Метрология методическое пособие

Год публикации: 2011

Библиографическая ссылка:: Метрология: учебное пособие / Г.А. Кондрашкова, А.В. Черникова, И.В. Бондаренкова, Г.А. Кнодель, И.С. Ковчин, В.П. Яковлев; СПбГТУРП. — СПб., 2011. — 153 с.

Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.

В учебном пособии излагаются основные вопросы теоретической, законодательной и прикладной метрологии. Рассматриваются основы теории измерений, методы и средства обеспечения единства и достоверности измерений. Пособие предназначено для студентов технических специальностей, бакалавров по направлению 220400 «Управление в технических системах» и 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств». Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по основным образовательным программам подготовки бакалавров направления 220400 «Управление в технических системах». Подготовлено на кафедре информационно-измерительных технологий и систем управления Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров.

Методическое пособие по метрологическому надзору на ГИС и ГРС

Метрологический надзор проводится в соответствии с Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» и распространяется на основные сферы деятельности организаций по передаче и реализации газа на ГИС и ГРС:

-проверка правильности проведения измерений параметров технологических процессов;

-определение наличия, состояния и правильности применения средств измерений, наличия и соответствия применяемых методик выполнения измерений требованиям нормативных документов;

-проверка соблюдения метрологических правил и норм в соответствии с требованиями действующих нормативных документов государственной и отраслевой систем обеспечения единства измерений;

-проверка деятельности поверочных, калибровочных и химико-аналитических лабораторий;

-разработка предложений по обеспечению единства измерений в филиалах ООО «****» и в подготовке к осуществлению государственного метрологического надзора и контроля.

Указанные цели достигаются проведением проверок состояния обеспечения единства измерений в организациях, как основной формы осуществления метрологического надзора.

Метрологический надзор, проводимый метрологическими службами организаций, финансируется за счет собственных средств. Финансирование проведения метрологического надзора по планам ООО «***» осуществляется централизовано.

ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ К ПРОВЕДЕНИЮ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО НАДЗОРА

Этап подготовки к метрологическому надзору включает .

Предварительный анализ особенностей обеспечения единства измерений проверяемых ГИС и ГРС и подбор соответствующих нормативно-технических документов;

-анализ материалов предыдущих проверок на данных узлах учета газа, а также выявление претензий к деятельности организации (филиала, подразделения) по вопросам обеспечения единства измерений.

Участники проверки до ее начала:

а) изучают особенности обеспечения единства измерений на ГИС и ГРС, подлежащей проверке;

б) знакомятся с мерами, принятыми организацией по результатам предыдущих проверок;

в) знакомятся с результатами государственного метрологического контроля и надзора, а также с результатами метрологического надзора, осуществляемого метрологической службой организации.

Порядок проверки ГИС и ГРС с сужающими устройствами.

Метрологические требование по ГОСТ 8.586-2005 и ПР-50.2.022-99.

Пособие по подготовке ГИС и ГРС к метрологическому надзору.

1.Свидетельство об аттестации замерного узла: (Наличие или отсутствие).

2.Паспорт измерительного комплекса:

Год публикации: 2010

Библиографическая ссылка:: Ординарцева Н.П. Метрология + стандартизация + сертификация: Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. — 134 с.

Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.

Рассматриваются основные понятия в области метрологии, теории воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров, погрешности измерений, обработки результатов измерений. Приводятся сведения о стандартизации и сертификации (подтверждении соответствия). Все основные темы проиллюстрированы примерами, позволяющими лучше понять теоретический материал. Издание подготовлено на кафедре «Метрология и системы качества» Пензенского государственного университета. Предназначено для студентов неметрологических специальностей высших и средних учебных заведений, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация, сертификация».

Учебное пособие по метрологии

Часть 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ

Все не так легко, как кажется

1.1. Метрология — наука об измерениях

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и со-вершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

Особенно возросла роль измерений в век широкого внедрения новой техники, развития электроники, автоматизации, атом-ной энергетики, космических полетов. Высокая точность управления полетами космических аппаратов достигнута благодаря современным совершенным средствам измерений, устанавливаемым как на самих космических аппаратах, так и в измерительно-управляющих центрах.

Большое разнообразие явлений, с которыми приходится сталкиваться, определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений — это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для нее единиц, т.е. находим ее значение.

В настоящее время установлено следующее определение измерения: измерение есть нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология .

Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: метрон — мера и логос — учение. Дословный перевод слова «метрология» — учение о мерах. Долгое время

метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца прошлого века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д. И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892 — 1907 гг.

Метрология в ее современном понимании — наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Точность измерений характеризуется близостью их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Таким образом, важнейшей задачей метрологии является усовершенствованием эталонов, разработкой новых методов точных измерений, обес-печение единства и необходимой точности измерений.

1.2. Классификация и основные характеристики измерений

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количествен-ного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой-либо физической величины [20].

Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются

• статические , при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

• динамические , в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления, динамическими — измерения пульсирующих давлений, вибраций.

По способу получения результатов измерений их разделяют на

Прямые — это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить

формулой , где— искомое значение измеряемой величины, а— значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры и др.).

Косвенные — это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем

вычисления по формуле , где— искомое значение косвенно измеряемой величины;— функциональная зависимость, которая заранее известна,

— значения величин, измеренных прямым способом.

Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Роль их особенно велика при измерении величин, недоступных непосредственному экспериментальному сравнению, например размеров астрономического или внутриатомного порядка.

Совокупные — это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при пря-мых измерениях различных сочетаний этих величин.

Примером совокупных измерений является определение массы отдельных гирь набора (калибровка по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).

Пример. Необходимо произвести калибровку разновеса, состоящего из гирь массой 1, 2, 2*, 5, 10 и 20 кг (звездочкой отмечена гиря, имеющая то же самое номинальное значение, но другое истинное). Калибровка состоит в определении массы каждой гири по одной образцовой гире, например по гире массой 1 кг. Для этого про-ведем измерения,

меняя каждый раз комбинацию гирь (цифры показывают массу отдельных гирь, — обозначает массу образцовой гири в 1 кг):

и т.д.

Буквы означают грузики, которые приходится прибавлять или отнимать от массы гири, указанной в правой части уравнения, для уравновешивания весов. Решив эту систему уравнений, можно определить значение массы каждой гири.

Совместные — это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.

В качестве примера можно назвать измерение электрического сопротивления при 20 0 С и температурных коэффициентов измерительного резистора по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

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

1. Измерения максимально возможной точности , достижимой при существующем уровне техники.

К ним относятся в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения физических констант, прежде всего универсальных (например абсолютного значения ускорения свободного падения, гиромагнит-ного отношения протона и др.).

Смотрите так же:  До гМосквы приказ 823

К этому же классу относятся и некоторые специальные изме-рения, требующие высокой точности.

2. Контрольно-поверочные измерения , погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого за-данного значения.

К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями, которые гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.

3. Технические измерения , в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.

Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на машиностроительных предприятиях, на щитах распределительных устройств электрических станций и др.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант.

Примером абсолютных измерений может служить определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

В качестве примера относительных измерений можно привести измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м 3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м 3 воздуха при данной температуре.

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.

Принцип измерений — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Погрешность измерений — разность между полученным при измерении X’ и истинным Q значениями измеряемой величины:

Погрешность вызывается несовершенством методов и средств измерений, непостоянством условий наблюдения, а так-же недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств.

Точность измерений — это характеристика измерений, отражающая близость их результатов к истинно-му значению измеряемой величины.

Количественно точность можно выразить величиной, обратной модулю относительной погрешности:

Например, если погрешность измерений равна , то точность равна.

Правильность измерения определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоян-ными или закономерно изменяются при

повторных измерениях одной и той же величины). Правильность измерений зависит, в част-ности, от того, насколько действительный размер единицы, в которой выполнено измерение, отличается от ее истинного размера (по определению), т.е. от того, в какой степени были правильны (верны) средства измерений, использованные для данного вида измерений.

Важнейшей характеристикой качества измерений является их достоверность ; она характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Результаты измерений, достоверность которых неизвестна, не представляют ценности и в ряде случаев могут служить источником дезинформации.

Наличие погрешности ограничивает достоверность измерений, т.е. вносит ограничение в число достоверных значащих цифр числового значения измеряемой величины и определяет точность измерений.

Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ

Мелочи не играют решающей роли. Они решают всё

2.1. Системы единиц физических величин

Понятие о физической величине — одно из наиболее общих в физике и метрологии. Под физической величиной понимается свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Так, все тела обладают массой и температурой, но для каждого из них эти параметры различны. То же самое можно сказать и о других величинах — электрическом токе, вязкости жидкостей или потоке излучения.

