Метрологія – наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

Теоретична (фундаментальна) метрологія - Розділ метрології предметом якого є розробка фундаментальних основ метрології.

Законодавча метрологія – розділ метрології, предметом якого є встановлення обов'язкових технічних та юридичних вимог щодо застосування одиниць фізичних величин, еталонів, методів та засобів вимірювань, спрямованих на забезпечення єдності та необхідності точності вимірювань на користь суспільства.

Практична (прикладна) метрологія - Розділ метрології, предметом якого є питання практичного застосування розробок теоретичної метрології та положень законодавчої метрології.

(Гранєєв)

Фізична величина - властивість, загальна у якісному відношенні для безлічі об'єктів та індивідуальна у кількісному відношенні для кожного з них.

Розмір фізичної величини – кількісний зміст властивості (або вираз розміру фізичної величини), що відповідає поняттю «фізична величина», властиве даному об'єкту .

Значення фізичної величини - кількісна оцінка вимірюваної величини як деякого числа прийнятих цієї величини одиниць.

Одиниця виміру фізичної величини – фізична величина фіксованого розміру, якій присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці, та застосовувана для кількісного вираження однорідних із нею фізичних величин.

При вимірах використовують поняття істинного та дійсного значення фізичної величини. Справжнє значення фізичної величини - Значення величини, яке ідеальним чином характеризує в якісному і кількісному відношенні відповідну фізичну величину. Справжнє значення фізичної величини - Це значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до справжнього значення, що в поставленій вимірювальній задачі може бути використане замість нього.

Вимірювання - знаходження значення фізичної величини досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Основні ознаки поняття «вимірювання»:

а) можна вимірювати властивості реально існуючих об'єктів пізнання, тобто фізичні величини;

б) вимір вимагає проведення дослідів, т. е. теоретичні міркування чи розрахунки що неспроможні замінити експеримент;

в) для проведення дослідів потрібні спеціальні технічні засоби - засоби вимірювань,наведені у взаємодію Космосу з матеріальним об'єктом;

г) результатом вимірує значення фізичної величини.

Характеристики вимірювань: принцип та метод вимірювань, результат, похибка, точність, збіжність, відтворюваність, правильність та достовірність.

Принцип виміру – фізичне явище чи ефект, покладене основою вимірів. Наприклад:

Метод виміру – прийом чи сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірів. Наприклад:

Результат виміру – значення величини, одержане шляхом її вимірювання.

Похибка результату вимірювань – відхилення результату вимірів від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини.

Точність результату вимірювань – одна з характеристик якості вимірів, що відбиває близькість до нуля похибки результату виміру.

Збіжність результатів вимірів – близькість один до одного результатів вимірювань однієї й тієї ж величини, виконаних повторно одними й тими самими засобами, тим самим методом в однакових умовах і з однаковою ретельністю. Збіжність вимірів відбиває вплив випадкових похибок на результат виміру.

Відтворюваність – близькість результатів вимірювань однієї й тієї ж величини, отриманих у різних місцях, різними методами та засобами, різними операторами, у різний час, але наведених до тих самих умов (температура, тиск, вологість та ін.).

Правильність - характеристика якості вимірів, що відбиває близькість до нуля систематичних похибок у тому результатах.

Достовірність – характеристика якості вимірювань, що відображає довіру до їх результатів, яка визначається ймовірністю (довірчою) того, що справжнє значення вимірюваної величини знаходиться у зазначених межах (довірчих).

Сукупність величин, пов'язаних між собою залежностями, утворюють систему фізичних величин. Одиниці, що утворюють якусь систему, називають системними одиницями, а одиниці, що не входять до жодної системи, - позасистемними.

У 1960р. 11 Генеральна конференція з мір і ваг затвердила Міжнародну систему одиниць – СІ, яка включає систему одиниць МКС (механічні одиниці) і систему МКСА (електричні одиниці).

Системи одиниць будуються з основних та похідних одиниць. Основні одиниці утворюють мінімальний набір незалежних вихідних одиниць, а похідні одиниці є різними комбінаціями основних одиниць.

Види та методи вимірювань

Для виконання вимірювань необхідне здійснення наступних вимірювальних операцій: відтворення, порівняння, вимірювального перетворення, масштабування.

Відтворення величини заданого розміру – операція створення вихідного сигналу із заданим розміром інформативного параметра, т. е. величиною напруги, струму, опору тощо. буд. Ця операція реалізується засобом вимірів – мірою.

Порівняння - Визначення співвідношення між однорідними величинами, що здійснюється шляхом їх віднімання. Ця операція реалізується пристроєм порівняння (компаратором).

Вимірювальне перетворення - Операція перетворення вхідного сигналу у вихідний, що реалізується вимірювальним перетворювачем.

Масштабування – створення вихідного сигналу, однорідного з вхідним, розмір інформативного параметра якого пропорційний до разу розміру інформативного параметра вхідного сигналу. Масштабне перетворення реалізується у пристрої, який називається масштабним перетворювачем.

Класифікація вимірів:

за кількістю вимірів – одноразові,коли виміри виконують один раз, і багаторазові- Ряд одноразових вимірювань фізичної величини одного і того ж розміру;

характеристиці точності – рівноточні– це ряд вимірювань будь-якої величини, виконаних однаковими за точністю засобами вимірювань в одних і тих же умовах з однаковою ретельністю, та нерівноточні, коли ряд вимірювань будь-якої величини виконується засобами вимірювань, що розрізняються по точності, і в різних умовах;

характеру зміни часу вимірюваної величини – статичні,коли значення фізичної величини вважається незмінним протягом часу вимірювання, та динамічні- Виміри змінюються за розміром фізичної величини;

способу подання результатів вимірювань – абсолютнівимірювання величини в її одиницях, та відносні- Вимірювання змін величини по відношенню до однойменної величини, що приймається за вихідну.

способу отримання результату виміру (спосіб обробки експериментальних даних) – прямі і непрямі, які ділять на сукупні чи спільні.

Прямий вимір - вимір, у якому шукане значення величини знаходять безпосередньо з дослідних даних у результаті виконання виміру. Приклад прямого виміру - вимір вольтметром напруги джерела.

Непрямий вимір - вимір, при якому шукане значення величини знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною та величинами, що піддаються прямим вимірам. При непрямому вимірі значення вимірюваної величини набувають шляхом вирішення рівняння х =F(х1, х2, х3,...., хn),де х1, х2, х3,...., хn -значення величин, одержаних прямими вимірами.

Приклад непрямого виміру: опір резистора R знаходять із рівняння R=U/I,в яке підставляють виміряні значення падіння напруги Uна резистори та струму I через нього.

Спільні виміри - одночасні вимірювання кількох неодноєменних величин для знаходження залежності між ними. При цьому вирішують систему рівнянь

F(х1, х2, х3, ...., хn, х1, х2, х3, ...., хḿ) = 0;

F(х1, х2, х3, ...., хn, х1΄, х2, х3, ..., хm) = 0;

…………………………………………………

F(х1, х2, х3, ...., хn, х1(n), х2(n), х3(n), ...., хm(n)) = 0,

де х1, х2, х3, ...., хn - шукані величини; х1, х2, х3, ...., хḿ; х1΄, х2, х3, ..., хm; х1(n), х2(n), х3(n), ...., хm(n) - значення виміряних величин.

Приклад сумісного виміру: визначають залежність опору резистора від температури Rt = R0(1 + At + Bt2); вимірюючи опір резистора при трьох різних температурах, складають систему з трьох рівнянь, з яких знаходять параметри R0, А і залежно.

Сукупні виміри - одночасні виміри кількох однойменних величин, у яких шукані значення величин знаходять рішенням системи рівнянь, складених з результатів прямих вимірів різних поєднань цих величин.

Приклад сукупного виміру: вимір опорів резисторів, з'єднаних трикутником, шляхом вимірювання опорів між різними вершинами трикутника; за результатами трьох вимірів визначають опори резисторів.

Взаємодія засобів вимірів з об'єктом ґрунтується на фізичних явищах, сукупність яких становить принцип вимірів , а сукупність прийомів використання принципу та засобів вимірювань називають методом вимірів .

Методи вимірукласифікують за такими ознаками:

за фізичним принципом покладеним в основу виміру - електричні, механічні, магнітні, оптичні тощо;

ступеня взаємодії засобу та об'єкта вимірювання – контактний та безконтактний;

режиму взаємодії засобу та об'єкта виміру – статичні та динамічні;

виду вимірювальних сигналів – аналогові та цифрові;

організації порівняння вимірюваної величини із мірою – методи безпосередньої оцінки та порівняння із мірою.

При метод безпосередньої оцінки (відліку)Значення вимірюваної величини визначають безпосередньо по відлікового пристрою вимірювального приладу прямого перетворення, шкала якого заздалегідь була градуйована за допомогою багатозначної міри, що відтворює відомі значення вимірюваної величини. У приладах прямого перетворення в процесі вимірювання оператором проводиться порівняння положення покажчика відлікового пристрою та шкали, за якою проводиться відлік. Вимірювання сили струму за допомогою амперметра - приклад вимірювання методом безпосередньої оцінки.

Методи порівняння з мірою - методи, при яких проводиться порівняння вимірюваної величини та величини, що відтворюється мірою. Порівняння може бути безпосереднім або опосередкованим через інші величини, пов'язані з першими однозначно. Відмінною рисою методів порівняння є безпосередня участь у процесі вимірювання міри відомої величини, однорідної з вимірюваною.

Група методів порівняння з мірою включає наступні методи: нульовий, диференціальний, заміщення і збіги.

При нульовому методі вимірювання різниця вимірюваної величини та відомої величини або різниця ефектів, вироблених вимірюваної та відомої величинами, зводиться в процесі вимірювання до нуля, що фіксується високочутливим приладом - нуль-індикатором. При високій точності заходів, що відтворюють відому величину, і високій чутливості нуль-індикатора може бути досягнута висока точність вимірювань. Прикладом застосування нульового методу є вимірювання опору резистора за допомогою чотириплечого мосту, в якому падіння напруги на резисторі.

з невідомим опором врівноважується падінням напруги на резисторі відомого опору.

При диференційному методі різницю вимірюваної величини і величини відомої, відтворюваної мірою, вимірюється за допомогою вимірювального приладу. Невідома величина визначається за відомою величиною та виміряною різницею. В цьому випадку врівноваження вимірюваної величини відомою величиною проводиться не повністю і в цьому полягає відмінність диференціального методу від нульового. Диференціальний метод також може забезпечити високу точність вимірювання, якщо відома величина відтворюється з високою точністю і різниця між нею та невідомою величиною мала.

Як приклад вимірювання з використанням цього методу є вимірювання напруги Ux постійного струму за допомогою дискретного дільника R напруги U та вольтметра V (рис. 1). Невідома напруга Ux = U0 + Ux, де U0 - відома напруга, Ux -виміряна різниця напруг.

При метод заміщення проводиться почергове підключення на вхід приладу вимірюваної величини та відомої величини та за двома показаннями приладу оцінюється значення невідомої величини. Найменша похибка вимірювання виходить у тому випадку, коли в результаті підбору відомої величини прилад дає той самий вихідний сигнал, що і при невідомій величині. При цьому методі може бути отримана висока точність вимірювання за високої точності міри відомої величини та високої чутливості приладу. Прикладом цього методу є точне вимірювання малої напруги за допомогою високочутливого гальванометра, до якого спочатку підключають джерело невідомої напруги і визначають відхилення покажчика, а потім за допомогою регульованого джерела відомої напруги домагаються того ж відхилення покажчика. При цьому відома напруга дорівнює невідомому.

При методі збігу вимірюють різницю між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, використовуючи збіг позначок шкал або періодичних сигналів. Прикладом цього методу є вимірювання частоти обертання деталі за допомогою миготливої ​​лампи стробоскопа: спостерігаючи положення мітки на деталі, що обертається в моменти спалахів лампи, по частоті спалахів і зміщення мітки визначають частоту обертання деталі.

КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ

Засіб вимірювань (СІ) – технічний засіб, призначений для вимірювань, нормовані метрологічні характеристики, що відтворює та (або) зберігає одиницю фізичної величини, розмір якої приймають незмінним (у межах встановленої похибки) протягом відомого інтервалу часу.

За призначенням СІ поділяються на заходи, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні прилади, вимірювальні установки та вимірювальні системи.

Міра – засіб вимірів, призначений для відтворення та (або) зберігання фізичної величини одного або декількох заданих розмірів, значення яких виражені у встановлених одиницях та відомі з необхідною точністю. Розрізняють заходи:

- однозначні- Відтворюють фізичну величину одного розміру;

- багатозначні –що відтворюють фізичну величину різних розмірів;

- набір заходів- Комплект заходів різного розміру однієї і тієї ж фізичної величини, призначених для практичного застосування як окремо, так і в різних поєднаннях;

- магазин заходів –набір заходів конструктивно об'єднаних в єдиний пристрій, в якому є пристрої для їх з'єднання в різних комбінаціях.

Вимірювальний перетворювач – технічний засіб з нормативними метрологічними характеристиками, що служить для перетворення вимірюваної величини в іншу величину або сигнал зручний для обробки. Це перетворення має виконуватися із заданою точністю та забезпечувати необхідну функціональну залежність між вихідним та вхідним величинами перетворювача.

Вимірювальні перетворювачі можуть бути класифіковані за ознаками:

за характером перетворення розрізняють такі види вимірювальних перетворювачів: електричних величин електричні, магнітних електричні, неелектричних електричні;

місцю у вимірювальному ланцюзі та функцій розрізняють первинні, проміжні, масштабні та передавальні перетворювачі.

Вимірювальний пристрій - засіб вимірювань, призначений для отримання значень фізичної величини, що вимірюється у встановленому діапазоні.

Вимірювальні прилади поділяються:

за формою реєстрації вимірюваної величини – на аналогові та цифрові;

застосування - амперметри, вольтметри, частотоміри, фазометри осцилографи і т. д.;

призначенню – прилади для вимірювання електричних та неелектричних фізичних величин;

дії – інтегруючі та підсумовуючі;

способу індикації значень вимірюваної величини – що показують, сигналізують та реєструють;

методу перетворення вимірюваної величини - безпосередньої оцінки (прямого перетворення) та порівняння;

способу застосування та конструкції – щитові, переносні, стаціонарні;

захищеності від впливу зовнішніх умов – звичайні, волого-, газо-, пилозахищені, герметичні, вибухобезпечні та ін.

Вимірювальні установки – сукупність функціонально об'єднаних заходів, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів та інших пристроїв, призначена для вимірювання однієї або декількох фізичних величин і розташована в одному місці.

Вимірювальна система – сукупність функціонально об'єднаних заходів, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів, ЕОМ та інших технічних засобів, розміщених у різних точках контрольованого об'єкта з метою вимірювань однієї або декількох фізичних величин, властивих цьому об'єкту, та вироблення вимірювальних сигналів у різних цілях. Залежно від призначення вимірювальні системи поділяють інформаційні, контролюючі, управляючі та інших.

Вимірювально-обчислювальний комплекс функціонально об'єднана сукупність засобів вимірювань, ЕОМ та допоміжних пристроїв, призначена для виконання у складі вимірювальної системи конкретної вимірювальної задачі.

По метрологічних функцій СІ поділяються на зразки та робочі засоби вимірів.

Еталон одиниці фізичної величини – засіб вимірювань (або комплекс засобів вимірювань), призначений для відтворення та (або) зберігання одиниці та передачі її розміру нижчим за перевірочною схемою засобам вимірювань та затверджений як зразок у встановленому порядку.

Робочий засіб вимірювання – це засіб вимірів, використовуване у практиці вимірів і пов'язані з передачею одиниць розміру фізичних величин іншим засобам вимірів.

МЕТРОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАНЬ

Метрологічна характеристика засобу вимірювань характеристика однієї з властивостей засобу вимірів, що впливає на результат та похибка його вимірів. Метрологічні характеристики, які встановлюються нормативно-технічними документами, називають нормованими метрологічними характеристиками,а зумовлені експериментально – дійсними метрологічними характеристиками.

Функція перетворення (статична характеристика перетворення) – функціональна залежність між інформативними параметрами вихідного та вхідного сигналів засобу вимірювань.

Похибка СІ - найважливіша метрологічна характеристика, що визначається як різницю між показанням засобу вимірювань та істинним (дійсним) значенням вимірюваної величини.

