Роль измерений в метрологии

ВВЕДЕНИЕ

Измерение – один из важнейших  путей познания природы человека. Они играют значительную роль в современном  обществе. Наука, техника и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую сек в мире производится 1 млрд. измерительных операции результаты которых используются для обеспечения технического уровня и необходимого качества продукта, безопасности работы транспорта и т.д. Практически нет ни одной сферы деятельности где бы не использовались результаты измерений. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. Например длина измеряется 10^-10-10^-17 метра, температура 0,5–10⁶ К, сопротивление 10^-26-10¹⁶ Ом, сила тока 10^-16-10⁴ А. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактивным действием, превращают сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях понимающихся как последовательность действий направленных на получение измерительной информации. Другой фактор, подтверждающий фактор измерений – их значимость. Основой любой формы управления, анализа, планирования, контроля и регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путём измерения физических величин, параметров и показателей. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений может обеспечить правильность применяемых решений.

Современный уровень науки  и техники позволяет выполнять  многочисленные и точные измерения  однако затраты на них равны затратам на исполнительные операции. Важной задачей  Метрологии как науки является создание эталонов физических величин имеющих  диапазон необходимый для современной  науки и техники. Эти эталоны  постоянно совершенствуются с учётом последних открытий науки. Стоимость  поддержания мировой системы эталонов высока. Сотрудничество с зарубежными странами совместная разработка научных программ Её высокая точность, качество и достоверность единообразия принципов и способов оценки и точность измерения имеет огромное значение. Важную роль в использовании достижений в метрологии в промышленности играют нормативные документы ССМ. Поэтому в процессе изучения курса МСС будут активно использовать последние нормативные материалы госстандартов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОНЯТИЕ МЕТРОЛОГИИ

 

Метрология (от греч. мера, измерительный инструмент и от др.-греч. мысль, причина) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

Метрология  проникает во все науки и дисциплины, имеющие дело с измерениями и  является для них единой наукой. Основные понятия, которыми оперирует  метрология, это измерение, средство измерений, метрология, методики выполнения измерений.

Метрология  состоит из 3 разделов:

теоретическая — рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений.

прикладная — изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.

законодательная — устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Цели и  задачи метрологии:

1. Создание общей теории измерений;
2. Образование единиц физических величин и систем единиц;
3. Разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства       4. Измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

5. Создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение как  экспериментальные процедуры определяют определённые значения определённых величин разнообразны, что объясняется множеством известных величин, различных характеров изменения их во времени, различными требованиями.

По способу  получения информации:

прямые измерения, при которых искомые значения физической величины определяют путём сравнения с мерой этой величины (линейка, вольтметр)

– косвенные. При которых искомые значения физической величины определяет на основании результатов других физических величин связанных с искомой величиной некоторых заранее известных функциональных зависимостей (измерение мощности тока)

– совокупные измерения, при которых проводят одновременно измерения нескольких однородных величин с определённой искомой величины путем решения системы уравнения.

– совместные измерения при которых производятся измерения двух или нескольких неоднородных физических величин с целью нахождения зависимости между ними.

Как при совокупных так и при совместных измерений  искомые значения находят путём  решения уравнений. Поэтому эти  методы близки друг к другу и различаются  только потому, что при совокупных однородных величины, у совместимы неоднородные. Если провести разделения операций проводимых при совокупных измерениях, то они приводят к прямым, однородные к косвенным.

По характеру  измерения величин в процессе измерения:

– Статистические измерения, которые проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины (статистический режим).

– Динамическое измерения. Величины изменяются во времени (динамический режим).

К статистическим относятся параметры которые  в процессе наблюдения не изменяются во времени или рассматриваются  неизменяемыми (размеры обрабатываемой детали, эл-ое напряж)

Динамический  режим возникает при измерении  не изменяющихся величин непосредственно  после включения средства измерения  в следствии её инерционности. Кроме  того, в современных технологический  и др процессах величины могут претерпевать те или иные изменения. К ним относятся измерения параметров периодических и апериодических сигналов изменения которых можно описать только вероятностными закономерностями. Характерными для «чистых» динамических измерениях является то, что результат измерений изменяющийся во времени физической величины представляется совокупностью её значений с указанием момента времени которым соответствует эти измерения.

В других случаях  результат динамического измерения  может быть представлен некоторым  усреднённым числовым значением

Статистические  измерения связанны с определением характеристик случайных процессов, шумовых сигналов и т.д.

По количеству измерительной информации:

1. Однократные.  При которых число измерений  равно числу измеряемых величин.  Если измеряется одна величина, то измеряют один раз. При  этом иметь ввиду, что руководствоваться  одним опытом при измерении  той или иной величины не  всегда оправдано. Во многих  случаях рекомендуется выполнить  не менее двух-трёх измерений  которые позволяют избежать грубых  ошибок – промахов. При этом  результат измерений, т.е. значение  физической величины получены  при измерении, есть среднее  из этих двух-трёх расчётов.

2. Многократные. При которых число измерений  больше числа измеряемых величин  в n/m раз, где n – число измерений каждой величины, m – число измеряемых величин. Обычно для многократных измерений n>=3. Многократные изменения проводят с целью уменьшения влияний случайных составляющих погрешностей измерения.

