Метрология

1. Метрология ( от греч. "метро"- мера,_"логос" - учение) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства и требуемой точности измерений.

2. Метрология

• Теоретическая

• Законодательная

• Прикладная

3. В теоретической (фундаментальной) метрологии разрабатываются фундаментальные основы этой науки.

Предметом законодательной метрологии является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений.

Практическая (прикладная) метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологии.

4. Свойство — философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления процесса), которая обусловливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним.

5. Величина — это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно

6. Величины

• Реальные

  • Физические

    • Измеряемые

    • Оцениваемые

  • нефизические

• Идеальные

  • Математические

7. физическая величина - одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого.

Таким образом, физические величины — это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

8. Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ.

Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены.

Величины оценивают при помощи шкал.

9. Шкала величины — упорядоченная последовательность ее значений, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

10. Нефизические величины , для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены.

11. По видам явлений ФВ делятся на следующие группы:

• вещественные , т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Иногда указанные ФВ называют пассивными . Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные ФВ преобразуются в активные, которые и измеряются;

• энергетические , т. е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

12. ФВ делятся на

• пространственно-временные,

• механические,

• тепловые,

• электрические и магнитные,

• акустические,

• световые,

• физико-химические,

• ионизирующих излучений,

• атомной и ядерной физики.

13. По степени условной независимости от других величин

• данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные.

• В настоящее время в системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества.

• К дополнительным физическим величинам относятся плоский и телесный углы.

14. По наличию размерности ФВ

• делятся на размерные, т. е. имеющие размерность, и безразмерные.

• Размерность физической величины - выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

15. Единица физической величины [Q] — это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, применяется для количественного выражения однородных ФВ.

16. Значение физической величины q — это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

17. Числовое значение физической величины q — отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной ФВ.

18. Измерение — познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения.

19. Основное уравнение измерений имеет вид: Q=q*v

• Q — измеряемая физическая величина;

• q — её числовое представление в принятых единицах измерения физической величины Q;

• v — принятая единица измерения физической величины Q.

20. Шкала физической величины — это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

21. . Шкала наименований (шкала классификации). Такие шкалы используются для классификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности. Эти свойства нельзя считать физическими величинами, поэтому шкалы такого вида не являются шкалами ФВ. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен.

22. Шкала порядка (шкала рангов). Если свойство данного эмпирического объекта проявляет себя в отношении эквивалентности и порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства, то для него может быть построена шкала порядка.

23. Условная шкала — это шкала ФВ, исходные значения которой выражены в условных единицах. Например, шкала вязкости Энглера, 12-балльная шкала Бофорта для измерения силы морского ветра.

24. Оценивание по шкалам порядка является неоднозначным и весьма условным.

25. Шкала интервалов (шкала разностей). Эти шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объектов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентно сти, порядка и аддитивности. Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало — нулевую точку. К таким шкалам относится летосчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово и т.д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов.

26. . Шкала отношений . Эти шкалы описывают свойства эмпирических объектов, которые удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности (шкалы второго рода — аддитивные), а в ряде случаев и пропорциональности (шкалы первого рода — пропорциональные). Их примерами являются шкала массы (второго рода), термодинамической температуры (первого рода).

27. Абсолютные шкалы. Под абсолютными понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усиления, ослабления и др. Для образования многих производных единиц в системе СИ используются безразмерные и счетные единицы абсолютных шкал.

28. В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины.

29. Истинное значение физической величины - это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению.

30. Действительное значение физической величины - это значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

31. Измеренное значение физической величины - это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений.

32. измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

33. Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение длины линейкой, температуры термометром и

34. Косвенные измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

35. Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называется единицей физической величины.

36. Для большинства величин единицы получают по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами.

• В этом случае единицы величин будут выражаться через единицы других величин.

• Например, единица скорости - метр в секунду (м/с), единица плотности - килограмм на метр в квадрате (кг/м2).

• Единицы, образованные с помощью формул, называют производными единицами.

37. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

38. Основными единицами в международной системе единиц являются:

• единица длины- метр (м),

• единица массы - килограмм (кг),

• единица времени - секунда (с),

• единица силы электрического тока - ампер (А),

• единица термодинамической температуры - кельвин (К),

• единица силы света - кандела (кд),

• единица количества вещества - моль (моль).

1. Например - метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 долей секунды.

2. Килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

3. Секунда – единица времени, равная 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия – 133.

4. Ампер – сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным на расстоянии одного метра один от другого в вакууме, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2•10-7 ньютона.

5. Кельвин – единица термодинамической температуры, 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

6. Кандела – единица силы света, равная силе света в заданном направлении источника, испускающее монохроматическое излучение 540•10¹² герц (540 ТГц), энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Ватт на стерадиан.

7. Моль – единица количества вещества, равная количеству вещества системы, в которой содержится столько же структурных элементов( атомов, молекул, ионов, электронов и других частиц или специфицированных групп частиц) сколько содержится атомов в Углероде – 12 массой 0,012 килограмма.

39. Средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дельных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке, называется эталоном.

40. Эталон должен обладать взаимосвязанными свойствами:

• Воспроизводимость - возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается постоянным исследованием эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

• Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания "естественных" эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.

• Сличаемость - возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличения.

41. По своему метрологическому назначению эталоны делятся на

• Первичный эталон обеспечивает воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью.

1. Первичные эталоны - это уникальные средства измерений, которые представляют собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима и для этих условий заменяет первичный эталон.

Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона.

1. Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения и эталоны-свидетели.

   1. Эталон-копия - предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он всегда является его физической копией.

   2. Эталон сравнения - применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

   3. Эталон-свидетель - предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты.

42. Первичный или специальный эталон, официально утвержденные в качестве исходного для страны, называются государственным эталоном.

43. Рабочий эталон - применяется для передачи размера единицы от эталона-копии образцовым средствам измерения и в отдельных случаях - наиболее точным рабочим средствам измерений.

44. Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

45. Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений характеристик и (или) пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

46. Поверочная схема - утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений.

• Государственные поверочные схемы регламентируются государственными стандартами и распространяются на все средства измерений данного вида.

• Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических служб Государственных органов управления и юридических лиц. Все локальные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, которая определена государственной поверочной схемой.

47. На процесс измерения и получение результата измерения оказывает воздействие множество факторов:

• характер измеряемой величины,

• качество применяемых средств измерений,

• метод измерений,

• условия измерения (температура, влажность, давление и т.п.),

• индивидуальные особенности оператора (специалиста, выполняющего измерения) и др.

48. Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения

49. По форме числового выражения погрешности измерений подразделяют на абсолютные и относительные.

• Абсолютные погрешности выражают в единицах измеряемой величины-

D = х_и - х

• Относительная погрешность определяется отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины.

d = (D/ х_и) 100%

50. По источникам возникновения погрешности подразделяют на инструментальные (обусловлены свойствами средств измерений), методические (возникают вследствие неправильного выбора модели измеряемого свойства объекта, несовершенства принятого метода измерений, допущений и упрощений при использовании эмпирических зависимостей и др.) и субъективные (погрешности оператора).

51. По своему характеру (закономерностям проявления) погрешности измерения подразделяются на систематические, случайные и грубые промахи.

• Систематическая погрешность остается постоянной или изменяется по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины. Если известны причины, вызывающие появление систематических погрешностей, то их можно обнаружить и исключить из результатов измерений.

• Погрешности метода происходят вследствие ошибок или недостаточной разработанности метода измерений. Сюда же можно отнести неправомерную экстраполяцию свойства, полученного в результате единичного измерения, на весь измеряемый объект. Например, принимая решение о годности вала по единичному измерению, можно допустить ошибку, поскольку не учитываются такие погрешности формы, как отклонения от цилиндричности, круглости, профиля продольного сечения и др. Поэтому для исключения такого рода систематических погрешностей в методике измерений рекомендуется проведение измерений в нескольких местах деталей и взаимно-перпендикулярных направлениях.

• К погрешностям метода относят также влияние инструмента на свойства объекта (например, значительное измерительное усилие, изменяющее форму тонкостенной детали) или погрешности, связанные с чрезмерно грубым округлением результата измерения.

• Инструментальные погрешности связаны с погрешностями средств измерения, вызванными погрешностями изготовления или износом составных частей измерительного средства.

• К погрешностям, вызванным воздействием окружающей среды и условий измерений, относят температуру (например, измерения еще не остывшей детали), вибрации, нежесткость поверхности, на которую установлено измерительное средство, и т. п.