Чутливість СІ - властивість засобу вимірювань, що визначається ставленням зміни вихідного сигналу цього засобу до його зміни вимірюваної величини, що викликає. Розрізняють абсолютну та відносну чутливість. Абсолютну чутливість визначають за формулою

Відносну чутливість – за формулою

,

де ΔY - Зміна сигналу на виході; ΔX – зміна вимірюваної величини, Х – вимірювана величина.

Ціна розподілу шкали ( постійна приладу ) – різницю значення величини, що відповідає двом сусіднім позначкам шкали СІ.

Поріг чутливості – найменше значення зміни фізичної величини, починаючи з якого може здійснюватися її вимірювання цим засобом. Поріг чутливості у одиницях вхідної величини.

Діапазон вимірювань - область значень величини, у межах якої нормовані межі похибки СІ, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу та зверху (ліворуч та праворуч), називають відповідно нижнім та верхніммежею вимірів. Область значень шкали приладу, обмежену початковими та кінцевими значеннями шкали, називають діапазон показань.

Варіація свідчень максимальна варіація вихідного сигналу приладу за постійних зовнішніх умов. Вона є наслідком тертя та люфтів у вузлах приладів, механічного та магнітного гістерези елементів та ін.

Варіація вихідного сигналу це різниця між значеннями вихідного сигналу, відповідними одному й тому дійсному значенню вхідної величини при повільному підході зліва і праворуч до обраного значення вхідної величини.

Динамічні характеристики, т. е. характеристики інерційних властивостей (елементів) вимірювального пристрою, що визначають залежність вихідного сигналу СІ від величин, що змінюються в часі: параметрів вхідного сигналу, зовнішніх впливових величин, навантаження.

КЛАСИФІКАЦІЯ ПОХІДНОСТЕЙ

Процедура виміру складається з наступних етапів: прийняття моделі об'єкта виміру, вибір методу виміру, вибір СІ, проведення експерименту для отримання результату. У результаті результат виміру відрізняється від справжнього значення вимірюваної величини на деяку величину, яка називається похибкою вимірювання. Вимір можна вважати закінченим, якщо визначена величина, що вимірюється, і зазначена можлива ступінь її відхилення від істинного значення.

За способом вираження похибки засобів виміру поділяються на абсолютні, відносні та наведені.

Абсолютна похибка - Похибка СІ, виражена в одиницях вимірюваної фізичної величини:

Відносна похибка - Похибка СІ, виражена ставленням абсолютної похибки засобу вимірювань до результату вимірювань або до дійсного значення виміряної фізичної величини:

Для вимірювального приладу γотн характеризує похибку у цій точці шкали, залежить від значення вимірюваної величини і має найменше значення в кінці шкали приладу.

Наведена похибка – відносна похибка, виражена ставленням абсолютної похибки СІ до умовно прийнятого значення величини, постійному у всьому діапазоні вимірювань або в частині діапазону:

де Хнорм – нормуюче значення, т. е. деяке встановлене значення, щодо якого розраховується похибка. Нормуючим значенням може бути верхня межа вимірювань СІ, діапазон вимірювань, довжина шкали і т.д.

З причин і умов виникнення похибки засобів вимірювання поділяються на основну та додаткову.

Основна похибка – це похибка СІ, що у нормальних умовах експлуатації.

Додаткова похибка – складова похибки СІ, що виникає додатково до основної похибки внаслідок відхилення будь-якої з величин, що впливають від нормального її значення або внаслідок її виходу за межі нормальної області значень.

Межа основної похибки, що допускається - найбільша основна похибка, коли СІ може бути визнано придатним і допущено до застосування з технічних умов.

Межа допустимої додаткової похибки – це найбільша додаткова похибка, при якій засіб вимірювання може бути допущений до застосування.

Узагальнена характеристика даного типу засобів вимірювань, як правило, відображає рівень їх точності, що визначається межами основних і додаткових похибок, що допускаються, а також іншими характеристиками, що впливають на точність, називається класом точності СІ.

Систематична похибка – складова похибки засобу вимірювань, яка приймається за постійну або закономірно змінюється.

Випадкова похибка – складова похибки СІ, що змінюється випадковим чином.

Промахи – грубі похибки, пов'язані з помилками оператора чи неврахованими зовнішніми впливами.

Залежно від значення вимірюваної величини похибки СІ поділяють на адитивні, які не залежать від значення вхідної величини Х і мультиплікативні - пропорційні Х.

Адитивна похибка Δадд не залежить від чутливості приладу та є постійною за величиною для всіх значень вхідної величини Х у межах діапазону вимірювань. Приклад: похибка нуля, похибка дискретності (квантування) цифрових приладів. Якщо приладу властива лише адитивна похибка або вона істотно перевищує інші складові, то межу допустимої основної похибки нормують у вигляді наведеної похибки.

Мультиплікативна похибка залежить від чутливості приладу та змінюється пропорційно до поточного значення вхідної величини. Якщо приладу притаманна лише мультиплікативна похибка або вона істотна, то межу відносної похибки, що допускається, виражають у вигляді відносної похибки. Клас точності таких СІ позначають одним числом, поміщеним у кружок і рівним межі відносної похибки, що допускається.

Залежно від впливу характеру зміни вимірюваної величини похибки СІ поділяють на статичні та динамічні.

Статичні похибки – похибка СІ, що застосовується при вимірі фізичної величини, що приймається за незмінну.

Динамічна похибка – похибка СІ, що виникає при вимірі фізичної величини, що змінюється (у процесі вимірювань), що є наслідком інерційних властивостей СІ.

СИСТЕМАТИЧНІ ПОХИБНИКИ

За характером зміни систематичні похибки поділяють на постійні (що зберігають величину і знак) і змінні (які змінюються за законом).

З причин виникнення систематичні похибки поділяють на методичні, інструментальні та суб'єктивні.

Методичні похибкивиникають внаслідок недосконалості, неповноти теоретичних обґрунтувань прийнятого методу вимірювання, використання спрощують припущень і припущень при виведенні формул, що застосовуються, через неправильний вибір вимірюваних величин.

Найчастіше методичні похибки носять систематичний характер, котрий іноді випадковий (наприклад, коли коефіцієнти робочих рівнянь методу виміру залежить від умов виміру, змінюються випадковим чином).

Інструментальні похибкиобумовлюються властивостями застосовуваних СІ, їх впливом на об'єкт вимірювань, технологією та якістю виготовлення.

Суб'єктивні похибкивикликаються станом оператора, проводить вимірювання, його становищем під час роботи недосконалістю органів чуття, ергономічними властивостями засобів вимірів – усе це позначається точності візирования.

Виявлення причин та виду функціональної залежності дозволяє компенсувати систематичну похибку введенням у результат виміру відповідних поправок (поправочних множників).

ВИПАДКОВІ ПОХИБНИКИ

Повним описом випадкової величини, отже і похибки, є її закон розподілу, яким визначається характер появи різних результатів окремих вимірів.

У практиці електричних вимірів трапляються різні закони розподілу, деякі з яких розглянуті нижче.

Нормальний закон розподілу (закон Гаусса).Цей закон є одним із найпоширеніших законів розподілу похибок. Пояснюється це тим, що у багатьох випадках похибка виміру утворюється під впливом великої сукупності різних, незалежних друг від друга причин. На підставі центральної граничної теореми теорії ймовірностей результатом дії цих причин буде похибка, розподілена за нормальним законом за умови, що жодна з цих причин не є істотно переважаючою.

Нормальний закон розподілу похибок описується формулою

де ω(Δx) -щільність ймовірності похибки Δx; σ[Δx]-середнє квадратичне відхилення похибки; Δxc - систематична складова похибки.

Вид нормального закону подано на рис. 1,а для двох значень σ[Δx]. Так як

То закон розподілу випадкової складової похибки

має той самий вид (рис 1,б) і описується виразом

де - Середнє квадратичне відхилення випадкової складової похибки; = σ [Δx]

Рис. 1. Нормальний закон розподілу похибки вимірювань (а) та випадкової складової похибки вимірювань (б)

Таким чином, закон розподілу похибки Δx відрізняється від закону розподілу випадкової складової похибки тільки зрушенням по осі абсцис на величину систематичної складової похибки Δхс.

З теорії ймовірностей відомо, що площа під кривою густини ймовірності характеризує ймовірність появи похибки. З рис.1, видно, що можливість Рпояви похибки в діапазоні ± при більшій, ніж при (площі, що характеризують ці ймовірності, заштриховані). Повна площа під кривою розподілу завжди дорівнює 1, тобто повної ймовірності.

Враховуючи це, можна стверджувати, що похибки, абсолютні значення яких перевищують, з'являються з ймовірністю, що дорівнює 1 - Р,яка при меншій, ніж при . Отже, що менше , то рідше зустрічаються великі похибки, тим точніше виконані виміри. Таким чином, Середнє квадратичне відхилення можна використовувати для характеристики точності вимірювань:

Рівномірний закон розподілу.Якщо похибка вимірювань з однаковою ймовірністю може набувати будь-яких значень, які не виходять за деякі межі, то така похибка описується рівномірним законом розподілу. При цьому густина ймовірності похибки ω(Δx) постійна всередині цих кордонів і дорівнює нулю поза цими межами. Рівномірний закон розподілу подано на рис. 2. Аналітично він може бути записаний так:

При -Δx1 ≤ Δx ≤ + Δx1;

Рис 2. Рівномірний закон розподілу

З таким законом розподілу добре узгоджується похибка від тертя в опорах електромеханічних приладів, невиключені залишки систематичних похибок, похибка дискретності в цифрових приладах.

Трапецієподібний закон розподілу.Цей розподіл графічно зображено на рис.3, а.Похибка має такий закон розподілу, якщо вона утворюється із двох незалежних складових, кожна з яких має рівномірний закон розподілу, але ширина інтервалу рівномірних законів різна. Наприклад, при послідовному з'єднанні двох вимірювальних перетворювачів, один з яких має похибку, рівномірно розподілену в інтервалі ±Δx1, а інший - рівномірно розподілену в інтервалі ± Δx2, сумарна похибка перетворення описуватиметься трапецієподібним законом розподілу.

Трикутний закон розподілу (закон Сімпсона).Цей розподіл (див. рис.3, б)є окремим випадком трапецієподібного, коли складові мають однакові рівномірні закони розподілу.

Двохмодальні закони розподілу.У практиці вимірів зустрічаються двомодальні закони розподілу, т. е. закони розподілу, мають два максимуми щільності ймовірності. У двомодальний закон розподілу, який може бути в приладах, що мають похибку від люфта кінематичних механізмів або від гістерези при перемагнічуванні деталей приладу.

Рис.3. Трапецієподібний (а)та трикутний (б) закони розподілу

Імовірнісний підхід до опису похибок. Точкові оцінки законів розподілу.

Коли при проведенні з однаковою ретельністю та в однакових умовах повторних спостережень однієї й тієї ж постійної величини отримуємо результати. що відрізняються один від одного, це свідчить про наявність у них випадкових похибок. Кожна така похибка виникає внаслідок одночасного на результат спостереження багатьох випадкових обурень і сама є випадковою величиною. У цьому випадку передбачити результат окремого спостереження та виправити його запровадженням поправки неможливо. Можна лише з певною часткою впевненості стверджувати, що справжнє значення вимірюваної величини знаходиться в межах розкиду результатів спостережень від л>. Т до Хп. ах, де хт.Ат<а - соответственно, нижняя и верхняя границы разброса. Однако остается неясным, какова вероятность появления того или ^иного значения погрешности, какое из множества лежащих в этой области значений величины принять за результат измерения и какими показателями охарактеризовать случайную погрешность результата. Для ответа на эти вопросы требуется принципиально иной, чем при анализе систематических погрешностей, подход. Подход этот основывается на рассмотрении результатов наблюдений, результатов измерений и случайных погрешностей как случайных величин. Методы теории вероятностен и математической статистики позволяют установить вероятностные (статистические) закономерности появления случайных погрешностей и на основании этих закономерностей дать количественные оценки результата измерения и его случайной погрешности

Насправді все результати вимірів і випадкові похибки є величинами дискретними, т. е. величинами xi, можливі значення яких відокремлені друг від друга і піддаються рахунку. При використанні дискретних випадкових величин виникає завдання знаходження точкових оцінок параметрів їх функцій розподілу на підставі вибірок -ряду значень xi, що приймаються випадковою величиною x у n незалежних дослідах. Вибірка, що використовується, повинна бути репрезентативної(представницької), тобто має досить добре представляти пропорції генеральної сукупності.

Оцінка параметра називається точкової,якщо вона виражається одним числом. Завдання знаходження точкових оцінок - окремий випадок статистичного завдання знаходження оцінок параметрів функції розподілу випадкової величини на підставі вибірки. На відміну від самих параметрів, їх точкові оцінки є випадковими величинами, причому їх значення залежать від обсягу експериментальних даних, а закон

розподілу – від законів розподілу самих випадкових величин.

Точкові оцінки можуть бути заможними, незміщеними та ефективними. Заможноюназивається оцінка, яка зі збільшенням обсягу вибірки прагне ймовірності до справжнього значення числової характеристики. Незміщеноюназивається оцінка, математичне очікування якої дорівнює оцінюваної числової характеристики. Найбільш ефективноювважають ту з кількох можливих незміщених оцінок, яка має найменшу дисперсію. Вимога незміщеності практично не завжди доцільно, оскільки оцінка з невеликим зміщенням і малої дисперсією може виявитися краще несмещенной оцінки з великою дисперсією. Насправді який завжди вдається задовольнити одночасно всі ці вимоги, проте вибору оцінки має передувати її критичний аналіз з усіх перелічених точок зору.

Найбільш поширеним методом отримання оцінок є метод найбільшої правдоподібності, який призводить до асимптотично незміщених та ефективних оцінок з приблизно нормальним розподілом. Серед інших методів можна назвати методи моментів та найменших квадратів.

Точковою оцінкою МО результату вимірювань є середнє арифметичне значеннявимірюваної величини

За будь-якого закону розподілу воно є заможною та незміщеною оцінкою, а також найбільш ефективною за критерієм найменших квадратів.

Точкова оцінка дисперсії, що визначається за формулою

є незміщеною та заможною.

СКО випадкової величини x визначається як корінь квадратний з дисперсії. Відповідно, його оцінка може бути знайдена шляхом вилучення кореня з оцінки дисперсії. Однак ця операція є нелінійною процедурою, що призводить до зміщення одержуваної таким чином оцінки. Для виправлення оцінки СКО вводять поправний множник k(n), який залежить від числа спостережень n. Він змінюється від

k(3) = 1,13 до k(∞) ≈ 1.03. Оцінка середнього квадратичного відхилення

Отримані оцінки МО та СКО є випадковими величинами. Це проявляється в тому, що при повтореннях серій з n спостережень щоразу виходитимуть різні оцінки та . Розсіювання цих оцінок доцільно оцінювати за допомогою СКО Sx Sσ.

Оцінка СКО середнього арифметичного значення

Оцінка СКО середнього квадратичного відхилення

Звідси випливає, що відносна похибка визначення СКО може бути

оцінена як

.

Вона залежить тільки від ексцесу та числа спостережень у вибірці і не залежить від СКО, тобто тієї точності, з якою виробляються виміри. З огляду на те, що велика кількість вимірювань проводиться відносно рідко, похибка визначення може бути дуже істотною. У будь-якому випадку вона більше похибки через зміщення оцінки, обумовлену вилученням квадратного кореня і усувається поправним множником k(n). У зв'язку з цим на практиці нехтують урахуванням зміщення оцінки СКО окремих спостережень і визначають його за формулою

тобто вважають k(n) = 1.

Іноді виявляється зручніше використовувати такі формули для розрахунку оцінок СКО окремих спостережень та результату виміру:

Точкові оцінки інших параметрів розподілу використовуються значно рідше. Оцінки коефіцієнта асиметрії та ексцесу знаходяться за формулами

Визначення розсіювання оцінок коефіцієнта асиметрії та ексцесу описується різними формулами залежно від виду розподілу. Короткий огляд цих формул наведено у літературі.

Імовірнісний підхід до опису випадкових похибок.

Центр та моменти розподілу.

В результаті вимірювання набувають значення вимірюваної величини у вигляді числа у прийнятих одиницях величини. Похибка вимірювання також зручно виражати у вигляді числа. Проте похибка виміру є випадковою величиною, вичерпним описом якої може лише закон розподілу. З теорії ймовірностей відомо, що закон розподілу можна охарактеризувати числовими характеристиками (невипадковими числами), які використовуються для кількісної оцінки похибки.

