Метрология, её задачи и роль в народном хозяйстве

Метрология, её задачи и роль в народном хозяйстве

   Метрология  – наука об измерениях, методах  и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой  точности.

   Основные  задачи: обеспечение единства измерений  и единообразие СИ. Проблемой обеспечения высокого качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обслуживания производства, проблема умения правильно измерять параметры качества материалов и комплектующих измерений, поддерживать заданные технологические режимы.

   Можно выделить 3 главные функции измерений в народном хозяйстве: учёт продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объёму, расходу, энергии и т.д.; измерения ФВ, тех параметров, хар-к процессов, состава и свойства в-в, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции, в медицине, с/х и др отраслях; измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи. 

   В 1892 г на должность учёного хранителя образцовых мер был назначен Менделеев, по праву считающийся основоположником русской метрологии. Он раньше и глубже других понял значение метрологии.

   В 1893 Депо образцовых мер и весов  было преобразовано в Главную  палату мер и весов, ставшую центральным метрологическим учреждением России. Развивалась научно-исследовательская деятельность, охватывающая всё новые и новые области измерений. Организовано много лабораторий.

   Под руководством Менделеева была проделана  огромная работа по возобновлению прототипов русских мер массы и длины и сравнения их с английскими и метрическими. Были узаконены новые эталоны. Т.О. Менделеевым был создан прочный метрологический фундамент, обеспечивающий успешное проведение метрической реформы в стране. Были открыты органы поверки (поверочные палатки). 
 

Основные  термины и определения

   РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины  и определения».

   ГСИ гос  система обеспечения единства измерений  – система нормативных документов, в которых устанавливаются правила, положения, нормы и т.д., направленные на обеспечение единства измерений в стране и достижения требуемой точности измерений.

   Статус  – рекомендательный.

   Настоящие рекомендации устанавливают основные термины и определяют понятия  в области метрологии.

   Термины рекомендуются применять во всех видах документации, научнотехнической, учебной и справочной литературе по метрологии. 

   ФВ  – хар-ка одного из св-в физ объекта (системы, явления или процесса), общая в качественном отношении  многим физ объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

   При измерении ФВ мы опред её размер – количественное содержание св-ва в измер объекте.

   В процессе измерения ФВ сравнивают измеряемый размер Q с размером выбранной единицы q: Q=n[q] – основное ур-ие измерения, где n – числовое значение.

   Значение  ФВ – оценка размера ФВ в виде некоторого числа принятых для неё  единиц.

   Результат измерения должен быть выражен в  виде значения ФВ.

   Истинное  значение ФВ – значение ФВ, которое  идеальным образом отражало бы в  качественном и количественном отношении соответствующую ФВ.

   Действительное  значение ФВ – значение ФВ, найденное  экспериментальным путём и настолько  близкое к истинному значению, что для поставленной задачи может  его заменить. За это значение принимают  показания эталонных СИ.

   Результат измерений – значение, полученное при измерении. Если проводится однократное измерение, то за результат принимают показания СИ. Если проводится многократные измерения одного и того же размера, то за результат принимают среднее арифметическое полученного ряда.

   Размерностью  основных ФВ явл символы в виде заглавных букв латинского или греческого алфавита. 

   Система единиц ФВ – совокупность основных и производных единиц ФВ, образования  в соответствии с принятыми принципами для заданной системы ФВ. Примеры: система единиц СГС, Международная система единиц СИ.

   Принцип построения: единицы различных величин  устанавливают или выбирают произвольно  несколько величин независимо друг от друга. Единицы таких величин называют основными. Их выбирают таким образом, чтобы, пользуясь закономерной связью м/у величинами, можно было бы образовать единицы других величин. Единицы, выраженные ч/з основные наз производными. Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путём, и является системой единиц ФВ.

   Особенности: метод построения системы не связан с конкретными размерами основных единиц. Устанавливаются или выбираются величины, единицы которых должны стать основой системы; в принципе построения системы единиц возможно для любых величин, м/у которыми имеется связь, выражаемая в математической форме в виде уравнения; выбор величин, единицы которых должны стать основными, ограничивается соображениями рациональности и в первую очередь тем, что оптимальным является выбор минимального числа основных единиц, которое позволило бы образовывать максимально большее число произвольных единиц. Система единиц должна быть когерентной.  

   Q=n[q] – основное ур-ие измерения, где n – числовое значение.

   Значение  ФВ = числовое значение + единица ФВ.

   n зависит от q.

   Следствия: числовое значение зависит от выбора единицы: . Переход от одной единицы к другой. Пример:  
 

   Единицы физических величин.

   Единица ФВ – физ величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.

