Файл: Основы метрологии.pdf

С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п.

Результаты измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Ведь именно с помощью этих измерений происходит формирование и управление различными технологическими процессами, а также контролирование качества выпускаемой продукции. Подобные измерения нужны для самых различных потребностей в процессе развития научно-технического прогресса: и для учета материальных ресурсов и планирования, и для нужд внутренней и внешней торговли, и для проверки качества выпускаемой продукции, и для повышения уровня защиты труда любого работающего человека.

Многообразие природных явлений и продуктов материального мира требует для измерений такую же многообразную систему измерений, основанную на сравнении полученной величины с другой, ей подобной, которая однажды была принята за единицу.

Существует наука, систематизирующая и изучающая подобные единицы измерения, — метрология. Дословный перевод слова «метрология» - учение о мерах.

Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о средствах и методах измерения, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности. В практической жизни человек сталкивается с измерениями каждый день. С незапамятных времен измеряют такие величины как длина, время и масса. Измерения имеют первостепенное значение для торговли, учета материальных ресурсов, планирования, для обеспечения качества продукции, совершенствования технологий, медицины.

2. Что такое метрология

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого — метрологические стандарты.

Метрология играет важную роль для прогресса технологий и должна развиваться темпами, опережающими другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей совершенствования. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью, а так же измерения, их единство и точность. Объектами же метрологии являются единицы измерения величин, средства измерений и методы, используемые для выполнения измерений.

Необходимость существования единства измерений вызвана возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных районах, в различные временные отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.

В связи с этим задачами современной метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.

3. Цели и задачи метрологии

Основные задачи метрологии:

Развивать общую теорию измерений.
Устанавливать единицы физических величин.
Совершенствовать методы оценки точности измерений.
Устанавливать эталоны измерений.
Обеспечить единство измерений.

К основным задачам метрологии согласно РМГ 29-99 относят:

установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
разработку теории, методов и средств измерений и контроля;
обеспечение единства измерений;
разработку методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;
разработку методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Измерения имеют первостепенное значение для торговли, учета материальных ресурсов, планирования, для обеспечения качества продукции, совершенствования технологий, медицины.

Метрология играет важную роль для прогресса технологий и должна развиваться темпами, опережающими другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей совершенствования. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

4. Разделы метрологии

Метрологиявключает в себя три раздела:

1. Фундаментальная (теоретическая) метрология;

2. Законодательная (правовая) метрология (ЗМ);

3. Практическая метрология.

Фундаментальная метрология – та составная часть науки об измерениях, предметом которой является разработка фундаментальных (общетеоретических) основ этой науки и развитие на ее базе прикладных теорий и научных направлений.

Она состоит из двух частей:

Общетеоретическая метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка систем общих и частных законов, аксиом, постулатов, категорий, принципов, методов, математических и структурных моделей и т.д., характеризующих стратегии прямых (т.е. необходимых) и избыточных (необходимых и достаточных) измерений величин разной физической природы, пути и методы достижения качества, метрологической эффективности и надежности измерений.
Прикладная метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка прикладных теорий и дисциплин, описывающих и характеризующих особенности измерений величин той или иной физической природы методами прямых или избыточных измерений, конкретные пути и методы достижения качества измерений, метрологической эффективности и надежности.

Прикладная метрология опирается на фундамент общетеоретической метрологии и развивает научные теории и дисциплины. Она направлена на получение конкретного научного результата, который актуально или потенциально может быть использован для удовлетворения частных или общественных потребностей.

Законодательная метрология – это та составная часть науки об измерениях, предметом которой является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц ФВ, мер, эталонов, стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, методов и средств измерений. направленная на обеспечение единства измерений, необходимого качества и единообразия средств измерений в интересах общества. Ее основная задача – создание и совершенствование системы государственных стандартов, организация и разработка методик проведения работ по обеспечению единства и точности измерений, а также организация и функционирование соответствующей государственной службы. Государственное регулирование выполняется посредством правовых актов через федеральные органы исполнительной власти (министерства и ведомства), Государственную метрологическую службу и метрологические службы предприятии и организаций.

Практическая метрология – это та составная часть науки об измерениях, которая изучает и освещает как вопросы практического применения разработок фундаментальной (преимущественно прикладной) метрологии, так и положений, требований и норм законодательной метрологии. Задачей её является изучение и освещение вопросов практического применения разработок фундаментальной метрологии, результатов ее теоретических исследований, положений, требований и норм законодательной метрологии, вопросов эффективности и метрологического обеспечения производства, ведения метрологической документации, осуществления всех видов поверочных работ, аккредитации метрологических служб, государственного метрологического контроля и надзора в масштабах страны, отрасли, предприятий, организаций и т.д.

5. Структурные элементы

Как и любой деятельности, метрологии присущи основные элементы, но эти элементы имеют специфическое назначение, свойственное только метрологической науке и деятельности. Структурные элементы метрологии представлены на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Структурные элементы метрологии.

Для достижения поставленной цели в метрологии решаются следующие важнейшие задачи:

• установление и воспроизведение в виде эталонов единиц измерения физических величин;

• совершенствование эталонов единиц измерения для повышения их точности;

• усовершенствование способов передачи единиц измерения от эталона к измеряемому объекту;

• разработка и совершенствование средств и методов измерения, а также повышение их точности;

• разработка новой и совершенствование действующей правовой и нормативной базы метрологической деятельности.

Как и любая деятельность, метрология базируется на основополагающих принципах, а именно на принципах:

• единства измерений;

• научной обоснованности.

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

Этот принцип достигается применением общих для всех единиц измерений. Так, в России большинство применяемых единиц измерений физических величин входят в Международную систему (СИ) единиц физических величин.

Научная обоснованность заключается в том, что разработка и/или применение метрологических средств, методов, методик и приемов основывается на научном эксперименте и анализе.

Указанный принцип позволяет определять и достоверно доказывать необходимость требуемой точности измерений (классов точности), возможность применения конкретных технических устройств и методик для проведения измерений с учетом специфики измеряемого объекта.В России следующие документы и нормативные акты являются основными в области метрологии:

Метрическая конвенция;
Закон «Об обеспечении единства измерений». №4871-1 от 27 апреля
1993 г. (в ред. ФЗ от 10.01.2003 N 15-ФЗ);
РМГ 29-99. Государственная система обеспечения единства измерений.
Метрология. Основные термины и определения.

Рекомендации РМГ 29-99 содержат основные термины и определения в области метрологии. Термины, установленные РМГ 29-99, рекомендуется применять во всех видах документации, научно-технической, учебной и справочной литературе по метрологии, входящих в сферу работ по стандартизации и (или) использующих результаты этих работ.

6. Физические величины, используемые в метрологии.

С помощью измерений мы познаем объекты и процессы окружающего мира, которые характеризуются своими свойствами. Свойства, для которых могут быть установлены и воспроизведены градации определенного размера, называют физическими величинами. Физическая величина — одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Качественная сторона понятия физическая величина определяет род величины (длина, масса), а количественная ее «размер» (длина, масса конкретного объекта). Размер физической величины существует объективно независимо от того знаем мы его или нет. Различают семь основных физических величин, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира:

длина;
масса;
время;
сила электрического тока;
термодинамическая температура;
количество вещества;
сила света.

С помощью этих и двух дополнительных величин — плоского и телесного углов, —введенных исключительно для удобства, образуют производные физические величины и обеспечивают описание свойств физических объектов, явлений и процессов. Величины делятся на реальные и идеальные. Идеальные величины являются моделью реальных понятий и используются в основном в математике. Физические величины свойственны реальным объектам, явлениям и процессам. Реальные величины делятся на физические и нефизические. Нефизические величины используются в нефизических науках —экономике, философии, социологии и т.п. Физические величины разумно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования единиц измерения является отличительным признаком измеряемой физической величины. Если для физической величины нельзя ввести единицу измерения, то она относится к оцениваемым. Величины оценивают и измеряют при помощи шкал. Шкала величины —упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.