Основними числовими характеристиками законів розподілу є математичне очікування та дисперсія, які визначаються виразами:

де М- Символ математичного очікування; D -дисперсії символ.

Математичне очікування похибкивимірювань є невипадковою величиною, щодо якої розсіюються інші значення похибок при повторних вимірах. Математичне очікування характеризує систематичну складову похибки виміру, тобто М [Δх] = ΔxC. Як числова характеристика похибки

М [Δх] свідчить про зміщеність результатів вимірювання щодо істинного значення вимірюваної величини.

Дисперсія похибки D [Δх] характеризує ступінь розсіювання (розкиду) окремих значень похибки щодо математичного очікування. Оскільки розсіювання відбувається з допомогою випадкової складової похибки то .

Чим менший дисперсія, тим менший розкид, тим точніше виконані виміри. Отже, дисперсія може бути характеристикою точності проведених вимірів. Проте дисперсія виявляється у одиницях похибки у квадраті. Тому як числову характеристику точності вимірювань використовують середнє квадратичне відхилення з позитивним знаком і виражається в одиницях похибки.

Зазвичай під час проведення вимірів прагнуть отримати результат виміру з похибкою, не перевищує допустиме значення. Знання тільки середнього квадратичного відхилення не дозволяє знайти максимальну похибку, яка може зустрітися при вимірах, що свідчить про обмежені можливості такої числової характеристики похибки, як σ[Δx] . Більше того, за різних умов вимірів, коли закони розподілу похибок можуть відрізнятися один від одного, похибка зменшою дисперсією може набувати більших значень.

Максимальні значення похибки залежить не тільки від σ[Δx] , а й від виду закону розподілу. Коли розподіл похибки теоретично необмежено, наприклад, при нормальному законі розподілу, похибка може бути будь-якою за значенням. В цьому випадку можна лише говорити про інтервал, за межі якого похибка не вийде з певною ймовірністю. Цей інтервал називають довірчим інтервалом,що характеризує його ймовірність - довірчою ймовірністю,а межі цього інтервалу – довірчими значеннями похибки.

У практиці вимірів застосовують різні значення довірчої ймовірності, наприклад: 0,90; 0,95; 0,98; 0,99; 0,9973 та 0,999. Довірчий інтервал і вірогідність вибирають залежно від конкретних умов вимірювань. Так, наприклад, при нормальному законі розподілу випадкових похибок із середнім квадратичним відхиленням часто користуються довірчим інтервалом від до, для якого довірча ймовірність дорівнює

0,9973. Така довірча ймовірність означає, що в середньому із 370 випадкових похибок лише одна похибка за абсолютним значенням буде.

більше. Так як на практиці число окремих вимірів рідко перевищує кілька десятків, поява навіть однієї випадкової похибки, більшої, ніж

Малоймовірна подія, наявність двох подібних похибок майже неможлива. Це дозволяє з достатньою підставою стверджувати, що всі можливі випадкові похибки виміру, розподілені за нормальним законом, практично не перевищують за абсолютним значенням (правило «трьох сигм»).

Відповідно до ГОСТу довірчий інтервал є однією з основних характеристик точності вимірювань. Одну з форм подання результату виміру цей стандарт встановлює у такому вигляді: x; Δx від Δxн до Δxв1; Р , де x - результат виміру в одиницях вимірюваної величини; Δx, Δxн, Δxв - відповідно похибка вимірювання з нижньою та верхньою її межами у тих самих одиницях; Р -ймовірність, з якою похибка виміру перебуває у межах.

ДЕРЖСТАНДАРТ допускає й інші форми подання результату вимірювання, що відрізняються від наведеної форми тим, що в них вказують окремо характеристики систематичної та випадкової складових похибки вимірювання. При цьому для систематичної похибки вказують її імовірнісні характеристики. Раніше зазначалося, що іноді систематичну похибку доводиться оцінювати з ймовірнісних позицій. В цьому випадку основними характеристиками систематичної похибки є М[Δхс], σ[Δхс] та її довірчий інтервал. Виділення систематичної та випадкової складових похибки доцільно, якщо результат вимірювання буде використаний при подальшій обробці даних, наприклад, при визначенні результату непрямих вимірювань та оцінці його точності, при підсумовуванні похибок тощо.

Будь-яка з форм подання результату вимірювання, передбачена ГОСТ повинна містити необхідні дані, на підставі яких може бути визначений інтервал довіри для похибки результату вимірювання. У загальному випадку довірчий інтервал може бути встановлений, якщо відомий вид закону розподілу похибки та основні числові характеристики цього закону.

________________________

1 Δxн та Δxв мають бути вказані зі своїми знаками. У випадку |Δxн| може бути не дорівнює | Δxв |. Якщо межі похибки симетричні, тобто | Δxн | = |Δxв| = Δx, то результат виміру може бути записаний так: x ±Δx; P.

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПРИЛАДИ

Електромеханічний прилад включає вимірювальний ланцюг, вимірювальний механізм і відліковий пристрій.

Магнітоелектричні прилади.

Магнітоелектричні прилади складаються з магнітоелектричного вимірювального механізму з відліковим пристроєм та вимірювального ланцюга. Ці прилади застосовують для вимірювання постійних струмів та напруг, опорів, кількості електрики (балістичні гальванометри та кулонметри), також для вимірювання або індикації малих струмів та напруг (гальванометри). Крім того, магнітоелектричні прилади використовують для реєстрації електричних величин (самопишучі прилади та осцилографічні гальванометри).

Обертальний момент у вимірювальному механізмі магнітоелектричного приладу виникає в результаті взаємодії магнітного поля постійного магніту та магнітного поля котушки зі струмом. Застосовують магнітоелектричні механізми з рухомою котушкою та з рухомим магнітом. (Найбільш поширені з рухомою котушкою).

Переваги: ​​висока чутливість, мале власне споживання енергії, лінійна та стабільна номінальна статична характеристика перетворення α=f(I), відсутність впливу електричних полів та мало вплив магнітних полів (через досить сильне поле в повітряному зазорі (0.2 – 1.2Тл)) .

Недоліки: мала перевантажувальна здатність струму, відносна складність і дорожнеча, реагують тільки на постійний струм.

Електродинамічні (феродинамічні) прилади.

Електродинамічні (феродинамічні) прилади складаються з електродинамічного (феродинамічного) вимірювального механізму з відліковим пристроєм та вимірювального ланцюга. Ці прилади застосовують для вимірювання постійних та змінних струмів і напруг, потужності в ланцюгах постійного та змінного струму, кута фазового зсуву між змінними струмами та напругами. Електродинамічні прилади є найточнішими електромеханічними приладами для ланцюгів змінного струму.

Обертальний момент в електродинамічних і феродинамічних вимірювальних механізмах виникає в результаті взаємодії магнітних полів нерухомих і рухливих котушок зі струмами.

Позитивні якості: працюють як на постійному так і на змінному струмі (до 10кГц) з високою точністю і високою стабільністю своїх властивостей.

Недоліки: електродинамічні вимірювальні механізми мають низьку чутливість проти магнітоелектричними механізмами. Тому вони мають велике власне споживання потужності. Електродинамічні вимірювальні механізми мають малу перевантажувальну здатність струму, відносно складні і дорогі.

Ферродинамічний вимірювальний механізм відрізняється від електродинамічного механізму тим, що його нерухомі котушки мають магнітопровід з магнітом'якого листового матеріалу, що дозволяє істотно збільшувати магнітний потік, а отже, і момент, що обертає. Однак використання феромагнітного осердя призводить до появи похибок, спричинених його впливом. При цьому феродинамічні вимірювальні механізми мало схильні до впливу зовнішніх магнітних полів.

Електромагнітні прилади

Електромагнітні прилади складаються з електромагнітного вимірювального механізму з відліковим пристроєм та вимірювального ланцюга. Вони застосовуються для вимірювання змінних та постійних струмів та напруг, для вимірювання частоти та фазового зсуву між змінним струмом та напругою. Через відносно низьку вартість та задовільні характеристики електромагнітні прилади становлять більшу частину всього парку щитових приладів.

Обертальний момент у цих механізмах виникає в результаті взаємодії одного або декількох феромагнітних сердечників рухомої частини та магнітного поля котушки, по обмотці якої протікає струм.

Позитивні якості: простота конструкції та дешевизна, висока надійність у роботі, здатність витримувати великі навантаження, здатність працювати в ланцюгах як постійного так і змінного струму (приблизно до 10кГц).

Недоліки: мала точність та низька чутливість, сильний вплив на роботу зовнішніх магнітних полів.

Електростатичні прилади

Основою електростатичних приладів є вимірювальний електростатичний механізм з відліковим пристроєм. Вони застосовуються головним чином для вимірювання напруги змінного і постійного струму.

Обертальний момент в електростатичних механізмах виникає в результаті взаємодії двох систем заряджених провідників, одна з яких є рухомою.

Індукційні прилади

Індукційні прилади складаються з вимірювального механізму індукції з відліковим пристроєм і вимірювальною схемою.

Принцип дії вимірювальних механізмів індукційних заснований на взаємодії магнітних потоків електромагнітів і вихрових струмів, індуктованих магнітними потоками в рухомій частині, виконаної у вигляді алюмінієвого диска. В даний час з індукційних приладів знаходячи застосування лічильники електричної енергії в ланцюгах змінного струму.

Відхилення результату виміру від істинного значення вимірюваної величини називають похибкою виміру.Похибка виміру Δx = x - xі, де х - виміряне значення; xі – справжнє значення.

Оскільки справжнє значення невідоме, практично похибка виміру оцінюють, виходячи з властивостей засобу вимірів, умов проведення експерименту та аналізу отриманих результатів. Отриманий результат відрізняється від істинного значення, тому результат вимірювання має цінність тільки в тому випадку, якщо оцінка похибки отриманого значення вимірюваної величини. Причому найчастіше визначають не конкретну похибку результату, а ступінь недостовірності- межі зони, де знаходиться похибка.

Часто застосовують поняття «точність виміру», -поняття, що відображає близькість результату вимірювання до істинного значення вимірюваної величини. Висока точність виміру відповідає малої похибки виміру.

Уяк основні можуть бути обрані будь-які з даного числа величин, але практично вибирають величини, які можуть бути відтворені та виміряні з найбільш високою точністю. В галузі електротехніки основними величинами прийнято довжину, масу, час і силу електричного струму.

Залежність кожної похідної величини від основних відображається її розмірністю. Розмір величиниє добутком позначень основних величин, зведених у відповідні ступені, і є її якісною характеристикою. Розмірності величин визначають з урахуванням відповідних рівнянь фізики.

Фізична величина є розмірний,якщо в її розмірність входить хоча б одна з основних величин, зведена до ступеня, що не дорівнює нулю. Більшість фізичних величин є розмірними. Однак є безрозмірні(відносні) величини, що становлять відношення даної фізичної величинидо однойменної, що застосовується як вихідна (опорна). Безрозмірними величинами є, наприклад, коефіцієнт трансформації, згасання тощо.

Фізичні величини в залежності від безлічі розмірів, які вони можуть мати при зміні в обмеженому діапазоні, поділяють на безперервні (аналогові) і квантовані (дискретні) за розміром (рівнем).

Аналогова величинаможе мати в заданому діапазоні безліч розмірів. Таким є переважна кількість фізичних величин (напруга, сила струму, температура, довжина тощо). Квантована величинамає в заданому діапазоні лише лічильне безліч розмірів. Прикладом такої величини може бути малий електричний заряд, розмір якого визначається числом зарядів електронів, що входять до нього. Розміри квантованої величини можуть відповідати лише певним рівням - рівня квантування.Різниця двох сусідніх рівнів квантування називають ступенем квантування (квантом).

Значення аналогової величини визначають шляхом виміру з неминучою похибкою. Квантована величина може бути визначена шляхом рахунку квантів, якщо вони постійні.

Фізичні величини можуть бути постійними або змінними в часі. При вимірі постійної в часі величини достатньо визначити її миттєве значення. Змінні у часі величини можуть мати квазідетермінований чи випадковий характер зміни.

Квазідетермінована фізична величина -величина, для якої відомий вид залежності від часу, але невідомий параметр цієї залежності. Випадкова фізична величина -величина, розмір якої змінюється у часі випадковим чином. Як окремий випадок змінних у часі величин можна виділити дискретні в часі величини, тобто величини, розміри яких відмінні від нуля лише у певні моменти часу.

Фізичні величини ділять на активні та пасивні. Активні величини(наприклад, механічна сила, ЕРС джерела електричного струму) здатні без допоміжних джерел енергії створювати сигнали вимірювальної інформації (див. далі). Пасивні величини(наприклад, маса, електричний опір, індуктивність) самі не можуть створювати сигнали вимірювальної інформації. Для цього їх потрібно активізувати за допомогою допоміжних джерел енергії, наприклад, при вимірюванні опору резистора через нього повинен протікати струм. Залежно від об'єктів дослідження говорять про електричні, магнітні або неелектричні величини.

Фізичну величину, якій за визначенням присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці, називають одиницею фізичної величини. Розмір одиниці фізичної величини може бути будь-яким. Однак виміри повинні виконуватись у загальноприйнятих одиницях. Спільність одиниць у міжнародному масштабі встановлюють міжнародними угодами. Одиниці фізичних величин, згідно з якими в нашій країні введено до обов'язкового застосування міжнародну систему одиниць (СІ).

При вивченні об'єкта дослідження необхідно виділити для вимірювань фізичні величини, враховуючи мету вимірювання, що зводиться до вивчення чи оцінки будь-яких властивостей об'єкта. Оскільки реальні об'єкти мають безліч властивостей, то для отримання результатів вимірювань, адекватних меті вимірювань, виділяють як вимірювані величини певні властивості об'єктів, суттєві при обраній меті, тобто вибирають модель об'єкта.

СТАНДАРТИЗАЦІЯ

Державну систему стандартизації (ДСС) в Україні регламентовано в основних стандартах до неї:

* ДСТУ 1.0 – 93 ДСС. Основні положення.

* ДСТУ 1.2 – 93 ДСС. Порядок розроблення державних (національних) стандартів.

* ДСТУ 1.3 – 93 ДСС. Порядок розробки побудови, викладу, оформлення, погодження, затвердження, позначення та реєстрації ТУ.

* ДСТУ 1.4 – 93 ДСС. Стандарти підприємства. Основні положення.

* ДСТУ 1.5 – 93 ДСС. Основні положення до побудови, викладу, оформлення та змісту стандартів;

* ДСТУ 1.6 – 93 ДСС. Порядок державної реєстрації галузевих стандартів, стандартів науково-технічних та інженерних товариств та співтовариств (спілок).

* ДСТУ 1.7 – 93 ДСС. Правила та методи прийняття та застосування міжнародних та регіональних стандартів.

Органами стандартизації є:

Центральний орган виконавчої влади у сфері стандартизації ДКТРСП

Порада стандартизації

Технічні комітети стандартизації

Інші суб'єкти, що займаються стандартизацією.

Класифікація нормативних документів та стандартів чинних в Україні.

Міжнародні нормативні документи, стандарти та рекомендації.

Держ. Стандарти України

Республіканські стандарти колишньої УСРР, затверджені до 01.08.91.

Настановчі документи України (КНД та Р)

Держ. Класифікатори України (ДК)

Галузеві стандарти та ТУ колишнього СРСР, затверджені до 01.01.92 із продовженими термінами дії.

Галузеві стандарти України зареєстровані в УкрНДІСІ

ТУ зареєстровані територіальними органами стандартизації України.

Основні терміни метрології встановлені державними стандартами.

1. Основне поняття метрології - вимір.Відповідно до ГОСТ 16263-70, вимір - це знаходження значення фізичної величини (ФВ) досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Результат вимірювання - це отримання в процесі вимірювання значення величини.

За допомогою вимірювань отримують інформацію про стан виробничих, економічних та соціальних процесів. Наприклад, вимірювання є основним джерелом інформації про відповідність продукції та послуг вимогам нормативної документації під час проведення сертифікації.

2. Засіб виміру(СІ) - спеціальний технічний засіб, що зберігає одиницю величини, для зіставлення вимірюваної величини з її одиницею.

3. Міра- Це засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру: гирі, кінцеві заходи довжини.

Для оцінки якості вимірювань використовують такі властивості вимірювань: правильність, збіжність, відтворюваність та точність.

- Правильність- властивість вимірів, коли результати не спотворені систематичними похибками.

- Збіжність- властивість вимірювань, що відображає близькість один одному результатів вимірювань, що виконуються в однакових умовах, одним і тим самим СІ, одним і тим самим оператором.

