ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 371
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
МОДУЛЬ 1. Предметная область метрологии
МОДУЛЬ 2. ШКАЛЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В МЕТРОЛОГИИ
МОДУЛЬ 3. Физические величины, системы единиц физических величин
МОДУЛЬ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ
МОДУЛЬ 5. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЙ
МОДУЛЬ 6. МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИСКЛЮЧЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ
МОДУЛЬ 7. АНАЛИЗ ТОЧЕЧНЫХ ДИАГРАММ
МОДУЛЬ 8. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
МОДУЛЬ 13. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
МОДУЛЬ 14. ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПЕРЕДАЧА ЕДИНИЦ ОТ ЭТАЛОНОВ
2, единицей давления – пьеза (1 пьеза = 1 сн/м2). Тонна в качестве единицы массы обеспечивает соответствие между единицами длины, объема и массы с точностью, достаточной для большинства технических расчетов (можно считать, что 1 т соответствует массе 1 м3 воды). Кроме того, в этой системе единицы работы и энергии (килоджоуль) и мощности (киловатт) совпадали с соответствующими кратными практическими электрическими единицами.
Система единиц МТС впервые была узаконена в 1919 г. во Франции законоположением о единицах измерений (отменена законоположением от 3 мая 1961 года). С 1927 г. система МТС была установлена советскими стандартами как рекомендуемая для механических областей, однако не нашла практического распространения и при утверждении ГОСТ 7664 – 55 «Механические единицы» (ныне отмененного) система не была в него включена.
Внесистемные единицы
Даже самая универсальная система единиц ФВ не может обеспечить нужды всех потребителей. Отсюда очевидна необходимость стандартизации единиц, не входящих в Международную систему единиц ФВ. В стандарт включают единицы, получившие широкое распространение и применяемые по традиции (тонна, гектар, карат) и единицы, применяемые в конкретных областях и обеспечивающие определенные удобства (градус Цельсия, морская миля).
В дополнение к единицам SI (системным), в узаконивающий единицы стандарт включены «внесистемные единицы».
Термин «внесистемная единица» имеет два разных истолкования:
Примеры «внесистемных единиц», не входящих в SI, но являющихся заимствованными из других систем, допущенных стандартом к применению наряду с единицами SI:
«Внесистемность» таких единиц времени, как минута, час, сутки (кратных основной единице SI – секунде) связана с кратностью, не соответствующей принятой в SI. Для минут и часа кратность принята из шестидесятиричной системы исчисления, а для суток – из двойной двенадцатиричной. Для приведенных угловых единиц также принята шестидесятиричная кратность, но эти углы вовсе системно не связаны с единицей SI – радианом. Морская миля, кабельтов и узел представляют собой самостоятельную систему единиц длины и скорости, используемых в навигации. Их преимуществом по сравнению с единицами SI является согласованность с дугой большого круга Земли, не реализованной при первичном определении метра из-за недостаточной точности измерений.
Атмосфера – единица давления из системы МКГСС, которая соответствует давлению, производимому силой 1 кгс на площадь 1 см2, и названа «атмосферой» ввиду близости ее размера и среднего давления атмосферного воздуха на уровне моря.
К единицам, не входящим ни в какую из систем единиц ФВ, а также не образующим самостоятельные локальные системы, можно отнести такие единицы как ангстрем, икс-единица, световой год, парсек (единицы длины); карат (единица массы); миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба (единицы давления). Сюда же можно отнести такие устаревшие единицы, как «локоть», «аршин», «перестрел» и т.п.
Кроме того, «внесистемными» называют относительные единицы, образованные отношениями одноименных величин или их функционалов. Относительные единицы предназначены для измерения величин, фактически не входящих в систему физических величин, поскольку относительные величины не имеют размерности. Но относительные единицы можно использовать для оценивания соотношений (дольных, кратных) системных физических величин. Относительные единицы могут быть неименованными и именованными (примеры применения единиц: коэффициент полезного действия 0,6; относительная влажность 65 %, содержание алкоголя в крови 1,2 о/оо). Широко используемые именованные относительные единицы – проценты (для получения значения в процентах отношение умножают на 102), промилле (отношение умножают на 103), пропромилле или миллионная доля (отношение умножают на 106).
