123310 (Метрология и метрологическое обеспечение)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Пензенская государственная технологическая академия

Система дистанционного обучения

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Метрология и метрологическое обеспечение

Пенза 2008

Рекомендовано учебно-методическим советом академии в качестве учебника для студентов специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

УДК 658.516:389

Каршаков В.П. Метрология, стандартизация и сертификация: Конспект лекций. В 3 частях. Часть 3. Метрология и метрологическое обеспечение. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. академии, 2008. - с. 62;

Ил. 30, табл.29, библиогр. 11 назв.

Издание подготовлено на кафедре «Техническое управление качеством» Пензенской государственной технологической академии и предназначено для студентов специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

В части 3 рассматриваются теоретические основы и основные понятия метрологии, методы нормирования метрологических характеристик средств измерений и оценки погрешностей средств и результатов измерений, основы обеспечения единства измерений. Лабораторные работы составлены по учебно-практическому пособию: Рыжаков В.В., Ларкин С.Е. Метрология, стандартизация, сертификация. Руководство по выполнению лабораторных работ «Исследование метрологических характеристик измерительных цепей при помощи Electronics Workbench». - Пенза: Изд-во ПГТА, 2008

Рекомендовано научно-методическим советом академии в качестве учебника при обучении студентов с использованием элементов дистанционных образовательных технологий.

Рецензенты:

Кафедра метрологии и систем качества Пензенского государственного университета.

В.А.Чулков, канд. техн. наук, доцент, декан факультета вечернего и заочного обучения ПГТА

И здательство Пензенской государственной технологической академии

В .П. Каршаков, 2008

Оглавление

1. Теоретические основы метрологии. Определяющие признаки, элементы и этапы измерений. Основные понятия, связанные с объектами и средствами измерений.

2. Классификация измерений. Методы и средства измерений.

3. Метрологические характеристики средств измерений.

4. Погрешности и классы точности средств измерений. Погрешности технических измерений.

5. Методики выполнения измерений. Выбор средств измерений.

6. Обработка результатов многократных и косвенных измерений.

7. Метрологическое обеспечение. Закон «Об обеспечении единства измерений». Структура и функции метрологических служб.

8.Самостоятельные работы

Тренировочные задания

Контрольная работа

Лабораторные работы

Рекомендуемая литература

Приложение. Моделирующая программа Electronics Workbench

1. Теоретические основы метрологии. Определяющие признаки, элементы и этапы процесса измерений. Основные понятия, связанные с объектами и средствами измерений

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99).

Измерение - совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины (ФЗ от 26.06.2008 № 102-ФЗ).

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные пределы (ФЗ от 26.06.2008 № 102-ФЗ).

В современной практике принято различать три раздела метрологии: теоретическая метрология, прикладная метрология, законодательная метрология. Из наименований этих разделов ясно, что теоретическую основу метрологии составляет теоретическая метрология, имеющая в свою очередь сложную структуру, включающую ряд взаимосвязанных направлений и областей исследований.

Теоретическая метрология

Основные понятия и термины

Общая

методология

метрологии

Принципы, аксиомы и постулаты

Учение о физических величинах

Методология измерений

Общая теория измерительных процедур

Теория методов измерений

Теория планирования измерений

Теория точности измерений

Методы обработки измерительной информации

Теория точности средств измерений

Принципы и методы нормирования и определения метрологических характеристик

Теория погрешностей СИ

Теория метрологической надежности измерений

Общая теория

единства измерений

Теория единиц физических величин

Теория эталонов

Теория передачи размеров единиц

К числу важнейших принципов метрологии следует отнести:

- принцип измеримости – не существует таких материальных процессов и объектов, которые не могли бы стать объектом измерений;

- принцип относительности результатов измерений – проявляется в двух аспектах: 1) необходимо учитывать возмущающее воздействие средства измерений на объект, 2) главенствующая роль априорной информации в процессе измерений;

- принцип единства объективного и субъективного в измерении – проявляется в структуре измерения, включающей звенья системы «объект – средство измерений – условия – экспериментатор»;

- принцип неопределенности измерительной информации – история измерений не знает результатов, которые можно было бы принять за абсолютную истину и которые не могли бы в последующем быть уточнены.