52. Разность между средним арифметическим значением результатов измерения и значением меры с точностью, определяемой погрешностью при ее аттестации, называется поправкой.

53. Случайная погрешность изменяется случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности относятся к случайным величинам (событиям, явлениям). В отличие от систематических погрешностей случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений. Однако их влияние может быть уменьшено путем применения специальных способов обработки результатов измерений, основанных на положениях теории вероятности и математической статистики.

54. Грубые погрешности (промахи). Грубые погрешности - это погрешности, не характерные для технологического процесса или Результата, приводящие к явным искажениям результатов измерения.

55. Точность измерений - качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов, как систематических, так и случайных.

56. Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны постольку, поскольку они не искажены систематическими погрешностями.

57. Сходимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях (одним и тем же средством измерений, одним и тем же оператором). Для методик выполнения измерений сходимость измерений является одной из важнейших характеристик.

58. Воспроизводимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений). В процедурах испытаний продукции воспроизводимость является одной из важнейших характеристик.

59. В зависимости от области применения и способов выражения используемые характеристики погрешности измерений могут быть разделены на следующие группы:

• задаваемые в качестве требуемых или допускаемых значений – нормы характеристик погрешностей измерений. Например, требования ГОСТа или технического задания и т.д.;

• приписываемые любому результату измерений из совокупности результатов измерений, выполняемых по одной и той же аттестованной методике измерений – приписанные характеристики погрешности измерений. Например, метод контроля какой-либо продукции, изложенный в ГОСТе или отдельной методике выполнения измерений (МВИ);

• отражающие близость отдельного, экспериментально полученного результата измерений к истинному значению измеряемой величины – статистические оценки характеристик погрешностей измерений.

60. под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

61. Государственный метрологический контроль включает:

• - утверждение типа средств измерений;

• - поверку средств измерений, в том числе эталонов;

• - лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению и ремонту средств измерений.

62. Средство измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

63. Основными классификационными признаками средств измерений являются тип, вид и метрологическое назначение.

• Тип – это совокупность средств измерений, имеющих одинаковую принципиальную схему, конструкцию и изготовляемых по одним и тем же техническим условиям.

• Вид - это совокупность типов средств измерений, предназначенных для измерений какой-либо одной физической величины.

64. По принципу действия и конструктивным особенностям (по типам) все средства измерений подразделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные системы и измерительные установки.

65. Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

66. Однозначная мера - это мера, воспроизводящая физическую величину одного размера, например, гиря 1 кг, конденсатор постоянной емкости.

67. Многозначная мера - это мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров, например, конденсатор переменной емкости.

68. Набор мер – это комплект мер разного размера одной и той же физической величины (например, набор гирь), необходимый для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях. Если наборы мер объединены в одно конструктивное целое с приспособлением для соединения их в различных комбинациях, то в этих случаях говорят о магазинах мер (например, магазины сопротивлений).

69. Измерительный преобразователь - средство измерений, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

70. Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Другими словами - для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, в виде цифрового отсчета на отсчетном устройстве.

71. Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту и выработки измерительных сигналов в разных целях.

72. Метрологическая характеристика СИ – характеристика одного из свойств измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность.

73. Нормируемые метрологические характеристики СИ - совокупность метрологических характеристик данного типа СИ, устанавливаемая нормативными документами на СИ.

74. - нормальные условия - самые удобные для измерения. Нормальные условия устанавливаются ГОСТ 8.395-80 «ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования»

75. - рабочие условия - при которых средство является пригодным для измерений;

76. - предельные условия - при которых средство не обязательно пригодно к измерению, но их кратковременное действие не выводит его из строя;

77. условия хранения - условия, которые обеспечивают сохранность средства измерения в течение длительного времени. Независимо от рабочих условий они должны быть всегда более жесткими, чем предельные.

78. Дополнительной погрешностью называется составляющая погрешности средства измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин (внешней температуры, влажности и т. п.) от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы, установленные для нормальных условий. При этом наибольшая дополнительная погрешность, вызываемая изменением влияющей величины в пределах «рабочей» области, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть допущено к применению, называется пределом допускаемой дополнительной погрешности.

79. Взаимозаменяемость - свойство составных частей изделия обеспечивать возможность его сборки в процессе изготовления и ремонта при эксплуатации с соблюдением установленных технических требований к готовому изделию.

80. В зависимости от технико-экономических условий взаимозаменяемость может быть: