Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ.

- использование неверных приборов или методик выполнения измерений ведет к нарушению технологических процессов, потерям энергетических ресурсов, аварийным ситуациям, браку и др.;

- значительные затраты на получение достоверных результатов измерений.

В странах с развитой экономикой на измерения расходуется почти 6% ВНП

Основные представления метрологии

Физическая величина – это характеристика физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого из них.

Единица измерения физической величины – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1.

Единицам физических величин присваивается полное и сокращенное символьное обозначение – размерность. Например, масса – килограмм (кг), время – секунда (с), длина – метр (м), сила – Ньютон (Н).

Единицы измерения начали появляться тогда, когда возникла потребность выражать что-либо количественно, например, количество сыпучих или жидких веществ, расстояние, характеристику процессов. Стали появляться меры объема, длины, массы.

Развитие единиц измерения величин можно разделить на несколько этапов.

Первый этап, когда единицу измерения величин связывали с мерой. Размер единицы измеряемой величины равнялся размеру величины, воспроизводимой мерой.

Второй этап характеризуется отказом от единиц величин, воспроизводимых природой, и переходом к вещественным, предметным эталонам (метру, килограмму).

На третьем этапе развития единиц физических величин выяснилось, что вещественные эталоны единиц величин не могут обеспечить передачу этих единиц с той точностью, которую стали требовать наука и техника. Открытие новых физических явлений позволило воспроизвести единицы физических величин, не изменяя сами единицы. Сейчас размер метра определен через секунду.

Переход от одного этапа к другому по отдельным физическим величинам совершился и продолжает совершаться.

Исключение составляет единица массы, которая осталась на втором этапе. До сих пор наиболее точно единица массы воспроизводится вещественным эталоном килограмма – платиново-иридиевой гирей, изготовленной в 1889 году.

Определение килограмма не связано ни с какими другими единицами; она остается независимой единицей.

Вся централизованная система эталонов массы, опирающаяся на международный прототип, принципиально уничтожима, так как не опирается ни на какие физические процессы и константы.

Измерения - один из важнейших путей познания человеком природы и происходящих в ней явлений. Измерения играют огромную роль в современном обществе. Наука, техника и промышленность просто не могут существовать без них. Во всём мире ежесекундно производятся многие миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения высокого качества и надлежащего технического уровня выпускаемой продукции, что позволяет обеспечивать безопасную и безаварийную работу транспорта, точность и надежность медицинских и экологических диагнозов и для других важных целей, а в конечном итоге для обеспечния жизнеспособности цивилизации на нашей планете. Практически нет ни одной сферы деятельности современной цивилизации, где бы постоянно и интенсивно не использовались результаты измерений, различного рода испытаний и контроля.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Для проведения измерения необходимо наличие:

• физической величины;

• метода измерений;

• средства измерений;

• оператора;

• условий, необходимых для измерения.

Цель измерения – получение значения физической величины в форме, наиболее удобной для пользования.

Физическая величина характеризуется размером, значением, числовым значением, истинным и действительным значениями

Постоянно растёт диапазон измеряемых величин, их номенклатура и количество. Так например: длина измеряется в диапазоне от 10^-10 до 10¹⁷ метра, температура - от 0,5 К до 10⁶ К, электрическое сопротивление – от 10⁻⁶ до 10¹⁷ Ом, сила с электрического тока – от 10⁻¹⁶ А до 10⁴ А, мощность – от 10⁻¹⁵ Вт до 10⁹ Вт. С ростом и расширением диапазона измеряемых величин возрастает сложность самих измерений, которые по сути дела, перестали быть одноактным действием и превратились в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации. Поэтому следует говорить об измерительных технологиях, понимаемых как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

        Другой фактор, подтверждающий важность измерений, – их значимость. Основой любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования контроля или регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена только путем измерения требуемых ФВ, параметров и показателей. Естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений.

     Сотрудничество с зарубежными странами, совместная разработка научно-технических программ требуют взаимного доверия к измерительной информации. Ее высокое качество, точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений имеют первостепенное значение.

        Метрологии посвящено много публикаций, основную массу которых

составляют научно-технические труды, освещающие отдельные вопросы

теории измерений.

       Первый раздел представленной лекции посвящен основным терминам и определениям метрологии и системам физических величин и единиц. Во втором разделе будут представлены основные понятия теории погрешностей, приведена классификация погрешностей.

Систематическим и случайным погрешностям посвящены третий и четвертый разделы. В пятом разделе рассмотрены вопросы единства измерений и эталоны единиц ФВ. Классификация средств измерений их метрологические характеристики, классы точности, а также основы теории надежности СИ раскрыты в шестом разделе. Основы стандартизации и сертификации представлены в седьмом и восьмом разделах учебного материала.

        При изложении материала  использованы новые метрологические термины и определения, введенные с января 2001 г. В доступной форме изложены теоретические положения метрологии, в конце каждого раздела для

самопроверки приведены контрольные вопросы.

РАЗДЕЛ 1.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТРОЛОГИИ.

Предмет метрологии

           

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

Такое определение дано в Рекомендациях устанавливающих основные термины и определения понятий в области метрологии впервые было представлено в ГОСТ 16263-70

       Основное понятие метрологии – измерение. Получение количественной информации о характеристиках свойств объектов и явлений окружающего мира опытным путём (т.е. экспериментально) называется измерением. В отличие от количественной информации, получаемой теоретическим путём, т.е. посредством вычислений и расчётов, такая информация называется измерительной.

     Во время измерений проявляются некоторые объективные законы природы. Кроме того, при получении измерительной информации должны соблюдаться определённые правила и нормы, устанавливаемые законодательным путём. Всё это составляет предмет науки об измерениях – метрологии (от древнегреч.  μετρον – мера и λογοξ – речь, слово, учение или наука).

Базисное положение этой науки определил основоположник отечественной метрологии Д.И.Менделеев в словах: «… наука начинается … с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры». Ему же принадлежит и другое важное замечание: «В природе мера и вес суть главные орудия познания».

     Предметом метрологии является извлечение измерительной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

В зависимости от предмета различают три раздела метрологии: теоретическая (фундаментальная), законодательная и практическая (прикладная) метрология

Теоретическая (фундаментальная) метрология – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии.

Законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества.

                       

 Теоретическая метрология

Теоретическая метрология изучает общие фундаментальные вопросы теории измерений, разрабатывает новые методы измерений, создает системы единиц измерений, рассчитывает физические константы. Она включает в себя комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства,

Основные понятия и термины, структура теоретической метрологии

 

Цели и задачи метрологии:

  - создание общей теории измерений;

- образование единиц физических величин и систем единиц;

- разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, разработка основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (т.н. «законодательная метрология»);

 - создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетом этого направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Аксиомы метрологии

 - любое измерение есть сравнение;

- любое измерение без априорной информации невозможно;

- результат любого измерения без округления значений является случайной величиной

Термины и определения метрологии

· Единство измерений — состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимым первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

· Физическая величина — одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

· Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины.

· Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики воспроизводящие и (или) хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.

· Поверка — совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

· Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

· Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.

· Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

· Лицензия — это разрешение, выдаваемое органам государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории физическому или юридическому лицу на осуществление ему деятельности по производству и ремонту средств измерения.

· Эталон единицы величины — техническое средство, предназначенное для передачи, хранения и воспроизведения единицы величины.

