Міністерство вищої освіти та науки України

Національний технічний Університет України

Київський Політехнічний Інститут

Радіотехнічний факультет

Кафедра „ТОР”

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

По дисципліні „Метрологія, сертифікація

та стандартизація РЕА”

Лектор: доц. ГОЛОЛОБОВ ВАЛЕРІЙ ПАВЛОВИЧ

КИЇВ 2005 р

Метрологией называется наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Основная цель измерений – количественная оценка значения физической величины в принятых для нее единицах. В связи с этим измерение – это сложная операция, состоящая в сравнении физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу, выполнении необходимых логических и вычислительных действий и в представлении результата измерений в числовой форме с указанием его точности, причем измерение может быть одно- либо многократным.

Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства и необходимой точности измерений. Под единством понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Только в этом случае можно сопоставить результаты измерений, выполненных в различных местах, в разное время и с применением различных измерительных средств.

Для выполнения этих требований необходимо установить систему единиц физических величин и иметь специальные технические средства, называемые средствами измерений, с помощью которых можно сравнивать измеряемую и известную величины, причем единицы величин должны быть общепринятыми.

В 1960 г. 11-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц (СИ), имеющую семь основных единиц (1 массы - килограмм; 1 длины - метр; 1 силы тока - ампер; 1 времени - секунда; 1 термодинамической температуры - кельвин; 1 силы света - кандела; 1 количества вещества - моль), которые позволяют самым удобным способом определить другие. Создание СИ открыло перспективу всеобщей унификации и упрощения единиц. Многие страны приняли решение о переходе к этой системе или ее преимущественном использовании, с 1 января 1980 г. система СИ введена в нашей стране как обязательная.

Средством измерений называют техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. Средствами измерений являются меры и измерительные преобразователи, приборы, установки, системы.

Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, кварцевый генератор можно рассматривать как меру частоты электрических колебаний.

Наиболее многочисленная группа средств измерений – измерительные приборы. Приборы, используемые в радиотехнике, могут быть: общего назначения, специальные, встроенные, образцовые (эталонные).

В соответствии с требованиями ГОСТ 22261-82 средства измерений должны удовлетворять следующим группам требований: техническим (метрологические, входное и выходное сопротивление, время установления рабочего режима, продолжительность непрерывной работы, надежность); безопасности; правилам приемки; методам испытаний.

Характеристики измерений и их виды

Основными характеристиками измерений являются принцип, метод и точность.

Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например, измерение напряжения на основе электростатического взаимодействия заряженных проводников.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Например, вольтметры переменного тока ВЧ могут реализовывать такую последовательность операций, основанных на различных принципах: нелинейное преобразование и выделение постоянной составляющей тока, преобразование постоянного тока во вращающий момент электромагнитного измерительного прибора, причем каждая операция осуществляется с помощью отдельных средств измерения.

Различают два основных метода измерений: непосредственной оценки и сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – метод, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, например измерение напряжения постоянного тока путем сравнения с э.д.с. нормального элемента. При этом есть несколько разновидностей метода сравнения. К ним относятся:

1. Дифференциальный метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величин, воспроизводимых мерой, например, измерение электрического сопротивления мостом с неполным его уравновешиванием.

2. Нулевой – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

3. Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, например, измерение вносимого электрической цепью ослабления сигнала путем поочередного включения в измерительную установку исследуемой цепи и регулируемого рабочего аттенюатора.

Каждый из методов можно реализовать разными способами. По способу получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямое измерение – такое, при котором значение физической величины находят непосредственно из опытных данных, например, измерение электрического тока с помощью амперметра.

Косвенное измерение – такое, при котором искомое значение физической величины Y находят на основании известной зависимости этой величины от величин Х₁, Х₂, …, Х_n. Например, при измерении мощности с помощью амперметра и вольтметра ток I и напряжение U измеряют прямым методом, а мощность Р вычисляют по формуле: Р = U*I.

Совокупными измерениями называют измерения нескольких одноименных величин, производимые одновременно, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин, например, измерения, при которых значения сопротивлений отдельных резисторов набора находят по известному сопротивлению одного из них и по результатам прямых сравнений сопротивлений различных сочетаний резисторов.

Совместными измерениями называют производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Например, сопротивление при температуре 20^оС и температурные коэффициенты измерительного резистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

По способу выражения результатов различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютным называют измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин, например, измерение силы тока в амперах.

Относительным называют измерение отношения физической величины к одноименной, играющей роль единицы или измерение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную, например, измерение коэффициента передачи четырехполюсника на разных частотах по отношению к максимальному значению этого коэффициента на некоторой частоте.

Точность – это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. По точности измерения делятся на три класса:

1. Высшей точности, выполняемые при исследовании эталонов и определении фундаментальных физических констант.

2. Контрольно-поверочные измерения, выполняемые при государственной и ведомственной поверке средств измерений.

3. Технические измерения на производстве.