Для того чтобы можно было установить различия в количественном содержании свойств в каждом объекте, отображаемых физической величиной, вводится понятие

размера физической величины .

Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм.

В 1832 г. немецкий математик К. Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и производных. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы — длины, массы и времени. Все остальные единицы можно было определить с помощью этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом с тремя основными, Гаусс назвал абсолютной системой . За основные единицы он принял миллиметр, миллиграмм и секунду.

В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами.

Рассмотрим главнейшие системы единиц физических величин [2].

Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.

Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр — единица длины, килограммсила — единица силы и секунда — единица времени.

Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.

2.2. Относительные и логарифмические величины и единицы

В науке и технике широко распространены относительные и логарифмические единицы измерения. Относительная величина представляет собой безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную.

Логарифмическая величина представляет собой логарифм (десятичный, натуральный или при основании 2) безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Логарифмические величины применяют для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления, выражения частотного интервала и т.п.

Единицей логарифмической величины является бел (Б), определяемый соотношением

при, где— одноименные энергетические величины. В случае, если берется логарифмическая величина для отношения двух одноименных «силовых» величин (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и т.п.), бел

определяется по формуле при. Дольной единицей от бела является децибел (дБ), равный 0,1 Б.

Глава 3. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ

Хорошо спланировано — наполовину сделано

3.1. Установление единой международной системы единиц

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научнотехнических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В 1954 г. Х Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин и свеча) практической системы единиц. Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести основных единицах, была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ ( SI — начальные буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц.

3.2. Основные единицы СИ

Основные единицы СИ с указанием сокращенных обозначений русскими и латинскими буквами приведены в табл. 1.

Метрология методическое пособие

Учебно-методическое пособие включает цели и задачи дисциплины, формируемые компетенции, содержание разделов дисциплины, информационный материал по каждому разделу, темы практических и семинарских занятий, методические указания к выполнению контрольных и самостоятельных работ, задания для самостоятельной работы студентов, тестовые задания по дисциплине, вопросы для подготовки к экзамену, глоссарий.

Пособие может быть использовано для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлениям «Торговое дело», «Товароведение», «Менеджмент».

Цель и задачи дисциплины, требования к результатам освоения дисциплины.

Целью освоения учебной дисциплины «Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия» является освоение знаний, приобретение умений и формирование компетенций в области стандартизации, метрологии и подтверждения соответствия для профессиональной деятельности бакалавров по направлению «Торговое дело» и профилям: Коммерция и Маркетинг в торговой деятельности.

Задачи дисциплины: – усвоить основные понятия в области стандартизации, метрологии, оценки и подтверждения соответствия; – изучить цели, задачи, принципы, объекты, субъекты, средства, методы и нормативно-правовую базу технического регулирования, в том числе стандартизации, метрологии, оценки и подтверждения соответствия; -овладеть умениями работы со стандартами и другими нормативными документами, средствами измерения, сертификатами и декларациями соответствия.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать: цели, принципы, сферы применения, объекты, субъекты, средства, методы, нормативно – правовую базу стандартизации, метрологии, деятельности по оценке и подтверждению соответствия.

Уметь: применять техническое и метрологическое законодательство; работать с нормативными документами; распознавать формы подтверждения соответствия; различать международные и национальные единицы измерения.

Владеть: опытом работы с действующими федеральными законами, нормативными и техническими документами, необходимыми для осуществления профессиональной деятельности, в том числе по оценке и подтверждению обязательным требованиям.

– владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

– умеет пользоваться нормативными документами в своей профессиональной деятельности, готовностью к соблюдению действующего законодательства и требований нормативных документов (ПК-2);

– готов работать с технической документацией, необходимой для профессиональной деятельности (коммерческой, или маркетинговой, или рекламной, или логистической, или товароведной) и проверять правильность ее оформления (ПК-12);

Содержание дисциплины (содержание разделов дисциплины, разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми дисциплинами, разделы дисциплины и виды занятий);

Раздел 1. Техническое регулирование: Тема 1.1 Предмет, цели, задачи и структура дисциплины. Тема 1.2 Техническое законодательство как основа деятельности по стандартизации, метрологии и подтверждению соответствия.

Раздел 2. Стандартизация. Тема 2.1. Объекты и субъекты стандартизации. Тема 2.2. Принципы и методы стандартизации. Тема 2.3. Средства стандартизации. Тема 2.4. Межотраслевые системы (комплексы) стандартов.