 

 

Структура теоретической метрологии

Основные представления метрологии -        

Постулаты Учение о физических величинах

                                                                                 

Методология измерений

       Теория

      единства               Теория единиц физических величин

    (теория вос-

   произведения             Теория исходных средств измерений

       единиц                    (эталонов)

    физических

     величин и                    Теория передачи размеров единиц

    передача их                    физических величин

     размеров)

                                               Средства измерений

      Теория

    построения                      Методы измерений

      средств

    измерений

       Теория                                          Теория погрешностей

       погрешностей                           средств измерений

измерений

                                       Принципы и методы

                                            нормирования и определения

                                                 метрологических

                        Теория            характеристик средств

      Теория      точности

     точности                             Теория метрологической

                        средств             надежности средств

    измерений    измерений

                                             Теория методов измерений

 

                                                  Методы обработки

                                                результатов измерений

                       Теория

                       измери-             Теория планирования

                      тельных                   измерений

                      процедур               Анализ предельных

                                               возможностей измерений

           

 

Практическая (прикладная) метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

 

Измерительные шкалы

 

Общие сведения

Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности.

 

Чем же ха­рак­те­ри­зу­ет­ся влаж­ность воз­ду­ха? Эта ве­ли­чи­на, пре­жде всего, ха­рак­те­ри­зу­ет­ся плот­но­стью во­дя­но­го пара, ко­то­рый в нем со­дер­жит­ся. Воз­дух яв­ля­ет­ся со­став­ным газом, в нем со­дер­жит­ся мно­же­ство раз­лич­ных газов и в том числе во­дя­ной пар. Для оце­ни­ва­ния его ко­ли­че­ства в воз­ду­хе необ­хо­ди­мо опре­де­лить, какую массу имеют во­дя­ные пары в опре­де­лен­ном вы­де­лен­ном объ­е­ме – такую ве­ли­чи­ну ха­рак­те­ри­зу­ет плот­ность. Плот­ность во­дя­но­го пара в воз­ду­хе на­зы­ва­ют аб­со­лют­ной влаж­но­стью.

Опре­де­ле­ние. Аб­со­лют­ная влаж­ность воз­ду­ха – ко­ли­че­ство влаги, со­дер­жа­щей­ся в одном ку­би­че­ском метре воз­ду­ха.

Обо­зна­че­ние аб­со­лют­ной влаж­но­сти: ρ (как и обык­но­вен­ное обо­зна­че­ние плот­но­сти).

Еди­ни­цы из­ме­ре­ния аб­со­лют­ной влаж­но­сти: (в СИ) или (для удоб­ства из­ме­ре­ния неболь­шо­го со­дер­жа­ния паров воды в воз­ду­хе).

Фор­му­ла вы­чис­ле­ния аб­со­лют­ной влаж­но­сти:

Обо­зна­че­ния:

масса пара (воды) в воз­ду­хе, кг (в СИ) или г;

объем воз­ду­ха, в ко­то­ром ука­зан­ная масса пара со­дер­жит­ся, .

С одной сто­ро­ны, аб­со­лют­ная влаж­ность воз­ду­ха яв­ля­ет­ся по­нят­ной и удоб­ной ве­ли­чи­ной, т. к. дает пред­став­ле­ние о кон­крет­ном со­дер­жа­нии воды в воз­ду­хе по массе, с дру­гой сто­ро­ны, эта ве­ли­чи­на неудоб­на с точки зре­ния вос­при­им­чи­во­сти влаж­но­сти жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. Ока­зы­ва­ет­ся, на­при­мер, че­ло­век ощу­ща­ет не мас­со­вое со­дер­жа­ние воды в воз­ду­хе, а имен­но ее со­дер­жа­ние от­но­си­тель­но мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния.

Относительная влажность воздуха

Для опи­са­ния та­ко­го вос­при­я­тия вве­де­на такая ве­ли­чи­на как от­но­си­тель­ная влаж­ность.

Опре­де­ле­ние. От­но­си­тель­ная влаж­ность воз­ду­ха – ве­ли­чи­на, по­ка­зы­ва­ю­щая, на­сколь­ко далек пар от на­сы­ще­ния.

Т. е. ве­ли­чи­на от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, про­сты­ми сло­ва­ми, по­ка­зы­ва­ет сле­ду­ю­щее: если пар далек от на­сы­ще­ния, то влаж­ность низ­кая, если бли­зок – вы­со­кая.

Обо­зна­че­ние от­но­си­тель­ной влаж­но­сти: .

Еди­ни­цы из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти: %.

Фор­му­ла вы­чис­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти:

Обо­зна­че­ния:

плот­ность во­дя­но­го пара (аб­со­лют­ная влаж­ность), (в СИ) или ;

плот­ность на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре, (в СИ) или .

 

 

Единицы измерения и особенности определения понятия «влажность»

· Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

· Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью - количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности, к примеру, широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконденсированную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

· Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия. Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

Методы определения

Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в массу предмета. Килограмм сахара или зерна с влажностью 5 % и 10 % будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

 

Измерение влажности определяется высушиванием влаги и титрованием влаги по Карлу Фишеру .

Эти способы являются первичными. Помимо них разработано множество других, которые калибруются по результатам измерений влажности первичными способами и по стандартным образцам влажности.

Влажность воздуха

Влажность воздуха - это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли - одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата.

Влажность воздуха в земной атмосфере колеблется в широких пределах. Так, у земной поверхности содержание водяного пара в воздухе составляет в среднем от 0,2 % по объёму в высоких широтах до 2,5 % в тропиках. Упругость пара в полярных широтах зимой меньше 1 мбар (иногда лишь сотые доли мбар) и летом ниже 5 мбар; в тропиках же она возрастает до 30 мбар, а иногда и больше. В субтропических пустынях упругость пара понижена до 5 -10 мбар.

Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, г/м³

Относительная влажность воздуха (φ) - это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара.

Температура t, °C	−30	−20	−10	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Максимальная абсолютная влажность fmax, (г/м³)	0,29	0,81	2,1	4,8	9,4	17,3	30,4	51,1	83,0	130	198	293	423	598

Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Относительная влажность очень высока в экваториальной зоне (среднегодовая до 85 % и более), а также в полярных широтах и зимой внутри материков средних широт. Летом высокой относительной влажностью характеризуются муссонные районы. Низкие значения относительной влажности наблюдаются в субтропических и тропических пустынях и зимой в муссонных районах (до 50 % и ниже).

С высотой влажность быстро убывает. На высоте 1,5 - 2 км упругость пара в среднем вдвое меньше, чем у земной поверхности.

 На тропосферу приходится 99 % водяного пара атмосферы. В среднем над каждым квадратным метром земной поверхности в воздухе содержится 28,5 кг водяного пара.

Дефицит влажности

разность между максимально возможным и фактическим давлением водяного пара [Па] (при данных условиях: температуре и давлении воздуха), то есть между упругостью насыщения и фактической упругостью пара;

Точка росы

температура газа, при которой газ насыщается водяным паром °C. Относительная влажность газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат. Таким образом, хотя роса и не выпадает при температуре −10 или −50 °C, выпадает изморозь, иней, лёд или снег, точка росы в −10 или −50 °C существует и соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м³ воздуха или другого газа под давлением одна атмосфера;

Удельная влажность

масса водяного пара в граммах на килограмм увлажнённого воздуха [г/кг], то есть отношение масс водяного пара и увлажнённого воздуха;

Конденсационный гигрометр

Как видно из фор­му­лы вы­чис­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, в ней фи­гу­ри­ру­ют аб­со­лют­ная влаж­ность, с ко­то­рой мы уже зна­ко­мы, и плот­ность на­сы­щен­но­го пара при той же тем­пе­ра­ту­ре. Воз­ни­ка­ет во­прос, каким об­ра­зом опре­де­лять по­след­нюю ве­ли­чи­ну. Для этого су­ще­ству­ют спе­ци­аль­ные при­бо­ры. Мы рас­смот­рим кон­ден­са­ци­он­ный гиг­ро­метр - при­бор, ко­то­рый слу­жит для опре­де­ле­ния точки росы.

Опре­де­ле­ние. Точка росы - тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой пар ста­но­вит­ся на­сы­щен­ным.

Внутрь ем­ко­сти при­бо­ра на­ли­ва­ет­ся лег­ко­ис­па­ря­ю­ща­я­ся жид­кость, на­при­мер, эфир, внутрь встав­ля­ет­ся тер­мо­метр (6), и с по­мо­щью груши (5) через ем­кость про­ка­чи­ва­ет­ся воз­дух. В ре­зуль­та­те уси­лен­ной цир­ку­ля­ции воз­ду­ха на­чи­на­ет­ся ин­тен­сив­ное ис­па­ре­ние эфира, тем­пе­ра­ту­ра ем­ко­сти из-за этого по­ни­жа­ет­ся и на зер­ка­ле (4) вы­сту­па­ет роса (ка­пель­ки скон­ден­си­ро­вав­ше­го­ся пара). В мо­мент по­яв­ле­ния на зер­ка­ле росы с по­мо­щью тер­мо­мет­ра за­ме­ря­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра, вот эта тем­пе­ра­ту­ра и яв­ля­ет­ся точ­кой росы.

Что же де­лать с по­лу­чен­ным зна­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры (точки росы)? Су­ще­ству­ет спе­ци­аль­ная таб­ли­ца, в ко­то­рую за­не­се­ны дан­ные – какая плот­ность на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара со­от­вет­ству­ет каж­дой кон­крет­ной точке росы. Сле­ду­ет от­ме­тить по­лез­ный факт, что при уве­ли­че­нии зна­че­ния точки росы рас­тет и зна­че­ние со­от­вет­ству­ю­щей ей плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара. Иными сло­ва­ми, чем теп­лее воз­дух, тем боль­шее ко­ли­че­ство влаги он может со­дер­жать, и на­о­бо­рот, чем воз­дух хо­лод­нее, тем мак­си­маль­ное со­дер­жа­ние в нем пара мень­ше.

Волосной гигрометр

Рас­смот­рим те­перь прин­цип дей­ствия дру­гих видов гиг­ро­мет­ров, при­бо­ров для из­ме­ре­ния ха­рак­те­ри­стик влаж­но­сти (от греч. hygros влаж­ный и metreo из­ме­ряю).

Во­лос­ной гиг­ро­метр - при­бор для из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, в ко­то­ром в ка­че­стве ак­тив­но­го эле­мен­та вы­сту­па­ет волос, на­при­мер, че­ло­ве­че­ский.

Дей­ствие во­лос­но­го гиг­ро­мет­ра ос­но­ва­но на свой­стве обез­жи­рен­но­го во­ло­са из­ме­нять свою длину при из­ме­не­нии влаж­но­сти воз­ду­ха (при уве­ли­че­нии влаж­но­сти длина во­ло­са уве­ли­чи­ва­ет­ся, при умень­ше­нии – умень­ша­ет­ся), что поз­во­ля­ет из­ме­рять от­но­си­тель­ную влаж­ность. Волос на­тя­нут на ме­тал­ли­че­скую рамку. Из­ме­не­ние длины во­ло­са пе­ре­да­ёт­ся стрел­ке, пе­ре­ме­ща­ю­щей­ся вдоль шкалы.

При этом сле­ду­ет пом­нить, что во­лос­ной гиг­ро­метр дает не точ­ные зна­че­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти и ис­поль­зу­ет­ся пре­иму­ще­ствен­но в бы­то­вых целях.

изобретение для измерения влажности воздуха с использованием волоса принадлежит швейцарцу Орасу Бенедикту де Соссюру. В 1783 году он сконструировал прибор, в котором в качестве реагента использовал человеческий волос, способный менять свою длину при изменении уровня влажности. Эта реакция передавалась металлической рамке, на которой был закреплен волос, и приводилась в движение стрелка, показывая значение на циферблате.  С помощью такого устройства можно было делать измерения в диапазоне от 30 до 90% с погрешностью около 2,5 %. Для того времени это был прорыв. Чуть позже волос заменили полимерной пленкой, а название «волосной гигрометр» так и осталось.

Такой прибор в своё время использовали на метеостанциях.

Сегодня наибольшее распространение получили электронные гигрометры. Это компактные приборы, у которых имеется специальный датчик, реагирующий на молекулы воды и передающий данные микропроцессору. Полученное значение выводится на дисплей, также у многих устройств имеется встроенная память, что позволяет сохранять результаты. Электронный гигрометр удобен в эксплуатации, так как помещается в руке и имеет простое управление. Работает он от батареек.

Проследив эволюцию прибора от простейших весов до высокотехничного электронного устройства, мы убеждаемся, что необходимость измерения влажности неизменно актуальна как несколько веков назад, так и сегодня. Теперь поговорим подробнее о том, какие существуют электронные измерители влажности и для чего их используют.

Психрометр

 

Для из­ме­ре­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, более удо­бен в ис­поль­зо­ва­нии и точен такой при­бор как пси­хро­метр (от др.-греч. ψυχρός – хо­лод­ный) (см. рис.).

Рисунок Пси­хро­метр.

Пси­хро­метр со­сто­ит из двух тер­мо­мет­ров, ко­то­рые за­креп­ле­ны на общей шкале. Один из тер­мо­мет­ров на­зы­ва­ет­ся влаж­ным, т. к. он об­мо­тан ба­ти­сто­вой тка­нью, ко­то­рая по­гру­же­на в ре­зер­ву­ар с водой, рас­по­ло­жен­ный на тыль­ной сто­роне при­бо­ра. С влаж­ной ткани ис­па­ря­ет­ся вода, что при­во­дит к охла­жде­нию тер­мо­мет­ра, про­цесс сни­же­ния его тем­пе­ра­ту­ры длит­ся до до­сти­же­ния этапа, пока пар вб­ли­зи влаж­ной ткани не до­стиг­нет на­сы­ще­ния и тер­мо­метр нач­нет по­ка­зы­вать тем­пе­ра­ту­ру точки росы. Таким об­ра­зом, влаж­ный тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет тем­пе­ра­ту­ру мень­ше либо рав­ную ре­аль­ной тем­пе­ра­ту­ре окру­жа­ю­щей среды. Вто­рой тер­мо­метр на­зы­ва­ет­ся сухим и по­ка­зы­ва­ет ре­аль­ную тем­пе­ра­ту­ру.

На кор­пу­се при­бо­ра, как пра­ви­ло, изоб­ра­же­на еще так на­зы­ва­е­мая пси­хро­мет­ри­че­ская таб­ли­ца. С по­мо­щью этой таб­ли­цы по зна­че­нию тем­пе­ра­ту­ры, ко­то­рую по­ка­зы­ва­ет сухой тер­мо­метр, и по раз­но­сти тем­пе­ра­тур между сухим и влаж­ным тер­мо­мет­ра­ми можно опре­де­лить от­но­си­тель­ную влаж­ность окру­жа­ю­ще­го воз­ду­ха. Од­на­ко, даже не имея под рукой такой таб­ли­цы, можно при­мер­но опре­де­лить ве­ли­чи­ну влаж­но­сти, поль­зу­ясь сле­ду­ю­щим прин­ци­пом: если по­ка­за­ния обоих тер­мо­мет­ров близ­ки друг к другу, то ис­па­ре­ние воды с влаж­но­го прак­ти­че­ски пол­но­стью ком­пен­си­ру­ет­ся кон­ден­са­ци­ей, т. е. влаж­ность воз­ду­ха вы­со­кая, если, на­о­бо­рот, раз­ность по­ка­за­ний тер­мо­мет­ров боль­шая, то ис­па­ре­ние с влаж­ной ткани пре­ва­ли­ру­ет над кон­ден­са­ци­ей, и воз­дух сухой, а влаж­ность низ­кая.