- Відтворюваність- властивість вимірів, що відбиває близькість друг до друга результатів вимірів однієї й тієї ж величини, виконуваних різних умовах - у час, у різних місцях, різними методами і засобами вимірів.

Наприклад, один і той же опір можна виміряти безпосередньо омметром, або ж за допомогою амперметра та вольтметра, застосовуючи закон Ома. Але, звичайно, в обох випадках результати мають збігатися.

- Точність- властивість вимірів, що відбиває близькість їх результатів до справжнього значення вимірюваної величини.

Це основна властивість вимірів, т.к. найбільш широко використовується у практиці намірів.

Точність вимірів СІ визначається їхньою похибкою. Висока точність вимірів відповідає малим похибкам.

4. Похибка- це різницю між показаннями СІ (результатом вимірювань) Xізм та істинним (дійсним) значенням вимірюваної фізичної величини Xд.

Завдання метрології забезпечення єдності вимірів. Тож узагальнення всіх наведених термінів використовують поняття єдність вимірів- Стан вимірювань, при якому їх результати виражені в узаконених одиницях, а похибки відомі із заданою ймовірністю і не виходять за встановлені межі.

Заходи щодо реального забезпечення єдності вимірів у більшості країн світу встановлені законами та входять до функцій законодавчої метрології. У 1993 р. прийнято Закон РФ «Про забезпечення єдності вимірів».

Раніше правові норми встановлювалися ухвалами Уряду.

Порівняно з положеннями цих постанов Закон встановив такі нововведення:

У термінології – замінені застарілі поняття та терміни;

У ліцензуванні метрологічної діяльності країни - право видачі ліцензії надано виключно органам Державної метрологічної служби;

Введено єдину перевірку засобів вимірювань;

Встановлено чіткий поділ функцій державного метрологічного контролю та державного метрологічного нагляду.

Нововведенням є також розширення сфери поширення державного метрологічного нагляду на банківські, поштові, податкові, митні операції, а також обов'язкову сертифікацію продукції та послуг;

Переглянуто правила калібрування;

Введено добровільну сертифікацію засобів вимірювань та ін.

Передумови ухвалення закону:

Перехід країни до ринкової економіки;

В результаті – реорганізація державних метрологічних служб;

Це призвело до порушення централізованої системи управління метрологічною діяльністю та відомчих служб;

З'явилися проблеми під час проведення державного метрологічного нагляду та контролю у зв'язку з появою різних форм власності;

Отже, проблема перегляду правових, організаційних, економічних засад метрології стала дуже актуальною.

Цілі Закону полягають у наступному:

Захист громадян та економіки Російської Федерації від негативних наслідків недостовірних результатів вимірів;

сприяння прогресу на основі застосування державних еталонів одиниць величин та використання результатів вимірювань гарантованої точності;

Створення сприятливих умов розвитку міжнародних зв'язків;

Регулювання відносин державних органів управління Російської Федерації з юридичними та фізичними особами з питань виготовлення, випуску, експлуатації, ремонту, продажу та імпорту засобів вимірів.

Отже, основні сфери застосування Закону - торгівля, охорона здоров'я, захист навколишнього середовища, зовнішньоекономічна діяльність.

Завдання забезпечення єдності вимірів доручається Державну метрологічну службу. Закон визначає міжгалузевий та підвідомчий характер її діяльності.

Міжгалузевий характер діяльності означає правове становище Державної метрологічної служби, аналогічне іншим контрольно-наглядовим органам державного управління (Держатомнагляд, Держенергонагляд та ін.).

Підвідомчий характер її діяльності означає підпорядкованість по вертикалі одному відомству - Держстандарту Росії, у якого вона існує відокремлено і автономно.

На виконання прийнятого Закону Уряд РФ у 1994 р. затвердив ряд документів:

- «Положення про державні науково-метрологічні центри»,

- «Порядок затвердження положень про метрологічні служби федеральних органів виконавчої влади та юридичних осіб»,

- «Порядок акредитації метрологічних служб юридичних осіб на право перевірки засобів вимірювань»,

Ці документи разом із зазначеним Законом є основними правовими актами з метрології у Росії.

Метрологія

Метрологія(від грец. μέτρον - міра, + др.-грец. λόγος - думка, причина) - Предметом метрології є вилучення кількісної інформації про властивості об'єктів із заданою точністю та достовірністю; нормативна база для цього – метрологічні стандарти.

Метрологія складається з трьох основних розділів:

• Теоретичнаабо фундаментальна – розглядає загальні теоретичні проблеми (розробка теорії та проблем вимірювань фізичних величин, їх одиниць, методів вимірювань).
• Прикладна- Вивчає питання практичного застосування розробок теоретичної метрології. У її віданні перебувають усі питання метрологічного забезпечення.
• Законодавча- встановлює обов'язкові технічні та юридичні вимоги щодо застосування одиниць фізичної величини, методів та засобів вимірювань.

Метролог

Цілі та завдання метрології

• створення загальної теорії вимірів;
• освіту одиниць фізичних величин та систем одиниць;
• розробка та стандартизація методів та засобів вимірювань, методів визначення точності вимірювань, основ забезпечення єдності вимірювань та однаковості засобів вимірювань (так звана «законодавча метрологія»);
• створення еталонів та зразкових засобів вимірювань, перевірка заходів та засобів вимірювань. Пріоритетним підзавданням цього напряму є вироблення системи еталонів на основі фізичних констант.

Також метрологія вивчає розвиток системи заходів, грошових одиниць та рахунки в історичній перспективі.

Аксіоми метрології

1. Будь-який вимір є порівнянням.
2. Будь-який вимір без апріорної інформації неможливий.
3. Результат будь-якого виміру без округлення значення є випадковою величиною.

Терміни та визначення метрології

• Єдність вимірів- стан вимірів, що характеризується тим, що їх результати виражаються в узаконених одиницях, розміри яких у встановлених межах дорівнюють розмірам одиниць, що відтворюються первинними еталонами, а похибки результатів вимірів відомі та із заданою ймовірністю не виходять за встановлені межі.
• Фізична величина- одна з властивостей фізичного об'єкта, загальна у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного з них.
• Вимірювання- Сукупність операцій із застосування технічного засобу, що зберігає одиницю фізичної величини, що забезпечують знаходження співвідношення вимірюваної величини з її одиницею та отримання значення цієї величини.
• Засіб вимірювань- технічний засіб, призначений для вимірювань і що має нормовані метрологічні характеристики, що відтворюють та (або) зберігають одиницю величини, розмір якої приймається незмінним у межах встановленої похибки протягом відомого інтервалу часу.
• Перевірка- Сукупність операцій, що виконуються з метою підтвердження відповідності засобів вимірювань метрологічних вимог.
• Похибка вимірювання- відхилення результату виміру від істинного значення вимірюваної величини.
• Похибка засобу вимірювання- Різниця між показанням засобу вимірювань та дійсним значенням вимірюваної фізичної величини.
• Точність засобу вимірювань- характеристика якості засобу вимірів, що відбиває близькість його похибки до нуля.
• Ліцензія- це дозвіл, що видається органам державної метрологічної служби на закріпленій за ним території фізичній чи юридичній особі на здійснення їй діяльності з виробництва та ремонту засобів вимірювання.
• Еталон одиниці величини- технічний засіб, призначений для передачі, зберігання та відтворення одиниці величини.

Історія метрології

Метрологія веде свою історію з античних часів і навіть згадується у Біблії. Ранні форми метрології полягали у встановленні місцевою владою простих довільних стандартів, що часто ґрунтуються на простих практичних вимірах, наприклад довжина руки. Найбільш ранні стандарти були введені для таких величин, як довжина, вага та час, це робилося для спрощення комерційних угод, а також реєстрації людської діяльності.

Нове значення метрологія набула епоху промислової революції, вона стала необхідна задля забезпечення масового виробництва.

Історично важливі етапи у розвитку метрології:

• XVIII століття - встановлення стандарту метра (стандарт зберігається мови у Франції, в Музеї заходів і терезів; нині є переважно історичним експонатом, ніж науковим інструментом);
• 1832 - створення Карлом Гауссом абсолютних систем одиниць;
• 1875 рік – підписання міжнародної Метричної конвенції;
• 1960 рік - розробка та встановлення Міжнародної системи одиниць (СІ);
• XX століття – метрологічні дослідження окремих країн координуються Міжнародними метрологічними організаціями.

Віхи вітчизняної історії метрології:

• приєднання до Метричної конвенції;
• 1893 - створення Д. І. Менделєєвим Головної палати заходів і терезів (сучасна назва: «Науково-дослідний інститут метрології ім. Менделєєва»);

Всесвітній день метрології відзначають щороку 20 травня. Свято започатковано Міжнародним Комітетом заходів та ваг (МКМВ) у жовтні 1999 року, на 88 засіданні МКМВ.

Становлення та відмінності метрології в СРСР(Росії) та за кордоном

Бурхливий розвиток науки, техніки та технології у ХХ столітті зажадав розвитку метрології як науки. У СРСР метрологія розвивалася як державна дисципліна, оскільки потреба в підвищенні точності та відтворюваності вимірювань зростала в міру індустріалізації та зростання оборонно-промислового комплексу. Зарубіжна метрологія також відштовхувалася вимог практики, але ці вимоги виходили переважно від приватних фірм. Непрямим наслідком такого підходу виявилося державне регулювання різних понять, що належать до метрології, тобто ДСТУ всього, що необхідно стандартизувати. За кордоном це завдання взяли він недержавні організації, наприклад ASTM.

З огляду на цього розбіжності у метрології СРСР і пострадянських республік державні стандарти (еталони) визнаються головними, на відміну конкурентного західного середовища, де приватна фірма може користуватися неугодним стандартом чи приладом і домовитися зі своїми партнерами про інший варіант посвідчення відтворюваності вимірів.

Окремі напрямки метрології

• Авіаційна метрологія
• Хімічна метрологія
• Медична метрологія
• Біометрія

Наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

ВИМІР

ЄДНІСТЬ ВИМІРЮВАНЬ

1. Фізичні величини

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА (ФВ)

ДІЙСНИЙ ЗНАЧЕННЯ ФВ

ФІЗИЧНИЙ ПАРАМЕТР

Впливає фв

РІД ФВ

Якісна визначеність ФВ.

Довжина та діаметр деталі-

ОДИНИЦЯ ФВ

СИСТЕМА ОДИНИЦЬ ФВ

ВИРОБНИЧА ЄДИНИЦЯ

Одиниця швидкості- метр/секунда.

ВНЕСИСТЕМНА ОДИНИЦЯ ФВ

допускаються нарівні;.

тимчасово допустимі;

вилучені із вживання.

Наприклад:

- - одиниці часу;

в оптиці- діоптрія- - гектар- - одиниця енергії та ін;

- оборот за секунду; бар- одиниця тиску (1бар = 100 000 Па);

центнер та ін.

КОРТНА ОДИНИЦЯ ФВ

ДОЛЬНА ФВ

Наприклад, 1мкс= 0,000 001с.

Основні терміни та визначення метрологія

Наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

ВИМІР

Знаходження значення вимірюваної фізичної величини досвідченим шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів.

ЄДНІСТЬ ВИМІРЮВАНЬ

Характеристика якості вимірювань, що полягає в тому, що їх результати виражені в узаконених одиницях, а похибки результатів вимірювань відомі із заданою ймовірністю і не виходять за межі.

ТОЧНІСТЬ РЕЗУЛЬТАТУ ВИМІРЮВАНЬ

Характеристика якості виміру, що відбиває близькість до нуля похибки його результату.

1. Фізичні величини

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА (ФВ)

Характеристика однієї з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна в якісному відношенні до багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного об'єкта.

ІСТИННЕ ЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ

Значення фізичної величини, яке ідеальним чином відображає у якісному та кількісному відношеннях відповідну фізичну величину.

Це поняття з поняттям абсолютної істини у філософії.

ДІЙСНИЙ ЗНАЧЕННЯ ФВ

Значення ФВ, знайдене експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що для вимірювальної задачі може його замінити.

При перевірці засобів вимірювання, наприклад, дійсним значенням є значення зразкового заходу або показання зразкового засобу вимірювання.

ФІЗИЧНИЙ ПАРАМЕТР

ФВ, що розглядається при вимірі цієї ФВ як допоміжна характеристика.

Наприклад, частота при вимірі напруги змінного струму.

Впливає фв

ФВ, вимірювання якої не передбачено цим засобом вимірювань, але впливає на результати вимірювань.

РІД ФВ

Якісна визначеність ФВ.

Довжина та діаметр деталі- однорідні величини; довжина та маса деталі - неоднорідні величини.

ОДИНИЦЯ ФВ

ФВ фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці, і застосовується для кількісного вираження однорідних ФВ.

Повинно існувати стільки одиниць, скільки ФВ.

Розрізняють основні, похідні, кратні, долеві, системні та позасистемні одиниці.

СИСТЕМА ОДИНИЦЬ ФВ

Сукупність основних та похідних одиниць фізичних величин.

ОСНОВНА ОДИНИЦЯ СИСТЕМИ ОДИНИЦЬ

Одиниця основний ФВ у цій системі одиниць.

Основні одиниці Міжнародної системи одиниць СІ: метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль, кандела.

ДОДАТКОВА ЄДИНИЦЯ СИСТЕМИ ОДИНИЦЬ

Суворого визначення немає. У системі СІ – це одиниці плоского – радіан – і тілесного – стерадіан – кутів.

ВИРОБНИЧА ЄДИНИЦЯ

Одиниця похідної ФВ системи одиниць, утворена відповідно до рівняння, що зв'язує її з основними одиницями або з основними і вже визначеними похідними одиницями.

Одиниця швидкості- метр/секунда.

ВНЕСИСТЕМНА ОДИНИЦЯ ФВ

Одиниця ФВ не входить до жодної з прийнятих систем одиниць.

Позасистемні одиниці стосовно системі СІ поділяються на чотири види:

допускаються нарівні;.

що допускаються до застосування у спеціальних областях;

тимчасово допустимі;

вилучені із вживання.

Наприклад:

тонна: градус, хвилина, секунда- одиниці кута; літр; хвилина, година, доба, тиждень, місяць, рік, вік- одиниці часу;

в оптиці- діоптрія- одиниця виміру оптичної сили; у сільському господарстві- гектар- одиниця площі; у фізиці електрон-вольт- одиниця енергії та ін;

у морській навігації морська миля, вузол; в інших областях- оборот за секунду; бар- одиниця тиску (1бар = 100 000 Па);

кілограм-сила на квадратний сантиметр; міліметр ртутного стовпа; кінська сила;

центнер та ін.

КОРТНА ОДИНИЦЯ ФВ

Одиниця ФВ в ціле число разів більша від системної чи позасистемної одиниці.

Наприклад, одиниця частоти 1 МГц = 1000000 Гц

ДОЛЬНА ФВ

Одиниця ФВ ціле число разів менша системної чи позасистемної одиниці.

Наприклад, 1мкс= 0,000 001с.

Основні терміни та визначення з метрології

Метрологія– наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

Прямий вимір- Вимір, при якому шукане значення фізичної величини отримують безпосередньо.

Непрямий вимір- Визначення шуканого значення фізичної величини на підставі результатів прямих вимірювань інших фізичних величин, функціонально пов'язаних з шуканою величиною.

Справжнє значення фізичної величини- Значення фізичної величини, яке ідеальним чином характеризує в якісному та кількісному відношенні відповідну фізичну величину.

Справжнє значення фізичної величини- Значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що в поставленій вимірювальній задачі може бути використане замість нього.

Вимірювана фізична величина– фізична величина, що підлягає виміру відповідно до основної мети вимірювального завдання.

Фізична величина, що впливає- фізична величина, що впливає на розмір вимірюваної величини та (або) результат вимірювань.

Нормальна область значень впливу величини– область значень впливу величини, у межах якої зміною результату вимірювань під її впливом можна знехтувати відповідно до встановлених норм точності.

Робоча область значень впливу величини- Область значень впливає величини, в межах якої нормують додаткову похибку або зміна показань засобу вимірювань.

Вимірювальний сигнал– сигнал, що містить кількісну інформацію про фізичну величину, що вимірюється.

Ціна розподілу шкали- Різниця значень, що відповідають двом сусіднім позначкам шкали.

Діапазон показань засобу вимірювання– область значень шкали приладу, обмежена початковим та кінцевим значеннями шкали.

