  частотой 540*1012Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср-1.

Международная система СИ считается наиболее совершенной  и универсальной. Кроме основных единиц, в системе есть дополнительные единицы плоского и телесного  углов - радиан и стерадиан, большое  количество производных единиц пространства и времени, механических величин, тепловых, световых, акустических, электрических, магнитных величин, а также ионизирующих излучений.

После принятия Международной  системы единиц практически все  крупнейшие международные организации  включили ее в свои рекомендации по метрологии и призвали все страны - члены этих организаций принять  ее. В СССР система СИ официально была принята в 1963 году.

Резюме

Важнейшей задачей  метрологии является обеспечение единства и точности измерений.

Измерения, как основной объект метрологии, могут быть классифицированы по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины, по количеству измерительной  информации, по отношению к основным единицам. Существуют также различные  методы измерений.

Принято различать 12 областей измерения.

Объектом измерений являются физические величины, которые принято  делить на основные и производные. В  мире наиболее широко распространена Международная система единиц СИ.

1.3 Средства измерений

1.3.1 Виды средств  измерений

Для практического измерения  единицы величины применяются технические  средства, которые имеют нормативные  погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений  относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные  установки и системы, измерительные  принадлежности. Мерой называют средство измерения, предназначенное для  воспроизведения физических величин  заданного размера. К данному  виду средств измерений относятся  гири, концевые меры длины. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят  величину только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько  размеров физической величины, например, миллиметровая линейка, дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и миллиметрах.

Наборы и магазины мер  представляют собой сочетание однозначных  или многозначных мер для получения  возможности воспроизведения промежуточной  или суммарных значений величины. Набор мер представляет собой  комплекс однородных мер разного  размера, что дает возможность применять  их в нужных сочетаниях (например, набор  лабораторных гирь). Магазин мер - сочетания  мер, объединенных конструктивно в  одно механическое целое и имеющих  приспособления для их соединения в  различных комбинациях (например, магазины электрических сопротивлений).

К однозначным мерам относятся  стандартные образцы и стандартные  вещества.

Стандартный образец - это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. К подобным образцам относятся, например, наборы минералов с конкретными значениями твердости для определения этого параметра у различных минералов.

Для пользования мерами следует  учитывать номинальное и действительное значение мер, а также погрешность меры и ее разряд. Номинальным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием специального эталона. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погрешности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Так как при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (первого, второго и т.д.) и называют разрядными эталонами (образцовые измерительные средства), которые используют для поверки измерительных средств. Величина погрешности меры служит основой для подразделения меры на классы.

Измерительный преобразователь - это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки и хранения, а также передачи в показывающее устройство. Например, преобразователь необходим для передачи информации в память компьютера, для усиления напряжения. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования - выходной величиной. Основной метрологической характеристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, называемое функцией преобразования. Преобразователи подразделяются на первичные (непосредственно воспринимающие измеряемую величину), передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на измерение рода физической величины.

Измерительные приборы - это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отражают измеряемую величину на показательном  устройстве, имеющем соответствующую  градуировку в единицах этой величины, например, амперметры, вольтметры, термометры. Приборы сравнения предназначаются  для сравнения измеряемых величин  с величинами, значения которых известны (например, приборы для измерения  яркости излучения, давления сжатого  воздуха).