Таблицы характеристик влажности

Об­ра­тим­ся к таб­ли­це, ко­то­рая поз­во­ля­ет опре­де­лять ха­рак­те­ри­сти­ки влаж­но­сти воз­ду­ха.

Таб­ли­ца дав­ле­ния (в мм. рт. ст.) и плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара (в ) в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры

Тем­пе­ра­ту­ра,	Дав­ле­ние, мм. рт. ст.	Плот­ность,
-10	1,95	2,14
-8	2,32	2,54
-6	2,76	2,09
-4	3,28	3,51
-2	3,88	4,13
0	4,58	4,84
2	5,3	5,6
4	6,1	6,4
6	7,0	7,3
8	8,0	8,3
10	9,2	9,4

Еще раз от­ме­тим, что, как ука­зы­ва­лось ранее, зна­че­ние плот­но­сти на­сы­щен­но­го пара рас­тет с его тем­пе­ра­ту­рой, то же самое от­но­сит­ся и к дав­ле­нию на­сы­щен­но­го пара.

На­пом­ним, что от­но­си­тель­ная влаж­ность опре­де­ля­ет­ся по зна­че­нию по­ка­за­ний су­хо­го тер­мо­мет­ра (пер­вый стол­бец) и раз­но­сти по­ка­за­ний су­хо­го и влаж­но­го (пер­вая стро­ка).

Пси­хро­мет­ри­че­ская таб­ли­ца

Таким образом, на се­го­дняш­ней лекции мы по­зна­ко­ми­лись с измерениями важ­ной ха­рак­те­ри­сти­кой воз­ду­ха – его влаж­но­стью. Как мы уже го­во­ри­ли, влаж­ность в хо­лод­ное время года (зимой) по­ни­жа­ет­ся, а в теп­лое (летом) по­вы­ша­ет­ся. Важно уметь ре­гу­ли­ро­вать эти яв­ле­ния, на­при­мер, при необ­хо­ди­мо­сти по­вы­сить влаж­ность рас­по­ла­гать в по­ме­ще­нии в зим­нее время несколь­ко ре­зер­ву­а­ров с водой, чтобы уси­лить про­цес­сы ис­па­ре­ния, од­на­ко такой спо­соб будет эф­фек­ти­вен толь­ко при со­от­вет­ству­ю­щей тем­пе­ра­ту­ре, ко­то­рая выше, чем на улице.

Какой уровень влажности будет оптимальным? Однозначного ответа на этот вопрос быть не может, так как для каждой конкретной ситуации и проверяемого объекта будут свои требования. Например, на складе, где хранятся овощи и фрукты, уровень влажности должен быть не менее 80%, а вот для хранения хлеба такие условия будут недопустимы – показатель влажности в помещении не должен превышать 75%. Если проверяются жилые комнаты, то нормальным для жизнедеятельности человека считается уровень влажности в 50 – 55%.

В повседневной жизни Вы, наверняка, сталкивались с проблемами, вызванными ненормальным уровнем влажности. Например, при повышенной концентрации влаги в воздухе квартиры могут отсыреть отделочные материалы, появится грибок и плесень. Если же воздух наоборот, слишком сухой, это отразится на самочувствии человека. Наиболее частыми признаками являются сухость кожи лица и рук, склонность к респираторным заболеваниям, раздражение глаз, возникновение аллергии. От нарушения допустимого уровня влажности страдают не только люди, но и растения, животные, портятся продукты питания, продовольственные товары и строительные материалы. Поэтому так важно контролировать уровень влажности с помощью специального прибора – электронного гигрометра. Чтобы оценить всю значимость его использования, давайте познакомимся с историей появления этого устройства

 

Строительство и ремонт

Вся градостроительная деятельность, инженерно-технические изыскания и архитектурное проектирование должны выполняться в соответствии с принятыми Строительными Нормами и Правилами (СНиП). Соблюдение установленных законом нормативов проверяется должностными лицами органов государственного строительного надзора. Поэтому при возведении домов, мостов, дорог и других строений используются специальные приборы, благодаря которым удается добиться наиболее качественных результатов и соответствия требования ГОСТам, СНИПАм, другим нормативным документам строительной отрасли.

Проанализируем содержание таблицы, в которой представлены распространенные измерительные инструменты с описанием их устройства и принципов работы

Таблица: Инструменты для измерения углов, расстояний, отклонений

и прочности при выполнении строительных работ

 

Измерительный инструмент	Описание
Курвиметр (дорожное колесо)	Представляет собой закрепленное на рукоятке колесо, которое при вращении фиксирует пройденное по земле расстояние и выводит значение на счетчик. Используется обычно при замерах земельных участков и дорог
Теодолит	Это прибор для измерения углов, который применяется при проектировании и строительстве. Он имеет увеличительную трубу со шкалой делений, благодаря которой можно определить угол.
Нивелир	Может быть оптическим или лазерным. Последний - наиболее функционален, так как позволяет строить вертикальные и горизонтальные плоскости, благодаря проецированию световых лучей. Этот прибор используют не только в строительстве, но и при проведении монтажных и ремонтных работ в быту.
Лазерный     дальномер	Это более совершенная замена обычной рулетке, так как данное устройство выполняет ту же функцию – измеряет расстояние. Только не с помощью мерной ленты, а за счет проецирования лазерного луча и отражения его от специального «маячка». Пройденное лучом расстояние фиксируется прибором и выводится на экран. Преимуществом лазерного дальномера перед ручным измерительным инструментом является не только минимальная погрешность, но и большая дальность расстояния измерений – до 250 м. Кроме того, работы могут проводиться одним человеком, так у дальномера нет мерной ленты, а значит, и необходимость удерживать ее отпадает.
Склерометр (измеритель прочности бетона)	Такой прибор используется для проверки прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций. Он воздействует на материал импульсом, поэтому не разрушает его структуру. При ударе от основания измерительный боек отскакивает, и электронное устройство фиксирует расстояние отскока, что и является косвенным аналогом прочности.
Уклономер	Представляет собой линейку со встроенным электронным датчиком и пузырьковыми уровнями. Его используют для определения угла уклона при монтаже конструкций, сборке мебели и выполнении ремонтных работ.
Угломер	Состоит из двух линеек с электронным датчиком, который фиксирует угол между раскрытыми линейками.
Строительный уровень	Это линейка со встроенной в корпус колбой с жидкостью. При наклоне линейки уровень жидкости меняется, и видно отклонение от горизонтального положения. Уровень используется при проведении ремонтных работ, когда необходимо выровнять стены, потолок, пол и сделать ровную разметку на плоскости.

Профессиональные измерительные приборы для строительства позволяют получать точные данные и значительно сократить время выполнения замеров. Они удобны в использовании, имеют понятное управление и, как правило, оснащены электронным дисплеем для контроля полученных данных. Для бытовых нужд или проведения небольших ремонтных работ можно выбрать измерительные инструменты попроще, например, механические, а не электронные.

Ультразвуковые толщиномеры

Для ультразвуковых толщиномеров характерно наличие ультразвукового датчика в зонде, который посылает импульс через анализируемое (чаще всего неметаллическое) покрытие. Импульс отражается от поверхности и затем преобразуется датчиком в высокочастотный электрический сигнал. Эхо сигнала оцифровывается и анализируется для определения толщины покрытия. Допустимый процент погрешности измерений для приборов данного типа равен ± 3%.

