Содержание
1. Составьте опорный конспект, используя «Учебник» стр. 1-21. 3
2. Ответьте на вопросы.. 13
Список литературы.. 19
Составьте опорный конспект, используя «Учебник» стр. 1-21
Происхождение самого термина «метрология» возводя! к двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное развитие метрологии пришлось на конец XX в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом. Следует отметить и особое участие в создании этой дисциплины Д. И. Менделеева, которому подевалось вплотную заниматься метрологией с 1892 по 1907 гг… когда он руководил этой отраслью российской науки. Таким образом, можно сказать, что метрология изучает:
- методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;
- измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;
- измерения для контроля и регулирования технологических процессов.
Следует различать также объекты метрологии:
- единицы измерения величин;
- средства измерений;
- методики, используемые для выполнения измерений и т. д.
Метрология включает в себя: во-первых, общие правила, нормы и требования, во-вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:
- физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;
- принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;
- погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей;
- обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;
- государственной метрологической службе;
- методике поверочных схем;
- рабочих средствах измерений.
В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.
В метрологии используются следующие величины и их определения:
- физическая величина, представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;
- единица физической величины, что подразумевает под собой физическую величину, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;
- измерение физических величин, под которым имеется в виду количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;
- средство измерения, представляющее собой техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;
- измерительный прибор представляет собой средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем;
- мера – также средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера. Например, если прибор аттестован как средство измерений, его шкала с оцифрованными отметками является мерой;
- измерительная система, воспринимаемая как совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций;
- измерительный преобразователь – также средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия;
- принцип измерений как совокупность физических явлений, на которых базируются измерения;
- метод измерений как совокупность приемов и принципов использования технических средств измерений;
- методика измерений как совокупность методов и правил, разработанных метрологическими научно-исследовательскими организациями, утвержденных в законодательном порядке;
- погрешность измерений, представляющую собой незначительное различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерения;
- основная единица измерения, понимаемая как единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден;
- производная единица как единица измерения, связанная с основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения, не имеющая эталона;
- эталон, который имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины, для трансляции ее габаритных параметров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения. Существует понятие «первичный эталон», под которым понимается средство измерений, обладающее наивысшей в стране точностью. Есть понятие «эталон сравнений», трактуемое как средство для связи эталонов межгосударственных служб. И есть понятие «эталон-копия» как средство измерений для передачи размеров единиц образцовым средствам;
- образцовое средство, под которым понимается средство измерений, предназначенное только для трансляции габаритов единиц рабочим средствам измерений;
- рабочее средство, понимаемое как «средство измерений для оценки физического явления»;
- точность измерений, трактуемая как числовое значение физической величины, обратное погрешности, определяет классификацию образцовых средств измерений. По показателю точности измерений средства измерения можно разделить на: наивысшие, высокие, средние, низкие.
Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.
1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.
2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.
3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.
4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.
5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.
6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:
- единица длины (механика) – метр;
- единица массы (механика) – килограмм;
- единица времени (механика) – секунда;
- единица силы электрического тока (электричество) – ампер;
- единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин;
- единица силы света (оптика) – кандела;
- единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль.
В Международной системе единиц есть дополнительные единицы:
- единица измерения плоского угла – радиан;
- единица измерения телесного угла – стерадиан. Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Например, количество электричества выражается через секунды и амперы.
Выделяют следующие основные характеристики измерений: метод, которым проводятся измерения; принцип измерений; погрешность измерений; точность измерений; правильность измерений; достоверность измерений.
Физическая величина является понятием как минимум двух наук: физики и метрологии. По определению физическая величина представляет собой некое свойство объекта, процесса, общее для целого ряда объектов по качественным параметрам, отличающееся, однако, в количественном отношении (индивидуальная для каждого объекта).