По отношению  к основным единицам измерения:

1) абсолютные. При которых результат измерения  основывается на прямых измерениях  одной или нескольких основных  величин, и (или) использовании  физических констант.

2) Относительные.  При которых производятся измерения  отношение измеряемой величины  к некоторой однородной величине  играющей роль единицы или  измерения величины по отношению  к однородной величине принимаемой  за исходную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ  ИЗМЕРЕНИЙ

Любые измерения  лишь тогда приобретают какую-либо значимость когда из результатом  можно доверять и и проводятся со следующими различными целями:

1. когда надо  удостовериться в том, что производимые (приобретаемая) продукция соответствует  заданной качественными и количественными  свойствами.

2. Когда необходимо  определить неизвестное свойство  объекта (физической системы,  процессов, явления) измерения.

3. Когда необходимо  наблюдать за количественными  и качественными измерениями  объекта измерения.

Каждый объект измерения  обладает некоторыми количеством свойств (признаков) для определённости которых  можно судить о его содержании (состоянии). Какую бы цель не преследовали бы измерения, главным всегда остается оценка по их результатам испытанного  значения величины (как правило физической), которая рассматривается как  идеальная в качественном и количественном отношением её характеристик. Истинное значение величины с философской  точки зрения сопоставляется абсолютной истине, т.е. оно может быть определено только в результате бесконечного процесса измерений, соответствующий бесконечным  процессом совершенствования методов  и средств измерения. Т.о. мы в состоянии наблюдать истинную величину. Например длину обрабатываемой детали, но определить её точное значение с помощью измерений е можем. Вместе с тем, измерение целесообразно только тогда, если измеряемую величину можно сопастваить с некоторой известной величиной, мерой, эталоном и т.д. Поэтому для практического применения неизвестного истинному значению величины составляют действительное значение величины, это значение определяется экспериментально, приписывается измеряемой величине и рассматривается как величина, значение которой наиболее точно отражает данное измерительной задачи истинное значение измеряемой величины. Очевидно, истинное значение величины по своей природе является единственным в момент измерения. Действительным значением величины в зависимости методов средств используемых для его определения может иметь множество значений, сопоставляемых этому единственному. Погрешность результата измерений представляется отклонением результата измерений от истинной величины и её абсолютного значения которая равна разности между измеренными значениями. Поскольку истинное значение точно не известно, то также точно не известны и погрешности измерений. На этом основании иногда говорят о неопределённости погрешности измерений и предлагают заменить погрешность термином «неопределённость». На практике для определения погрешности измерения пользуются понятием действительного значения величины которому всегда приписывается определённое значение. Чем выше погрешность и метода средства измерения, с помощью которых определено действительное значение величины, тем увереннее оно может рассматриваться как близкое к истинному. Точность погрешности измерения определить невозможно, поэтому одной из задач метрологии является разработка методов оценки погрешности измерений с целью возможностей их уменьшения.

Если при использовании  средства измерения о действительных значениях измеряемой величины экспериментатор  не осведомлён и т.о. затрудняется определить погрешность, то применяется процедуры % а производятся многократные измерения величины и находится среднее арифметическое значение результатов измерений. Оно и принимается за действительное значение измеряемой величины. После этого по (2) можно найти погрешность любого из приведённых измерений. Часто для определения действительного определения величины применяют более точное средство измерения (эталон)

 

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ОБЕСПЕЧЕНИЯ  ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

 

О законе РФ «об обеспечении  единства измерений».

В России до перехода к рыночной экономике обеспечение единства измерения осуществлялась и регулировалась государством централизированно с помощью метрологических государственных и ведомственных центров, деятельность которых регламентировалась нормативно-техническими документами (ГОСТ, ОСТ и др.)

В результате все средства измерений в СССр находились под государственным надзором. Это определяло в целом достаточно высокий уровень обеспечения единства измерений, хотя и требовало больших затрат. В новых экономических условиях было принято решение о переходе системе измерений в России (российской системы измерений) на законодательный принцип управления. В апреле 1993 г. был принят закон Российской «об обеспечении единства измерений». В соответствии с законом государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в стране осуществляет комитет по стандартизации и сертификации и метрологии (Госстандарт России). В компетенции Госстандарта России относится: 1) межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений; 2) Представление правительству РФ предложений по единицам величин, допускаемых к определению; 3) установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин; 4) Определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений; 5) Осуществление государственного метрологического контроля и надзора; 6) Осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров РФ о признании результатов испытаний и проверки средств измерений; 7) Руководство деятельностью Государственной метрологической служб и иных государственных служб в области обеспечения единства измерений; 8) Участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений; Кроме того к числу функций государственного управления относятся: – утверждение документов по обеспечению единства измерений; – утверждение государственных эталонов (находятся в ведении Госстандарта РФ); – установление межпроверочных интервалов средств измерений; – установление порядка разработки и аттестации методик выполнения измерений; – организация деятельности Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения измерений; – аккредитация государственных центров испытаний средств измерений; – утверждение типа средств измерений; – ведение государственного реестра средств измерений, в которых включаются средства измерений, прошедшие испытания с последующим утверждением типа; – утверждение перечней средств измерений, подлежащих проверке; – организация деятельности и аккредитация метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровки средств измерений.