Числовое значение величины при ее оценке в логарифмических единицах представляет собой логарифм отношения двух одноименных физических величин. Относительные логарифмические единицы имеют наименования (бел, фон, октава и др.), в них применяют десятичные, двоичные и натуральные логарифмы. Логарифмические единицы применяют для представления таких величин, как уровень звукового давления, усиление, ослабление, для выражения частотного интервала и т. п. При оценке таких ФВ как уровень звукового давления, усиление, ослабление используют не только базовые единицы, но и кратные. Достаточно часто употребляемыми логарифмическими единицами величин являются 1 бел и 1 децибел (дольная единица от бела, равная 0,1 Б).
Бел определяют как соотношение 1Б = lgР2/Р
1 при Р2 = 10Р1 (где Р2 и 10Р1 – одноименные энергетические величины: мощности, энергии, плотности энергии и т. п.). Следует иметь в виду логарифмический характер связи между величинами. Так, если характеристика усиления электрических мощностей при отношении полученной мощности Р2 к исходной Р1 равна 10, логарифмическая величина усиления будет составлять один бел или 10 дБ, при увеличении или уменьшении мощности в 1000 раз логарифмическая величина усиления составит 3 Б или 30 дБ и т.д.
В наиболее широком смысле к «измерениям» относят последовательность действий, включающую констатацию наличия у объекта некоторого свойства, качественную оценку этого свойства как определенной величины (идентификацию свойства), сопоставление величины, воспроизводимой на объекте, с единицей этой величины, определение их количественного соотношения. Под измерением некоторого свойства можно понимать получение оценки этого свойства при сопоставлении измеряемой величины с единицей, воспроизводимой мерой (непосредственное воспроизведение) или прибором (опосредованное воспроизведение). Измерением свойства также часто называют помещение измеряемого свойства в определенную точку оценочной шкалы с использованием экспертных и/или аппаратурных методов. С этих позиций имеют право на существование как прямые, так и косвенные измерения. Косвенными измерениями называют расчет интересующей исследователя величины по известным зависимостям, в которые входят величины, полученные прямыми измерениями, например, измерения площадей таких плоских фигур, как треугольник или параллелограмм.
В отличие от геометрии, социометрии, антропометрии, и квалиметрии (последняя имеет наиболее широкий набор объектов оценки), метрология занимается измерениями физических величин. Потому мы не будем рассматривать получение экспертных оценок, а сосредоточимся только на измерениях тех параметров, которые подлежат объективной оценке с использованием средств измерений. Такие параметры в большинстве представляют собой физические величины, а их экспериментальные оценки называют аппаратурными или инструментальными в отличие от экспертных (органолептических) оценок, при получении которых инструментарием являются чувства человека.
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 (РМГ 29 -99).
(Из отмененного ГОСТ 16263 –70: Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств
).
Основное уравнение измерения физической величины можно записать в виде
Q = Nq,
где Q – измеряемая физическая величина;
q – единица физической величины;
N – числовое значение физической величины, которым определяется соотношение измеряемой физической величины и единицы, использованной при измерениях.
Из уравнения измерения следует, что в основе любого измерения лежит сравнение исследуемой физической величины с аналогичной величиной определенного размера, принятой за единицу, что обеспечивает нахождение соотношения только в явном виде. Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом. Можно представить однократное преобразование или цепочку преобразований измеряемой физической величины в иную величину, но конечной целью преобразования является получение числа (рисунок 4.1).
Более строго измерение можно представить как получение первичной информации о физической величине и такое ее преобразование, с помощью которого определяют соотношение измеряемой физической величины и единицы этой величины. Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием некоторого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, положенный в основу измерения (измерительного преобразования).
Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений (РМГ 29 – 99).
(Из ГОСТ 16263 –70: Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения).
Как примеры можно рассмотреть измерение температуры с помощью термопары (использование термоэлектрического эффекта), измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение искомой массы по пропорциональной ей силы тяжести, основанное на принципе пропорционального упругого растяжения).