Діапазон вимірювань– область значень величини, у межах якої нормовані межі похибки засобу вимірювання, що допускаються.

Варіація показань вимірювального приладу- Різниця показань приладу в одній і тій же точці діапазону вимірювань при плавному підході до цієї точки з боку менших та більших значень вимірюваної величини.

Коефіцієнт перетворення вимірювального перетворювача- Відношення сигналу на виході вимірювального перетворювача, що відображає вимірювану величину, до сигналу, що викликає, на вході перетворювача.

Чутливість засобу вимірювання- властивість засобу вимірювань, що визначається ставленням зміни вихідного сигналу цього засобу до зміни зміни вимірюваної величини, що викликає.

Абсолютна похибка засобу вимірювань- Різниця між показанням засобу вимірювань і істинним (дійсним) значенням вимірюваної величини, виражена в одиницях фізичної величини, що вимірювається.

Відносна похибка засобу вимірювань– похибка засобу вимірів, виражена ставленням абсолютної похибки засобу вимірів до результату вимірів або до дійсного значення виміряної фізичної величини.

Наведена похибка засобу вимірювань- відносна похибка, виражена ставленням абсолютної похибки засобу вимірювань до умовно прийнятого значення величини (або нормуючого значення), постійного у всьому діапазоні вимірювань або в частині діапазону. Часто за нормуюче значення приймають діапазон показань або верхню межу вимірів. Наведену похибку зазвичай виражають у відсотках.

Систематична похибка засобу вимірювань– складова похибки засобу вимірювань, яка приймається за постійну або закономірно змінюється.

Випадкова похибка засобу вимірювань– складова похибки засобу вимірів, що змінюється випадковим чином.

Основна похибка засобу вимірювань- Похибка засобу вимірювань, що застосовується в нормальних умовах.

Додаткова похибка засобу вимірювань– складова похибки засобу вимірювань, що виникає додатково до основної похибки внаслідок відхилення будь-якої з величин, що впливають від нормального її значення або внаслідок виходу за межі нормальної області значень.

Межа допустимої похибки засобу вимірювань- Найбільше значення похибки засобів вимірювань, що встановлюється нормативним документом для даного типу засобів вимірювань, при якому воно визнається придатним до застосування.

Клас точності засобу вимірювань– узагальнена характеристика даного типу засобів вимірювань, як правило, що відображає рівень їх точності, що виражається межами основних і додаткових похибок, що допускаються, а також іншими характеристиками, що впливають на точність.

Похибка результату виміру– відхилення результату виміру від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини.

Промах (груба похибка вимірів)– похибка результату окремого виміру, що входить у ряд вимірів, яка даних умов різко відрізняється від інших результатів цього ряду.

Похибка методу вимірів– складова систематичної похибки вимірів, обумовлена ​​недосконалістю прийнятого методу вимірів.

Виправлення- Значення величини, що вводиться в невиправлений результат вимірювання з метою виключення складових систематичної похибки. Знак виправлення протилежний знаку похибки. Поправку, що вводиться для показу вимірювального приладу, називають поправкою до показання приладу.

Основні терміни та визначення метрологія

Наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

ВИМІР

Знаходження значення вимірюваної фізичної величини досвідченим шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів.

ЄДНІСТЬ ВИМІРЮВАНЬ

Характеристика якості вимірювань, що полягає в тому, що їх результати виражені в узаконених одиницях, а похибки результатів вимірювань відомі із заданою ймовірністю і не виходять за межі.

ТОЧНІСТЬ РЕЗУЛЬТАТУ ВИМІРЮВАНЬ

Характеристика якості виміру, що відбиває близькість до нуля похибки його результату.

1. Фізичні величини

ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА (ФВ)

Характеристика однієї з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна в якісному відношенні до багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного об'єкта.

ІСТИННЕ ЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНОЇ ВЕЛИЧИНИ

Значення фізичної величини, яке ідеальним чином відображає у якісному та кількісному відношеннях відповідну фізичну величину.

Це поняття з поняттям абсолютної істини у філософії.

ДІЙСНИЙ ЗНАЧЕННЯ ФВ

Значення ФВ, знайдене експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що для вимірювальної задачі може його замінити.

При перевірці засобів вимірювання, наприклад, дійсним значенням є значення зразкового заходу або показання зразкового засобу вимірювання.

ФІЗИЧНИЙ ПАРАМЕТР

ФВ, що розглядається при вимірі цієї ФВ як допоміжна характеристика.

Наприклад, частота при вимірі напруги змінного струму.

Впливає фв

ФВ, вимірювання якої не передбачено цим засобом вимірювань, але впливає на результати вимірювань.

РІД ФВ

Якісна визначеність ФВ.

Довжина та діаметр деталі- однорідні величини; довжина та маса деталі - неоднорідні величини.

ОДИНИЦЯ ФВ

ФВ фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці, і застосовується для кількісного вираження однорідних ФВ.

Повинно існувати стільки одиниць, скільки ФВ.

Розрізняють основні, похідні, кратні, долеві, системні та позасистемні одиниці.

СИСТЕМА ОДИНИЦЬ ФВ

Сукупність основних та похідних одиниць фізичних величин.

ОСНОВНА ОДИНИЦЯ СИСТЕМИ ОДИНИЦЬ

Одиниця основний ФВ у цій системі одиниць.

Основні одиниці Міжнародної системи одиниць СІ: метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, моль, кандела.

ДОДАТКОВА ЄДИНИЦЯ СИСТЕМИ ОДИНИЦЬ

Суворого визначення немає. У системі СІ – це одиниці плоского – радіан – і тілесного – стерадіан – кутів.

ВИРОБНИЧА ЄДИНИЦЯ

Одиниця похідної ФВ системи одиниць, утворена відповідно до рівняння, що зв'язує її з основними одиницями або з основними і вже визначеними похідними одиницями.

Одиниця швидкості- метр/секунда.

ВНЕСИСТЕМНА ОДИНИЦЯ ФВ

Одиниця ФВ не входить до жодної з прийнятих систем одиниць.

Позасистемні одиниці стосовно системі СІ поділяються на чотири види:

допускаються нарівні;.

що допускаються до застосування у спеціальних областях;

тимчасово допустимі;

вилучені із вживання.

Наприклад:

тонна: градус, хвилина, секунда- одиниці кута; літр; хвилина, година, доба, тиждень, місяць, рік, вік- одиниці часу;

в оптиці- діоптрія- одиниця виміру оптичної сили; у сільському господарстві- гектар- одиниця площі; у фізиці електрон-вольт- одиниця енергії та ін;

у морській навігації морська миля, вузол; в інших областях- оборот за секунду; бар- одиниця тиску (1бар = 100 000 Па);

кілограм-сила на квадратний сантиметр; міліметр ртутного стовпа; кінська сила;

центнер та ін.

КОРТНА ОДИНИЦЯ ФВ

Одиниця ФВ в ціле число разів більша від системної чи позасистемної одиниці.

Наприклад, одиниця частоти 1 МГц = 1000000 Гц

ДОЛЬНА ФВ

Одиниця ФВ ціле число разів менша системної чи позасистемної одиниці.

Наприклад, 1мкс= 0,000 001с.

Метрологія Основні терміни та визначення

УДК 389.6(038):006.354 Група Т80

ДЕРЖАВНА СИСТЕМА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЄДНОСТІ ВИМІР

State system for ensuring uniformity of measurements.

Метрологія. Основні терміни і визначення

МКС 01.040.17

Дата запровадження 2001-01-01

Передмова

1 Розроблено Всеросійським науково-дослідним інститутом метрології ім. Д.І.Менделєєва Держстандарту Росії

ВНЕСЕН Технічним секретаріатом Міждержавної Ради зі стандартизації, метрології та сертифікації

2 ПРИЙНЯТИ Міждержавною Радою зі стандартизації, метрології та сертифікації (протокол № 15 від 26-28 травня 1999 р.)

Найменування держави	Найменування національного органу зі стандартизації
Азербайджанська республіка	Азгосстандарт
республіка Арменія	Армдержстандарт
Республіка Білорусь	Держстандарт Білорусі
	Вантажстандарт
Республіка Казахстан	Держстандарт Республіки Казахстан
Республіка Молдова	Молдовастандарт
російська Федерація	Держстандарт Росії
Республіка Таджикистан	Таджикдержстандарт
Туркменістан	Головна державна інспекція Туркменістану
Республіка Узбекистан	Узгосстандарт
	Держстандарт України

3 Постановою Державного комітету Російської Федерації зі стандартизації та метрології від 17 травня 2000 р. № 139-ст міждержавні Рекомендації РМГ 29-99 введені в дію безпосередньо як Рекомендації з метрології Російської Федерації з 1 січня 2001 р.

4 ВЗАМІН ГОСТ 16263-70

5 ПЕРЕВИДАННЯ. Вересень 2003 р.

Внесено Зміну № 1, прийняту Міждержавною радою зі стандартизації, метрології та сертифікації (протокол № 24 від 05.12.2003) (ІВД №1 2005 р.)

Вступ

Встановлені цими рекомендаціями терміни розташовані в систематизованому порядку, що відображає систему основних понять метрології. Терміни наведені у розділах 2-13. У кожному розділі надано наскрізну нумерацію термінів.

Для кожного поняття встановлено один термін, який має номер термінологічної статті. Значна кількість термінів супроводжується їх короткими формами та (або) абревіатурою, які слід застосовувати у випадках, що виключають можливість їхнього різного тлумачення.

Терміни, що мають номер термінологічної статті, набрані напівжирним шрифтом, їх короткі форми та абревіатури – світлим. Терміни, наведені у примітках, виділено курсивом.

В алфавітному покажчику термінів російською зазначені терміни наведені в алфавітному порядку із зазначенням номера термінологічної статті (наприклад, "величина 3.1"). При цьому для термінів, наведених у примітках, після номера статті вказано букву "п" (наприклад, одиниці узаконені 4.1 д).

Для багатьох встановлених термінів наведено іншомовні еквіваленти німецькою (de), англійською (en) та французькою (fr) мовами. Вони наведені також в алфавітних покажчиках еквівалентів термінів німецькою, англійською та французькою мовами.

Слово "прикладна" у терміні 2.4, наведене у дужках, а також слова ряду іншомовних еквівалентів термінів, наведені у дужках, при необхідності можуть бути опущені.

Для поняття "додаткова одиниця" визначення не наведено, оскільки термін повністю розкриває його зміст.

Завдання метрології. Метрологія- це наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення заданої точності

Вимірюванняу сучасному суспільстві грають важливу роль. Вони служать не лише основою науково-технічних знань, але мають першорядне значення для обліку матеріальних ресурсіві планування, для внутрішньоїі зовнішньої торгівлі, для забезпечення якостіпродукції, взаємозамінностівузлів та деталей та удосконалення технології, для забезпечення безпекипраці та інших видів людської діяльності.

Метрологія має велике значення для прогресу природничих та технічних наук, оскільки підвищення точності вимірів- одне з засобів удосконаленняшляхів пізнання природилюдиною, відкриттів та практичного застосування точних знань.

Для забезпечення науково-технічного прогресу метрологія має випереджати у своєму розвитку інші галузі науки та техніки, оскільки кожної з них точні виміри одна із основних шляхів їх удосконалення.

Основними завданнямиметрології відповідно до рекомендацій з міжнародної стандартизації (РМГ 29-99) є:

- встановлення одиницьфізичних величин (ФВ), державних еталонів та зразкових засобів вимірювань (СІ).

- розробка теорії, методів та засобів вимірювань та контролю;

- забезпечення єдностівимірів;

- розробка методів оцінкипохибок, стану засобів вимірювання та контролю;

- розробка методів передачіодиниць від еталонів чи зразкових засобів вимірів робочим засобам вимірів.

Коротка історія розвитку метрології. Потреба у вимірах виникла давно, на зорі цивілізації приблизно 6000 років до н.е.

У перших документах з Месопотамії та Єгипту вказується, що система вимірювання довжини базувалася на футі, що дорівнює 300 мм (при будівництві пірамід). У Римі фут дорівнював 297,1734 мм; в Англії – 304, 799978 мм.

Стародавні вавилоняни встановили рік, місяць, годину. Згодом 1/86400 частина середнього обігу Землі навколо своєї осі ( діб) отримала назву секунда.

У Вавилоні у II столітті до н. час вимірювався в мінах. Міна дорівнювала проміжку часу (приблизно рівному двом астрономічним годинникам). Потім міна скоротилася і перетворилася на звичну для нас хвилину.

Багато заходів мали антропометричне походження. Так, у Київській Русі в побуті застосовувався вершок, лікоть, сажень.

Найважливішим метрологічним документом у Росії є Двінська грамота Івана Грозного (1550). У ній регламентовані правила зберігання та передачі розміру нової міри сипучих речовин. восьмини(104,95 л).

Метрологічною реформою Петра I в Росії до звернення були допущені англійські заходи, що набули особливо широкого поширення на флоті та кораблебудуванні: дюйми(2,54 см) та фути(12 дюймів).

У 1736 р. за рішенням Сенату була утворена Комісія терезів і заходів.

Ідея побудови системи вимірювань на десятковій основіналежить французькому астроному Г. Мутону, що жив у 17 столітті.

Пізніше було запропоновано прийняти як одиницю довжини одну сорокамільйонну частину земного меридіана. На основі єдиної одиниці - метра- будувалася вся система, що отримала назву метричної.

У Росії її 1835 р. указом «Про систему Російських заходів і терезів» було затверджено зразки довжини і маси - платинова саженьі платиновий фунт.

У 1875 р. 17 державами, до яких входила і Росія, було прийнято метрологічна конвенція «для забезпечення єдності та удосконалення метричної системи» і було вирішено заснувати Міжнародне бюро заходів та ваг ( МБМВ), яке розташоване у місті Севр (Франція).

Цього ж року Росія отримала платиноїрідієві зразки маси №12 та №26 та зразки одиниці довжини №11 та №28.

У 1892 р. керуючим Депо було призначено Д.І. Менделєєв, яке він у 1893 р. перетворює на Головну палату заходів і ваг одне з перших у світінауково-дослідних установ метрологічного типу.

Велич Менделєєва як метролога виявилося в тому, що він першим повною мірою усвідомив пряму залежність між станом метрології та рівнем розвитку науки та промисловості. « Наука починається ... відколи починають вимірювати... Точна наука немислима без міри », – стверджував знаменитий російський вчений.

Метрична система у Росіїбула введена у 1918 р. декретом Ради Народних Комісарів «Про запровадження Міжнародної метричної системи заходів та ваг».

У 1956 м. було підписано міжурядову конвенція про заснування Міжнародної організації законодавчої метрології ( МОЗМ), яка розробляє загальні питання законодавчої метрології (класи точності, СІ, термінологію законодавчої метрології, сертифікацію СІ).

Створений у 1954 м. Комітет стандартів заходів та вимірювальних приладів при Раді Міністрів СРСР, після перетворень, стає Комітетом РФ зі стандартизації - Держстандартом Росії .

У зв'язку з прийняттям ФЗ «Про технічне регулювання» 2002 р. та реорганізації органів виконавчої влади 2004 р.Держстандарт став Федеральним агентством з технічного регулюваннята метрології(нині скорочено Росстандарт).

Розвиток природничих наук призвело до появи нових і нових засобів вимірювань, а вони в свою чергу стимулювали розвиток наук, стаючи дедалі потужнішим засобом дослідження.

Сучасна метрологія - це не лише наука про виміри, а й відповідна діяльність, яка передбачає вивчення фізичних величин (ФВ), їх відтворення та передачу, застосування еталонів, основних принципів створення засобів та методів виміру, оцінку їх похибок, метрологічний контроль та нагляд.

Метрології базується на двох основних постулатах (аі б):

а) справжнє значення визначається величини існує і воно постійно ;

б) справжнє значення вимірюваної величини знайти неможливо .

Звідси випливає, що результат вимірювання пов'язаний з величиною, що вимірюється. математичною залежністю (імовірнісною залежністю).

Справжнім значенням ФВназивають значення ФВ, яке ідеальним чином характеризує в якісному та кількісному відношенні відповідну фізичну величину (ФВ).

Справжнє значення ФВ - значення ФВ, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до справжнього значення, що у поставленій вимірювальній задачі може бути використане замість нього.

Для дійсного значення величини завжди можна вказати межі більш менш вузької зони, в межах якої із заданою ймовірністю знаходиться справжнє значення ФВ.

Кількісні та якісні прояви матеріального світу

Будь-який об'єкт навколишнього світу характеризується своїми специфічними властивостями.