Преимущества использования ультразвуковых толщиномеров:

Ультразвуковые толщиномеры часто используются в ситуациях, когда имеется доступ только к одной стороне поверхности изделия, толщина которого должна быть определена, например: трубопроводы или в тех местах, где простые механические измерения невозможны или нецелесообразны по другим причинам, таким как, размер изделия или ограниченный доступ. Факт того, что измерение толщины может быть сделано легко и быстро с одной стороны, без необходимости вырезания какой-либо части, является главным преимуществом использования ультразвукового толщиномера. Практически любой конструкционный материал может быть измерен с помощью ультразвука. Ультразвуковой толщиномеры может быть использован для металлов, пластмасс, композитов, стекловолокна, керамики и стекла.

Ультразвуковой контроль является одним из методов неразрушающего контроля без необходимости резки или секционирования. Диапазон измерений зависит от материала и выбранного преобразователя, и может быть в пределах от 0,08 мм до 635 мм. (Как правило такие материалы как: дерево, бетон, бумага и пенопласта обычно не подходят для измерения с обычными ультразвуковыми датчиками).

Все ультразвуковые толщиномеры работают на основе очень точного измерения времени необходимого звуковому импульсу, сгенерированному преобразователем, для прохождения через тестовый образец. Поскольку звуковые волны отражаются от поверхности материала, измерение эхо от дальней стороны образца может быть использовано с целью измерения его толщины, таким же образом, как радар или сонар для измерения расстояния. Разрешение может быть в пределах 0,001.

Ультразвуковой толщиномер имеет ряд преимуществ по сравнению механическим и оптическим методами измерения в производстве и эксплуатации, с целью контроля качества, надежностью и мониторинга состояния. Современный ультразвуковой толщиномер - экономически эффективный и удобный способ для проведения неразрушающего контроля.

• Измерение с одной стороны: Ультразвуковой толщиномер может быть использован в тех случаях, когда имеется доступ только к одной стороне поверхности, для толщинометрии таких объектов как: трубопроводы, резервуары, контейнеры, полые отливки, крупные металлические или пластмассовые листы, и тд.

• Полностью неразрушающий метод: нет необходимости резки или среза деталей. Экономия материала и затрат на рабочую силу. • Высокая надежность: Современный цифровой ультразвуковой толщиномер обладает высокой точностью и надежностью.

• Универсальность: Все стандартные конструкционные материалы, могут быть измеренны с соответствующими установками, в том числе металлы, пластмассы, композиты, стекловолокна, керамика и резина. Большинство толщиномеров могут быть запрограммированы с несколькими установками.

• Широкий диапазон измерения: Ультразвуковые толщиномеры в различных комплектациях могут быть использованы для измерений широкого диапазона толщин, от 0,08 мм до 635 мм, в зависимости от материала и выбора толщиномера.

• Простота в использовании: Большинство настроек ультразвукового толщиномера запрограммированы требуют минимальных навыков для применения.

• Мгновенный результат: Измерения обычно требуют одну или две секунды на точку и выводятся в виде цифровой индикации.

• Совместимость с регистрацией данных и программами статистического анализа: Большинство современных портативных толщиномеров имеют как внутреннюю память для хранения данных, так и USB или RS232 порты для передачи данных об измерениях на компьютер для учета и дальнейшего анализа.

 

Изыскательные работы

Детекторы проводки помогают при проведении строительных и ремонтных работ обнаружить место нахождения скрытых в стене проводов, чтобы не повредить их при сверлении. Бесконтактные тепловизоры позволяют отследить потери тепла в скрытых коммуникациях. Видеоскопы используются для диагностики скрытых труднодоступных участков коммуникаций с помощью выносного зонда с закрепленной на конце камерой. Все, что «видит» камера отображается на дисплее прибора, поэтому удается наиболее точно определить проблемное место, не разбирая всю конструкцию.

Общие рекомендации по выбору измерительного инструмента

Как видно из вышесказанного, приборов для проведения различных измерений существует большое количество. Каждый из них выполняет строго определенную задачу и обладает уникальными свойствами. Но цель применения всех этих устройств одна – получить точные данные. Поэтому есть несколько общих характеристик, на которые следует обратить внимание при приобретении. Перечислим основные:

• Диапазон измерений – есть у всех инструментов, будь то обычная ручная рулетка с мерной шкалой, например, от 0 до 200 мм, или шумомер, проводящий измерения звука от 32 до 130 дБ. Чем шире диапазон, тем больше возможностей имеет устройство, и тем шире будет сфера его применения. Профессиональные приборы обладают достаточно широким диапазоном измерений.
• Погрешность – практически неизбежна, так как идеальных условий использования измерительных приборов не существует. У разных устройств погрешность может указываться в процентах, например, 0,5% или 2%, а также в числовом отклонении, например, +/- 2 (единицы измерения). Чем ниже значение погрешности, тем точнее будут измерения. Сверхточными являются электронные приборы, их используют в научных лабораториях и на производстве при контроле качества. Механические, как правило, имеют больший процент погрешности, поэтому находят применение в бытовой сфере.
• Рабочая температура – очень важный параметр при выборе измерительного инструмента, работающего на батарейках или от аккумулятора. Обычно производители указывают диапазон температур, при которых прибор будет стабильно функционировать. В зависимости от того, в каких условиях и в какое время года Вы планируете проводить измерения, выбирайте модель с подходящими характеристиками. Например, некоторые приборы могут эксплуатироваться при температуре выше +5 °С, но если Вам приходится работать на улице или в неотапливаемых помещениях в зимнее время, выбирайте измерительный инструмент, способный работать при минусовой температуре (например, от -10 °С до +50 °С).

 Как выбрать измерительный инструмент, который не только обладает отличными характеристиками, но и удобен в применении? Если планируется проводить большой объем измерительных работ и есть необходимость оптимизировать процесс получения и хранения данных, желательно обратить внимание на электронные приборы с картой памяти или функцией передачи данных по технологии Bluetooth. Так не придется записывать каждое полученное значение, Вы сможете сохранить данные всей серии измерений на компьютер или сразу распечатать. Такими возможностями обладают, к примеру, инструменты марки Leica

Содержание

Список принятых сокращений

Введение

1. Общая характеристика объектов измерений

2. Понятие видов и методов измерений

3. Классификация и общая характеристика средств измерений

4. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

5. Основы теории и методики измерений

Заключение

Список использованных источников и литературы

Список принятых сокращений

ФВ - физические величины

SI    - (начальные буквы французского наименования «Systeme International d' Unites»)

ИСО - Международная комиссия по стандартизации

СИ - средство измерений

СО - свойства веществ

ИП - преобразователи

АП - аналоговые преобразователи

ЦАП - цифро - аналоговые преобразователи

АЦП - аналого -  цифровые преобразователи

МВИ - методика выполнения измерений

ТР - технический регламент

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного сообщения является рассмотрение основы технических измерений.

 

Достижение обозначенной цели предполагает решение следующего комплекса задач:

· Общая характеристика объектов измерений

· Понятие видов и методов измерений

· Классификация и общая характеристика средств измерений

· Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

· Основы теории и методики измерений;

Предметами исследования является:

· Общая характеристика объектов измерений

· Понятие видов и методов измерений

· Классификация и общая характеристика средств измерений

· Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

· Основы теории и методики измерений;

Объектом являются физические величины, методы и средства, виды измерений, методика выполнения измерений.

Для осуществления поставленной задачи были использованы следующие общенаучные методы исследования: сравнение, анализ, синтез, системный и функциональный подходы.