Из примеров видно, что фактически принципы измерений определяются принципами, заложенными в использованные средства измерений. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на определенных принципах преобразования измерительной информации с помощью механических, оптических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных и других устройств (преобразователей). В сложных средствах измерений используют комбинированные принципы, включающих два и более конкретных принципа преобразования, например оптико-механические приборы, фотоэлектрические приборы, электромагнитные приборы и ряд других.
Система единиц МТС впервые была узаконена в 1919 г. во Франции законоположением о единицах измерений (отменена законоположением от 3 мая 1961 года). С 1927 г. система МТС была установлена советскими стандартами как рекомендуемая для механических областей, однако не нашла практического распространения и при утверждении ГОСТ 7664 – 55 «Механические единицы» (ныне отмененного) система не была в него включена.
Внесистемные единицы
Даже самая универсальная система единиц ФВ не может обеспечить нужды всех потребителей. Отсюда очевидна необходимость стандартизации единиц, не входящих в Международную систему единиц ФВ. В стандарт включают единицы, получившие широкое распространение и применяемые по традиции (тонна, гектар, карат) и единицы, применяемые в конкретных областях и обеспечивающие определенные удобства (градус Цельсия, морская миля).
В дополнение к единицам SI (системным), в узаконивающий единицы стандарт включены «внесистемные единицы».
Термин «внесистемная единица» имеет два разных истолкования:
-
единица, не входящая в данную систему единиц ФВ; -
единица, не входящая ни в какую из систем единиц ФВ.
Примеры «внесистемных единиц», не входящих в SI, но являющихся заимствованными из других систем, допущенных стандартом к применению наряду с единицами SI:
-
тонна (единица системы МТС, 1 т = 1 000 кг = 1 Мг); -
минута, час, сутки и др. широко употребляемые единицы времени; -
угловые градус, минута, секунда; -
морская миля, кабельтов, узел; -
атмосфера (единица давления в 1 кгс на площадь 1 см2).
«Внесистемность» таких единиц времени, как минута, час, сутки (кратных основной единице SI – секунде) связана с кратностью, не соответствующей принятой в SI. Для минут и часа кратность принята из шестидесятиричной системы исчисления, а для суток – из двойной двенадцатиричной. Для приведенных угловых единиц также принята шестидесятиричная кратность, но эти углы вовсе системно не связаны с единицей SI – радианом. Морская миля, кабельтов и узел представляют собой самостоятельную систему единиц длины и скорости, используемых в навигации. Их преимуществом по сравнению с единицами SI является согласованность с дугой большого круга Земли, не реализованной при первичном определении метра из-за недостаточной точности измерений.
Атмосфера – единица давления из системы МКГСС, которая соответствует давлению, производимому силой 1 кгс на площадь 1 см2, и названа «атмосферой» ввиду близости ее размера и среднего давления атмосферного воздуха на уровне моря.
К единицам, не входящим ни в какую из систем единиц ФВ, а также не образующим самостоятельные локальные системы, можно отнести такие единицы как ангстрем, икс-единица, световой год, парсек (единицы длины); карат (единица массы); миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба (единицы давления). Сюда же можно отнести такие устаревшие единицы, как «локоть», «аршин», «перестрел» и т.п.
Кроме того, «внесистемными» называют относительные единицы, образованные отношениями одноименных величин или их функционалов. Относительные единицы предназначены для измерения величин, фактически не входящих в систему физических величин, поскольку относительные величины не имеют размерности. Но относительные единицы можно использовать для оценивания соотношений (дольных, кратных) системных физических величин. Относительные единицы могут быть неименованными и именованными (примеры применения единиц: коэффициент полезного действия 0,6; относительная влажность 65 %, содержание алкоголя в крови 1,2 о/оо). Широко используемые именованные относительные единицы – проценты (для получения значения в процентах отношение умножают на 102), промилле (отношение умножают на 103), пропромилле или миллионная доля (отношение умножают на 106).
