Тема 5 Метрология как вид деятельности и наука

Тема 5 Метрология как вид деятельности и наука об измерениях

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме 5 1 Понятие «метрология» . Основные термины и определения. 2 Объекты измерений и связанные с объектом измерения понятия: свойства, величина и другие 3 Виды и методы измерений 4 Средства измерений (СИ), их виды и связанные с СИ понятия: диапазон измерений, порог чувствительности, погрешность и др. 5 Государственная система обеспечения единства измерений 6 Метрологические службы

Понятие «Метрология» Метрология — область знаний и вид деятельности, связанные с измерениями. С точки зрения того, что измерения являются важнейшим инструментом познания объектов и явлений окружающего мира и играют огромную роль в развитии народного хозяйства метрология является наукой об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную. Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.

Основные понятия в области метрологии В соответствии с Законом РФ от 26. 06. 2008 № 102 ФЗ «Об обеспечении единства измерений» Измерение — совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Это значение называют результатом измерений. Погрешность измерений — отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Средство измерений — техническое устройство, предназначенное для измерений. Единица величины – фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин Эталон единицы величины — средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее средствам измерений данной величины. Достоверность измерения – степень соответствия точности измерения базовому значению. При этом базовое значение – это точность, установленная нормативным документом, или точность, необходимая субъекту (или заказанная этим субъектом).

Основные понятия в области метрологии (продолжение) Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Методика (метод) измерений – совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов с установленными показателями точности. Обязательные метрологические требования – метрологические требования, установленные нормативными правовыми актами РФ и обязательные для соблюдения на территории РФ. Поверка средства измерений – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (или другими уполномоченными на то органами или организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям. Калибровка средств измерений совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик СИ.

Условия для обеспечения единства измерений Первое условие – представление результатов измерений в узаконенных единицах, которые были бы одними и теми же всюду, где проводятся измерения и используются их результаты. В России узаконенными единицами являются единицы величин Международной системы единиц (система СИ), принятой Генеральной конференцией по мерам и весам, рекомендованные Международной организацией законодательной метрологии. Второе условие – погрешность измерений не превышает (с заданной вероятностью) установленных пределов. Погрешности измерений средств измерений указываются в прилагаемом к ним документе – паспорте, ТУ и пр.

Объект измерения в метрологии Объектами метрологии являются единицы величин, средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений. Традиционным объектом метрологии являются физические величины. Физическая величина (краткая форма термина — «величина» ) применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т. п. ), изучаемых в любых науках (физике, химии и др. ). Существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним относятся длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока. С помощью них создается все многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений. Измеряемые величины имеют качественные (размерность) и количественные (размер) характеристики. Кроме физических величин в последнее десятилетие в прикладной метрологии начали использоваться нефизические величины. Это связано с применением термина «измерение» в новых для метрологии сферах — экономике, медицине, информатике, управлении качеством и пр.

Цель измерения – получение значения величины в форме, удобной для пользования Классификация измерений Измерения могут быть классифицированы: • по характеристике точности – равноточные, неравноточные; • по числу измерений в ряду измерений – однократные, многократные; • по отношению к изменению измеряемой величины – статические, динамические; • по выражению результата измерений — абсолютные и относительные; • по общим приемам получения результатов измерений — прямые, косвенные.

Методы измерений. Их классификация Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Методы измерений классифицируют по нескольким признакам. По общим приемам получения результатов измерений различают прямой метод измерений; косвенный метод измерений. По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений. Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Средства измерения и их признаки Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Признаки СИ: позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т. е. сопоставить неизвестный размер с известным; «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; Неизменность размера хранимой единицы.

Классификация средств измерений СИ можно классифицировать по двум признакам: 1) конструктивное исполнение; 2) метрологическое назначение. По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. По метрологическому назначению СИ подразделяют на рабочие СИ и эталоны.

Метрологические свойства СИ и их основные характеристики Метрологические свойства СИ – это свойства, влияющие на результат измерения и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой – метрологическими характеристиками, к которым относятся: Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений. Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг. Погрешность — это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Точность измерений СИ — качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешности.

Систематическая погрешность — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок. Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточном измерении они порождают рассеяние результатов.

Сходимость результатов измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повтор ноодними и теми же средствами, одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Воспроизводимость результатов измерений — повторяемость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др. ). Класс точности – обобщенная характеристика СИ, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД.

Факторы, влияющие на результат измерений При подготовке и проведении высокоточных измерений в метрологической практике учитывают влияние: объекта измерения, субъекта (эксперта или экспериментатора), метода измерения, средства измерения, условий измерения.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) это система обеспечения единства измерений (ОЕИ) в стране, реализуемая, управляемая и контролируемая федеральным органом исполнительной власти по метрологии – Гостехрегулированием (бывший Госстандарт РФ). ОЕИ в стране осуществляется на: государственном уровне; уровне федеральных органов исполнительной власти; уровне юридических лиц. Цель ГСИ – создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений и предоставление всем субъектам деятельности возможности оценивать правильность выполняемых измерений.

Состав государственной системы обеспечения единства измерений ГСИ состоит из следующих подсистем: Правовой комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконных актов, объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объектам деятельности по ОЕИ. Основой ОЕИ является Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» , комплекс ГОСТ и ГОСТ Р системы ГСИ, правила и рекомендации ; Технической – совокупность международных, государственных эталонов, эталонов единиц величин и шкал измерений, стандартных образцов состава и свойств, стандартных справочных данных, СИ и ИО для метрологического контроля и надзора, специальных зданий и сооружений, лабораторий; Организационной – совокупность метрологических служб.

Метрологические службы Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений. К субъектам метрологии относятся: 1) Государственная метрологическая служба РФ (ГМС), в состав которой входят подразделения центрального аппарата Гостехрегулирования, государственные научные метрологические центры, органы ГМС в субъектах РФ ЦСМ; 2) метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц (МС), которые создаются в министерствах и ведомствах, организациях, на предприятиях и в учреждениях, являющихся юридическими лицами для выполнения работ по обеспечению единства измерений, осуществления метрологического контроля и надзора; 3) международные метрологические организации: Международное бюро мер и весов (МБМВ), Международный комитет мер и весов (МКМВ), Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) др.