ответ на вопросы к зачету. вопросы к зачету. Объект и предмет метрологии. Основные понятия и определения метрологии
 Скачать 111.7 Kb.
|
|
Вопросы к зачету Объект и предмет метрологии. Основные понятия и определения метрологии. Метрология (от греч. «metron»– мера, «logos» – учение) – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и методах и средствах обеспечения их требуемой точности. Предметом метрологии является измерение свойств объектов (длины, массы, плотности и т.д.) и процессов (скорость протекания, интенсивность протекания и др.) с заданной точностью и достоверностью. Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Физическая величина – это одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном от ношении индивидуальное для каждого физического объекта. Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в установленных единицах измерения (единицах физической величины). Оцениваемые физические величины это величины, для которых единицы измерений не могут быть введены. Их определяют при помощи установленных шкал. Физические величины классифицируются по следующим видам явлений: а) вещественные – они описывают физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них; б) энергетические – описывают энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и поглощение (использование) энергии; в) физические величины, характеризующие протекание процессов во времени. Единицей физической величины – называют физическую величину фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и которое применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Различают основные и производные единицы физических величин. Для некоторых физических величин единицы устанавливаются произвольно, такие единицы физических величин называют основными. Производные единицы физических величин получают по формулам из основных единиц физических величин. Система единиц физических величин – это совокупность основных и производных единиц физических величин, относящихся к некоторой системе величин. Так, в международной системе единиц СИ (Система Интернациональная) принято семь основных единиц физических величин: единица времени – секунда (с), единица длины – метр (м), массы – килограмм (кг), единица силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кандела (кд) и единица количества вещества – моль (моль). Эталон единицы физической величины – это средство измерения, предназначенное для хранения и воспроизведения единицы физической величины с целью её передачи другим средствам измерений данной величины. Понятие единство измерений характеризует состояние измерений, когда их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны и не выходят за установленные пределы с заданной вероятностью. Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. 2.Классификация погрешностей измерения. Эталоны физических величин. Погрешности классифицируются по следующим признакам: 1. По форме числового выражения а) абсолютные; б) относительные. Например, вагон массой 50т измерен с абсолютной погрешностью ±50 кг, а в относительном выражении эта погрешность составит 0,1%. 2.По источникам возникновения а) инструментальные (обусловленные свойствами средств измерения твердости, геометрических параметров и т.д.); б) методические погрешности, возникающие в результате несовершенства принятого метода измерений, при использовании эмпирических зависимостей (формула получена на основе эксперимента) и т.д.; в) субъективные – погрешности оператора. 3.По характеру проявления а) систематическая – такая погрешность в процессе измерения одной и той же физической величины остается постоянной или изменяется по определенному закону при одинаковых условиях измерения, т.е. не меняются внешние условия измерения (температура, давление, влажность, уровень вибраций и др.), оператор, класс точности измерительного прибора, цена деления измерительного прибора; постоянная (присутствует все время на протяжении измерений); временная; б) случайная – это погрешность, которая изменяется случайным образом при повторном измерении одной и той же величины в одних и тех же условиях. Случайные погрешности, в отличие от систематических, изменяются хаотично по неизвестному закону. Эталоны физических величин – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины с целью ее передачи другим средствам измерения данной величины. Все эталоны делятся на два больших вида: Государственный первичный эталон. Он утвержден в качестве исходного для всей страны. Вторичные эталоны, которые делятся на четыре группы: а) Эталоны – свидетели. Они предназначены для замены государственного первичного эталона в случае его порчи или утраты. б) Эталоны – сравнения. Служат для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом. в) Эталоны – копии. Используются для передачи размеров к рабочим эталонам. г) Рабочие эталоны. Применяются для контроля качества продукции, а также для поверки рабочих средств измерения. 3.Измерения физических величин. Виды измерений. Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Истинное значение физической величины – это значение, идеально отражающее соответствующее свойство объекта, как в количественном, так и в качественном отношениях. Действительное значение физической величины – это значение, найденное опытным путём и настолько приближенное к истинному, что для данной цели может быть принято вместо него. Измеренное значение физической величины – это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений. Свойства измерений: а) точность – это свойство измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины; б) правильность – это свойство измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны, когда они не искажены систематическими погрешностями; в) сходимость – это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях одним и тем же средством измерения одним и тем же оператором. Сходимость – важное качество для методики измерений; г) воспроизводимость – это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений выполняемых в разных условиях, т.е. в разное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений. Воспроизводимость – важное качество при испытаниях готовой продукции. Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью измерения, необходимой скоростью измерения, условиями и режимом измерений и т.д. В метрологии существует множество видов измерений и число их постоянно увеличивается. Измерения могут быть классифицированы: По характеристике точности Равноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях; Неравноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях; По числу измерений в ряду измерений Однократные; Многократные; По отношению к изменению измеряемой величины Статистические – измерение неизменной во времени физической величины; Динамические – измерение изменяющейся по размеру физической величины; По выражению результата измерений Абсолютные – измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использования значения физических констант; Относительные – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы; По общим приемам получения результатов измерений Прямые – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно; Косвенные – измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной; Совокупные – измерения, производимые одновременно нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин; Совместные – производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью измерения, необходимой скоростью измерения, условиями и режимом измерений и т.д. В метрологии существует множество видов измерений и число их постоянно увеличивается. Измерения могут быть классифицированы: По характеристике точности Равноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях; Неравноточные – ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и (или) в нескольких разных условиях; По числу измерений в ряду измерений Однократные; Многократные; По отношению к изменению измеряемой величины Статистические – измерение неизменной во времени физической величины; Динамические – измерение изменяющейся по размеру физической величины; По выражению результата измерений Абсолютные – измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использования значения физических констант; Относительные – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы; По общим приемам получения результатов измерений Прямые – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно; Косвенные – измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной; Совокупные – измерения, производимые одновременно нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин; Совместные – производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. 4.Методы измерения физических величин. Метод измерения - приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Здесь под принципом измерений понимается физическое явление или эффект, положенные в основу измерения тем или иным типом средств измерений. Методы классифицируют по нескольким признакам: В зависимости от способа применения меры известной величины различают метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. Непосредственный метод - метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора. Например, измерение размера с помощью штангенциркуля или микрометра, силы электрического тока амперметром и т.п. Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы с известными значениями). Нулевой метод измерений - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры доводят до нуля. Например, измерение сопротивления с помощью моста сопротивлений. Метод измерения замещением - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод измерений дополнением - метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчётом, чтобы на прибор воздействовала сумма, равная заранее заданному значению. Дифференциальный метод измерений - метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от измеряемой величины, при котором измеряется разность между этими двумя значениями. По характеру взаимодействия средств измерения с поверхностью измеряемой детали методы измерения разделяют на контактные и бесконтактные. Контактный метод измерений - метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Например, контроль температуры термометром. Бесконтактный метод измерения - метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения. Например, измерение температуры пирометром. Выбор того или иного метода измерений определяется назначением их результатов и требованиями к точности. В зависимости от количества одновременно выделяемых параметров применяют поэлементный или комплексный методы измерения. каждого параметра изделия в отдельности (например, контроль собственно среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы). Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияния отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали; контроль положения профиля по предельным контурам, контроль предельными калибрами). 5. Понятие о средстве измерений. Средство измерений – это техническое средство или комплекс средств, предназначенное для измерений. Оно имеет нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу физической величины. Средство измерений должно реализовывать одну из следующих функций: воспроизводить величину заданного размера; вырабатывать сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины. Такие сигналы могут любо непосредственно восприниматься органами чувств человека, либо проходить через вспомогательные (преобразующие приборы для этого). 6. Классификация средств измерений. Все средства измерений можно классифицировать по двум основным признакам: 1. По метрологическому назначению средства измерения делятся на: а) Рабочие средства измерения – применяются для проведения технических измерений. лабораторные (используются при научных исследованиях, при проектировании технических устройств, а также для проведения медицинских измерений); производственные (используются для контроля качества продукции на производстве и для контроля технологического процесса производства); – полевые (используются непосредственно на всех видах транспорта). б) Эталоны 2. По конструктивному исполнению средства измерения делятся на: а) меры физической величины – это средства измерения, предназначенные для хранения и воспроизведения единицы физической величины б) измерительные приборы – это средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в заданных пределах. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измерительной величины, а также индикацию в наиболее доступной для восприятия форме. в) измерительные преобразователи – это средства измерений, предназначенные для преобразования измерений физической величины в другую величину удобную для переработки, хранения и, при необходимости, дальнейшего преобразования г) измерительная установка – это комплекс функционально объединенных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин. Как правило, этот комплекс располагается в одном месте, например испытательный стенд д) измерительная система – это совокупность функционально объединенных измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей и других технических средств, размещенных в различных точках контролируемого пространства и предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин 7. Передача размеров физических величин. Виды поверок СИ. Передача размеров единиц физических величин – это приведение размеров единицы физической величины хранимой поверяемым средством измерения к размеру единицы физической величины, хранимой и воспроизводимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер передаётся от более точных средств измерений к менее точным. Суть поверки и калибровки средств измерений заключается в нахождении погрешности средства измерения и установлении его пригодности к использованию. Поверка средств измерений – это совокупность операций выполняемых государственной метрологической службой с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям. Поверка носит обязательный характер, и проводиться в отношении средств измерений, которые применяются в установленных законом сферах (здравоохранение, охрана окружающей среды, обеспечение обороноспособности страны и т.д.) Калибровка средств измерений – это комплекс операций осуществляемых с целью определения и подтверждения действительных характеристик средств измерения и пригодности к применению этих средств измерений (неподлежащие государственному контролю и надзору). Калибровка носит добровольный характер. Сопоставление государственного эталона, вторичного эталона и рабочих средств измерений определено государственной поверочной схемой. Поверочная схема – документ, устанавливающий средства (с помощью чего), методы (каким образом) и точность передачи размеров единиц от государственного эталона к рабочим средствам измерения. Виды поверок средств измерения В РФ применяются следующие виды поверки средств измерения: а) первичная поверка, ей подлежат средства измерений при выпуске из производства после ремонта, а также средства измерений ввозимые по импорту. б) периодическая поверка, такой поверке подлежат средства измерения находящиеся в эксплуатации или на хранении. в) внеочередная поверка, осуществляется при эксплуатации и хранении в следующих случаях: повреждение поверительного клейма; утрата свидетельства о поверке; ввод в эксплуатацию средства измерения, длительное время находящегося на хранении (длительность определяется государственной метрологической службой); неудовлетворительная работа прибора. г) инспекционная поверка, ее проводят для подтверждения пригодности к применению средств измерений. При проведении государственного метрологического надзора. д) экспертная поверка, производиться при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам средств измерений, их исправности и пригодности к применению. 8.Метрологические службы, обеспечивающие единство измерений. Государственная метрологическая служба несет ответственность за метрологическое обеспечение в стране на межотраслевом уровне и осуществляет государственный контроль и надзор в определенных законом сферах. В состав государственной метрологической службы входят: |