ТЕМА №1. Вступ. Загальні відомості про метрологію.
Метрологія, її
розділи та функції
План
Загальні
відомості про метрологію. Предмет, методи та засоби метрології. Метрологія, її
розділи та функції. Загальні відомості про метрологію
Метрологія - наука про вимірювання (від грецького –
метро - міра, логос – вчення).
Державний
стандарт України ДСТУ 2681-94 "Метрологія. Терміни та визначення“ визначає
- «Метрологія - наука про вимірювання,
методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення потрібної
точності.»
З
поняттям "метрологія" нерозривно пов'язані поняття:
-
вимірювання;
-
точність;
-
єдність вимірювань.
Вимірювання
- відображення фізичних величин (ФВ) з використанням експерименту та обчислень
за допомогою спеціальних технічних засобів.
Точність - близькість результату вимірювання до
істинного значення вимірюваної величини. Точність є якісною характеристикою і
визначається через кількісну характеристику - похибку вимірювання - відхилення
результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини. Термін
"точність виміру", "точність засобів вимірювання" не є
певним стандартом - він позначає ступінь відповідності результату виміру даним
засобом вимірювання істинному значенню ФВ, тобто чим вище точність - тим нижче
(менше) похибка.
Для
того, щоб можна було порівнювати результати вимірювань одних і тих самих
величин, які виконані в різних місцях, у різний час та з використанням різних
методів вимірювань і різних засобів вимірювальної техніки, вимірюванням повинна
бути властива єдність.
Єдність вимірювань - стан
вимірювань, за якого їх результати виражаються в узаконених одиницях, а похибки
вимірювань відомі із заданою ймовірністю (ДСТУ 2681-94) та не виходять за
встановлені межі.
Як
кожна наука метрологія використовує певні методи та засоби для дослідження
предмету
Предмет
метрології - отримання
кількісної та якісної інформації про властивість фізичних об'єктів та процесів,
встановлення та застосування наукових і організаційних основ, правил та норм,
необхідних для досягнення єдності та необхідної точності вимірювань
Методи
метрології - сукупність
фізичних та математичних методів, що використовуються для одержання
вимірювальної інформації із заданими точністю та достовірністю. Це методи та
методики планування вимірювального експерименту, вимірювань та опрацювання
результатів спостережень, вимірювальних перетворень тощо.
Засоби
метрології - сукупність
засобів вимірювальної техніки, які застосовуються для підготовки та здійснення
вимірювального експерименту, а також системи організації метрологічного
контролю і нагляду за засобами вимірювальної техніки, які вдосконалюються і
розвиваються на основі об'єктивних законів.
Метрологія
розвивається у трьох основних напрямках.
Рис. 1.
Напрямки метрології
Законодавча
метрологія - частина
метрології, що містить законодавчі акти, правила, вимоги та норми, які
регламентуються та контролюються державою для забезпечення єдності та потрібної
точності вимірювань.
Науково-теоретична
метрологія - частина
метрології, що вивчає її теоретичні основи (теорію вимірювань) і вирішує
загальнонаукові проблеми вимірювань.
Прикладна
метрологія-- частина
метрології, що вивчає питання практичного застосування положень законодавчої
метрології та досліджень теоретичної метрології, які виражаються у формах
метрологічного забезпечення вимірювань.
Названі три розділи є взаємопов'язані і мають
на меті вирішення ряду завдань, найважливіші серед яких є:
- опрацювання загальної теорії вимірювань;
- розробка теорії певних окремих видів
вимірювань;
- розробка теорії фізичних величин, одиниць і
систем фізичних величин;
- розробка теорії похибок;
- визначення фізичних констант і стандартних
довідкових даних про властивості речовин і матеріалів;
- розробка еталонів і стандартних зразків;
- розробка засобів вимірювання;
- забезпечення правильної експлуатації
засобів вимірювальної техніки;
- відтворення розмірів одиниць з допомогою
еталонів і передавання їх усім іншим засобам вимірювання;
- нормування метрологічних характеристик
засобів вимірювання;
- нормування стандартних вимірювальних
процесів і методик виконання вимірювань;
- метрологічний нагляд за засобами
вимірювання і правильністю їх застосування.
