МСиС

Шведова Елена Владимировна

Литература:

• Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации и метрологии 2002

• Сергеев А.Г. Метрология, учебное пособие для ВУЗов

• Кравцов Метрология и электрические измерения. 1999

• Аристов А.И. МСиС

• Кожевников И.П. МСиС 2007

• под ред. Кимм К.К.. МСиС и электроизмерительная техника 2007 г.

Метрология (ГОСТ 16-263-70 ГСИ Метрология. Термины и определения) – наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.

Метрология подразделяется:

1. Теоретическая (научная) метрология. Разрабатывает научные основы метрологии, теорию измерений, эталонов измерительных средств и погрешностей.

2. Законодательная метрология. Устанавливает обязательные требования по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений для обеспечения единства и требуемой точности измерений с помощью:

   1. испытаний и утверждения типа средства измерения их поверки и калибровки

   2. сертификации средств измерений

   3. государственного метрологического контроля и надзора за средствами измерений

3. Прикладная (практическая) метрология. Применяет на практике разработки теоретической и законодательной метрологии для получения более точного результата на измерении.

Предмет метрологии (что в основе и что изучает). Получение достоверной информации о свойствах объекта и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Объект метрологии (с чем она работает). Единицы физических величин, средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений.

Задача метрологии (для чего нужна). Обеспечение единства измерений. Для ее решений необходимо выполнение двух условий:

1. выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах

2. установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов, измерений и пределов за которые они не должны выходить при заданной вероятности. Погрешности измерений средств измерений указываются в прилагаемом к нему техническом документе (паспорт)

1 этап. Древнейшие времена

2 этап. Необходимость мер измерения:

• 1 Дюйм = 25,4 мм

• 1 Фут = 30,48 см

• 1 Вершок = 4,5 см

• 1 Аршин = 72 см

3 этап. Метрология как наука. В 1842 году на территории Петропавловской крепости открылось Депо образцовых мери весов. В 1875 году была подписана метрическая конференция, как основа международного сотрудничества, подписавших ее стран. «Бюро мер и весов».

После Великой Отечественной войны и до настоящего времени метрологической работой в нашей стране руководит Государственный комитет по стандартам ГОС Стандарт. В СССР было создано три крупнейших метрологических центра.

1. Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии. ВНИИМ.

2. Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений.

3. Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы. ВНИИМС.

В 1956 году в Париже была образованна международная организация законодательной метрологии (МОЗМ). ISO – Международная организация по стандартизации.

В 1960 году была принята система СИ. Сейчас она узаконена более чем в 124 странах мира.

Основные понятия метрологии

• Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

• Результат измерения – получение в процессе измерения значение величины.

• Средство измерения (СИ) – специальное техническое средство, хранящее единицу величины для сопоставления измеряемой величины с ее единицей.

• Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

• Правильность – свойство измерений, когда их результаты не искажены систематическими погрешностями.

• Сходимость – свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях, одним и тем же средством измерения, одним и тем же оператором.

• Воспроизводимость – свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерения одной и той же величины, выполняемых в различных условиях.

• Точность – свойство измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

• Погрешность – разность между показаниями средств измерений и истинным или действительным значением измеряемой физической величины.

• Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

В 1993 году принят закон РФ «Об обеспечении единства измерений».

Цели закона:

• защита граждан и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений

• содействие прогрессу на основе применения государственных эталонов единиц величин и использование результатов измерений гарантированной точности.

• создание благоприятных условий для развития международных связей.

• регулирования отношений государственных органов управления РФ с юридическими и физическими лицами.

Сферы приложения закона: торговля, здравоохранение, защита окружающей среды и внешняя экономическая деятельность

Закон определяет межотраслевой и подведомственный характе ее деятельности.

Погрешность измерений

Классификация погрешностей

Качество средств измерений принято характеризовать указывая их погрешности.

Погрешность прибора – степень расхождения показания прибора и действительного значения измеряемой величины.

