Файл: Метрология и ее разделы (Что такое метрология).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и 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. 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.

Глава 1. Что такое метрология

Вопросы стандартизации в области метрологии решают созданные согласно Метрической конвенции Международное бюро мер и весов и Международный комитет мер и весов. Раз в четыре года в штаб-квартире Бюро проходят Генеральные конференции по мерам и весам, на которых принимаются решения направленные на улучшение и распространенние международной системы единиц, а также рассматриваются другие вопросы, связанные с деятельностью МКМВ и МБМВ.

Участниками Генеральных конференция являются представители всех стран-участниц метрической конвенции и наблюдатели от ассоциированных членов. Международное бюро мер и весов — организация, отвечающая за обеспечение существования единой системы измерений во всех странахучастницах Метрической конвенции.

Для этого осуществляется сравнение национальных эталонов единиц измерения и проводятся исследования в области метрологии, направленные на увеличение точности измерений. Штаб-квартира Бюро находится во Франции недалеко от Парижа.

В Российской Федерации главными административными органами являются Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии и наследник Главной палаты мер и весов ВНИИМ им.

Менделеева, который является сегодня одним из крупнейших мировых центров научной и практической метрологии, головной организацией страны по фундаментальным исследованиям в метрологии, Главным центром государственных эталонов России. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в сфере технического регулирования и метрологии.

---

ВНИИМ подчинен Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии. В июле 1994 г. Постановлением Правительства РФ ВНИИМ присвоен статус Государственного научного центра РФ. Как Государственный научный центр РФ ВНИИМ подчинен Министерству образования и науки и входит в Ассоциацию государственных научных центров.

В метрологии используются следующие основные понятия и определения:

1. 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;
2. Измеряемая физическая величина — физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи;
3. Единица измерения физической величины — физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин;
4. Система единиц физических величин — совокупность основных и произвольных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин;
5. Размер физической величины — количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Предполагается, что размер физической величины существует объективно (вне зависимости от того измеряем мы эту величину или нет)
6. Значение физической величины — выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Конкретное значение физической величины является результатом ее измерения;
7. Истинное значение физической величины — значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину;
8. Действительное значение физической величины — значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Например, при поверке некоторого (испытуемого) вольтметра его показания сравнивают с показаниями более точного (образцового) вольтметра. В этом случае показания образцового вольтметра принимают за действительное значение напряжения;
9. Измерение физической величины — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (установление значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств);
10. Результат измерения физической величины — значение величины, полученное путем ее измерения – установленное значение величины, характеризующей свойство физического объекта, представляемое действительным числом с принятой размерностью (размерность определяется выбранной единицей измерений);
11. Точность измерений — одна из характеристик измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения;
12. Мера точности — погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины (истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях, на практике используют действительное значение);
13. Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени;
14. Мера физической величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;
15. Результат измерения физической величины — значение величины, полученное путем ее измерения – установленное значение величины, характеризующей свойство физического объекта, представляемое действительным числом с принятой размерностью (размерность определяется выбранной единицей измерений);
16. Точность измерений — одна из характеристик измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения;
17. Мера точности — погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины (истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях, на практике используют действительное значение);
18. Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени;
19. Мера физической величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

---

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:

1. длина;
2. - масса;
3. - время;
4. - сила электрического тока;
5. - термодинамическая температура;
6. - количество вещества;
7. - 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:

1. измеряемые
2. 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.

Физические величины делятся по видам явлений на следующие группы:

1. Вещественные — описывают физические и физико-химические свойства веществ и материалов. Вещественные физические величины называют также пассивными потому, что для их измерения необходимо формировать сигнал измерительной информации при помощи вспомогательного источника энергии.
2. Энергетические — описывают энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии.
3. Энергетические физические величины называют активными. Характеризующие протекание процессов во времени — к этой группе относят различного рода спектральные характеристики корреляционные функции и другие.

---

По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины подразделяют на следующие:

• - пространственно-временные;
• - механические;
• - тепловые;
• - электрические и магнитные;
• - акустические;
• - световые;
• - физико-химические;
• - ионизирующих излучений;
• - атомной и ядерной физики.

Также физические величины могут быть размерными и безразмерными.

Глава 2. Разделы метрологии

Метрология состоит из трех разделов:

1. Теоретическая метрология — раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии.
2. 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 необходимости точности измерений в интересах общества.
3. Практическая (прикладная) метрология — раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

Теоретическая метрология это:

Раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Иногда применяют термин «фундаментальная метрология». Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Она включает следующие основные разделы:

1) общие теоретические положения и термины;

2) теория обеспечения единства измерения (теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров);

3) теория построения средств измерений;

4) теория точности средств измерений.

Основные понятия и термины обеспечивают создание единой системы основных понятий метрологии, которая должна служить базой для ее развития.

Рис 1. Таблица теоретической метрологии

Теория передачи размеров единиц физических величин направлена на разработку алгоритмов передачи размеров единиц ФВ при централизованном и децентрализованном их воспроизведении.

Средства измерении — обобщают опыт конкретных наук в области построения средств измерений.

---

Методы измерений — обобщают опыт конкретных наук в области построения методов

Теории погрешностей измерений включают классификацию погрешностей измерений, изучение и описание их свойств; вопросы суммирования погрешностей.

Теории точности средств измерений обеспечивают изучение погрешности средств измерений, разработку принципов и методов определения и нормирования метрологических характеристик средств измерений, методов анализа их метрологической надежности.

Законодательная метрология:

служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и за­конодательных положений, которые вводятся в практику через государ­ственную метрологическую службу и метрологические службы государ­ственных органов управления и юридических лиц.

К области законода­тельной метрологии относятся испытания и утверждение типа средств измерений, государственный метрологический контроль и надзор за сред­ствами измерений.

Государственный метрологический контроль (ГМК) — является тех­нической и правовой деятельностью, осуществляемой органами государ­ственной метрологической службы в целях проверки соблюдения правил законодательной метрологии — Закона «Об обеспечении единства изме­рений», нормативных актов по вопросам метрологии.

ГМК включает:

— государственный метрологический надзор (ГМН) за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и про­даже;

—- проверку средств измерений, в том числе эталонов;

— утверждение типа средств измерений;

— лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже, импорту и прокату средств измерений,

ГМН подлежат торговые операции, при совершении которых опре­деляются масса, объем, расход или другие величины, характеризующие количество отчуждаемых товаров; подлежат фасованные товары в упаков­ках любого вида при их продаже и расфасовке.

ГМН в сфере банковских операций подлежат средства измерений (СИ) для идентификации ценных бумаг и валют, электронных подписей, залоговых ценностей при кредитовании под залог. СИ, используемые в сферах ГМК, подлежат проверки органами ГМ службы при выпуске с производства и из ремонта, при эксплуатации и продаже, при вывозе по импорту.

Поверку СИ осуществляют лица, аттестованные в качестве поверителей в органах ГМ службы.

Положительные результаты поверки СИ удовлетворяют знаком до­верительного клейма или сертификатом о поверке. Знак поверительного клейма наносят на СИ и в эксплуатационную документацию, а в случае выдачи сертификата о поверке — на сертификат.

---