За своєю суттю властивість – категорія якісна . Одна і та ж властивість може бути виявлено у багатьох об'єктів або бути властивим лише деяким із них . Наприклад, масою, температурою чи щільністю мають усі матеріальні тіла, а кристалічної структурою лише з них.

Тому кожна з властивостей фізичних об'єктів, перш за все, має бути виявлено потім описано і класифіковано, і тільки після цього можна приступити до його кількісного вивчення.

Величина- кількісна характеристика розмірів явищ, ознак, показників їхнього співвідношення, ступеня зміни, взаємозв'язку.

Величина немає сама собою, а має місце лише остільки, оскільки існує об'єкт із властивостями, вираженими цієї величиною.

Різні величини можна поділити на ідеальні та реальні величини.

Ідеальна величина - є узагальненням (моделлю) суб'єктивних Конкретні реальні поняття і в основному належать до галузі математики. Їх обчислюють у різний спосіб.

Реальні величини відображаютьтреальні кількісні властивості процесів і фізичних тіл. Вони у свою чергу діляться на фізичні і нефізичні величини.

Фізична величина (ФВ) може бути визначена як величина, властива деяким матеріальним об'єктам(процесів, явищ, матеріалів), що вивчаються в природних (фізика, хімія) та різних технічних науках.

До нефізичним відносять величини, властиві суспільним наукам - Філософія, культура, економіка та ін.

Для нефізичних величин одиниця виміру не може бути введено у принципі. Їх можна оцінити з використанням експертних оцінок, бальної системи, набору тестів та ін. Нефізичні величини, в оцінці яких неминуче вплив суб'єктивного чинника, як і, як і ідеальні величини, не відносяться до галузі метрології.

Фізичні величини

Фізична величина - одна з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища чи процесу), загальне в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них.

Енергетичні (Активні) ФВ - величини, які не вимагають для вимірювання додатку енергії ззовні. Наприклад, тиск, електрична напруга, сила.

Речові (пасивні) ФВ - величини, яким необхідний додаток енергії ззовні. Наприклад, маса, електричний опір.

Індивідуальність у кількісному відношенні розуміють у тому сенсі, що властивість може бути для одного об'єкта в кілька разів більше ніж для іншого.

Якісна сторона поняття «фізична величина» визначає « рід величини, наприклад, маса як загальна властивість фізичних тіл.

Кількісна сторона - їх « розмір (значення маси конкретного фізичного тіла).

Рід ФВ - якісна визначеність величини. Так, постійна та змінна швидкості - однорідні величини, а швидкість і довжина - неоднорідні величини.

Розмір ФВ - кількісна визначеність, властива конкретному матеріальному об'єкту, системі, явище чи процесу.

Значення ФВ - Вираз розміру ФВ у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць вимірювання.

Фізична величина, що впливає- ФВ, що впливає на розмір вимірюваної величини та (або) результат вимірювань.

Розмірність ФВ - Вираз у формі статечного одночлена, складеного з творів символів основних ФВ у різних ступенях і відбиває зв'язок даної величини з ФВ, прийняті в цій системі величин за основні з коефіцієнтом пропорційності, рівним 1.

dim x = Ll M m T t.

Постійна фізична величина - ФВ, розмір якої за умовами вимірювального завдання можна вважати таким, що не змінюється за час, що перевищує час вимірювання.

Розмірна ФВ - ФВ, у розмірності якої, хоча одна з основних ФВ зведена у ступінь, не рівну 0. Наприклад, сила F у системі LMTIθNJ є розмірна величина: dim F = LMT -2 .

При вимірі виконують порівняння невідомого розміру із відомим розміром, прийнятим за одиницю.

Рівняння зв'язку між величинами - рівняння , відбиває зв'язок між величинами, обумовлений законами природи, у яких під буквеними символами розуміють ФВ. Наприклад, рівняння v =l / tвідображає існуючу залежність постійної швидкості v від довжини колії lта часу t.

Рівняння зв'язку між величинами у конкретній вимірювальній задачі називають рівнянням вимірів.

Адитивна ФВ - Величина, різні значення якої можуть бути підсумововані, помножені на числовий коефіцієнт, поділені один на одного.

Вважається що адитивна (або екстенсивна) фізична величина вимірюються частинами Крім того, їх можна точно відтворювати за допомогою багатозначної міри, заснованої на підсумовуванні розмірів окремих заходів. Наприклад, до адитивних фізичних величин відносять довжину, час, силу струму та ін.

При вимірі різних ФВ, що характеризують властивості речовин, об'єктів, явищ та процесів, деякі властивості проявляються тільки якісно , інші – кількісно .

Розміри ФВ як вимірюються , так і оцінюються з допомогою шкал, тобто. кількісні чи якісні прояви будь-якої властивості відбиваються множинами, які утворюють шкали ФВ.

Практична реалізація шкал вимірів здійснюється шляхом стандартизації одиниць вимірів, самих шкал та умов їх однозначного застосування.

Одиниці фізичних величин

Одиниця виміру ФВ - ФВ фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює 1, та застосовується для кількісного вираження однорідних фізичних величин.

Числове значення ФВ q - абстрактне число, що входить у значення величини або абстрактне число, що виражає відношення значення величини до прийнятої для неї одиниці даної ФВ. Наприклад, 10 кг - значення маси, причому число 10 - це числове значення.

Система ФВ - сукупність ФВ, утворена відповідно до прийнятих принципів, коли одні величини приймають за незалежні, інші визначають як функції незалежних величин.

Система одиниць ФВ - сукупність основних та похідних ФВ, утворена відповідно до принципів для заданої системи ФВ.

Основна ФВ - ФВ, що входить до системи величин і умовно прийнята як незалежна від інших величин цієї системи.

Похідна ФВ - ФВ, що входить до системи величин та визначається через основні величини цієї системи.

Міжнародна система одиниць (система СІ) у Росії було запроваджено 1 січня 1982г. По ГОСТ8. 417 - 81, нині діє ГОСТ8. 417 – 2002 (таблиці 1 -3).

Головний принцип створення системи - принцип когерентностіколи похідні одиниці можуть бути отримані за допомогою визначальних рівнянь з чисельними коефіцієнтами, рівними 1.

Таблиця1 - Основні величини та одиниці СІ

Основні ФВсистеми СІ:

- метр (metro) є довжина шляху, що проходить світлом у вакуумі за інтервал часу 1/299792458;

- кілограм (kilogram) дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма (МБМВ, м. Севр, Франція);

- секунда (second) є час, що дорівнює 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133;

- ампер (ampere) є сила незмінного струму, який при проходженні двома паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно малої площі кругового перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликав би на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, рівну 2·10 - 7 Н (ньютон);

- кельвін (kelvin) є одиниця термодинамічної температури, що дорівнює 1/273,16 частини термодинамічної температури потрійної точки води.

Температура потрійної точки води - це температура точки рівноваги води в твердій (лід), рідкій та газоподібній (пар) фазах на 0,01 До або 0,01 ° С вище точки танення льоду;

- міль (mole) є кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці - 12 масою 0,012 кг;

- кандела (candela) є сила світла в заданому напрямку джерела, що випромінює монохроматичне випромінювання частотою 540 10 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/ср (ср - стерадіан).

Радіан - Кут між двома радіусами кола, довжинадуги між якими дорівнює цьому радіусу.

Стерадіан - тілесний кут з вершиною в центрі сфери, що вирізує на її поверхні площу, що дорівнює площі квадрата зі стороною, радіусу сфери.

Системна одиниця ФВ - одиниця ФВ, що входить до прийнятої системи одиниць. Основні, похідні, кратні та подільні одиниці СІ є системними, наприклад, 1 м; 1 м/с; 1 км.

Позасистемна одиниця ФВ - одиниця ФВ, що не входить до прийнятої системи одиниць, наприклад, повний кут (оборот на 360 °), годину (3600 с), дюйм (25,4 мм) та інші.

Для вираження звукового тиску, посилення, ослаблення та ін застосовують логарифмічні ФВ

Одиниця логарифмічної ФВ- білий (Б):

Енергетичні величини 1Б = lg (Р2 / Р1) при Р2 = 10Р1;

Силові величини 1Б = 2 lg(F 2 /F 1) при F 2 = .

Частка одиниця від білого - децибел (дБ): 1 дБ=0,1Б.

Широке застосування набули відносні ФВ - безрозмірні відносини

двох однойменних ФВ. Вони виражаються у відсотках та безрозмірних одиницях.

Одним із найважливіших показниківсучасної цифрової вимірювальної техніки є кількість (обсяг) інформації біт та байт (Б). 1 байт = 23 = 8 біт.

Таблиця 2 - Одиниці кількості інформації

Використовують приставки СІ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт тощо. При цьому позначення Кбайт починають з великої літери на відміну від малої літери «к» для позначення множника 10 3 .

Історично склалася така ситуація, що з найменуванням «байт» некоректно (замість 1000 = 103 прийнято 1024 = 210) використовують приставки СІ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 102. При цьому позначення Кбайт починають з великої літери на відміну від малої літери «к» для позначення множника 10 3 .

Деяким одиницям СІ на честь вчених присвоєно спеціальні найменування, позначення яких записують з великої (великої) літери, наприклад, ампер - А, паскаль - Па, ньютон - Н. Таке написання позначень цих одиниць зберігають у позначенні інших похідних одиниць СІ.

Кратні та подовжні одиниці ФВ застосовують з множниками та приставками

Кратні та подовжні одиниці СІ не є когерентними.

Кратні одиниці ФВ - одиниця ФВ, в ціле число разів більша від системної або позасистемної одиниці. Наприклад, одиниця потужності мегават (1 МВт = 10 6 Вт).

Дольна одиниця ФВ - одиниця ФВ, в ціле число разів менша від системної або позасистемної одиниці. Наприклад, одиниця часу 1 мкс = 10 -6 с є часткою від секунди.

Найменування та позначення десяткових кратних та дольних одиниць системи СІ утворюються за допомогою певних множників та приставок (таблиця 4).

Кратні та подовжні одиниці від системних одиниць не входять до когерентної систему одиниць ФВ.

Когерентна похідна одиниця ФВ - похідна одиниця ФВ, пов'язана з іншими одиницями системи одиниць рівнянням, в якому числовий коефіцієнт прийнятнийрівним 1 .

Когерентна система одиниць ФВ - Система одиниць ФВ, що складається з основних одиниць та когерентних похідних одиниць.

Приставки "гекто", "деці", "дека", "санті" повинні використовуватися, коли застосування інших приставок незручно.

Приєднання до найменування одиниці двох і більше приставок поспіль неприпустиме. Наприклад, замість мікромікрофарад слід писати пикофарад.

У зв'язку з тим, що найменування основної одиниці «кілограм» містить приставку «кіло», для утворення кратних і дольних одиниць маси використовується частка одиниця «грам», наприклад, міліграм (мг) замість мікрокілограм (мккг).

Довгу одиницю маси «грам» застосовують без приєднання приставки.

Кратні та подільні одиниці ФВ пишуть разом з найменуванням одиниці СІ, наприклад, кілоньютон (кН), наносекунда (нс).

Деяким одиницям СІ на честь вчених присвоєно спеціальні найменування, позначення яких записують з великої (великої) літери, наприклад, ампер – А, ом – Ом, ньютон – Н.

Таблиця 3 - Похідні одиниці СІ, що мають спеціальні найменування та позначення

Величина	Одиниця
Найменування	Розмірність	Найменування	Позначення
міжнародне	російська
Плоский кут		Радіан	rad	радий
Тілесний кут		Стерадіан	sr	ср
Частота	Т-1	Герц	Hz	Гц
Сила	LMT -2	Ньютон	N	Н
Тиск	L-1 MT-2	Паскаль	Pa	Па
Енергія, робота, кількість теплоти	L 2 MT -2	Джоуль	J	Дж
Потужність	L 2 MT -3	Ватт	W	Вт
Електричний заряд, кількість електрики	TI	Кулон	C	Кл
Електрична напруга, потенціал, ЕРС	L 2 MT -3 I -1	Вольт	V	У
Електрична ємність	L -2 M -1 T 4 I 2	Фарад	F	Ф
Електричний опір	L 2 M 1 T -3 I -2	Ом	Ohm	Ом
Електрична провідність	L -2 M -1 T 3 I 2	Сіменс	S	Див
Потік магнітної індукції, магнітний потік	L 2 M 1 T -2 I -1	Вебер	Wb	Вб
Щільність магнітного потоку, магнітна індукція	MT -2 I -1	Тесла	T	Тл
Індуктивність, взаємна індукція	L 2 M 1 T -2 I -2	Генрі	H	Гн
Температура Цельсія	t	Градус Цельсія	°C	°C
Світловий потік	J	Люмен	lm	лм
Освітленість	L -2 J	Люкс	lx	лк
Активність радіонукліду	T-1	Бекерель	Bq	Бк
Поглинена доза іонізуючого випромінювання, керма	L 2 T -2	Грей	Gy	Гр
Еквівалентна доза іонізуючого випромінювання	L 2 T -2	Зіверт	Sv	Зв
Активність каталізатора	NT-1	Катал	kat	кат

Таке написання позначень цих одиниць зберігають у позначенні інших похідних одиниць СІ та інших випадках.

Правила написання значень величин у одиницях СІ

Значення величини записують як добуток числа та одиниці виміру, в якій число, помножене на одиницю виміру, є чисельним значенням величини цієї одиниці.

Таблиця 4 - Множники та приставки десяткових кратних та дольних одиниць СІ

Десятковий множник	Найменування приставки	Позначення приставки
міжнародне	російська
10 18	екса	Е	Е
10 15	пета	Р	П
10 12	тера	Т	Т
10 9	гіга	G	Г
10 6	мега	M	М
10 3	кіло	k	до
10 2	гекто	h	г
10 1	дека	da	так
10 -1	деці	d	д
10 -2	санти	c	з
10 -3	мілі	m	м
10 -6	мікро	µ	мк
10 -9	нано	n	н
10 -12	пико	p	п
10 -15	фемто	f	ф
10 -18	атто	a	а

Між числом та одиницею виміру завжди залишають одну прогалину наприклад сила струму I = 2 A.

Для безрозмірних величин, у яких одиницею виміру є «одиниця», одиницю виміру прийнято опускати.

Чисельне значення ФВ залежить від вибору одиниці. Одне і те значення ФВ може мати різні значення залежно від обраних одиниць, наприклад, швидкість автомобіля v = 50 м/с = 180 км/год; довжина хвилі однієї з жовтих натрієвих смуг λ = 5,896 · 10 -7 м = 589,6 нм.

Математичні символи ФВ друкують курсивом (похилим шрифтом), зазвичай це окремі малі або великі літери латинського або грецького алфавіту, а за допомогою нижнього індексу можна доповнити інформацію про величину.

Позначення одиниць у тексті, набраному будь-яким шрифтом, слід друкувати прямим (непохилим) шрифтом . Вони є математичними одиницями, а чи не абревіатурою.

Після них ніколи не ставиться крапка (крім випадків, коли вони закінчують пропозицію), вони не мають закінчень множини.

Для відокремлення десяткової частини від цілої ставлять точку (у документах англійською мовою - відноситься в основному до США та Англії) або кому (у багатьох європейських та мовах інших країн, у т.ч. Російської Федерації ).

Для полегшення прочитання чисел з великою кількістю цифр, ці цифри можуть бути об'єднані в групи по три як до, так і після коми, наприклад, 10 000 000.

При написанні позначень похідних одиниць позначення одиниць, що входять до похідних, поділяють точками, що стоять на середній лінії , наприклад, Н·м (ньютон – метр), Н·с/м 2 (ньютон – секунда на квадратний метр).

Найбільш уживаним є вираз у вигляді добутку позначень одиниць, зведених у відповідний ступінь, наприклад, м 2 ·с -1 .

При найменуванні, що відповідає добутку одиниць з кратними або подовжніми приставками, рекомендується приставку приєднувати до найменування першої одиниці , що входить у твір. Наприклад, 10 3 Н·м слід іменувати кН·м, а не Н·км.

Поняття про контроль та випробування

Деякі поняття, пов'язані з визначенням «вимірювання»

Принцип вимірів - фізичне явище або ефект, покладені в основу вимірювання (механічний, оптико-механічний ефект Доплера для вимірювання швидкості руху об'єкта).

Методика виконання вимірювань (МВІ) - встановлена ​​сукупність операцій та правил при вимірі, виконання яких забезпечує отримання результатів з гарантованою точністю відповідно до прийнятого методу.