На базе приведенных принципов сформулированы два постулата метрологии:

α – истинное значение измеряемой величины существует.

β - истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

В философском аспекте измерения – один из способов познания окружающего нас мира. Процесс познания может осуществляться на теоретическом и экспериментальном уровнях. Измерения обязательно связаны с экспериментом, обеспечивают связь теоретического и экспериментального знания, теоретических расчетов с практикой.

В производственной практике в основном присутствуют три вида экспериментов: измерения, контроль и испытания. Измерения являются преобладающим видом экспериментальных работ. Если в эксперименте выявляется количественная определенность какого-либо свойства явления или объекта, имеет место измерительный эксперимент. Например, если информация, получаемая при контроле, имеет четко выраженное числовое значение, следует говорить об измерительном контроле, включающем в себя измерение и последующее сравнение с нормой. Измерения могут составлять основное содержание и цель эксперимента, и могут быть основой или составной частью других видов экспериментальных работ.

Для отличия измерений от других способов получения информации выделим характерные признаки и особенности измерений, которые позволяют объединить этим термином технические операции разной степени сложности – от простого прикладывания линейки до определения скорости движения элементарной частицы или параметров орбиты небесного тела.

Общие признаки измерений	Вытекающие условия, определения
1.Единство функционального назначения и цели – получение количественной информации (числового значения) о свойствах объекта измерений. Объект измерений - тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Измеряемая величина – физическая величина, подлежащая измерению. Измерительная информация – информация о значениях измеряемых величин.	1.Для измерения должна быть выделена физическая величина (ФВ) – характерный признак (свойство) явления, тела или вещества, который может выделяться качественно и определяться количественно. 2.Установление единиц измерения физических величин для количественной градации измеряемой величины. 3. Основное уравнение измерений: Q=N[Q] /размер ФВ/=/число/*/единица ФВ/
2. Общность способов получения измерительной информации в результате непосредственного взаимодействия специального технического средства с объектом измерений	Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (РМГ 29-99).
3. Общность структуры и основных этапов процесса измерений	Основные этапы измерений: 1) постановка задачи и построение модели объекта (установление измеряемых величин) 2) планирование измерений, выбор методов и средств измерений 3) выполнение экспериментальных операций получения измерительной информации 4) математическая обработка данных, оценка погрешностей измерений.
4. Единство методологии оценки степени достижения цели

В перечне этапов только этап 3) является экспериментальным, остальные этапы – теоретические, но очень важные для правильной организации и проведения измерительного эксперимента, определяющие качество процесса измерений.

Содержание этапов 1) и 2), предваряющих измерительный эксперимент, - это поиск ответов на ряд последовательно поставленных вопросов.

1. Что измерить? Отвечая на этот вопрос, мы создаем в своем сознании модель объекта, то есть упрощенное и приближенное отображение реального объекта. На основе априорной информации мы конкретизируем объект до определенной физической величины, подлежащей измерению, ограничиваем возможный диапазон реальных значений ФВ, то есть задаемся исходной степенью неопределенности информации об объекте. При полном отсутствии априорной информации измерение в принципе невозможно.

2. Как измерить? Выбирается метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей, принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений, другие параметры измерительного эксперимента – число измерений, моменты времени и пространственные точки выполнения измерений.

3. Чем измерить? Выбирается средство измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.

4. Кто измерит? Определяется субъект измерений, его ответственность и квалификация.

5. Как обработать данные измерений? На этапе планирования измерений закладывается метод обработки полученных данных и оценки степени достижения цели измерений.

С позиций и представлений теории информации цель и сущность измерений состоит в уменьшении неопределенности (энтропии) информации о значении измеряемой величины (Эапост << Эапр). Оценить степень достижения цели – значит определить неопределенность измерений – параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине. Пример – доверительные границы погрешности результата измерений.