Метрологія
є науковою основою сучасної вимірювальної техніки, причому функції прикладної і
законодавчої метрології підпорядковані положенням теоретичної метрології. Своєю
чергою, положення теоретичної метрології знаходять практичну перевірку під час
реалізації прикладної та законодавчої функцій метрології.
Метрологія
оперує рядом термінів, що встановлені ДСТУ 2681-94 «Метрологія. Терміни та
визначення». Цей стандарт встановлює обов'язкові для використання терміни у
всіх видах нормативної документації, науково-технічній, навчально-методичній
літературі, що належить до метрології та метрологічного забезпечення, а також
робіт зі стандартизації або при використанні результатів цих робіт, включаючи
програмні засоби для комп'ютерних систем.
Наведемо
характеристику найбільш уживаних з стандартизованих термінів:
фізична величина - властивість, спільна в якісному відношенні
для багатьох матеріальних об'єктів та індивідуальна в кількісному відношенні
для кожного з них;
розмір (фізичної)
величини - кількісний
вміст фізичної величини в даному об'єкті;
значення (фізичної)
величини - відображення
фізичної величини у вигляді числового значення величини із позначенням її
одиниці;
істинне значення
(фізичної величини) - значення
фізичної величини, яке ідеально відображало б певну властивість об'єкта;
система (фізичних)
величин - сукупність
взаємопов'язаних фізичних величин, в якій декілька величин приймають за
незалежні, а інші визначають як залежні від них;
основна (фізична)
величина - фізична
величина, що входить до системи фізичних величин і прийнята за незалежну від
інших величин цієї системи;
похідна (фізична)
величина - фізична
величина, що входить до системи величин та визначається через основні величини
цієї системи;
розмірність фізичної
величини - вираз, що
відображає її зв'язок із основними величинами системи;
одиниця (фізичної)
величини - фізична
величина певного розміру, прийнята за угодою для кількісного відображення
однорідних з нею величин;
числове значення
(фізичної) величини - число, що
дорівнює відношенню розміру фізичної величини, що вимірюється, до розміру
одиниці цієї фізичної величини чи кратної одиниці;
вимірювання - відображення вимірюваних величин їх
значеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогою спеціальних технічних
засобів;
пряме вимірювання - вимірювання однієї величини, значення якої
знаходять безпосередньо без перетворення її роду та використання відомих
залежностей;
непряме вимірювання - вимірювання, у якому значення однієї чи
кількох вимірюваних величин знаходять після перетворення ряду величини чи
обчислення за відомими залежностями їх від декількох величин аргументів, що
вимірюються прямо;
опосередковане
вимірювання - непряме
вимірювання однієї величини з перетворенням її роду чи обчисленнями за
результатами вимірювань інших величин, з якими вимірювана величина пов'язана
явною функціональною залежністю;
сукупне вимірювання - непряме вимірювання, у якому значення
кількох одночасно вимірюваних однорідних величин отримують розв'язанням
рівнянь, що пов'язують різне сполучення цих величин, які вимірюються прямо чи
опосередковано;
сумісне вимірювання - непряме вимірювання, у якому значення
кількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують розв'язанням
рівнянь, які пов'язують їх з іншими величинами, що вимірюються прямо чи
опосередковано;
абсолютна похибка
(вимірювання) - різниця між
результатом вимірювання та умовно істинним значенням вимірюваної величини ;
відносна похибка - відношення абсолютної похибки вимірювання до
умовно істинного значення вимірюваної величини;
систематична похибка
(вимірювання [засобу вимірювальної техніки]) - складова похибки, що залишається сталою або
прогнозовано змінюється у ряді вимірювань тієї самої величини;
інструментальна
похибка (вимірювання) - складова
похибки вимірювання, зумовлена властивостями засобів вимірювальної техніки;
точність вимірювання
- головна
характеристика якості вимірювання, що відображає близькість результату
вимірювання до істинного значення вимірюваної величини;
засіб вимірювальної
техніки - технічний
засіб, що застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні
характеристики;
міра (величини) - вимірювальний пристрій, що реалізує
відтворення й збереження фізичної величини за, даного значення;
вимірювальний прилад
- засіб вимірювань, у
якому створюється візуальний сигнал вимірювальної інформації;
метрологічні
характеристики -
характеристики засобів вимірювань, що нормуються для визначення результату
вимірювання та його похибок;
клас точності ЗВТ- узагальнена характеристика засобу
вимірювань, що визначається межами його допустимих основної і додаткових
похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність;
еталон (одиниці
фізичної величини) - засіб
вимірювальної техніки, що забезпечує відтворення й збереження одиниці фізичної
величини та передавання її розміру відповідним засобам, що стоять нижче за
повірочною схемою, офіційно затверджений як еталон;
первинний еталон - еталон, що забезпечує відтворення й
зберігання одиниці фізичної величини з найвищою в країні (у порівнянні з іншими
еталонами) точністю;
робочий еталон - еталон, призначений для передавання розміру
фізичної величини засобам вимірювальної техніки;
метрологічна служба - мережа організацій, окрема організація або
окремий підрозділ, на які покладена відповідальність за забезпечення єдності
вимірювань у закріпленій за ними сфері діяльності;
метрологічне
забезпечення - встановлення
й застосування метрологічних норм і правил, а також розроблення, виготовлення
та застосування технічних засобів, необхідних для забезпечення єдності й потрібної
точності вимірювань;
повірка засобів
вимірювальної техніки - визначення
похибок засобів вимірювальної техніки та встановлення придатності їх до
застосування.
Усі
матеріали наступних питань базуються на правильному розумінні термінів. Тому їх
визначення дає змогу швидко зорієнтуватися та зберегти цілісність викладеного
матеріалу.
Питання для самоконтролю
1. Дайте
визначення поняттю ,,Метрологія”.
2. Що таке
єдність вимірювання?
3. Предмет,
методи та засоби метрології.
4. Чим
займається науково-теоретична метрологія?
5. Чим
займається практична метрологія?
6. Чим
займається законодавча метрологія?
7. Дайте
визначення поняттю абсолютної похибки вимірювання.
8. Що собою
представляє дійсне значения фізичної величини?
9.
Що собою являє поправка на вимірювання?
10. Дайте визначення поняттю відносної похибки.
11.
Дайте
визначення поняттю точності вимірювань.
12. Наведіть класифікацію похибок вимірювань за
характером зміни в часі.
13. Наведіть класифікацію похибок вимірювань за
причиною виникнення.
14. Наведіть класифікацію похибок вимірювань за
місцем виникнення.
15. Наведіть класифікацію похибок вимірювань за
способом вираження та характером зміни.
16. Дайте визначення поняттю систематичної
складової похибки вимїрювань.
17.
Дайте
визначення поняттю випадкової складової похибки вимірюваиь.
18. Що собою представляе інструментальна похибка
та які Ви знаете складові цієї похибки?
19.
Яку
складову похибки вимірювань називають методичною?
20. Що собою представляє суб'єкгивна похибка?
21.
Яку
складову систематичної похибки називають постійною?
22.
Що
таке метрологічне забезпечення?
23.
Дайте
визнасення погяттю ,,Еталон”.
24.
Що
являє собою метрологічна служба?
25.
Що
являє собою повірка ЗВТ?
26.
Пряме
вимірювання та його характеристика.
27.
Непряме вимірювання та його характеристика.
28.
Що
являє собою вимірювальний прилад.
29.
Що
таке клас точності ЗВТ?
30.
Основна та похідна фізичні величини.