Получение информации о значениях физической величины как некоего числа принятых для нее единиц и есть главная задача измерений. И, соответственно, физическая величина, которой по определению присвоено условное значение, равное единице, есть единица физической величины. Вообще же все значения физических величин традиционно делят на: истинные и действительные. Первые представляет собой значения, идеальным образом отражающие в качественном и количественном отношении соответствующие свойства объекта, а вторые – значения, найденные экспериментальным путем и настолько приближенные к истине, что могут быть приняты вместо нее. Однако этим классификация физических величин не исчерпывается. Есть целый ряд классификаций, созданных по различным признакам Основными из них является деления на:
- активные и пассивные физические величины – при делении по отношению к сигналам измерительной информации. Причем первые (активные) в данном случае представляют собой величины, которые без использования вспомогательных источников энергии имеют вероятность быть преобразованными в сигнал измерительной информации. А вторые (пассивные) представляют собой такие величины, для измерения которых нужно использовать вспомогательные источники энергии, создающие сигнал измерительной информации;
- аддитивные (или экстенсивные) и неаддитивные (или интенсивные) физические величины – при делении по признаку аддитивности. Считается, что первые (аддитивные) величины измеряются по частям, кроме того, их можно точно воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании размеров отдельных мер. А вторые (неаддитивные) величины прямо не измеряются, так как они преобразуются в непосредственное измерение величины или измерение путем косвенных измерений.
На сегодняшний день в мировой науке существует неисчислимое количество всевозможных систем единиц физических величин, а также немало так называемых внесистемных единиц.
Объектом измерения для метрологии, как правило, являются физические величины. Физические величины используется для характеристики различных объектов, явлений и процессов. Разделяют основные и производные от основных величины. Семь основных и две дополнительных физических величины установлены в Международной системе единиц. Это длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света и сила электрического тока, дополнительные единицы – это радиан и стерадиан.
У физических величин есть качественные и количественные характеристики.
Качественное различие физических величин отражается в их размерности.
Количественная характеристика объекта измерения – это его размер, полученный в результате измерения.
Размер объекта измерения может быть представлен в разных видах. Это зависит от того, на какие интервалы разбита шкала, с помощью которой измеряется данный размер.
Все вопросы, связанные с хранением, применением и созданием эталонов, а также контроль над их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки и утверждения, регистрации, хранения и применения». Классифицируются эталоны по принципу подчиненности. По этому параметру эталоны бывают первичные и вторичные.
Первичный эталон должен служить целям обеспечения воспроизведения, хранения единицы и передачи размеров с максимальной точностью, которую можно получить в данной сфере измерений. В свою очередь, первичные могут быть специальными первичными эталонами, которые предназначены для воспроизведения единицы в условиях, когда непосредственная передача размера единицы с необходимой достоверностью практически не может быть осуществлена, например, для малых и больших напряжений, СВЧ и ВЧ.
Вторичный эталон воспроизводит единицу при особенных условиях, заменяя при этих условиях первичный эталон. Он создается и утверждается для целей обеспечения минимального износа государственного эталона. Вторичные эталоны могут делиться по признаку назначения.
Существует также понятие «эталон единицы», под которым подразумевают одно средство или комплекс средств измерений, направленных на воспроизведение и хранение единицы для последующей трансляции ее размера нижестоящим средствам измерений, выполненных по особой спецификации и официально утвержденных в установленном порядке в качестве эталона.
В научной литературе средства технических измерений делят на три большие группы. Это: меры, калибры и универсальные средства измерения, к которым относятся измерительные приборы, контрольно-измерительные приборы (КИП), и системы.
При контрольном измерении угловых и линейных показателей применяют прямые измерения, реже встречаются относительные, косвенные или совокупные измерения.
Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.
Средства измерения классифицируются по следующим критериям: по способам конструктивной реализации; по метрологическому предназначению.
По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на: меры величины; измерительные преобразователи; измерительные приборы; измерительные установки; измерительные системы.
Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют: однозначные меры; многозначные меры; наборы мер.
К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов: стандартные образцы состава; стандартные образцы свойств.
Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи могут преобразовывать измеряемую величину по-разному. Выделяют:
- аналоговые преобразователи (АП);
- цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);
- аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют:
- первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения;
- промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.
Измерительный прибор – это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону.