Раздел 3. Метрология. Тема 3.1 Структурные элементы метрологии. Тема 3.2. Объекты и субъекты метрологии. Тема 3.3. Средства и методы измерений. Тема 3.4 Основы теории измерений. Тема 3.5 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Тема 3.6 Метрологическая деятельность в области обеспечения единства измерений

Смотрите так же:  Казанский приказ год

Раздел 4. Оценка и подтверждение соответствия. Тема 4.1. Оценка и подтверждение соответствия. Тема 4.2. Правила проведения сертификации и декларирования соответствия. Тема 4.3. Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов

Дисциплина «Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия» является предшествующей для дисциплины, связанной с профессиональной деятельностью: Теоретические основы товароведения и экспертизы товаров (раздел 2).

Самостоятельная работа, включаемая в процесс обучения, выполняется без непосредственного участия преподавателя, но по его заданию в специально предоставленное для этого время.

Целью самостоятельной работы студентов является подготовка современного компетентного специалиста и формирование у студента способностей и навыков к непрерывному самообразованию и профессиональному совершенствованию. В разделе приведены задания для самостоятельной работы студентов по каждой теме, которые включают изучение учебного материала по конспектам лекции и рекомендуемой литературе, работу с НД, решение ситуационных задач.

Тестовые задания по дисциплине включают тренажерные варианты тестов, которые могут быть использованы студентами для самоконтроля и подготовки к сдаче экзаменов.

Методическое пособие элементы общей метрологии

ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ МЕТРОЛОГИИ

Предмет и задачи метрологии. Основные принципы подхода к измерениям……………………………………………………………

Размер физической величины……………………………..

Основные и производные величины. Размерность……….

Общие вопросы теории измерений…………………………………

Принципы, методы и методики измерений………………

Передача размеров единиц физических величин……………………

Эталоны физических величин……………………………..

Передача размеров единиц физических величин ……….

Погрешности средств измерений……………………………………

Метрологические характеристики средств измерений…..

Нормирование метрологических характеристик средств измерений……………………………………………………

Классы точности средств измерений………………………

Способы поверки средств измерений……………………..

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов вечернего отделения, изучающих курс «Метрология. Стандартизация. Сертификация». Пособие содержит основные изучаемые вопросы по курсу «Метрология».

Пособие включает в себя 5 разделов: «1. Предмет и задачи метрологии. Основные принципы подхода к измерениям», «2. Физические величины», «3. Общие вопросы теории измерений», «4. Передача размеров единиц физических величин» и «5. Погрешности средств измерений». В конце каждого раздела приведен список вопросов для усвоения пройденного материала, которые войдут в экзаменационные вопросы по курсу.

Пособие содержит 25 страниц, 1 рисунок.

1. Предмет и задачи метрологии. Основные принципы подхода к измерениям

Измерения постоянно сопровождают практическую дея­тельность человека. Чаще всего измеряют физические вели­чины: длину, массу, время и пр. Измерения необходимы при изучении природы, поскольку только посредством измерений можно узнать количественные характеристики исследуемых объектов. Можно сказать, что та или иная наука становится точной только тогда, когда благодаря измерениям она получа­ет возможность находить точные количественные соотноше­ния, выражающие законы природы.

Измерение это нахождение значения физической вели­чины опытным путем с помощью специальных технических устройств. При выполнении измерений всегда осуществ­ляется сравнение измеряемой величины с другой, подобной ей и принятой за единицу. При этом измеряемую величину всегда оценивают в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Это число называется значением физической ве­личины.

В соответствии с определением измерения в практическом плане процесс измерения физической величины представляет собой совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической вели­чины, и заключается в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей. Цель этих операций — получение значения физической величины (или информации о ней) в форме, наиболее удобной для использования.

Так, в простейшем случае, прикладывая линейку с деле­ниями к какой-либо детали, сравнивают ее размер с едини­цей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают зна­чение величины (длины, высоты, толщины и других парамет­ров детали). С помощью измерительного прибора, например, микрометра, сравнивают размер величины, преобразованной в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора. В измерительном канале измерительной сис­темы также выполняется сравнение с хранимой единицей, при этом нередко оно происходит в закодированном виде.

