Основы метрологии, сертификации и стандартизации - Книга

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПрямое измерение - измерение, при котором искомое значение ФВ находят непосредственно из опытных данных. Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Совокупные измерения - производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Например, измерения, при которых электрическое сопротивление при температуре 20 °С и температурные коэффициенты измерительного резистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах. Наблюдение при измерении - экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерений, в результате которой получают одно значение из группы значений величины, подлежащих совместной обработке для получения результата измерения.Менделеев считал, что в природе мера и вес - главные орудия познания и справедливо полагал, что наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Метрология проникает во все области человеческой деятельности, во все науки и дисциплины и является для всех них единой наукой. Измерения являются главным путем познания природы человека, основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов, обеспечения требуемого качества продукции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологий, автоматизации производства, стандартизации, охраны здоровья и обеспечения безопасности людей и их имущества. В настоящее время метрология включает в себя следующие разделы: законодательная метрология, теоретическая метрология и прикладная (практическая) метрология [2]. Метрология, являясь в известном смысле «наукой наук», естественно, не может обойтись без терминов и определений.Не следует применять термин «величина» для выражения только количественной стороны рассматриваемого свойства, например,, писать «величина массы», «величина давления», «величина силы» и т.д., т.к. эти свойства (масса, давление, сила) сами являются величинами. Значение ФВ (значение величины) - оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц, причем отвлеченное (безразмерное) число, входящее в значение физической величины, называется числовым значением (например,1 м, 5 г, 10 А и др.). Основная ФВ (основная величина) - физическая величина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы (например, в системе LMT основные величины - длина, масса, время). Размерность ФВ - это более общая характеристика, чем определяющее величину уравнение, так как одна и та же размерность может быть присуща величинам, имеющим различную качественную сторону и различающимся по форме определяющего уравнения. Размерность основной величины в отношении самой себя равна единице и не зависит от других величин, т.е. формула ее размерности совпадает с ее символом.Приложение Д. Библиография.Впервые понятие системы единиц ввел немецкий ученый К. Гаусс. построение системы единиц, в принципе, возможно для любых величин, между которыми имеется связь, выражаемая в математической форме в виде уравнения; выбор величин, единицы которых должны стать основными, ограничивается соображениями рациональности и, в первую очередь, тем, что оптимальным является выбор минимального количества основных единиц величин. Первоначально были созданы системы единиц, основанные на трех единицах: длина - масса - время (СГС, сантиметр - грамм - секунда). Так как написанное выражение для размерности производной ФВ в системе СИ совпадает с уравнением связи между производной ФВ и единицами основных ФВ, то удобнее пользоваться выражением для размерностей, т.е.Следовательно, после завершения процесса измерения остается некоторая неопределенность в наших знаниях об объекте измерения, т.е. получить истинное значение ФВ невозможно. Под погрешностью результата измерения или просто погрешностью измерения - понимается отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины. Можно выделить 4 основные группы погрешностей измерений: - погрешности, обусловленные методиками выполнения измерений погрешности, обусловленные влиянием условий измерений. Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности результатов измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в повторных наблюдениях, проведенных с одинаковой тщательностью одной и той же детерминированной ФВ.Рассмотрим результат наблюдения Х постоянной или так называемой детерминированной ФВ Q как случайной величины (СВ), принимающей значения Хі в различных наблюдениях. Интегральной функцией распределения результатов наблюдений является зависимость от величины х вероятности Р того, что результат наблюдений Хі окажется меньше х.

Содержание

Словарь основных терминов

Глава 1. Основы метрологии

1.1 Введение в метрологию

1.2 Физическая величина. Системы единиц физических величин. Международная система СИ

1.3 Погрешность результата измерения. Виды измерений

1.4 Интегральная и дифференциальная функции распределения случайных физических величин и случайных погрешностей

1.5 Моменты функции распределения

1.6 Точечная и интервальная оценки истинного значения измеряемой величины

1.7 Наиболее часто применяемые на практике законы распределения случайных погрешностей

1.8 Обработка результатов измерений. Исключение систематических погрешностей

1.8.1 Обработка результатов прямых равноточных измерений

1.8.2 Обработка результатов совокупных и совместных измерений

1.8.3 Обработка результатов неравноточных измерений

1.9 Метод наименьших квадратов. 64

1.10 Правовые основы и нормативная база обеспечения единства измерений в РФ

1.11 Средства измерения

Словарь основных терминов

Измерение - нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств.

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Основоположник отечественной метрологии Д.И. Менделеев считал, что в природе мера и вес - главные орудия познания и справедливо полагал, что наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры.

Объектом метрологии являются все единицы измерения физических величин (механических, электрических, тепловых и др.), все средства измерения, виды и методы измерений, т.е. все то, что необходимо для обеспечения единства измерений и организации метрологического обеспечения на всех этапах жизненного цикла любых изделий и научных исследований, а также учет любых ресурсов.

