Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОГРЕШНОСТЯХ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

для студентов 1 курса физического факультета

Часть 1

Авторы: Землянов А. П. — доцент кафедры общей физи­ки, Орлова Е. Г.—младший научный сотрудник НИИФ РГУ, Зарубин И. А — зав. отделом метрологии и стандартизации НИИФ РГУ.

ВВЕДЕНИЕ

Дальнейшее совершенствование науки и техники невозможно без опережающего развития метрологии, поскольку разработка аппаратуры с улучшенными техническими характеристиками, ос­воение новых диапазонов требуют более точной аппаратуры. Фи­зика в этом отношении занимает особое положение. Помимо ши­рокой номенклатуры измерительной аппаратуры общего примене­ния (вольтметров, осциллографов и т.п.) здесь используют большое число узкоспециализированных приборов. Физик-экспе­риментатор на практике сталкивается не только с необходимос­тью решать измерительные задачи на базе типовых измеритель­ных приборов, но и с разработкой новых приборов, их метроло­гической аттестацией, стандартизацией методов измерений.

В 80-е годы усилилось внимание к проблемам стандар­тизации и метрологии в стране. В 1983 г. принято постановле­ние Совета Министров СССР "Об обеспечении единства измерений в стране", в котором указывается, "что результаты измерений с использованием технических средств выражаются в СССР в еди­ницах физических величин, определяемых Государственным коми­тетом СССР по стандартам, и используются при условии оценки их погрешности с необходимой точностью".

Вузы страны должны улучшить подготовку студентов в об­ласти метрологии и стандартизации. Об этом говорится в ин­структивном письме № 8 Минвуза СССР от 13.02.84. Главная за­дача заключается в обеспечении непрерывной подготовки сту­дентов в области стандартизации и метрологии за счет изуче­ния вопросов стандартизации и метрологии на многоэтапной ос­нове.

Данная работа предназначена для первого ознакомления студентов 1 курса физического факультета с основами метрологии, ее основными терминами и понятиями.

Практические приемы анализа, оценки и исключения систе­матической составляющей погрешности даны во второй части ра­боты. Учет случайной составляющей погрешности при прямых из­мерениях даны в третьей части. Нахождение параметров эмпири­ческой зависимости методом наименьших квадратов дано в чет­вертой части.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОЛОГИИ, ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1.Основные термины

Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией. Объектами измерений в метрологии являются физи­ческие величины.

Согласно ГОСТ 16263-70 "Государственная система обеспе­чения единства измерений. Метрология. Термины и определения" под физической величиной понимается "свойство, общее в ка­чественном отношении многим физический объектам (физическим системам, их состояниям и проходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта". Индивидуальность в количественном отношении следует понимать в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого.

Измерением называется нахождение значения физической ве­личины опытным путем с помощью специальных технических сред­ств. Измерение - это сложная операция, состоящая в сравнении физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу, выполнении необходимых логических и вычислительных действий и представлении результата измерений в числовой форме с указанием его точности. Основная цель измерений — количественная оценка значения физической величины в приня­тых для нее единицах.

Важнейшей задачей метрологии является обеспечение един­ства и необходимой точности измерений. Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их ре­зультаты выражены в узаконенных единицах и погрешности изме­рений известны с заданной вероятностью. В этом случае можно сопоставлять результаты измерений, выполненные в различных местах, в разное время и с применением различных измеритель­ных средств.

Для выполнения данных требований и производства измере­ний необходимо установить систему единиц физических величин и иметь специальные технические средства (средства измере­ний), с помощью которых можно сравнивать измеряемую и извест­ную величины.

Средство измерений (СИ) - техническое средство, исполь­зуемое при измерениях и имеющее нормированные метрологичес­кие характеристики. Метрологическими называют характеристи­ки, оказывающие влияние на результат и погрешность измере­ния. Они входят в состав технических характеристик, опреде­ляющих другие свойства СИ (например, диапазон частот, габа­ритные размеры, вид электропитания и т.д.). На метрологичес­кие характеристики устанавливаются нормы. Целями нормирова­ния являются: 1) обеспечение возможности оценки точности из­мерений; 2) достижение взаимозаменяемости средств измерений; 3) обеспечение возможности сравнения СИ между собой и выбо­ра нужных по точности и другим характеристикам; 4) обеспе­чение возможности оценки погрешностей измерительных систем и установок на основе входящих в них средств измерений. Имен­но нормирование метрологических характеристик отличает СИ от других подобных технических средств (например, измерительный трансформатор от силового).

По техническому назначению средства измерений подразде­ляются на меры, измерительные приборы, измерительные преоб­разователи, вспомогательные средства измерений, измеритель­ные установки и измерительные системы.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспро­изведения физической величины заданного размера. Конденсатор постоянной емкости может выполнять роль однозначной меры, а конденсатор переменной емкости - многозначной. Часто исполь­зуется набор мер, называемый магазином.

Измерительный прибор - средство измерений, предназна­ченное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступней для непосредственного восприятия наблюдателем. Под измерительной информацией понимают информацию о значениях измеряемых физических величин. Сигнал измерительной информации - это сигнал, функционально связанный с измеряемой физи­ческой величиной. Ряд приборов допускают только отсчитывание показаний. Эти приборы называются показывающими. Изме­рительные приборы, в которых предусмотрена регистрация пока­заний, носят название регистрирующих.

Вспомогательное средство измерений - средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого сред­ства измерения при его применении. Эти средства применяют для контроля за поддержанием значений влияющих величин а заданных пределах.

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной инфор­мации в форме, удобной для непосредственного восприятия на­блюдателем, и расположенная в одном месте.