Сущность и содержание метрологии. (Лекция 1) презентация

План.
Метрология – наука об измерениях.
Физические величины как объект измерений.
Виды измерений.

Определение метрологии как науки, научные и прикладные задачи метрологии.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности.
В переводе с греческого метро - мера, логос - учение.

«Не делайте неправды в суде, в мере, в весе и в измерении» (стих 35),
«Да будут у вас весы верные, гири верные, ефа верная и гин верный» (из стиха 36).
Ветхий завет,
Третья книга Моисея,
глава 19

Одна из главных задач метрологии – обеспечение единства измерений
может быть решена при соблюдении двух условий, которые можно назвать основополагающими:
Выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах:
Установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Разделы метрологии
Теоретическая метрология - раздел метрологии, посвященный изучению ее теоретических основ.
Практическая метрология - раздел метрологии, посвященный изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии и положений законодательной метрологии.
Законодательная метрология - раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерения.

Метрологические объекты стандартизации
- типовые метрологические правила и нормы по исполнению работ, необходимые для достижения единства и требуемой точности измерений.

Основные понятия
физическая величина,
единица физической величины,
система единиц,
размерность физической величины,
шкала физической величины,
измерение физической величины,
результат измерения,
качество измерения,
погрешность измерения,
средство измерения,
класс точности средства измерения,
погрешность средства измерения и т. д.

Физические величины
общепринятые или установленные законодательным путем характеристики (меры) различных свойств, общих в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальных для каждого из них.

Основная физическая величина — физическая величина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.
Производная физическая величина - физическая величина, входящая в систему и определяемая через основные величины этой системы.

Единица физической величины
физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное 1 и применяемое для количественного выражения однородных физических величин (например, 1 м - единица длины, 1 с - единица времени).

Совокупность единиц измерения основных и производных величин называется системой единиц.
В 1960 г. XI генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц физических величин СИ. В России эта система является обязательной с 1980 г.

Размерность физической величины
выражение, отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе за основные, и с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей:
если Q = ABC,
то dim Q = dim⋅A ⋅ dim B ⋅ dim С;

Размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей:
если Q = А/В,
то dim Q = dim Al dim В;

Размерность любой величины, возведенной в некоторую степень равна ее размерности в той же степени:
если Q = А",
то dim Q = dim" A.

Размер физической величины
количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Шкала физической величины
упорядоченная последовательность значений физической величины, принятая по соглашению на основании точных измерений.

Расстановка размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения информации по шкале называется ранжированием.
Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалу порядка.
Для облегчения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных).

ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ.
Измерение физической величины - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей с целью получения значения этой величины (или информации о ней) в форме, наиболее удобной для использования.

Измерения могут быть классифицированы:
по общим приемам получения результатов;
по выражению результата измерений;
по метрологическому назначению;
по отношению к изменению измеряемой величины;
по характеристике точности;
по числу измерений в ряду измерений.

По общим приемам получения результатов измерения бывают прямые, косвенные, совместные, совокупные.
Прямым называется измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Уравнение прямого измерения:
Y=СХ (1)
где Y - значение измеряемой величины в принятых для нее единицах измерения; С-цена деления шкалы; Х- отсчет по индикаторному устройству.
Примерами могут служить измерение длины детали микрометром, измерение силы тока амперметром и так далее.

Косвенным называется измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.
Уравнение косвенного измерения:
Y=f(X,,X2,...,Xn) (2)
Например, плотность (Д) однородного тела цилиндрической формы определяют по уравнению
по значениям массы (m), высоты (h) и диаметра цилиндра (d), полученным из измерений.

Совместными называются производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними.
По сути совместные измерения не отличаются от косвенных. Например, на основании ряда одновременных измерений приращений длины образца в зависимости от изменений его температуры определяют коэффициент линейного расширения образца.

Совокупными называются проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых значения искомых величин находят решением систем уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.
Примером могут служить измерения, при которых массы отдельных гирь находят по известной массе одной из них и по результатам прямого сравнения масс различных сочетаний гирь.

По выражению результата измерений они бывают абсолютными и относительными.
Абсолютным называется измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
Например, измерение при помощи линейки, измерение силы (F), основанное на измерении основной величины - массы (m) и использовании физической постоянной (g).

Относительным называется измерение отношения величины к одноименной величине, принятой за исходную.
Например, измерение массы взвешиванием, то есть с использованием силы тяжести, пропорциональной массе.

По метрологическому назначению - технические и метрологические.
Технические измерения - измерения с помощью рабочих средств. Они применяются в науке и технике с целью контроля параметров изделий, процессов и так далее. Например, измерение давления пара в котле с помощью манометра.
Метрологические измерения — измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерения с целью воспроизведения единиц физи­ческих величин для передачи их размера рабочим средствам измерений. К таким измерениям относятся измерения, выполняемые образцовыми средствами измерений при поверке рабочих средств измерений.

По отношению к изменению измеряемой величины - статические и динамические.
Статическое измерение - измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Например, измерение дли­ны детали при нормальной температуре (20° С).
Динамическое измерение - измерение изменяющейся по размеру физической величины и, если необходимо, ее измерение во времени. Например, измерение переменного напряжения электрического тока.

По характеристике точности - равноточные и неравноточные.
Равноточные измерения — ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях.
Неравноточные измерения - ряд измерений какой-либо величины, выполненных различными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях. Неравноточные измерения обрабатывают с целью получения результата измерений только в том случае, когда невозможно получить ряд равноточных измерений.

По числу измерений в ряду измерений - однократные и многократные.
Однократное измерение — измерение, выполненное один раз. Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения, например, измерение времени по часам.
Многократное измерение — измерение одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких сле­дующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений. При четырех измерениях и более измерение можно счи­тать многократным, за результат обычно принимают среднее арифметическое значение из отдельных измерений.