Зазвичай, МВІ регламентується НТД, наприклад, атестацією МВІ. Фактично МВИ - алгоритм виміру.

Спостереження під час вимірювання - операція, що проводиться при вимірі і має на меті своєчасно і правильно зробити відлік результату спостереження - результат завжди випадковий і є одним із значень вимірюваної величини, що підлягає спільній обробці для отримання результату вимірювання.

Відлік показань - фіксація значення величини або числа за показом СІ в заданий момент часу.

Наприклад, значення, що дорівнює 4,52 мм, зафіксоване в деякий момент часу за шкаловимірювальною індикаторною головкою, є відліком її показання на цей момент.

Інформативний параметр вхідного сигналу СІ - параметр вхідного сигналу, функціонально пов'язаний з вимірюваною ФВ і використовується для передачі її значення або є величиною, що найбільш вимірювається.

Вимірювальна інформація - інформація про значення ФВ. Найчастіше інформація про об'єкт вимірювання відома до проведення вимірювань, що є найважливішим фактором, що зумовлює ефективність вимірювання. Таку інформацію про об'єкт вимірювання називають апріорною інформацією .

Вимірювальне завдання - Завдання, що полягає у визначенні значення ФВ шляхом її вимірювання з необхідною точністю в даних умовах вимірювання.

Об'єкт вимірювання - Тіло (фізична система, процес, явище), які характеризуються однією або декількома ФВ.

Наприклад, деталь, довжина та діаметр якої вимірюються; технологічний процес під час якого вимірюють температуру.

Математична модель об'єкта - Сукупність математичних символів та відносин між ними, яка адекватно описує властивості об'єкта виміру.

При побудові теоретичних моделей неминуче запровадження будь-яких обмежень, припущень та гіпотез.

Тому постає завдання оцінки достовірності (адекватності) отриманої моделі реальному процесу чи об'єкту. Для цього, коли необхідно, проводять експериментальну перевірку розроблених теоретичних моделей.

Алгоритм виміру - Точне розпорядження про порядок операцій, що забезпечують вимір ФВ.

Область вимірів- сукупність вимірювань ФВ, властивих будь-якій галузі науки або техніки і що виділяються своєю специфікою (механічні, електричні, акустичні і т. д.).

Невиправлений результат виміру - Значення величини, отримане при вимірі до введення в нього поправок, враховую систематичні похибки.

Виправлений результат виміру - отримане при вимірі значення величини та уточнене шляхом введення в нього необхідних поправок на дію систематичних похибок.

Збіжність результатів вимірів - близькість один до одного результатів вимірювань однієї і тієї ж величини, виконаних повторно одними і тими ж СІ, одним і тим самим методом в однакових умовах і з однаковою ретельністю.

Поряд із терміном «збіжність» у вітчизняних документах використовують термін «повторюваність». Збіжність результатів вимірів може бути виражена кількісно через характеристики їхнього розсіювання.

Відтворюваність результатів вимірювань - близькість результатів вимірювань однієї й тієї ж величини, отриманих у різних місцях, різними методами, різними засобами, різними операторами, у різний час, але проведених до тих самих умов вимірювань (температурі, тиску, вологості та ін.).

Відтворюваність результатів вимірювань може бути кількісно виражена через характеристики їх розсіювання.

Якість вимірів - Сукупність властивостей, що зумовлюють отримання результатів вимірювань з необхідними точнісними характеристиками, у необхідному вигляді та у встановлені терміни.

Достовірність вимірів визначається ступенем довіри до результату виміру і характеризується ймовірністю того, що справжнє значення вимірюваної величини знаходиться в зазначених межах, або в інтервалі значень величини.

Ряд результатів вимірів - Значення однієї величини, послідовно отримані з наступних один за одним вимірювань.

Середнє зважене значення величини - Середнє значення величини з низки нерівноточних вимірів, визначене з урахуванням ваги кожного одиничного виміру.

Середнє зважене значення ще називають середнім ваговим.

Вага результату вимірів (вага вимірів) - позитивне число (р), що служить оцінкою довіри до того чи іншого окремого результату виміру, що входить до ряду нерівноточних вимірів.

Для простоти обчислень зазвичай результату з більшою похибкою приписують вагу (р = 1), інші ваги знаходять стосовно даному «поодинокому» вазі.

Вимірювання - Знаходження значення ФВ досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Вимірювання включає сукупність операцій щодо застосування технічного засобу, що зберігає одиницю ФВ, що забезпечують знаходження співвідношення вимірюваної величини з її одиницею та отримання значення цієї величини.

Приклади: у найпростішому випадку, прикладаючи лінійку до якоїсь деталі, по суті порівнюємо її розмір з одиницею, що зберігається лінійкою, і, зробивши відлік, отримуємо значення величини (довжини, висоти); за допомогою цифрового приладу порівнюють розмір

ФВ, перетворений на цифрове значення, з одиницею, що зберігається приладом, і проводять відлік цифрового табло приладу.

Поняття «вимірювання» відображає такі особливості (а- д):

а) наведене визначення поняття «вимірювання» задовольняє загальному рівняннювимірів, тобто. у ньому враховано технічний бік(сукупність операцій), розкрито метрологічну суть(порівняння вимірюваної величини та її одиницею) та показаний результат операцій(Отримання значення величини);

б) Вимірювати можна характеристики властивостей реально існуючих об'єктів матеріального світу;

в) процес вимірів - експериментальний процес (неможливо провести вимір теоретичним чи розрахунковим шляхом);

г) для проведення виміру обов'язковим є використання технічного СІ, що зберігає одиницю виміру;

д) як результат вимірювання приймається значення ФВ (Вираз ФВ у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць).

Від терміна «вимірювання» відбувається термін «вимірювати», Якими широко користуються на практиці.

Не слід застосовувати вираз«Вимір значення», оскільки значення величини - це вже результат вимірів.

Метрологічна суть вимірузводиться до основного рівняння виміру (основного рівняння метрології):

де А - значення вимірюваної ФВ;

А про - значення величини, прийнятої за зразок;

k – відношення вимірюваної величини до зразка.

Отже, будь-який вимір полягає у порівнянні шляхом фізичного експерименту вимірюваної ФВ з деяким значенням, прийнятим за одиницю порівняння, тобто. мірою .

Найбільш зручний вигляд основного рівняння метрології, якщо обрана за зразок величина дорівнює одиниці. У цьому випадку параметр k є числове значення виміряної величини, що залежить від прийнятого методу вимірювання і одиниці вимірювання.

Вимірювання включають спостереження.

Спостереження під час спостереження - експериментальна операція, що виконується в процесі вимірювань, в результаті якої отримують одне значення сукупності значень величини, що підлягають спільній обробці для отримання результату вимірювань.

Слід розрізняти терміни « вимір», « контроль», « випробування» та « діагностування»

Вимірювання - Знаходження значення фізичної величини досвідченим шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.

Вимір може бути як частиною проміжного перетворення у процесі контролю, так і остаточним етапом отримання інформації під час випробування.

Технічний контроль— це процес визначення відповідності встановленим нормам чи вимогам значення параметрів виробу чи процесу.

При контролі виявляється відповідність або невідповідність фактичних даних необхідним і виробляється відповідне логічне рішення з приводу об'єкта контролю - « го-ден » або « не придатний ».

Контроль складається з низки елементарних процесів:

Вимірювального перетворення контрольованої величини;

Операції відтворення установок контролю;

Операції порівняння;

Визначення результату контролю.

Перелічені операції багато в чому схожі з операціями вимірювання, проте процедури вимірювання та контролю багато в чому різняться:

- результатом контролю є якісна характеристика, а виміри - кількісна;

- контроль здійснюється, як правило, в межах відносно невеликого числа можливих станів, а вимір - у широкому діапазоні значень вимірюваної величини;

Основною характеристикою якості процедури контролює достовірність , а процедури виміру - точність.

Випробуваннямназивається експериментальне визначення кількісних та (або) якісних характеристик властивостей об'єкта випробувань як результату впливів на нього при його функціонуванні, а також примоделюванні об'єкта або (і) впливу.

Експериментальне визначення при випробуваннях зазначених характеристик проводиться за допомогою вимірювань, контролю, оцінювання та формування відповідних впливів.

Основними ознакамивипробувань є:

- завдання необхідних (реальних або моделюваних) умов випробувань (режимів функціонування об'єкта випробувань та (або) сукупності факторів, що впливають);

- прийняття з урахуванням результатів випробувань рішень придатності чи непридатності його, пред'явлення інші випробування тощо.

Показниками якості випробувань є невизначеність(похибка), повторюваність та відтворюваністьрезультатів.

Діагностування - Розпізнавання стану елементів технічного об'єкта в даний момент часу. За результатами діагностування можна прогнозувати стан елементів технічного об'єкта для його експлуатації.

Для проведення вимірювань з метою контролю, діагностування чи випробування необхідно проектування вимірів, у процесі якого виконують такі роботи:

- аналіз вимірювального завданняіз з'ясуванням можливих джерел похибок;

- вибір показників точностівимірів;

- вибір числа вимірів, методу та засобів вимірювань (СІ);

- формулювання вихідних данихдля розрахунку похибок;

- розрахунококремих складових та загальної похибки;

- розрахунок показників точностіта зіставлення їх із обраними показниками.

Всі ці питання відбивають у методиці виконання вимірювань ( МВІ ).

Класифікація вимірів

Вигляд вимірів - частина області вимірювань, що має свої особливості та відрізняється однорідністю вимірюваних величин.

Вимірювання дуже різноманітні, що пояснюється безліччю вимірюваних величин, різним характером зміни в часі, різними вимогами до точності вимірювань тощо.

У зв'язку з цим виміри класифікуються за різними ознаками (рисунок 1).

Рівноточні виміри - ряд вимірів будь-якої величини, виконаних декількома однаковими за точністю СІ в тих самих умовах з однаковою ретельністю.

Нерівноточні виміри - ряд вимірів будь-якої величини, виконаних розрізняючими за точністю СІ та (або) у різних умовах.

Одноразовий вимір - Вимірювання, виконане один раз. Насправді у багатьох випадках виконуються одноразові виміри, наприклад, часу щогодини, для виробничих процесів.

Багаторазові виміри - Вимірювання одного і того ж розміру ФВ, результат якого отриманий з декількох наступних один за одним вимірювань, тобто складаються з ряду одноразових вимірювань.

Статичні виміри - вимірювання ФВ, що приймається відповідно до конкретної вимірювальної задачі за незмінну протягом часу вимірювання.

Рисунок 1 – Класифікація видів вимірювання

Динамічний вимір - Вимір змінюється за розміром ФВ. Результатом динамічного вимірювання є функціональна залежність вимірюваної величини від часу, тобто коли вихідний сигнал змінюється у часі відповідно до зміни вимірюваної величини.

Абсолютні виміри- Виміри, засновані на прямих вимірах однієї або декількох основних величин і (або) використанні значень фізичних констант.

Наприклад, вимірювання довжини шляху при рівномірному прямолінійному рівномірному русі L = vt,засноване на вимірі основної величини - часу Т та використанні фізичної постійної v.

Поняття абсолютне вимір застосовується як протилежне поняттю відносне вимір і сприймається як вимір величини у її одиницях. У такому трактуванні це поняття знаходить дедалі більшого застосування.

Відносний вимір- Вимірювання відношення величини до однойменної величини, що грає роль одиниці, або вимірювання зміни величини по відношенню до однойменної величини, що приймається за вихідну.

Відносні вимірювання за інших рівних умов можуть бути виконані більш точно, так як сумарну похибку результату вимірювань не входить похибка міри ФВ.

Приклади відносних вимірів: вимір відносин потужностей, тисків тощо.

Метрологічні виміри - Виміри, виконані з використанням еталонів.

Технічні виміри - Виміри, виконані технічними СІ.

Прямий вимір - Вимір ФВ, що проводиться прямим методом, при якому шукане значення ФВ отримують безпосередньо з дослідних даних.

Прямий вимір проводиться шляхом порівняння ФВ із мірою цієї величини безпосередньо або шляхом відліку показань СІ за шкалою або цифровим приладом, градуйованих у необхідних одиницях.

Часто під прямими вимірами розуміються виміри, у яких не виробляються проміжних перетворень.

Приклади прямих вимірів: вимір довжини, висоти за допомогою лінійки, напруги – за допомогою вольтметра, маси за допомогою пружинних ваг.

Рівняння прямого вимірумає такий вигляд:

Непрямий вимір - Вимірювання, отримане на основі результатів прямих вимірювань інших ФВ, функціонально пов'язаних з шуканою величиною відомою залежністю.

Рівняння непрямих вимірів має такий вигляд:

Y = F(x 1 , x 2 …, xi, … x n),

де F – відома функція;

n – число прямого вимірювання ФВ;

x 1 x, x i x n - значення прямого вимірювання ФВ.

Наприклад, визначення площі, обсягу за допомогою виміру довжини, ширини, висоти; електричної потужності методом вимірювання сили струму та напруги тощо.

Сукупні виміри - одночасно проведені виміри кількох однойменних величин, у яких шукане значення величини, визначають шляхом розв'язання системи рівнянь, одержуваних при вимірах різних поєднань цих величин.

Зрозуміло, що з визначення значень шуканих величин число рівнянь має не менше числа величин.

Приклад: значення маси окремих гирь набору визначають за відомим значенням маси однієї з гирь і за результатами вимірювань (порівнянь) мас різних поєднань гирь.

Є гирі масами m1, m2, m3.

Маса першої гирі визначиться так:

Маса другої гирі визначиться як різниця маси першої та другої гир М 1,2 та виміряної масою першої гирі m 1:

Маса третьої гирі визначиться як різниця маси першої, другої та третьої гир М 1,2,3 та виміряних мас першої та другої гир

Часто саме цим шляхом вимагають підвищення точності результатів вимірювання.

Спільні виміри - одночасно виміри кількох неодноєменних ФВ для визначення залежності між ними.

Приклад 1. Побудова градуювальної характеристики Y = f(x) вимірювального перетворювача, коли вимірюють одночасно набори значень:

Значення ФВ визначається з допомогою СІ конкретним методом.

Методи вимірів

Метод вимірів - прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної ФВ з її одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірювання та використання СІ.

Конкретні методи вимірювань визначаються видом вимірюваних величин, їх розмірами, необхідною точністю результату, швидкістю процесу вимірювання, умовами, за яких проводять вимірювання, та інших ознак.

У принципі, кожну ФВ можна виміряти кількома методами, які можуть відрізнятися один від одного особливостями як технічного, так і методичного характеру.

Метод безпосередньої оцінки - метод вимірів, при якому значення величини визначають безпосередньо з відлікового пристрою СІ.

Швидкість процесу вимірювання робить його часто незамінним для практичного

використання, хоча точність виміру зазвичай обмежена. Приклади: вимірювання довжини лінійкою, маси – пружинними вагами, тиску – манометром.

Метод порівняння із мірою - метод вимірювань, в якому вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою (вимір зазору за допомогою щупа, вимірювання маси на важелях важелів за допомогою гир, вимірювання довжини за допомогою кінцевих заходів і т. д.).

На відміну від СІ безпосередньої оцінки, зручнішою для отримання оперативної інформації, СІ порівняння забезпечують більшу точність вимірювання.

Нульовий метод виміру - метод порівняння з мірою, в якому результуючий ефект впливу вимірюваної величини та заходи на порівняння прилад доводять до нуля.

Наприклад, вимірювання електричного опору мостом з повним його врівноваженням.

Диференціальний метод - метод вимірювання, при якому вимірювана величина порівнюється з однорідною величиною, що має відоме значення, що незначно відрізняється від значення вимірюваної величини, і при якій вимірюється різниця між цими величинами.

Наприклад, вимірювання довжини порівнянням із зразковою мірою на компараторі - засобі порівняння, призначеному для звіряння мір однорідних величин.

Диференціальний метод вимірів найбільш ефективний тоді, коли практичне значення має відхилення вимірюваної величини від деякого номінального значення (відхилення дійсного лінійного розміру від номінального, догляд частоти і т. д.).

Метод вимірювання заміщенням - метод порівняння з мірою, в якій вимірювану величину замінюють мірою з відомим значенням величини, наприклад, зважування з почерговим приміщенням вимірюваної маси і гир на ту саму чашку ваг).

Метод вимірів доповненням - метод порівняння з мірою, в якому значення вимірюваної величини доповнюється мірою цієї величини з таким розрахунком, щоб на прилад порівняння впливала їх сума, що дорівнює заздалегідь заданому значенню.