Числовое значение величины при ее оценке в логарифмических единицах представляет собой логарифм отношения двух одноименных физических величин. Относительные логарифмические единицы имеют наименования (бел, фон, октава и др.), в них применяют десятичные, двоичные и натуральные логарифмы. Логарифмические единицы применяют для представления таких величин, как уровень звукового давления, усиление, ослабление, для выражения частотного интервала и т. п. При оценке таких ФВ как уровень звукового давления, усиление, ослабление используют не только базовые единицы, но и кратные. Достаточно часто употребляемыми логарифмическими единицами величин являются 1 бел и 1 децибел (дольная единица от бела, равная 0,1 Б).
Бел определяют как соотношение 1Б = lgР2/Р
1 при Р2 = 10Р1 (где Р2 и 10Р1 – одноименные энергетические величины: мощности, энергии, плотности энергии и т. п.). Следует иметь в виду логарифмический характер связи между величинами. Так, если характеристика усиления электрических мощностей при отношении полученной мощности Р2 к исходной Р1 равна 10, логарифмическая величина усиления будет составлять один бел или 10 дБ, при увеличении или уменьшении мощности в 1000 раз логарифмическая величина усиления составит 3 Б или 30 дБ и т.д.
МОДУЛЬ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ
В наиболее широком смысле к «измерениям» относят последовательность действий, включающую констатацию наличия у объекта некоторого свойства, качественную оценку этого свойства как определенной величины (идентификацию свойства), сопоставление величины, воспроизводимой на объекте, с единицей этой величины, определение их количественного соотношения. Под измерением некоторого свойства можно понимать получение оценки этого свойства при сопоставлении измеряемой величины с единицей, воспроизводимой мерой (непосредственное воспроизведение) или прибором (опосредованное воспроизведение). Измерением свойства также часто называют помещение измеряемого свойства в определенную точку оценочной шкалы с использованием экспертных и/или аппаратурных методов. С этих позиций имеют право на существование как прямые, так и косвенные измерения. Косвенными измерениями называют расчет интересующей исследователя величины по известным зависимостям, в которые входят величины, полученные прямыми измерениями, например, измерения площадей таких плоских фигур, как треугольник или параллелограмм.
В отличие от геометрии, социометрии, антропометрии, и квалиметрии (последняя имеет наиболее широкий набор объектов оценки), метрология занимается измерениями физических величин. Потому мы не будем рассматривать получение экспертных оценок, а сосредоточимся только на измерениях тех параметров, которые подлежат объективной оценке с использованием средств измерений. Такие параметры в большинстве представляют собой физические величины, а их экспериментальные оценки называют аппаратурными или инструментальными в отличие от экспертных (органолептических) оценок, при получении которых инструментарием являются чувства человека.
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 (РМГ 29 -99).
(Из отмененного ГОСТ 16263 –70: Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств
).
Основное уравнение измерения физической величины можно записать в виде
Q = Nq,
где Q – измеряемая физическая величина;
q – единица физической величины;
N – числовое значение физической величины, которым определяется соотношение измеряемой физической величины и единицы, использованной при измерениях.
Из уравнения измерения следует, что в основе любого измерения лежит сравнение исследуемой физической величины с аналогичной величиной определенного размера, принятой за единицу, что обеспечивает нахождение соотношения только в явном виде. Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом. Можно представить однократное преобразование или цепочку преобразований измеряемой физической величины в иную величину, но конечной целью преобразования является получение числа (рисунок 4.1).
Более строго измерение можно представить как получение первичной информации о физической величине и такое ее преобразование, с помощью которого определяют соотношение измеряемой физической величины и единицы этой величины. Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием некоторого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, положенный в основу измерения (измерительного преобразования).
Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений (РМГ 29 – 99).
(Из ГОСТ 16263 –70: Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения).
Как примеры можно рассмотреть измерение температуры с помощью термопары (использование термоэлектрического эффекта), измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение искомой массы по пропорциональной ей силы тяжести, основанное на принципе пропорционального упругого растяжения).
Из примеров видно, что фактически принципы измерений определяются принципами, заложенными в использованные средства измерений. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на определенных принципах преобразования измерительной информации с помощью механических, оптических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных и других устройств (преобразователей). В сложных средствах измерений используют комбинированные принципы, включающих два и более конкретных принципа преобразования, например оптико-механические приборы, фотоэлектрические приборы, электромагнитные приборы и ряд других.