Указанную совокупность операций можно назвать изме­рением, если при этом создан и реализуется ряд условий, а именно:

— возможность выделения измеряемой величины среди дру­гих величин;

— установление единицы, необходимой для измерения вы­деленной величины;

— материализация (воспроизведение или хранение) установ­ленной единицы техническим средством;

— сохранение неизменным размера единицы (в пределах ус­тановленной точности) как минимум на срок, необходи­мый для измерений.

Вопросами теории и практики измерений занимается мет­рология (это название происходит от греч. метрон — мера и логос — учение и может быть переведено как «учение о ме­рах»). В настоящее время в России принято следующее опре­деление метрологии:

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

Как видим, в определении метрологии используются поня­тия «единство измерений» и «точность измерений».

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погреш­ности измерений не выходят за установленные границы с за­данной вероятностью.

Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Отметим, что на практике единство измерений обеспечи­вается не всегда, в частности, оно не соблюдается в случае количественного химического анализа.

Выделяют теоретическую и прикладную метрологию.

Теоретическая метрология занимается созданием теорети­ческих основ метрологии. Она решает следующие задачи:

— создание и развитие теории измерений и теоретических основ измерительной техники;

— создание и совершенствование теоретических основ по­строения систем единиц и эталонов;

— разработка теории погрешностей, основанной на мате­матической статистике и теории вероятности;

— разработка общих принципов постановки и проведения измерительного эксперимента;

— разработка теоретических основ вновь возникающих и нестандартно развивающихся видов и областей измере­ний, таких, как измерение ионизирующих излучений, неравновесных процессов, измерения на субмикроуровне;

— создание научных основ количественной оценки пара­метров объектов и технологических процессов, разра­ботка научно обоснованных критериев оценки степени надежности, долговечности и безопасности изделий.

Прикладная метрология занимается вопросами практиче­ского применения в различных сферах деятельности резуль­татов исследований в рамках теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. Ее задачами явля­ются:

— создание и совершенствование методов измерений;

— повышение точности измерений;

— пересмотр принципиальных основ создания эталонов;

— разработка методов и средств передачи размера единицы от эталона рабочим средствам измерений с минималь­ной потерей точности;

— обеспечение полной автоматизации всех поверочных ра­бот;

— развитие и совершенствование Национальных служб стандартных справочных данных и стандартных образ­цов свойств и состава веществ и материалов.

В большинстве стран, в том числе в России, мероприятия по обеспечению единства измерений и требуемой их точности устанавливаются законодательно. Законодательным обеспече­нием метрологической деятельности занимается законода­тельная метрология.

Итогом деятельности законодательной метрологии являют­ся различные документы, имеющие как обязательный харак­тер (законы, государственные стандарты (ГОСТы)), так и ре­комендательный. Заметим здесь, что термин «стандарт» в мет­рологии применяется только по отношению к документам, а не к веществам или изделиям.

Часто тот или иной раздел метрологии называют по отрас­ли, которую он обслуживает, хотя подобная классификация не вполне строга. Например, (практическую) метрологию в медицине называют «медицинской метрологией», в химии — «химической метрологией» и т.д. Настоящая книга в основ­ном посвящена измерениям в химии. Необходимость выделе­ния химической метрологии в отдельную область обусловлена тем, что измерения в химии (химический анализ) имеют су­щественные особенности.

Химическая метрология — раздел метрологии, занимаю­щийся измерениями в химии, главным образом в количест­венном химическом анализе.

Как любая точная наука, метрология имеет свои осново­полагающие принципы. В качестве таких принципов обычно постулируют следующие аксиомы.

Аксиома 1. Без априорной информации измерение невоз­можно.

Эта аксиома относится к ситуации до измерения и гово­рит о том, что мы не можем получить оценку интересующего нас свойства, ничего не зная о нем заранее. Отсюда вытекает, что необходимость в измерении вызвана дефицитом количе­ственной информации об изучаемом свойстве объекта и измерение направлено на уменьшение этого дефицита (ясно, что если об этом свойстве известно все, измерять ничего не нужно).

Аксиома 2. Измерение есть не что иное, как сравне­ние.

Это констатация того, что единственным способом полу­чения информации о каких-либо размерах является сравне­ние их между собой. Следствием этой аксиомы является не­обходимость введения эталонов физических величин и систе­мы передачи их размера к образцовым и рабочим средствам измерений.

Аксиома 3. Результат измерения без округления явля­ется случайным.