По форме расхождения:

• абсолютное

• относительное

• приведенное

Абсолютная погрешность – разница между результатом измерения X_изм. и действительным значением измеряемой величины X_д. Результатом измерения или измеренным значением называется значение величины, найденное при ее измерении. Истинное значение физической величины – это такое ее значение, которое идеальным образом отражает качественно и количественно физическую величину. Под действительным значением понимают ее значение, найдено экспериментально и настолько близкое к истинному значению, что используется вместо него. Абсолютная погрешность измеряется в единицах измеряемой величины.

Δ = | Хд – Хизм|

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины умноженное на 100%.

σ =( Δ/Xд ) * 100%

Результат измерения напряжения – 222 В. Действительное значение – 220В.

Приведенная погрешность – отношение абсолютной к нормирующему значению.

γ = ( Δ/Хн ) * 100%

За нормирующее значение принимают верхний предел измерений данного средства измерения.

Результат измерения обычно записывают в виде суммы двух величин: найденного значения измеренной величины и абсолютной или относительной погрешности измерения.

­По характеру проявления:

• систематические

• случайные

• грубые

Случайная погрешность – изменяется случайным образом по знаку и значению серии повторных измерений одной и той же физической величины, проведенных с одинаковой тщательностью и в одинаковых условиях.

• В их появлениях нет закономерности,

• они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов

• неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения

Случайные погрешности можно существенно уменьшить, увеличив число измерений.

Систематическая погрешность – ­остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же физической величины. К систематическим погрешностям относятся, например, инструментальные погрешности, погрешности установки (неправильная установка прибора).

К систематическим погрешностям относятся и методические погрешности, происходящие от несовершенства метода измерения. Они могут быть предсказаны, обнаружены и благодаря этому почти полностью устранены введением соответствующей поправки. Поправка – абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком. Это значение величины, которую надо прибавить к измеренному значению с целью исключения систематической погрешности.

∇ = - Δ

Грубая погрешность (промах) – это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящая в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда. Если промахи обнаруживаются в процессе измерений, то результаты, их содержащие, отбрасывают.

• Ошибки или неправильные действия оператора,

• кратковременные (резкие) условия проведения измерений

Систематические погрешности в зависимости от причины их возникновения делятся на:

• методические

• аппаратурные

• субъективные

• погрешности измерения

Методические погрешности возникают из-за несовершенства метода измерения, неточности формул и ошибок округления.

Аппаратурные (Инструментальные) погрешности обусловлены погрешностями применяемых средств измерения.

Субъективные (Личные) погрешности связанны с индивидуальными особенностями наблюдателя и возникают в следствие несовершенства органов чувств человека.

Погрешности изменения возникают из-за изменения условий измерения. Вибрация, неправильная установка.

По зависимости измеряемой величины погрешности бывают:

• аддитивные

• мультипликативные

• нелинейные

Аддитивная не зависит от измеряемой величины Δ_A

Мультипликативная прямо пропорциональна измеряемой величине Δ_M

Нелинейные – имеет нелинейную зависимость от измеряемой величины Δ_N

Классы точности устройств измерений

Класс точности определяется пределами допускаемой основной погрешности. Основной погрешностью называется погрешность прибора, находящегося в нормальных условиях работы. Класс точности не является непосредственной характеристикой точности измерений, выполняемых с помощью этих средств измерений.

ГОСТ 8.401-80 устанавливает несколько способов назначения класса точности. При этом пределы допускаемой погрешности класса точности нормируют и выражают в форме абсолютных, приведенных и относительных погрешностей. Способ выражения погрешности зависит от характера изменений погрешности по диапазону измерений, назначений и условий применения средства измерения. Если погрешность результатов измерения в данной области измерений принято выражать в единицах измерений величины или делениях шкалы, то принимается форма абсолютных погрешностей. Если границы абсолютных погрешностей в пределах диапазона измерения практически постоянны, то принимается форма приведенной погрешности. Если эти границы нельзя считать постоянными, то принимается форма относительной погрешности.