   Система единиц ФВ – совокупность основных и производных единиц ФВ, образования  в соответствии с принятыми принципами для заданной системы ФВ. Примеры: система единиц СГС, Международная  система единиц СИ.

   Классификация: основные и производные; системные и внесистемные; кратные и дольные; когерентные и некогерентные; относительные и логарифмические.

   Основная  единица – единица основной ФВ в данной системе единиц. За основные ФВ принимаются величины, не зависимые  от других величин системы.

   Производная – единица производной ФВ, размер которой зависит от выбора основных единиц. Примеры: единица скорости устанавливается из определяющего ур-ия: V=S/t, где V – скорость, S – длина пройденного пути, t – время.

   Системная – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем единиц.

   Внесистемная  – единица ФВ, не входящая ни в  одну из принятых систем единиц. (мм.рт.ст., тонна, час).

   Кратная (дольная) – единица ФВ, в целое  число раз большая (меньшая) системной  или внесистемной единицы. В СИ применяется принцип десятичной кратности (дольности).

   Когерентная – единица производной ФВ, связанная  с другими единицами Ур-ием, в  котором коэф принят равным 1. 

   ГОСТ 8.417-2002 «ГСИ. Единицы величин».

   Стандарт  устанавливает единицы ФВ, их наименование, обозначение, определение и правила применения этих единиц.

   Данный  стандарт должны применять все учреждения, организации находящиеся на территории РФ.

   Обязательным  применением являются единици системы  СИ.

   В системе СИ 7 основных единиц. Переход  от градуса Кельвина к Цельсию.

   Наряду  с единицами системы СИ, кратными и дольными, стандарт допускает применение ряда внесистемных единиц. Стандарт допускает  применение относит и логарифмических  единиц. 

   Относительные и логарифмические величины характеризуют  состав и св-во материалов, отношение энергетических и силовых величин. Примеры относит величин: относит удленение, относит плотность.

   Относительная величина представляет собой безразмерное отношение ФВ и одноимённой ФВ, принимаемой за исходную.

   Логарифмическая величина – логарифм безразмерного отношения 2-х одноимённых ФВ. Единицы: бел, децибел. Выражается уровни звукового давления, усиление, частотный интервал. 

   Международная система СИ: наличие ряда систем единиц измерения физ величин и большое число внесистемных единиц, неудобства, возникающие на практике в связи с пересчётами при переходе от одной системы к другой, вызвали необходимость создания единой универсальной системы единиц, которая охватывала бы все отрасли науки и техники и была бы принята в международном масштабе.

   В 1948 на конференции по мерам и весам  поступили предложения принять  для международную единую практическую систему единиц. В качестве основных единиц рекомендовались: метр, кг, секунда и одна из электрических величин. В 1954 конференция приняла в качестве основных единиц новой системы длина – метр, масса – килограмм, время – секунда, сила тока – ампер, температура – кельвин, сила света – кандела. Подготовили список производных величин и предложили назвать эту систему Международной системой единиц. В 1960 окончательно приняли эту систему. Принятие этой системы послужило стимулом для перехода на метрические единицы ряда стран, сохранявшие национальные единицы (Англия, США, Канада).

   В 1963 в СССР был введён ГОСТ 9867-61 «Медународная  система единиц», согласно которому СИ была признана предпочтительной. 
 

Разновидности измерений

   Измерение ФВ – совокупность операций по применению тех средства, хранящего единицу  ФВ, заключающихся в сравнении  измеряемой величины с её единицей с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

   Равноточные измерения – ряд измерений  какой-либо величины, выполненных одинаковыми  по точности СИ и в одних и тех  же условиях.

   Неравноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколько различными по точности СИ и (или) в несколько разных условиях.

   Однократное – измерение, выполненное один раз.

   Во  многих случаях на практике выполняются  именно однократные измерения, например, измерение конкретного момента  времени по часам обычно производится один раз. Для большей уверенности в получаемом результате и оценки погрешности одного  измерения недостаточно, поэтому выполняется 2, 3 и более измерения одной и той же величины.

   Многократное  – измерение одного и того же размера ФВ, результат которого получен из нескольких  следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений. При четырёх измерениях и более, входящих в ряд, измерение можно считать многократным. За результат многократного измерения обычно принимают среднее арифметическое значение.

   Статическое – измерение ФВ, принимаемой в  соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

   Динамическое  – измерение изменяющейся по размеру  ФВ и, если необходимо, её изменения  во времени.

   Прямое  – измерение, проводимое прямым методом, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно.

   Косвенное – измерение, проводимое косвенным  методом, при котором искомое  значение ФВ определяют на основании  результатов прямых измерений других ФВ, функционально связанных с искомой величиной.

   Совокупные  – измерения нескольких одноимённых  величин, проводимые одновременно, при  которых искомые значения величин  определяют путём решения системы  уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.