Данная аксиома относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что результат измерения всегда зависит от множества факторов, в том числе и случайных, точный учет которых невозможен в принципе. Отсюда вытекает, что для описания результатов измерений в полной мере необходимо использовать аппарат математической статистики.

Контрольные вопросы к разделу 1:

1. Дайте определение понятия «измерение» и перечислите условия измерения физической величины?

2. Перечислите цели и задачи теоретической и прикладной метрологии?

3. Назовите основополагающие принципы метрологии?

2. Физические величины

2.1 Размер физической величины

Одним из фундаментальных понятий в физике, химии и метрологии является понятие «физическая величина».

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим сис­темам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Типичные физические величины — масса, время, температура и т.д. Из определения физической величины по­нятно, что любая физическая величина может проявляться в большей или меньшей степени, т.е. имеет количественную характеристику.

Одно и то же свойство физического объекта может быть выражено посредством разных величин. Например, степень нагретости тела можно охарактеризовать как температурой, так и средней скоростью движения молекул. Для удобства и обеспечения единства измерений для каждого свойства выби­рают одну характеристику, которую узаконивают соглаше­ниями и в дальнейшем только ее и используют.

Для того чтобы можно было установить различия в количе­ственном содержании в каждом конкретном объекте свойст­ва, отображаемого физической величиной, вводится понятие размера физической величины. В реальной жизни вместо «размер (массы, длины, количества вещества)» говорят обычно просто «масса, длина, количество вещества».

2.2 Измерительное преобразование

Измерительное преобразование — такое преобразование, при котором устанавливается взаимно-одно­значное соответствие между размерами двух величин, сохра­няющее для некоторого множества размеров преобразуемой величины (называемого диапазоном преобразования) все оп­ределенные для нее отношения и функции. Так, при измере­нии температуры в некотором интервале (диапазон преобра­зования) с помощью термопары (преобразователь) она преоб­разуется в эдс.

Преобразование осуществляется с помощью преобразова­теля.

Линейное преобразование — такое измери­тельное преобразование, при котором результат преобразова­ния R увеличивается на ∆R, если преобразуемая величина Q увеличивается на Q; если же величина Q увеличивается на n∆Q,, то результат преобразования R увеличивается на n∆R (при условии, что все величины лежат в диапазоне преобра­зования).

Смотрите так же:  Основные требования к персоналу гостиницы

Каждому размеру величины Q можно приписать положи­тельное действительное число q, которое показывает, во сколько раз данная величина больше размера физической ве­личины |Q|, принятого за единицу. Величину q называют чи­словым значением величины Q, а ее количественное выраже­ние в виде некоторого числа принятых для нее единиц

значением физической величины. Предположим, размер длины (или просто длина) стола составляет 1,2 м (значение), тогда 1,2 — числовое значение. Отметим, что как размер, так и зна­чение физической величины в отличие от числового значения не зависят от выбора единиц.

Шкала физической величины— опреде­ленным образом построенная последовательность одноимен­ных физических величин различного размера.

2.3 Основные и производные величины. Размерность

Физические величины объективно взаимосвязаны. Связи между физическими величинами в общем виде выражают уравнениями физических величин. Выделяют группу величин (число которых в каждой области науки определяется разно­стью между числом независимых уравнений и числом входя­щих в них физических величин). Эти величины называются основными величинами, а соответствующие им единицы — ос­новными единицами. Вопрос о том, какие именно физические величины и единицы выбрать в качестве основных, не может быть решен теоретически. Их выбирают из соображений эф­фективности и целесообразности. В частности, в качестве ос­новных выбирают величины и единицы, которые могут быть воспроизведены с высокой точностью. Все остальные величи­ны и их единицы называются производными; они образуются с помощью основных величин и единиц с использованием уравнений физических величин.

Совокупность выбранных основных физических величин называется системой величин, совокупность единиц основных величин — системой единиц физических величин.

Описанный принцип построения систем физических вели­чин и их единиц был предложен Гауссом в 1832 г.

В ходе развития науки и техники появилось несколько систем физических величин, отличающихся между собой ос­новными единицами. В настоящее время общепринятой яв­ляется Международная система единиц (сокращенное обозна­чение СИ), хотя до сих пор из практических соображений широко используются и внесистемные единицы, а в теорети­ческой физике — так называемые естественные системы фи­зических величин. Основными преимуществами использова­ния единой системы СИ являются:

— унификация единиц измерения;

— удобство практического использования единиц, в боль­шинстве случаев лежащих вблизи середины диапазона реально измеряемых величин;

— 0000-=-090—0щш (в большинстве основных уравнений при использовании единиц системы СИ коэффициенты рав­ны 1);

— простота изучения системы СИ (в частности, в ней раз­граничены сила и масса).

