Лекция общие сведения о М. Лекция. Общие сведения о метрологии Основные понятия
 Скачать 417.03 Kb.
|
|
Лекция. Общие сведения о метрологии Основные понятия Метрология – область знаний и вид деятельности, которые связаны с измерениями. Объектами метрологии являются единицы величин, средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений. Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины. Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением. В качестве основных (таблица 1.1) величин выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Величины можно разделить на два вида: реальные (физические и нефизические) и идеальные (математические). Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, величина называется безразмерной. Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения. Цель измерения – получение значения этой величины в форме, наиболее удобной для пользования. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, информация о котором преобразуется в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора. Таблица 1.1 Основные физические величины Основные величины Символ Описание Единица СИ Температура T Средняя кинетическая энергия частиц объекта кельвин (К) Сила тока I Протекающий в единицу времени заряд ампер (А) Сила света I v Количество световой энергии, излучаемой в заданном направлении в единицу времени кандела (кд) Масса m Величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел килограмм (кг) Количество вещества n Количество однотипных структурных единиц, из которых состоит вещество моль (моль) Длина l Протяженность объекта в одном измерении метр (м) Время t Продолжительность события секунда (с) Измерение – совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Это значение называют результатом измерений. Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения: Q=X[ 𝑄], где Q – значение физической величины; X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице; [𝑄] – выбранная для измерения единица. Измерения различают: по способу получения информации; по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений; по количеству измерительной информации; по условиям, определяющим точность результата и по отношению к основным единицам. По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные. Прямые измерения – это непосредственное сравнение физической величины с ее мерой (измерение длины линейкой, температуры – термометром). Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Примеры косвенных измерений: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить прямым измерением. Встречаются случаи, когда величину можно измерить только косвенным путем, например размеры астрономического или внутриатомного порядка. Косвенные измерения в свою очередь делятся на совокупные и совместные. Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, составляемых по результатам одновременных измерений некоторых однородных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить искомую величину (определение массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний этих гирь). Совместные измерения – это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. 1. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения. Статистические измерения связаны с определением характеристик случайных процессов. Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна. Такими измерениями являются, например, измерения размеров изделия, величины постоянного давления, температуры и др. Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. 2. По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения. Однократные измерения – это одно измерение одной величины, т. е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение. Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. 3. По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например, измерение абсолютного значения ускорения свободного падения. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др. 4. По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные. Абсолютными измерениями называют такие, при которых используются прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Примерами абсолютных измерений являются: определение длины в метрах, силы электрического тока в амперах, ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате. Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной величине, применяемой в качестве единицы. Искомое значение при таком измерении, зависит от используемой единицы измерения. Примерами относительных измерений являются: измерение диаметра обечайки по числу оборотов мерного ролика, измерение относительной влажности воздуха, определяемой как отношение количества водяных паров в 1 м 3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м 3 воздуха при данной температуре. |