Метрология проникает во все области человеческой деятельности, во все науки и дисциплины и является для всех них единой наукой. Нет ни одной области человеческой деятельности, где можно было бы обойтись без количественных оценок, получаемых в результате измерений. Измерения являются главным путем познания природы человека, основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов, обеспечения требуемого качества продукции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологий, автоматизации производства, стандартизации, охраны здоровья и обеспечения безопасности людей и их имущества. Именно от степени метрологического обеспечения зависит решение проблем достижения высокого качества продукции. Для этого необходимо правильно измерять параметры качества материалов и комплектующих изделий, поддерживать заданные технологические режимы, правильно обрабатывать результаты измерений. Нарушение единства измерений, непродуманная их организация и недостаточная точность могут привести к очень большим потерям и даже жертвам.

Чтобы было более наглядно, метрологи обычно приводят такой пример. На складе было 100 кг огурцов. Проведенные измерения показали, что их влажность составляет 99%, т.е. в ста килограммах огурцов содержится 99 кг воды и 1 кг сухого вещества. Через какое-то время хранения вновь была измерена влажность этой же партии огурцов. Результаты измерения, занесенные в соответствующий протокол, показали, что влажность уменьшилась до 98%. Поскольку влажность изменилась всего на один процент, то ни у кого не возникло мысли, а какова же масса оставшихся огурцов? Оказывается, что если влажность стала 98%, то огурцов осталась ровно половина, т.е. 50 кг. И вот почему. Количество сухого вещества в огурцах не зависит от влажности, следовательно, оно не изменилось, и как было 1 кг, так и осталось 1 кг, но если раньше это составляло 1%, то после хранения стало 2%. Составив пропорцию, легко определить, что огурцов стало 50 кг.

1 кг - 2%

Х кг - 100%

Х = (1 • 100)/ 2 = 50 кг

В настоящее время метрология включает в себя следующие разделы: законодательная метрология, теоретическая метрология и прикладная (практическая) метрология [2].

Законодательная метрология - раздел метрологии, включающий комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств и способов измерений.

Теоретическая метрология - раздел метрологии, посвященный изучению ее теоретических основ.

Прикладная метрология - раздел метрологии, посвященный изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

В науке и промышленности значительная часть измерений состава вещества все еще производится с помощью качественного анализа. Погрешности этих анализов иногда бывают в несколько раз выше, чем разница между количествами отдельных компонентов, на которые должны отличаться друг от друга металлы различных марок, химические материалы и др. В результате таких измерений невозможно достичь необходимого качества продукции.

Можно выделить три основные функции измерений: - измерения физических величин (ФВ), технических параметров, характеристик процессов, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции;

- измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов;

- учет продукции, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии и т.д.; (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи [2].

Метрология, являясь в известном смысле «наукой наук», естественно, не может обойтись без терминов и определений. Термины в метрологии отличаются от слов обиходного языка тем, что они имеют специализированное, точно ограниченное научное значение. Конкретное явление природы или общества требует точного определения его названия. Наука закрепляет в терминах достижения научного познания. Нередко термин образуется из слова, имеющего в обиходном языке много значений, путем придания ему терминологического значения. Иногда это значение не отрывается от общего значения исходного слова, а только ограничивает его (например, эталон единицы ФВ), в других случаях происходит отрыв от значения исходного слова (например, полотно железной дороги). По определению, данному в Советском энциклопедическом словаре, (Издательство «Советская энциклопедия», издание 4-е. -М., 1986 г., стр. 1325), термин - слово или сочетание слов, употребляемое с оттенком специального научного значения. В этом определении есть одно, на первый взгляд не грозящее никакими осложнениями, ограничение: «употребляемое с оттенком специального научного значения». Метрология является одной из областей науки и, следовательно, для нее это ограничение имеет, казалось бы, такую же силу, как и для других областей науки. Тем не менее, в отношении метрологии дело обстоит намного сложнее. Роль метрологии за последние десятилетия чрезвычайно возросла. Метрология проникла и завоевала (в некоторых областях завоевывает) себе весьма твердые позиции. В силу того обстоятельства, что метрология распространилась практически на все области человеческой деятельности, метрологическая терминология тесно соприкасается с терминологией каждой из «специальных» сфер. При этом возникло что-то, напоминающее явление несовместимости. Тот или иной термин, приемлемый для одной области науки или техники, оказывается неприемлемым для другой, так как в традиционной терминологии другой области этим же словом может обозначаться совершенно другое понятие.

Поскольку к терминам предъявляются требования лаконичности, им свойственна определенная условность. Не следует об этом забывать и применять утвержденные термины в соответствии с их определением, а, с другой стороны, понятия, данные в определении, заменять другими терминами.

Как уже было сказано, метрология - это наука, а ее практическим приложением является метрологическое обеспечение. В настоящее время под термином «метрологическое обеспечение» понимается установление научных, организационных и нормативных основ и технических средств обеспечения единства и требуемой точности измерений.

Научной основой метрологического обеспечения (МО) является метрология. Организационной основой - метрологические службы: государственная, отраслевые и предприятий любой формы собственности. Нормативная основа МО - система стандартов Государственной системы обеспечения единства измерений, правила Госстандарта, методические указания (МУ), методические инструкции (МИ), отраслевые стандарты (ОСТ), стандарты предприятий (СТП), технические условия (ТУ), метрологические нормы и правила. Технической основой МО - средства измерений и вспомогательное оборудование [3].

Необходимо, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в разных местах, с помощью различных измерительных средств, различными наблюдателями, были бы сопоставимы на уровне требуемой точности.