Формализованным отражением качественного различия физических величин является их размерность (dimension). Стандартное обозначение размерности — dim. Размерность основных физических величин записывают заглавными ла­тинскими буквами, соответствующими обозначениям вели­чин: dim l = L (длина); dim m = М (масса); dim t = Т (время) и т.д. Размерность остальных величин определяют через раз­мерности основных величин по формуле

где L, M, N, . — размерности основных величин, α, β, γ, . — показатели размерности, представляющие собой числа (0, це­лые или дробные), определяемые из уравнений физических величин.

Если все показатели размерности равны нулю, то величину называют безразмерной. Безразмерные величины бывают от­носительными (отношение двух величин с одинаковыми раз­мерностями) и логарифмическими (логарифм относительной величины). Так, относительная влажность воздуха — безраз­мерная относительная величина, а оптическая плотность рас­творов — безразмерная логарифмическая величина.

Контрольные вопросы к разделу 2:

Дайте определение понятию «физическая величина»?

Основные и производные физические величины: основные преимущества системы СИ?

Определение размерности основных и производных физических величин.

3. Общие вопросы теории измерений

3.1. Классификация измерений

Измерения можно классифицировать разными способами.

По характеру зависимости измеряе­мой величины от времени измерения могут быть статическими (измеряемая величина постоянна в тече­ние всего периода измерений) и динамическими (измеряемая величина изменяется во времени).

Примеры: статические измерения — измерение длины или массы твердого тела, динамические — измерение температуры или давления в химическом реакторе.

По способу получения результатов измерения делятся на прямые, когда искомое значение изме­ряемой величины находят непосредственно из опытных дан­ных, и косвенные, когда значение величины находят на ос­новании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

В случае одновременных измерений нескольких одноимен­ных величин их называют совокупными. При этом искомую величину находят, решая систему уравнений, полученных по­средством прямых измерений различных сочетаний этих ве­личин.

По условиям, определяющим точность измерений, выделяют измерения максимально возмож­ной точности, достижимой при существующем уровне тех­ники; контрольно-поверочные измерения — измерения, выполняемые с помощью средств измерений и по методи­кам, гарантирующим погрешность результата с заданной вероятностью; технические измерения, в которых погреш­ность результата определяется погрешностью средств изме­рений.

По способу выражения результатов измерения делятся на абсолютные, основанные на прямых измерениях одной или нескольких физических величин или на использовании -значений физических констант; относи­тельные, когда измеряется отношение величины к одно­именной величине, играющей роль единицы или принимае­мой за исходную. Результаты относительных измерений вы­ражаются либо в долях (безразмерные величины), либо в процентах.

По характеристике точности измере­ний рассматривают равноточные измерения — ряд измере­ний какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях, например взятие нескольких навесок вещества на одних и тех же аналитических весах с помощью одних и тех же разнове­сов в одних и тех же условиях, и неравноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных различ­ными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях, например взятие навески одного и того же вещест­ва на весах различной чувствительности или при различной температуре.

По числу измерений одной и той же величины в ряду измерений последние под­разделяют на однократные и многократные. Однократные из­мерения выполняют один раз, например измерение момента времени по часам или температуры раствора в условиях ее постоянства. Часто на практике этого бывает вполне доста­точно. При многократном измерении одного и того же разме­ра физической величины результат получают на основании нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. из ря­да однократных измерений. За результат многократного из­мерения обычно принимают среднее арифметическое из суммы результатов отдельных измерений. Условно принято считать измерение многократным, если число отдельных из­мерений больше или равно 4. В этом случае данные ряда измерений могут быть обработаны методами математической статистики.

3.2 Принципы, методы и методики измерений

Основу реализации любого измерения составляет взаимо­связанная триада: принцип, метод и методика измерения.

Принцип измерения — совокупность физических явлений, положенных в основу измерения. Примеры: явление погло­щения монохроматического излучения лежит в основе спек­трофотометрического и атомно-абсорбционного методов измерения концентрации вещества в растворе; эффект силы тяжести составляет принцип измерения массы вещества взвешиванием.

