Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине Техническое регулирование промышленной.doc

Краткая история. Метрология зародилась в древности. На всем пути развития человеческого общества измерения были основой отношений людей между собой и окружающими предметами. При этом вырабатывались единые представления о формах, свойствах предмета, их явлений, а также способы их составления. Для поддержания единства установленных мер еще в древности создавались эталонные меры. К ним относились бережно, хранили в храмах, церквях, как ценности. В начале 1840г. во Франции была введена метрическая система мер. Ее значение оценил Менделеев. По его инициативе в Петербургской академии была учреждена международная организация, которая обеспечивала единообразие средств измерений. В 1875г. на метрологической конференции (в Париже), где участвовало 17 государств, была принята Метрическая конвенция. Долгое время метрология была описательной наукой, но в конце прошлого века поднялась на более качественный уровень. Большой вклад внес Менделеев, руководящий отечественную метрологию. Развитие естественных наук привело к появлению все новых средств измерений. Можно выделить 3 главных функции измерений:

1. Учет продукции, исчислявшейся в массе, длине, объеме, расходу, мощности, энергии.

2. Измерения проводимые для контроля и регулирования технологических процессов и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи.

3. Измерение физической величины, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях и контроле продукции в различных отраслях. От качества СИ зависит эффективность указанных функции. Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрология подразделяется на теоретическую, прикладную и законодательную. Теоретическая метрология – занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практичности применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений которые возводятся в ранг правовых положений, имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.

---

Основы технических измерений. Объектом измерений в метрологии являются физические величины. Физическая величина - применяется для описания материальных систем и объектов, изучаемых в любых науках (физика, химия и т.д.). Величины могут быть основные и производные. Основные – характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Механика базируется на 3 основных величинах, теплотехника –4, физика-7 Основные физические величины (их 7)- длина, масса, время, температура, количество вещества, сила света, сила электротока. От них создаются производные физические величины, их много. Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристику. Отражением качественного различия величин является размерность. Согласно МС ИСО размерность обозначается символом dim (по лат. размерности). Размерность основных физических величин – длина, масса и время обозначаются dim l=L , din m=M, dim t=T. Размерность производной физической величины выражается через размерность основных с помощью степенного одночлена. dim X=L^α*M^β*T^γ ,где L,M,T – основные физические величины, α, β, γ –показатели размерности, т.е. показатель степени в которую возведены размерности основных физических величин. Показатель может быть положительным и отрицательным, целым, дробным или нулем. Если показатель размерности равен 0, то величина называется безразмерной. Величина может быть относительной, определяемой, как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, ln отношения мощностей, или напряжений). Количественной характеристикой величины служит ее размер. Получение информации о размере физические или нефизические величины являются содержанием любого измерения. Простейший способ получения информации заключается в сравнении двух или нескольких величин, что больше или меньше, хуже или лучше. Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалу порядка. Операция расстановки размеров величин в порядке возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для обеспечения измерений по шкале порядка некоторые точки фиксируются в качестве опорных. Техническим шкалам присваивают цифры, это реперные шкалы, часто называют баллами (оценка знаний). По реперным шкалам измеряют твердость минералов, чувствительность пленки, землетрясение измеряется по 12-ти бальной шкале – эта шкала называется международной сейсмической шкалой. Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками. Более совершенна

---

шкала интервалов. Пример: шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы (годы) равные периоду обращения Земли вокруг Солнца. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше др., но и о том насколько больше. Наиболее совершенной является шкала отношений. Пример, температурная шкала Кельвина. В ней за начало отчета принят абсолютный отчет, когда прекращается тепловое движение молекул, более низкой температурой быть не может. 2-ой реперной точкой является таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16⁰С. По этой шкале можно определить не только, на сколько один размер больше другого, но и во сколько раз. В зависимости, на какие интервалы разбита шкала один и тот же размер представляется по-разному. Например, длина перемещения тела на 1 м может быть представлена как L=1м=100см=1000мм. Все 3 варианта являются значениями измеряемой величины – оценками размера физической величины в виде числа принятых для нее единиц. Входящие в него отвлеченное число является числовым значением. Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствия с уравнением.

Q=X [Q], где Q- значение физической величины, X- числовое значение измеряемой величины, принятой в единицах, [Q]- выбранная для измерения единица. Понятие видов и методов измерения. Цель измерения – получение значения, какой либо величины с помощью измерительного прибора, сравнивая величины с единицей, хранимой шкалой этого прибора. Классификация измерений:

1. По характеристике точности – равноточные, ряд измерений выполненных одинаковыми по точности СИ в одних и тех же условиях.

2. По числу измерений:

- однократные

- многократные

3. По отношению к измерению измеряемой величины:

- статистические – измерение физической величины (измерение длины детали при нормальной температуре или измерение размеров земельного участка).

- динамические – измерение изменяющейся по размеру величины (измерение напряжения электрического тока).

4. По выражению результатов измерений

- абсолютная - измерение основанная на прямых измерениях величин и использовании значений физической константы (измерение силы, ускорения свободного падения)

- относительная – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы.

5. - прямые – непосредственные измерения (масса, вес, длина).

---

- косвенные - измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений другой физической величины функционально связанных с искомой величиной (определение твердости металла путем вдавливания стального шарика, определение диаметра с определенной нагрузкой).

Понятие методы измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Классификация методов:

1. По общим приемам получения результатов:

- прямой

- косвенный (сказано выше)

2. По условиям измерения:

- контактный – основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерений (температура).

- бесконтактный – чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерений (радиолокатор).

3. Метод непосредственной оценки и сравнения с мерой:

- непосредственная оценка – определение значения величины по отсчитывающему устройству прибора (термометр, шкала линейки).

- метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы на весах с уравнивающими гарями).

Характеристика средств измерений. Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. СИ классифицируются на:

1. По конструктивному назначению, исполнение здесь СИ подразделяются на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

2. По метрологическому назначению.

Меры физической величины СИ предназначены для воспроизведения и хранения физической величины физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря, калибр); многозначные (масштабная линейка); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств – компараторов (рычажные весы). К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). Существуют СИ состава и СИ свойств. СИ состава вещества – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале). СИ свойств вещества – стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и др. свойства. Новые СИ допускаются к использованию при условии прохождения или метрологической аттестации. Метрологическая аттестация проводится органами метрологической службы.

---

Измерительные преобразователи (ИП) – СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. ИП различают аналоговый (АП), цифро-аналоговые (ЦАП), аналого-цифровые. Измерительные приборы – СИ, предназначенные для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Прибор содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, доступной для восприятия. Приборы могут быть показывающие и регистрирующие. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и др. устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Пример – установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. Такую измерительную установку иногда называют испытательным стендом. Измерительная система, совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и др. технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Пример- радионавигационная система для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга. Современная измерительная техника – это автоматизированные измерительные системы (АИС), информационно-вычислительные комплексы (ИВК). По метрологическому назначению СИ подразделяются на рабочие эталоны. Рабочие СИ (РСИ) – предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть:

1. лабораторными, используемые при научных исследованиях.

2. производственными, используемые для контроля характеристик технологических процессов качества продукции, отпуска товаров.

3. полевыми, используемые при эксплуатации самолетов, автомобилей, речных и морских судов.

Эталоны – являются высокоточными СИ, поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единиц. Цель проверки установление пригодности СИ к применению. Самые современные эталонные базы в США, Японии и России. Метрологические свойства и метрологические характеристики СИ.

---