Обоснование структуры реферата

 

Лекция состоит из следующих параграфов:

 

Основным объектом измерения в 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.). Cуществуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Механика базируется на трех основных величинах, теплотехника - на четырех, физика - на семи.

ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин - длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создается все многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики.

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim. Размерность основных величин - длины, массы и времени — обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l = L; dim m = М; dim t = Т.

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Простейший способ получения информации, который позволяет составить некоторое представление о размере измеряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?» или «что лучше (хуже)?» При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для обеспечения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, часто называемые баллами. Знания, например, оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряются твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по двенадцатибалльной шкале, называемой международной сейсмической шкалой).

Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками. Например, по шкале твердости, в которой одна крайняя точка соответствует наиболее твердому минералу — алмазу, а другая наиболее мягкому — тальку, нельзя сделать заключение о соотношении эталонных материалов по твердости.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул; более низкой температуры быть не может. Второй реперной точкой служит температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16°С. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше.

В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер представляется по-разному. Например, длина перемещения некоторого тела на 1 м может быть представлена как L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Отмеченные три варианта являются значениями измеряемой величины — оценками размера величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

 

 

§ 1 Общая характеристика объектов измерений

 

 

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины (ФВ). ФВ применяются для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.)

Совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами (когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями), называется системой физических величин.

Развитие промышленного производства вызвало необходимость унификации размеров ФВ, создание системы единиц. Первой системой единиц ФВ была метрическая система. Вначале она была введена во Франции (1840), затем в других странах (Великобритании, США, России и пр.). Наряду с метрической системой в этих и других странах применялись и применяются в настоящее время и национальные системы [1, c. 160].

В Российской Федерации применяются в настоящее время единицы величин Международной системы единиц, обозначаемой сокращенно SI (начальные буквы французского наименования «Systeme International d' Unites»). На территории нашей страны SI действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц приняты:

- метр,

- килограмм,

- секунда,

- ампер,

- кельвин,

- моль и кандела.

Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица - единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Внесистемная единица - единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем.

Внесистемные единицы по отношению к единицам SI разделяют на четыре вида:

· допускаемые наравне с единицами SI (например, тон на, градус, минута, секунда, литр);

· допускаемые к применению в специальных областях (например, световой год - единица длины в астрономии; диоптрия - единица оптической силы в оптике и т.д.);

· временно допускаемые к применению наравне с единицами SI (например, карат - единица массы в ювелирно деле). Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;

· изъятые из употребления (например, миллиметр ртутного столба - единица давления; лошадиная сила — единица мощности и некоторые другие).

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики.

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim . Размерность основных величин -длины, массы и времени - обозначается соответствующими заглавными буквами:

dim l =L; dim m = М; dim t=T

Размерность производной величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена:

dim X = L^a *М^b * Т^c (1)

где L, М, Т - размерности соответствующих основных физических величин; а,b,c - показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных величин).

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем, ели все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость) и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей и напряжений).

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Простейший способ получения информации, который дозволяет составить некоторое представление о размере измеряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?» или «что лучше (хуже)?». При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в Порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для обеспечения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, часто называемые баллами. Знания, например, оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряются твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-балльной шкале, называемой международной сейсмической шкалой).

Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками. Например, по шкале твердости, в которой одна крайняя точка соответствует наиболее твердому минералу — алмазу, а другая наиболее мягкому — тальку, нельзя сделать заключение о соотношении эталонных материалов по твердости. Так, если твердость алмаза по шкале 10, а кварца — семь, то это не означает, что первый тверже второго в 1,4 раза. Определение твердости путем вдавливания алмазной пирамиды (метод Хрущева) показывает, что твердость алмаза — 10 060, а кварца — 1120, т.е. в девять раз больше.

Более совершенна в этом отношении шкала интервалов. Примером ее может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы (годы), равные периоду обращения Земли вокруг Солнца; на более мелкие (сутки), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и том, насколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно.

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул; более низкой температуры быть не может. Второй ре перной точкой служит температура таяния льда. По шкалеЦельсия интервал между этими реперами равен 273,16^о СПо шкале отношений можно определить не только, насколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше.

В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер представляется по-разному. Например, длина перемещения некоторого тела на 1 м может быть представлена как L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Отмеченные три варианта являются значениями измеряемой величины оценками размера величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения

Q=X[Q], (2)

где [Q] — значение величины; X — числовое значение измеряемой величины в принятой единице; Q — выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см [С помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и миллиметрах. Для данного случая Q₁ =10 см при X₁ = 10 и Q₁ = 1 см; Q₂ =100 мм при X, - 100 и Q₂ = Q₁ так как 10 см = 100 мм. Применение различных единиц (1 см и 1 мм) не привело к изменению числового значения результата измерений.

 

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины.

 

 

§ 2       Понятие видов и методов измерений

 

Цель измерения - получение значения этой величины в форме, наиболее удобной для пользования. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, информация о котором преобразуется в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора.

Измерения могут быть классифицированы:

1) по числу измерений в ряду измерений - однократные, многократные (при четырех измерениях и более);

2) характеру изменения получаемой информации - статические (измерение неизменной во времени физической величины, например измерение длины детали при нормальной температуре или измерение размеров земельного участка), динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например измерение переменного напряжения электрического тока, измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета), статистические (измерения величины, значение которой может рассматриваться непостоянным в течение времени ] измерения, например шумовые сигналы);

3) способу получения результатов измерений — абсолютные (измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант, например измерение силы F основано на измерении основной величины массы m и использовании физическом постоянной — ускорения свободного падения g и относительные (измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы);

4) способу получения информации (по виду) - прямые (измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно от СИ, например измерение массы на весах, длины детали микрометром), косвенные ( измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, например определение твердости (НВ) металлов путем вдавливания стального шарика определенного диаметра (D) с определенной нагрузкой (Р) и получения при этом определенной глубины отпечатка (h : НВ = P/(πD х h));

5) способу комбинирования измеряемых величин - совокупные (искомое значение определяют решением системы уравнений по результатам измерений нескольких однородных величин (например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и результатам измерений массы различных сочетаний гирь), совместные (проводимые одновременно измерения двух или нескольких неоднородных величин для определения зависимости между ними (например, коэффициент загрузки склада определяется путем измерения массы товаров и занимаемой ими полезной складской площади);

6) по характеристике точности — равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях), неравноточные (ряд измерений, выполненных несколько различными по Точности СИ и (или) в несколько разных условиях).

Метод измерений - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Методы измерений классифицируют по нескольким признакам:

По общим приемам получения результатов измерений различают:

1) прямой метод измерений;

2) косвенный метод измерений.

Первый реализуется при прямом измерении, второй - при косвенном измерении (такие измерения описаны выше) [1, c. 164-165].

По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром). Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром).

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей различают методы непосредственной оценки и сравнения с мерой (таблица 1)

 

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Метод	Сущность	Примеры применения
1.Непосрдственной оценки	Значение величины определяется по отсчетному устройству	Измерение давления пружинным манометром, массы на весах, силы электрического тока амперметром
2.Сравнение с мерой	Сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой	Измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирей
2.1.Нулевой	Результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля	Измерение электрического сопротивления электрическим мостом
2.2.Дифференциальный	Измерение разницы измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой	Измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе. (компаратор - средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин)
2.3. Замещения	Действие измеряемой величины замещается образцовой	Взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов (метод Борда)
2.4. Совпадений	При измерении разности сравниваемых величин используется совпадение отметок шкал или периодических сигналов	Измерение длины штангенциркулем, частоты вращения стробоскопом
2.5. Противопоставления	Измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения	Измерение массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уравновешиванием ее гирь на двух чашках весов

 

 

§ 3 Классификация и общая характеристика средств измерений

 

Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), СИ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы — с помощью весов с гирями). Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерение силы тока амперметром). Для облегчения сравнения еще на стадии изготовления прибора отклик на известное воздействие фиксируют на кале отсчетного устройства, после чего наносят на шкалу деления в кратном и дольном отношении. Описанная процедура называется градуировкой шкалы. При измерении она позволяет по положению указателя получать результат сравнением непосредственно по шкале отношений. Итак, СИ (за исключением некоторых мер - гирь, линеек) в простейшем случае производят две операции: обнаружение физической величины; сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неизвестного размеров.