Метод протиставлення - метод порівняння з мірою, у якому вимірювана величина, що відтворюється мірою, одночасно діє прилад порівняння, за допомогою якого встановлюється співвідношення між цими величинами.

Наприклад, вимірювання маси на рівноплечих вагах з приміщенням вимірюваної маси і врівноважують її гир на двох чашках ваг, звірення заходів за допомогою компаратора, де основою методу є вироблення сигналу про наявність різниці розмірів порівнюваних величин.

Метод збігів - метод порівняння з мірою, в якій різницю між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, вимірюють, використовуючи збіг позначок шкал або періодичних сигналів.

Наприклад, вимірювання довжини за допомогою штангенциркуля з ноніусом, коли спостерігають збіг позначок на шкалах штангенциркуля і ноніуса, вимірювання частоти обертання за допомогою стробоскопа, коли положення якої або позначки на об'єкті, що обертається, поєднують з відміткою на необертається частини цього об'єкта при певній частоті.

Контактний метод вимірів - метод вимірювання, при якому чутливий елемент приладу (вимірювальні поверхні приладу або інструменту) приводяться в контакт з об'єктом вимірювання.

Наприклад, вимірювання температури робочого тіла термопарою, вимірювання діаметра деталі штангенциркулем.

Безконтактний метод вимірів - метод вимірів, що грунтується на тому, що чутливий елемент СІ не приводиться в контакт з об'єктом виміру.

Наприклад, вимірювання відстані до об'єкта за допомогою радіолокатора, вимірювання лінійних розмірів деталей з вимірювальним фотоелектричним приладом.

Засоби вимірів

Засіб вимірювання (СІ) - технічний засіб, призначений для вимірювань, що має нормовані метрологічні характеристики, що відтворює та (або) зберігає одиницю ФВ, розмір якої приймають незмінним (у межах встановленої похибки) протягом відомого інтервалу часу.

Засоби вимірів різноманітні. Однак для цієї множини можна виділити деякі загальні ознаки , властиві всім засобам вимірювань незалежно від сфери застосування.

По ролі, що виконується в системі забезпечення єдності вимірів, засоби вимірювань ділять на метрологічні і робітники .

Метрологічні СІ призначені для метрологічних цілей - відтворення одиниці та (або) її зберігання чи передачі розміру одиниці робочим СІ.

Робочі СІ - СІ, призначені для вимірювань, не пов'язаних із передачею розміру одиниці іншим СІ.

По відношенню до вимірюваноїФВ СІ поділяються на основні і допоміжні .

Основні СІ - СІ тієї ФВ, значення якої необхідно отримати відповідно до вимірювального завдання.

Допоміжні СІ - СІ тієї ФВ, вплив якої на основне СІ або об'єкт вимірювання необхідно враховувати для отримання результатів вимірювання необхідної точності.

Ці СІ застосовують контролю над підтримкою значень що впливають величин у заданих межах.

За рівнем автоматизаціївсі СІ ділять на неавтоматичні(мається на увазі звичайний прилад, наприклад, важільний мікрометр), автоматичніі автоматизовані.

Автоматичні СІ - СІ, які проводять без участі людини вимірювання величини і всі операції, пов'язані з обробкою результатів вимірювань, їх реєстрацією, передачею даних або вироблення сигналів, що управляють.

Приклади: вимірювальні або контрольні автомати, вбудовані в автоматичну технологічну лінію (технологічне обладнання, верстат та ін.), вимірювальні роботи, що мають хороші маніпуляційні властивості.

Автоматизоване СІ - СІ, що здійснює в автоматичному режимі одну або частину вимірювальних операцій. Наприклад, лічильник газу (вимірювання та реєстрація даних з наростаючим підсумком).

Міра ФВ - СІ, призначене для відтворення та (або) зберігання та передачі ФВ одного або декількох заданих розмірів, значення яких виражені у встановлених одиницях та відомі із заданою точністю.

Вимірювальний пристрій - СІ, призначене для отримання значень вимірюваної величини у встановленому діапазоні і виробляє сигнал вимірювальної інформації у формі, доступній спостерігачеві для безпосереднього сприйняття (останнє відноситься до приладів, що показують).

Аналоговий вимірювальний прилад - СІ, показання якого є безперервною функцією зміни вимірюваної величини. Наприклад, ваги, манометр, амперметр, вимірювальна головка зі шкальними відліковими пристроями.

Цифровим вимірювальним приладом (ЦІП) називається СІ, що автоматично виробляє дискретні сигнали вимірювальної інформації, показання якого представлені в цифровій формі. При вимірах з допомогою ЦІП виключаються суб'єктивні помилки оператора.

Вимірювальна установка - сукупність функціонально об'єднаних заходів, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів та інших пристроїв, призначена для вимірювання однієї або декількох ФВ і розташована в одному місці.

Наприклад, повірочна установка, випробувальний стенд, вимірювальна машина для виміру питомого опору матеріалів.

Вимірювальна система (ІВ) - сукупність функціонально об'єднаних заходів, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів, комп'ютерів та інших технічних засобів, розміщених у різних точках контрольованого об'єкта з метою вимірювання однієї або декількох ФВ, властивих цьому об'єкту, та вироблення вимірювальних сигналів у різних цілях. Вимірювальна система може містити десятки каналів вимірювання.

Залежно від призначення ІС поділяють на вимірювальні інформаційні, вимірювальні контролюючі, вимірювальні керуючіта ін.

Розрізняють також досить умовно інформаційно-вимірювальні системи(ІІС) та комп'ютерно-вимірювальні системи(КІС).

Вимірювальну систему, що перебудовується в залежності від зміни вимірювального завдання, називають гнучкою вимірювальною системою(ГІС).

Вимірювальний - обчислювальний комплекс (ІВК) - функціонально об'єднана сукупність СІ, комп'ютерів та допоміжних пристроїв, призначених для виконання у складі ІВ конкретної вимірювальної функції.

Комп'ютерно - вимірювальна система (КІС),інакше віртуальний прилад складається зі стандартного або спеціалізованого комп'ютера з вбудованою платою (модулем) збору даних.

Вимірювальний перетворювач (ІП) - технічний засіб з нормативними

метрологічними характеристиками, що служить для перетворення вимірюваної величини в іншу величину або вимірювальний сигнал, зручний для обробки, зберігання, подальших перетворень, індикації та передачі. ІП входить до складу якого-небудь вимірювального приладу (вимірювальної установки, ІВ та ін.), або застосовується разом з будь-яким СІ.

Приклади ІП. Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) або аналого-цифровий перетворювач (АЦП).

Передавальний перетворювач - вимірювальний перетворювач, службовець для

дистанційної передачі сигналу вимірювальної інформації до інших пристроїв або

системам (термопара у термоелектричному термометрі).

Первинний вимірювальний перетворювач або просто первинний перетворювач (ПП)- вимірювальний перетворювач, який безпосередньо впливає вимірювана ФВ;

Без вимірювальних засобів та методів їх застосування науково-технічний прогрес був би неможливим. У світі люди не обходяться без них навіть у побуті. Тому настільки великий пласт знань було не систематизований і сформований як повноцінне Саме визначення цього напрями використовується поняття «метрологія». Що таке вимірювальні засоби з погляду наукового знання? Можна сміливо сказати, це предмет дослідження, але діяльність фахівців у цій сфері обов'язково має і практичний характер.

Поняття метрології

У загальному уявленні метрологію часто розглядають як сукупність наукових знань про засоби, методи та способи вимірювання, в яку також входить поняття їхньої єдності. Для регуляції практичного застосування цих знань існує федеральна агенція з метрології, яка технічно управляє майном у сфері метрології.

Як видно, центральне місце у понятті метрології займає вимір. У цьому контексті вимір означає отримання відомостей про предмет дослідження - зокрема інформації про властивості та характеристики. Обов'язковою умовою є досвідчений шлях отримання цих знань із застосуванням метрологічного інструментарію. Також слід враховувати, що метрологія, стандартизація та сертифікація тісно взаємопов'язані і лише у комплексі можуть дати практично цінну інформацію. Так, якщо метрологія займається питаннями розробки, то стандартизація встановлює єдині форми та правила для застосування цих же методів, а також для реєстрації характеристик об'єктів відповідно до заданих нормативів. Що ж до сертифікації, вона ставить за мету визначення відповідності досліджуваного об'єкта тим чи іншим параметрам, закладеним стандартами.

Цілі та завдання метрології

Перед метрологією стоїть кілька важливих завдань, які перебувають у трьох областях – теоретичної, законодавчої та практичної. З розвитком наукового знання мети з різних напрямів взаємно доповнюються і коригуються, але загалом завдання метрології можна так:

• Формування систем одиниць та характеристик виміру.
• Розробка загального теоретичного знання про виміри.
• Стандартизація методів виміру.
• Твердження еталонів методів вимірювання, перевірочних заходів та технічних засобів.
• Вивчення системи заходів у контексті історичної перспективи.

Єдність вимірів

Базовим рівнем стандартизації є, що результати вироблених вимірів відбиваються у затвердженому форматі. Тобто характеристика виміру виявляється у прийнятому вигляді. Причому це стосується не тільки певних величин виміру, але й похибок, які можуть виражатися з урахуванням ймовірностей. Метрологічне єдність існує для можливості порівняння результатів, які проводились у різних умовах. Причому в кожному випадку методи та засоби повинні залишатися незмінними.

Якщо розглядати основні поняття метрології з погляду якості отримання результатів, то головним буде точність. У певному сенсі вона пов'язана з похибкою, яка спотворює свідчення. Саме з метою підвищення точності і застосовуються серійні виміри в різних умовах, завдяки яким можна скласти повніше уявлення про предмет вивчення. Чималу роль підвищення якості вимірювань грають і профілактичні заходи, створені задля перевірку технічних засобів, випробування нових методів, аналіз еталонів тощо.

Принципи та методи метрології

Для досягнення високої якості одержуваних вимірювань метрологія спирається на кілька основних принципів, серед яких:

• Принцип Пельтьє, орієнтований визначення поглиненої енергії у процесі течії іонізуючого випромінювання.
• Принцип Джозефсона, на основі якого вимірюються напруги в електроланцюзі.
• Принцип Доплера, що забезпечує вимірювання швидкості.
• Принцип дії сили тяжіння.

Для цих та інших принципів було вироблено широку базу методів, з допомогою яких виконуються практичні дослідження. Важливо враховувати, що метрологія – наука про виміри, що підкріплюються прикладним інструментарієм. Але й технічні засоби, з іншого боку, ґрунтуються на конкретних теоретичних засадах та способах. Серед найбільш поширених методів можна виділити методику безпосередньої оцінки, вимірювання маси на терезах, заміщення, порівняння і т.д.

Засоби вимірів

Одне з найважливіших понять метрології – засіб виміру. Як правило, яке відтворює або зберігає певну фізичну величину. У процесі застосування воно досліджує об'єкт, зіставляючи виявлений параметр із еталонним. Засоби вимірів - це велика група інструментів, що має безліч класифікацій. За конструкцією та принципом роботи, наприклад, виділяють перетворювачі, прилади, датчики, пристрої та механізми.

Вимірювальна установка - відносно сучасний різновид пристроїв, якими користується метрологія. Що таке ця установка на практиці використання? На відміну від найпростіших інструментів, установка є машиною, в якій передбачений цілий комплекс функціональних компонентів. Кожен із них може відповідати за один або кілька заходів. Як приклад можна навести лазерні кутоміри. Їх використовують будівельники визначення широкого спектра геометричних параметрів, і навіть до розрахунку за формулами.

Що таке похибка?

Похибка також займає чимале місце у процесі виміру. Теоретично вона сприймається як одне з основних понять метрології, у разі відбивають відхилення отриманої величини від істинної. Це відхилення може бути випадковим чи систематичним. У розробці вимірювальних приладів виробники зазвичай закладають певну величину похибки до списку характеристик. Саме завдяки фіксації можливих меж відхилень у результатах можна говорити про надійність вимірів.

Але не лише похибкою визначаються можливі відхилення. Невизначеність - ще одна характеристика, якою керується щодо метрологія. Що таке невизначеність виміру? На відміну від похибки, вона мало оперує точними чи щодо точними величинами. Вона вказує лише на сумнів у тому чи іншому результаті, але, знову ж таки, не визначає інтервали відхилень, якими могло бути викликане таке ставлення до набутого значення.

Різновиди метрології за сферами застосування

Метрологія у тих чи інших формах задіяна майже переважають у всіх сферах людської діяльності. У будівництві застосовуються ті ж вимірювальні прилади для фіксації відхилень конструкцій по площинах, в медицині використовуються на базі найточнішої апаратури, в машинобудуванні також фахівці застосовують пристрої, що дозволяють визначати характеристики з найдрібнішими подробицями. Найбільш масштабні спеціалізовані проекти веде агентство з технічного регулювання та метрології, яке разом із цим містить банк еталонів, встановлює регламенти, здійснює каталогізацію тощо. буд. Цей орган по-різному охоплює всі сфери метрологічних досліджень, поширюючи ними затверджені стандарти.

Висновок

У метрології існують встановлені колись і еталони, що змінюються, принципи і методи вимірювань. Але також є й ціла низка її напрямків, які не можуть залишатися без змін. Точність є одним із ключових характеристик, які забезпечує метрологія. Що таке точність у контексті процедури вимірювання? Це величина, яка більшою мірою залежить від технічного засобу виміру. І якраз у цій галузі метрологія розвивається динамічно, залишаючи позаду старі, малоефективні інструменти. Але і це лише один із найяскравіших прикладів, у яких регулярно проводиться оновлення цієї сфери.

- (грец., з metron міра, та logos слово). Опис ваг та заходів. Словник іншомовних слів, що увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. МЕТРОЛОГІЯ грецьк., від metron, міра, та logos, трактат. Опис ваг та заходів. Пояснення 25000 іноземних ... Словник іноземних слів російської мови

Метрологія- Наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. Законодавча метрологія Розділ метрології, що включає взаємопов'язані законодавчі та науково-технічні питання, що потребують… Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

- (Від грецьк. metron міра і ... логія) наука про виміри, методи досягнення їх єдності і необхідної точності. До основних проблем метрології належать: створення загальної теорії вимірів; освіта одиниць фізичних величин та систем одиниць;

- (Від грецьк. metron міра і logos слово, вчення), наука про вимірювання та методи досягнення повсюдної їх єдності та необхідної точності. До осн. проблемам М. належать: загальна теорія вимірів, освіта одиниць фіз. величин та їх систем, методи та… … Фізична енциклопедія

Метрологія- наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності... Джерело: РЕКОМЕНДАЦІЇ З МІЖДЕРЖАВНОЇ СТАНДАРТИЗАЦІЇ. ДЕРЖАВНА СИСТЕМА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЄДНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ. МЕТРОЛОГІЯ. ОСНОВНІ … Офіційна термінологія

метрологія- І, ж. métrologie f. metron міра + logos концепції, вчення. Вчення про заходи; опис різних заходів та терезів і способів визначення їх зразків. СІС 1954. Якомусь Паукеру присудили повну нагороду за рукопис німецькою мовою про метрологію, ... ... Історичний словник галицизмів російської

метрологія- Наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності [РМГ 29 99] [МИ 2365 96] Тематики метрологія, основні поняття EN metrology DE MesswesenMetrologie FR métrologie … Довідник технічного перекладача

МЕТРОЛОГІЯ, наука про виміри, методи досягнення їхньої єдності та необхідної точності. Народженням метрології вважатимуться встановлення наприкінці 18 в. зразка довжини метра та прийняття метричної системи заходів. У 1875 підписано міжнародну Метричну... Сучасна енциклопедія

Історична допоміжна історична дисципліна, що вивчає розвиток систем заходів, грошового рахунку та одиниць податкового оподаткування у різних народів. Великий Енциклопедичний словник

МЕТРОЛОГІЯ, метрології, багато інших. ні, дружин. (Від грец. metron міра та logos вчення). Наука про заходи та ваги різних часів та народів. Тлумачний словник Ушакова. Д.М. Ушаків. 1935 1940 … Тлумачний словник Ушакова

Книги

• Метрологія
• Метрологія, Бавикін Олег Борисович, В'ячеславова Ольга Федорівна, Грибанов Дмитро Дмитрович. Викладено основні положення теоретичної, прикладної та законодавчої метрології. Розглянуто теоретичні засади та прикладні питання метрології на сучасному етапі, історичні аспекти…