В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:
- измерительные приборы прямого действия;
- измерительные приборы сравнения.
Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. Отсчетные устройства делятся на: шкальные отсчетные устройства; цифровые отсчетные устройства; регистрирующие отсчетные устройства. Шкальные отсчетные устройства включают в себя шкалу и указатель.
Шкала – это система отметок и соответствующих им последовательных числовых значений измеряемой величины. Главные характеристики шкалы: количество делений на шкале; длина деления; цена деления; диапазон показаний; диапазон измерений; пределы измерений.
По метрологическому предназначению средства измерения делятся на: рабочие средства измерения; эталоны.
Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Выделяют:
- лабораторные средства измерения, которые применяются при проведении научных исследований;
- производственные средства измерения, которые применяются при осуществлении контроля над протеканием различных технологических процессов и качеством продукции;
- полевые средства измерения, которые применяются в процессе эксплуатации самолетов, автомобилей и других технических устройств.
2. Ответьте на вопросы
Что такое метрология?
Происхождение самого термина «метрология» возводя! К двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение»[1].
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Что изучает метрология?
Метрология изучает:
1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;
2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;
3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.
Какую классификацию имеет измерение?
Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям:
1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.
Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.
Неравноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.
2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.
Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.
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[2].
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[3].
Совместные измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.
Какие существую единицы измерения?
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).
В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:
- единица длины (механика) – метр;
- единица массы (механика) – килограмм;
- единица времени (механика) – секунда;
- единица силы электрического тока (электричество) – ампер;
- единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин;
- единица силы света (оптика) – кандела;
- единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль.
В Международной системе единиц есть дополнительные единицы:
- единица измерения плоского угла – радиан;
- единица измерения телесного угла – стерадиан. Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Например, количество электричества выражается через секунды и амперы[4].
Раскройте основные характеристики измерений.
Выделяют следующие основные характеристики измерений:
- метод, которым проводятся измерения;
- принцип измерений;
- погрешность измерений;
- точность измерений;
- правильность измерений;
- достоверность измерений[5].
Метод измерений – это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.
Принцип измерений – это некое физическое явление или их комплекс, на которых базируется измерение. Например, измерение температуры основано на явлении расширения жидкости при ее нагревании (ртуть в термометре).
Погрешность измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Погрешность, как правило, возникает из—за недостаточной точности средств и методов измерения или из—за невозможности обеспечить идентичные условия при многократных наблюдениях.
Точность измерений – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.
Правильность измерения – это качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной или фиксировано изменяющейся при многократных измерениях погрешности (систематическая погрешность). Данная характеристика зависит, как правило, от точности средств измерений.
Достоверность измерений – это характеристика, определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на достоверные и недостоверные. Достоверность измерений зависит того, известна ли вероятность отклонения результатов измерения от настоящего значения измеряемой величины. Если же достоверность измерений не определена, то результаты таких измерений, как правило, не используются. Достоверность измерений ограничена сверху погрешностью измерений.
Что такое система СИ?
Международная система единиц, СИ (фр. Système international d’unités, SI) - система единиц физических величин, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире - как в повседневной жизни, так и в науке и технике.
В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.
Список литературы
1. Аристов, А.И. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник / А.И. Аристов. – М.: Academia, 2019. – 224 c.
2. Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – 160 с.
3. Иванов, И.А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник / И.А. Иванов, С.В. Урушев. – СПб.: Лань, 2019. – 356 c.
4. Сергеев, А.Г. Метрология, стандартизация и сертификация в 2 ч. Часть 1. Метрология: учебник / А.Г. Сергеев, В.В. Терегеря. – Люберцы: Юрайт, 2016. – 421 c.
5. Шишмарев, В.Ю. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник / В.Ю. Шишмарев. – РнД.: Феникс, 2019. – 429 c.
[1] Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – С. 1.
[2] Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – С. 5.
[3] Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – С. 6.
[4] Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – С. 7.
[5] Демидова, Н.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций / Н.В. Демидова, В.А. Бисерова, А.С. Якорева. – М.: Эксмо, 2007. – С. 7.