Другими отличительными признаками СИ являются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы. Если же размер единицы в процессе измерений изменяется более, чем установлено нормами, то с помощью такого средства невозможно получить результат с требуемой точностью. Отсюда следует, что измерять можно только тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени).

СИ можно классифицировать по двум признакам:

· конструктивное исполнение;

· метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют:

1. на меры,

2. измерительные преобразователи;

3. измерительные приборы,

4. измерительные установки,

5. измерительные системы,

6. технические системы и устройства с измерительными функциями.

Меры величины - СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазином мер. Примером такого набора может быть магазин электрических сопротивлений, магазин индуктивностей. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств - компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств.

СО состава вещества (материала) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).

СО свойств веществ (материалов) - стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства.

Новые СО допускаются к использованию при условии прохождения ими метрологической аттестации. Указанная процедура - это признание этой меры, узаконенной для применения на основании исследования СО. Метрологическая аттестация проводится органами метрологической службы.

В зависимости от уровня признания (утверждения) и сферы применения различают категории СО - межгосударственные, государственные, отраслевые и СО предприятия (организации).

В практике метрологическими службами используются СО разной категории для выполнения различных задач.

Измерительные преобразователи (ИП) - СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований.

По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи

Конструктивно обособленный первичный ИП, от которого поступают сигналы измерительной информации, является датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от СИ, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы.

Если преобразователи не входят в измерительную цепь и их метрологические свойства не нормированы, то они не относятся к измерительным. Таковы, например, силовой трансформатор в радиоаппаратуре, термопара в термоэлектрическом холодильнике.

Измерительный прибор - СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятии. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу) со стрелкой или другим устройством, диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых может быть произведен отсчет или регистрация значений физический величины. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.

По степени индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний - в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф или, например, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний).

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных элементов - мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Примером являются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, иногда называют испытательным стендом.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных элементов - мер, измерительных приборов, Измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система Для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга.

Технические системы и устройства с измерительными функциями - технические системы и устройства, которые наряду с основными выполняют и измерительные функции. Они имеют один или несколько измерительных каналов.

Примерами таких систем являются игровые автоматы, диагностическое оборудование.

По метрологическому назначению все СИ подразделяются на два вида: рабочие СИ и эталоны.

Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть: 1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях; 2) производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров; 3) полевыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др.

К каждому виду РСИ предъявляются специфические требования:

· к лабораторным - повышенная точность и чувствительность;

· к производственным - повышенная стойкость к ударно-вибрационным нагрузкам, высоким и низким температурам;

· к полевым - повышенная стабильность в условиях резкого перепада температур, высокой влажности.

Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому пользуются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы Размер единицы передается «сверху вниз», от более точных СИ к менее точным «по цепочке»: первичный эталон - вторичный эталон - рабочий эталон 0-го разряда - рабочий эталон 1-го разряда... - рабочее средство измерений.

Передача размера осуществляется в процессе поверки СИ. Целью поверки является установление пригодности СИ к применению.

Соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к РСИ, устанавливается в поверочных схемах СИ.

Эталонная база в дальнейшем будет развиваться в количественном и главным образом в качественном отношении. Перспективно создание многофункциональных эталонов, т.е. эталонов, воспроизводящих на единой конструктивной и метрологической основе не одну, а несколько единиц физических величин или одну единицу, но в широком диапазоне измерений. Так, метрологические институты страны создают единый эталон времени, частоты и длины, который позволит, кстати, уменьшить погрешность воспроизведения единицы длины до 1 • 10^-11.

Если технический уровень первичных эталонов в России благодаря успехам науки и энтузиазму ученых можно оценить как вполне удовлетворительный, то состояние парка СИ, находящихся в практическом обращении, прежде всего рабочих эталонов и РСИ, внушает тревогу. Если в 1980-х гг. к обновления отечественной измерительной техники, как правило, составлял пять-шесть лет (для сравнения: в США и Японии - не более трех лет), то наблюдаемый сейчас регресс в области отечественного приборостроения еще больше увеличил сроки обновления рабочих эталонов и РСИ, что ведет значительному старению измерительной техники .

Другой проблемой отечественных производителей СИ является высокая стоимость их разработок в сравнении с зарубежными фирмами. Для преодоления традиционного отстаивания необходимо также в отечественных приборах предусматривать: высокую степень автоматизации на базе микропроцессорной технологии, быстродействие, высокую надежность, пониженные массу, габариты и энергопотребление, высокий уровень эстетики и эргономики.

Многообразие СИ обусловливает необходимость применения специальных мер по обеспечению единства измерений.

 

§ 4 Метрологические свойства и метрологические

характеристики средств измерений

 

Метрологические свойства СИ - это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативным документом, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.

Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:

1) свойства, определяющие область применения СИ;

2) свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

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.

К метрологическим свойствам второй группы относя два главных свойства точности: правильность и прецезионность р езультатов. (прецизионность - степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях).

К метрологическим характеристикам, определяющих точность относятся погрешности СИ.

Погрешность средства измерений - это разность между показаниями СИ и действительным значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего СИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, - значение величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке:

∆Х_п = Х_п -Х₀ (3)

где ∆Х_п — погрешность поверяемого СИ; Х_п — значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого СИ; Х₀ — значение СИ, принятое за базу для сравнения, т.е. действительное значение.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

· по способу выражения - абсолютные, относительные;

· по характеру проявления - систематические, случайные;

· по отношению к условиям применения - основные, дополнительные.

Наибольшее распространение получили метрологические свойства, связанные с первой группировкой - с абсолютными и относительными погрешностями. Определяемая по формуле (3) ∆Х_п является абсолютной погрешностью. Однако в большей степени точность СИ характеризует относительная погрешность (δ), т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ:

δ =100*∆Х_п /Х_о

Точность может быть выражена обратной величиной относительной погрешности - 1/ δ. Если погрешность δ = 0,1%, или 0,001=10^-3 , то точность равна 10³.

В стандартах нормируют характеристики, связанные с другими погрешностями.

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. При химическом анализе систематическая погрешность проявляется в случаях, когда метод измерений не позволяет полностью выделить элемент или когда наличие одного элемента мешает определению другого.

При нормировании систематической составляющей погрешности СИ устанавливают пределы допускаемой систематической погрешности СИ конкретного типа - D.

Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ, - это первая составляющая точности.

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 и какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность.

Величина случайной погрешности определяет вторую составляющую точности - прецизионность.

Оценка погрешности измерений СИ, используемых для определения показателей качества товаров, определяется спецификой применения последних. Например, погрешность измерения цветового тона керамических плиток для внутренней отделки жилища должна быть, по крайней мере, на порядок ниже, чем погрешность измерения аналогичного показателя серийно выпускаемых картин, сделанных цветной фотопечатью. Дело в том, что разнотонность двух наклеенных рядом на стену кафельных плиток будет бросаться в глаза, тогда как разнотонность отдельных экземпляров одной картины заметно не проявится, так как они используются разрозненно.

Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации многими другими факторами. У СИ, применяемых высокоточных измерений, нормируется до десятка и болee метрологических характеристик в стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на ровные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой — классом точности.

Класс точности СИ - обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса.

Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса.

 

Заключение

В ходе проведенного исследования было рассмотрены основы технических измерений. Для достижения цели исследования был решен следующий комплекс задач:

· Общая характеристика объектов измерений

· Понятие видов и методов измерений

· Классификация и общая характеристика средств измерений

· Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

· Основы теории и методики измерений;

Основные цели и задачи были достигнуты.

Получены комплексные знания по оформлению научных статей и рефератов. Так же научилась работать с ГОСТ 2.105-95 и методическими рекомендациями.

Основной задачей органов исполнительной власти, в первую очередь национального органа по метрологии, является организация выполнения на практике положений ФЗ об обеспечении единства измерений. Реализация его положения требует пересмотра всего массива нормативных документов в области метрологии.

В связи с освоением новых, так называемых критических технологий (включая нанотехнологии) резко возрастают требования к точности измерений и, как следствие, к качеству эталонной базы. Предстоит решить комплекс задач метрологического обеспечения разработки и освоения критических технологий.

Возрастает роль метрологии в разработке технических регламентов, поскольку доказательная база внедрения и соблюдения ТР состоит преимущественно из документов, регламентирующих методики выполнения измерений, прослеживаемых к современным эталонам.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия: учебник. 9-е изд., перераб и доп. - М.:Издательство Юрайт,2010.-315 с.

2. Чижикова Т.М. Стандартизация, сертификация, метрология: Учебное пособие. – М.: Колос, 2002. – 156 с.

3. .Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 711с

 

 

http://www.bestreferat.ru/referat-199177.html

 

 

Смотреть

МЕТРОЛОГИЯ

учебное пособие для студентов средних специальных учебных заведений

Пенза, 2009.

 

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ.

- использование неверных приборов или методик выполнения измерений ведет к нарушению технологических процессов, потерям энергетических ресурсов, аварийным ситуациям, браку и др.;

- значительные затраты на получение достоверных результатов измерений.

В странах с развитой экономикой на измерения расходуется почти 6% ВНП

Основные представления метрологии

Физическая величина – это характеристика физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого из них.

Единица измерения физической величины – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1.

Единицам физических величин присваивается полное и сокращенное символьное обозначение – размерность. Например, масса – килограмм (кг), время – секунда (с), длина – метр (м), сила – Ньютон (Н).

Единицы измерения начали появляться тогда, когда возникла потребность выражать что-либо количественно, например, количество сыпучих или жидких веществ, расстояние, характеристику процессов. Стали появляться меры объема, длины, массы.

Развитие единиц измерения величин можно разделить на несколько этапов.

Первый этап, когда единицу измерения величин связывали с мерой. Размер единицы измеряемой величины равнялся размеру величины, воспроизводимой мерой.

Второй этап характеризуется отказом от единиц величин, воспроизводимых природой, и переходом к вещественным, предметным эталонам (метру, килограмму).

На третьем этапе развития единиц физических величин выяснилось, что вещественные эталоны единиц величин не могут обеспечить передачу этих единиц с той точностью, которую стали требовать наука и техника. Открытие новых физических явлений позволило воспроизвести единицы физических величин, не изменяя сами единицы. Сейчас размер метра определен через секунду.

Переход от одного этапа к другому по отдельным физическим величинам совершился и продолжает совершаться.

Исключение составляет единица массы, которая осталась на втором этапе. До сих пор наиболее точно единица массы воспроизводится вещественным эталоном килограмма – платиново-иридиевой гирей, изготовленной в 1889 году.

Определение килограмма не связано ни с какими другими единицами; она остается независимой единицей.

Вся централизованная система эталонов массы, опирающаяся на международный прототип, принципиально уничтожима, так как не опирается ни на какие физические процессы и константы.

Измерения - один из важнейших путей познания человеком природы и происходящих в ней явлений. Измерения играют огромную роль в современном обществе. Наука, техника и промышленность просто не могут существовать без них. Во всём мире ежесекундно производятся многие миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения высокого качества и надлежащего технического уровня выпускаемой продукции, что позволяет обеспечивать безопасную и безаварийную работу транспорта, точность и надежность медицинских и экологических диагнозов и для других важных целей, а в конечном итоге для обеспечния жизнеспособности цивилизации на нашей планете. Практически нет ни одной сферы деятельности современной цивилизации, где бы постоянно и интенсивно не использовались результаты измерений, различного рода испытаний и контроля.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Для проведения измерения необходимо наличие:

• физической величины;

• метода измерений;

• средства измерений;

• оператора;

• условий, необходимых для измерения.

Цель измерения – получение значения физической величины в форме, наиболее удобной для пользования.

Физическая величина характеризуется размером, значением, числовым значением, истинным и действительным значениями

Постоянно растёт диапазон измеряемых величин, их номенклатура и количество. Так например: длина измеряется в диапазоне от 10^-10 до 10¹⁷ метра, температура - от 0,5 К до 10⁶ К, электрическое сопротивление – от 10⁻⁶ до 10¹⁷ Ом, сила с электрического тока – от 10⁻¹⁶ А до 10⁴ А, мощность – от 10⁻¹⁵ Вт до 10⁹ Вт. С ростом и расширением диапазона измеряемых величин возрастает сложность самих измерений, которые по сути дела, перестали быть одноактным действием и превратились в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации. Поэтому следует говорить об измерительных технологиях, понимаемых как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

        Другой фактор, подтверждающий важность измерений, – их значимость. Основой любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования контроля или регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена только путем измерения требуемых ФВ, параметров и показателей. Естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений.

     Сотрудничество с зарубежными странами, совместная разработка научно-технических программ требуют взаимного доверия к измерительной информации. Ее высокое качество, точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений имеют первостепенное значение.

        Метрологии посвящено много публикаций, основную массу которых

составляют научно-технические труды, освещающие отдельные вопросы

теории измерений.

       Первый раздел представленной лекции посвящен основным терминам и определениям метрологии и системам физических величин и единиц. Во втором разделе будут представлены основные понятия теории погрешностей, приведена классификация погрешностей.

Систематическим и случайным погрешностям посвящены третий и четвертый разделы. В пятом разделе рассмотрены вопросы единства измерений и эталоны единиц ФВ. Классификация средств измерений их метрологические характеристики, классы точности, а также основы теории надежности СИ раскрыты в шестом разделе. Основы стандартизации и сертификации представлены в седьмом и восьмом разделах учебного материала.

        При изложении материала  использованы новые метрологические термины и определения, введенные с января 2001 г. В доступной форме изложены теоретические положения метрологии, в конце каждого раздела для

самопроверки приведены контрольные вопросы.

Список используемых сокращений

ИС      измерительный сигнал

ИСО   Международная организация по стандартизации

ИУ      измерительное устройство

МБМВ   Международное бюро мер и весов

МКМВ Международный комитет мер и весов

ММ    математическая модель

МНК  метод наименьших квадратов

МО     метрологическое обеспечение или математическое ожидание

МОЗМ Международная организация законодательной метрологии

МС     Метрологическая служба

МХ     Метрологические характеристики

МЭК   Международная электротехническая комиссия

СИ      средство измерений; в сочетании "система СИ" данное

           сокращение означает "система интернациональная"

СКО   среднее квадратическое отклонение

ФВ        физическая величина

ЧЭ         чувствительный элемент

 

РАЗДЕЛ 1.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТРОЛОГИИ.