Лекция_1_МСС. 1. история развития метрологии
 Скачать 84 Kb.
|
|
Тема 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕТРОЛОГИИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ План: Краткая история развития метрологии Задачи метрологии; Основное уравнение измерения; Основные характеристики измерений; Метрологические характеристики средств измерений; Понятие о метрологическом обеспечении измерений. Краткая история развития метрологии Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерения, заимствованные в Древней Греции. На Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной древнерусской мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица – аршин, пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления. Мера «локоть» пришла к нам из Вавилона и означала расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки (иногда – сжатого кулака или большого пальца). XVIII в. в России стали применять дюйм, заимствованный из Англии (называется он «палец»), а также английский фут. Особой русской мерой была сажень, равная трем локтям (около 152 см), и косая сажень (около 248 см). Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и, это по существу – первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской. Метрическая система мер была введена во Франции в 1840 г. Большую роль в становлении метрологии в России сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период с 1892 по 1907 г. «Наука начинается… с тех пор, как начинают измерять», — в этом научном кредо выражен, важнейший принцип развития науки, который не утратил актуальности в современных условиях. 1893 году в России под руководством Д.И. Менделеева была создана Главная палата мер и весов. годы Советской власти (1931 г.) в Ленинграде на базе Главной палаты мер и весов был создан Всесоюзный научно-исследовательских институт метрологии им. Д.И. Менделеева. 1960 году была принята Международная система единиц СИ и определена величина метра как длины, равной 1650763,73 длина волны излучения в вакууме (криптоновый эталон метра). Возникновение новых измерений развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что, в свою очередь, стимулировало совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии. Первоначально прототип единицы измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секундой стали считать часть периода обращения Земли вокруг оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. В результате уточнялись «старые» единицы (меры) и появились новые. Так, в 1983 г. было принято новое определение метра: это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Это стало возможным после того, как скорость света в вакууме (299792458 м/с) метрологи приняли в качестве физической константы. В 1988 г. на международном уровне были приняты новые константы в области измерений электрических единиц и величин, а в 1989 г. принята новая Международная практическая температурная шкала МТШ-90. В 1993 году был принят закон РФ «Об обеспечении единства измерений», в котором определены основные понятия на базе официальной терминологии Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Закон направлен на защиту прав и интересов граждан, определенного правопорядка и экономии РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ Измерения являются одним из важнейших путей познания человеком природы и общества, развития научно-технического прогресса. Наука, изучающая измерения, называется метрологией. Это слово образовано из двух греческих слов: «метрон» – мера и «логос» – учение. Дословный перевод означает - учение о мерах [1]. Современное определение метрологии дано в документе «РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения», который соответствует международным стандартам ИСО 31(0-13) и ИСО 1000 и введен в действие на территории Российской Федерации с 1 января 2001 года взамен ранее действовавшему государственному стандарту. Согласно этому документу: Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является получение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. методическом плане метрологию разделяют на три раздела: теоретическую, законодательную и прикладную. Теоретическая метрология занимается общими фундаментальными вопросами теории измерений, разработкой новых методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных. Законодательная метрология устанавливает обязательные технические юридические требования по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений. Прикладная метрология изучает вопросы практического применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах деятельности. Главными задачами метрологии являются: обеспечение единства измерений; унификация единиц измерений и признание их законности; разработка систем воспроизведения единиц и передачи их размеров. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. философской точки зрения измерения являются важнейшим универсальным методом познания явлений и процессов. Научная ценность измерений состоит в том, что с их помощью осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки. Технический аспект измерений – это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение заданных условий технологического процесса, качества продукции и эффективного управления процессом. Измерения связывают преимущественно с физическими величинами. Физическая величина – одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Количественное содержание этого свойства в объекте называется размером физической величины, а числовую оценку размера называют значением физической величины. Единица физической величины – это физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице. Различают истинное значение физической величины, идеально отражающее свойство объекта, и действительное значение, найденное из эксперимента, достаточно близкое к истинному значению, и которое можно использовать вместо него. Измерение некоторой физической величины производят путем ее сравнения в ходе физического эксперимента с величиной, принятой за единицу физической величины. Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с уравнением, которое называют основным уравнением измерения: q Q где: Q – значение физической величины; – выбранная для измерения единица физической величины; q – число, показывающее во сколько раз значение измеряемой величины больше (меньше) некоторого значения, принятого за единицу измерения данной физической величины: q Q  Q Аксиома, гласящая, что отсчет по шкале рабочей меры является случайным числом, называется основным постулатом метрологии. Одной из важнейших задач метрологии в области практической деятельности является обеспечение единства измерений. Единство измерений – такое состояние измерений, когда их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за допускаемые пределы. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений. Совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой, называют областью измерений. Часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин, называется видом измерений. Одной из областей измерений является измерение геометрических величин. В ней производятся измерения длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхностей, углов. Объектом измерения является физическая система, процесс, явление и т.д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми величинами. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРЕНИЙ основным характеристикам измерений относят: принцип измерений, метод измерений, погрешность измерений, сходимость, воспроизводимость, точность, правильность, прецизионность. Принцип измерений — это физическое явление (физический закон или эффект), положенное в основу измерений. Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Последовательность операций выполнения измерений, правила и приемы, позволяющие получить результат с требуемой точностью, излагаются в документе, который называется методикой (методом) выполнения измерений (МВИ). Погрешность измерений — отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину. Сходимость — это близость друг к другу результатов измерений одной той же величины, выполненных повторно одним и тем же средством, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью. Воспроизводимость — близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к од- ним тем же условиям (температура, давление, влажность и др.). Точность – характеристика качества измерений, отражающая близость нулю значения погрешности результатов измерений. Высокая точность измерений соответствует малым величинам погрешностей измерения. 2002 году в России введены в действие стандарты ГОСТ Р ИСО 5725-2002 (части 1-6) под общим заголовком «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений», которые являются прямым применением Международного стандарта ИСО 5725. Термин «точность» в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 определяется как степень близости результата измерений к применяемому опорному значению. Эти стандарты используются при разработке, аттестации и применении методик выполнения измерений, стандартизации методик контроля (испытаний, измерений, анализа), испытаниях продукции, в том числе для целей подтверждения соответствия, оценки компетентности испытательных лабораторий. отечественной метрологии точность и погрешность результатов измерений, как правило, определяют сравнением результатов измерений с истинным или действительным (условно истинным) значением измеряемой физической величины. Часто за действительное значение принимают общее среднее значение (математическое ожидание) установленной совокупности результатов измерений. ИСО 5725 вместо термина «действительное значение» введен термин «принятое опорное значение», который и рекомендуется для использования в практике. Термины «правильность» и «прецизионность» в российских нормативных документах по метрологии ранее не использовались. Правильность характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному (действительному) или принятому опорному значению. Показателем правильности является значение систематической погрешности. Прецизионность — степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях. Мера прецизионности обычно вычисляется как стандартное отклонение результатов измерений. Крайние показатели прецизионности - повторяемость (сходимость) и воспроизводимость. 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Средства измерений – специальные технические средства, с помощью которых выполняются измерения, имеющие нормированные метрологические характеристики, хранящие и воспроизводящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени. Метрологическая сущность средства измерения: хранение (воспроизведение) единицы физической величины; неизменность размера единицы физической величины. сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа, прошедшие поверку в соответствии с положениями Федерального закона «Об обеспечении единства измерений», а также соответствующие обязательным требованиям, включая метрологические требования к измерениям, метрологические и технические требования к средствам измерений. В обязательные требования к средствам измерений в необходимых случаях включаются также требования к их составным частям, программному обеспечению и условиям эксплуатации. Конструкция средств измерений должна обеспечивать ограничение доступа к их определенным частям (включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированного вмешательства, которое может привести к искажениям результатов измерений. Порядок отнесения технических средств к средствам измерений устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений. Обязательные требования к техническим системам и устройствам с измерительными функциями, а также формы оценки их соответствия указанным требованиям устанавливаются законодательством о техническом регулировании. Метрологическая характеристика средства измерения – это характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат измерения и его погрешность. Метрологические характеристики, которые устанавливают нормативными документами, называют нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Перечень метрологических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в стандарте «Нормируемые метрологические характеристики средств измерений». МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ Метрологическое обеспечение измерений – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Метрологическое обеспечение имеет научные, нормативные, технические и организационные основы. Научной основой метрологического обеспечения является метрология (теоретическая метрология). Нормативной основой метрологического обеспечения измерений является Государственная система обеспечения единства измерений (сокращенно – ГСИ), которая представляет собой комплекс нормативных документов межрегионального и межотраслевого уровней, утверждаемых уполномоченным органом и устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности измерений. организационным основам метрологического обеспечения измерений относят метрологические службы. Технические основы метрологического обеспечения измерений составляют 7 технических систем Технические системы метрологического обеспечения: –система государственных эталонов единиц физических величин; – система передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений; – система разработки, постановки на производство и выпуска средств измерений; –система государственных испытаний средств измерений; – система государственной поверки и калибровки средств измерений; – система стандартных образцов состава и свойства вещества и материалов; – система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. Контрольные вопросы: Дайте определение метрологии; Из каких разделов состоит метрология; Каковы главные задачи метрологии; Что такое измерение; Что такое единство измерений; Что относится к основным характеристикам измерений; Какова метрологическая сущность средства измерений; Что такое метрологическое обеспечение измерений; Перечислите основы метрологического обеспечения измерений; Перечислите технические основы обеспечения единства измерений. |