М
іністерство
освіти та науки України
Національна металургійна академія України
Криворізький металургійний факультет
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
для самостійної роботи студентів
за дисципліною “Метрологія і основи вимірювань”
за спеціальністю № 092501 Автоматизоване управління технологічними
процесами та виробництвом
Затверджено на засіданні методичної комісії кафедри КСАУЕП протокол № 2 ” 14 ” жовтня 2008р.
Кривий Ріг
2008
Разработали: доцент, к. т. н. Шупов В. П.
ст. преподаватель Шайда Р. П.
Рецензенты: профессор, д. т. н. Учитель А. Д.
доцент, к. т. н. Файнштейн В. Г.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Предмет и задачи метрологи .......................................................................................5
2 Законодательная метрология........................................................................................5
2.1 Государственное законодательство по обеспечению единства измерений.....5
2.2 Государственная система метрологического обеспечения...............................6
2.3 Типовая структура метрологической службы промышленного предприятия7
2.4 Международные метрологические организации...............................................8
2.4.1 Международная организация мер и весов............................................8
2.4.2 Международная организация законодательной метрологии..............9
2.4.3 Другие международные организации....................................................9
2.4.4 Межгосударственная координация по метрологии в СНГ................11
3 Информационная характеристика процесса измерения..........................................11
4 Физические величины и их шкалы............................................................................13
4.1 Понятие шкалы реперов измеряемой величины..............................................14
4.2 Определение наиболее распространенных шкал.............................................15
4.3 Международная система единиц физических величин...................................16
4.4 Правила написания обозначений единиц.........................................................18
5 Погрешности измерения.............................................................................................19
5.1 Причины погрешностей......................................................................................20
5.2 Обозначение погрешностей...............................................................................20
5.3 Классификация погрешностей...........................................................................21
5.4 Оценка случайных погрешностей.....................................................................22
5.5 Суммирование погрешностей............................................................................24
6 Общие правила выполнения измерений....................................................................25
6.1 Организация измерений......................................................................................25
6.2 Учет систематических погрешностей и способы их уменьшения.................26
6.3 Обработка результатов измерения....................................................................27
6.4 Формы представления и интерпретация результатов измерения...................28
7 Метрологическая аттестация......................................................................................29
7.1 Аттестация, поверка и испытания средств измерения....................................29
7.2 Сертификация средств измерений.....................................................................30
8 Методы и средства для измерения электрических величин....................................32
8.1 Условные обозначения на шкалах приборов....................................................32
8.2 Системы измерительных приборов...................................................................34
8.2.1 Магнитоэлектрические механизмы.....................................................34
8.2.2 Электродинамические механизмы.......................................................36
8.2.3 Электромагнитные механизмы...........................................................39
8.2.4 Электростатические механизмы..........................................................40
8.2.5 Выпрямительные приборы...................................................................41
8.2.6 Термоэлектрические приборы............................................................43
8.3 Электронные приборы........................................................................................44
8.3.1 Электронные вольтметры.....................................................................44
8.3.2 Электронные омметры..........................................................................46
8.3.3 Электронно-лучевые осциллографы...................................................46
8.4 Мостовые и компенсационные измерительные схемы...................................49
8.4.1 Мостовые измерительные цепи...........................................................49
8.4.2 Компенсационные измерительные цепи.............................................50
8.4.3 Автоматические мосты и компенсаторы............................................51
8.5 Цифровые приборы.............................................................................................52
8.5.1 Аналого-цифровые преобразователи..................................................54
8.5.2 Цифровые вольтметры..........................................................................54
8.5.3 Измерители частоты и интервалов времени.......................................55
9 Измерение неэлектрических величин электрическими методами.........................57
9.1 Классификация измерительных преобразователей.........................................57
9.2 Резистивные преобразователи...........................................................................58
9.3 Электромагнитные преобразователи................................................................60
9.4 Электростатические преобразователи..............................................................61
9.5 Тепловые преобразователи.................................................................................62
Литература.......................................................................................................................65
Предмет и задачи метрологии
Метрология – это раздел науки и техники, занимающийся методами и средствами измерения, обеспечением единства измерений и достижением требуемой точности. Под измерением понимается познавательный процесс нахождения соотношения между измеряемой величиной и общепринятой единицей измерения этой величины.
Так, если А – измеряемая величина, е – единица измерения, то результатом измерения является фиксация соотношения:
где q – численное значение результата.
Интересно заметить, что в странах с развитой экономикой на научные, технологические и торговые измерения тратится до 6 % валового национального продукта (ВНП).
Считается, что в настоящее время метрология проявляется в одном из следующих направлений: законодательная метрология, научная метрология и прикладная метрология.
Законодательная метрология – это направление, занимающееся регламентацией общегосударственных или международных норм, призванных обеспечить единство измерений. Эти регламентации вводятся в практику через метрологические службы разных уровней, опирающихся в своей деятельности на соответствующие законодательные акты. Сюда же можно отнести деятельность, связанную с сертификацией и поверкой средств измерений и надзором за организацией измерений в различных проявлениях человеческой деятельности.
Правила законодательной метрологии соответствуют рекомендациям международных экономических и юридических организаций. Тем самым, законодательная метрология является составной частью международных экономических связей и способствует взаимопониманию и интеграции.
Научная (фундаментальная) метрология занимается разработкой теоретических вопросов создания методов и средств измерений, выбора и совершенствования эталонов единиц измерения, обработки результатов измерения, а прикладная метрология использует результаты этих разработок в практике проведения измерений и испытаний. Научная метрология является методологической базой законодательной метрологии, т.к. результаты научных разработок закладываются в основу законодательных актов, норм и рекомендаций.
Главная задача метрологии как науки в целом – обеспечение единства измерений – может быть решена при соблюдении двух основополагающих условий:
результаты измерений должны быть выражены в узаконенных единицах;
известны пределы допустимых погрешностей, за которые эти погрешности не должны выходить с заданной вероятностью.
Законодательная метрология
2.1 Государственное законодательство по обеспечению единства измерений
Все развитые страны имеют законы, направленные на обеспечение единства измерений. В странах СНГ такие законы приняты достаточно поздно, в 1993-1998 годах. Переход стран СНГ к рыночной экономике привел к ослаблению государственной централизованной системы управления метрологической деятельностью и возрастанию степени свободы субъектов хозяйственной деятельности. К этому добавились проблемы, связанные с интеграцией в мировую экономику, в которой строго регламентированы все, в том числе метрологические, аспекты межгосударственных экономических отношений. Закон «Об обеспечении единства измерения» в странах СНГ разрабатывался с учетом рекомендаций Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).
Основные статьи Закона устанавливают:
структуру Государственной метрологической службы;
нормативные документы по обеспечению единства измерений;
единицы величин и государственные эталоны единиц;
средства и методики измерений и испытаний.
Закон определяет состав и компенсацию Государственной метрологической службы в условиях децентрализации управления экономикой. Вводится институт лицензирования метрологической деятельности, что обусловлено защитой прав потребителей. Лицензированием охвачены сферы, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Право выдачи лицензий предоставлено исключительно органам Государственной метрологической службы.
Законом предусматривается сертификация средств измерений на соответствие метрологическим нормам.
Законодательно Государственная метрологическая служба подчинена Госстандарту Украины
Законом «Об обеспечении единства измерений» предусмотрена система мер пресечения или предупреждения нарушений: запреты, обязательные предписания, штрафы, возбуждение уголовных дел.