Метод измерения — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее едини­цей в соответствии с реализованным принципом измерения. Метод измерения обусловлен устройством используемых средств измерений. Различают несколько основных методов измерений.

Метод измерения по определению заключается в измерении величины в соответствии с определением ее единицы и при­меняется, как правило, при воспроизведении основных еди­ниц. Таковы, например, измерения, выполняе­мые при воспроизведении единицы температуры (кельвина) согласно его определению.

Метод сравнения с мерой (метод сравнения) заключается в сравнении измеряемой величины с величиной, воспроизво­димой мерой. Например, сравнение массы с известным зна­чением лежит в основе измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями.

Дифференциальный (разностный) метод измерения заклю­чается в сравнении измеряемой величины с однородной ве­личиной, имеющей известное значение. При этом разность между измеряемой величиной и величиной с известным зна­чением, которую собственно и измеряют, мала по сравнению с самими этими величинами. Примеры: измерения, выпол­няемые при поверке мер длины сравнением с образцовой ме­рой на компараторе; спектрофотометрическое определение больших и малых содержаний веществ в анализируемом рас­творе, когда измеряемая величина — оптическая плотность — представляет собой разницу между абсолютными оптически­ми плотностями анализируемого и стандартного (нулевого) растворов.

Нулевой метод измерения состоит в том, что результирую­щий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Этот метод реализуется во всех приборах, принцип действия которых основан на изме­рении электрического сопротивления с помощью моста по­средством полного его уравновешивания. Например, этот ме­тод используется в газохроматографическом детекторе по теп­лопроводности (катарометре).

В контактном методе измерения чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. При­мер: измерение температуры ртутным термометром.

В бесконтактном методе измерения чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом изме­рения. Пример: измерение температуры графитовой кюветы с использованием пирометра в атомно-абсорбционном ана­лизе.

Методики выполнения измерений — совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение ре­зультатов с известной погрешностью . Обычно методика выполнения измерения регламентируется соответствующим нормативно-техническим документом, в котором излагаются все нормы и правила, в соответствии с которыми производят­ся измерения: требования к выбору средств измерений, про­цедура подготовки средства измерений к работе, требования к условиям измерений, проведение измерений с указанием их числа, последовательности; обработку результатов измерений, включая вычисление и введение поправок и способы выра­жения погрешностей («унифицированные методики»). Как будет показано ниже, большинство методов количественного химического анализа не удовлетворяет этому определению, однако термин «методика выполнения измерения» на них все равно распространяется.

Другие публикации:

  • Материнский капитал 2011 сумма Материнский капитал в 2012 году Программа «Материнский капитал» в 2012 году практически не претерпела изменений. Однако многие семьи считают важным знать последние новости о материнском капитале в текущем 2012 году. В закон о материнском капитале в 2012 году […]
  • Адвокат взыскание ущерба Взыскание ущерба, причиненного дорожно-транспортным происшествием, с виновника ДТП К адвокату Поляк Марии Ивановне за юридической помощью обратился гражданин «С» с просьбой помочь ему возместить ущерб, причиненный ДТП. Описание ситуации На консультации у […]
  • 5 мгц лицензия Роскомнадзор подвел итоги конкурса по распределению частот под LTE Сети 4G в России будет развивать «большая четверка» операторов — «Ростелеком», МТС, «Мегафон» и Vimpelcom. Участники рынка не ожидали других результатов, считая итоги конкурса […]
  • Приказ 66н бухгалтерская отчетность Приказ Минфина России от 02.07.2010 N 66н (ред. от 04.12.2012) Приказ Минфина России от 02.07.2010 N 66н редакция от 04.12.2012 "О формах бухгалтерской отчетности организаций". Зарегистрирован в Минюсте России 02.08.2010 N 18023. Опубликован в издании […]
  • Кредитный договор газпрома Кредитный договор газпрома В рамках подписанного 21 апреля 2017 г. между Банком «РОССИЯ» и ПАО «Газпром нефть» Кредитного договора был выдан транш в размере 15 млрд рублей. Срок кредитования по договору составляет 5 лет. Кредитные средства будут направлены […]
  • Требования к программам по фгос 2019 Утвержденные федеральные государственные образовательные стандарты на 2018-2019 годы Перечень утвержденных федеральных государственных образовательных стандартов Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) представляют собой совокупность […]

Вам также может понравиться