2.2 Основные понятия метрологии

Основные понятия метрологии это величина и измерение.

Величина - это характерный признак явления, тела или вещества, который может выделяться качественно и определяться количественно.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (физической системы, тела, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Примеры физических величин:

Количество вещества, Площадь, Теплоемкость, Ускорение, Яркость, Индуктивность

Измерение – это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с её единицей и получение значения этой величины.

Единица измерения физической величины – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Пример единицы измерения физической величины-

1 кг, 1 м, 1 Дж, 1 Па, 1 атм, 1 м³ и т.д

Размер – это количественная определённость физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Пример размера ФВ:

Значение физической величины – это выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц.

Пример значения физической величины-

Длина 32 метра, Сила 2*10^3 Ньютон, Мощность 250 КВатт

Истинное значение физической величины – это значение величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.

Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

В 2002 году в России в практическую метрологию вместо неопределённого действительного значения величины ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 введено понятие «принятое опорное значение». В качестве опорного значения может быть принято – теоретическое или научно установленное значение;

- аттестованное значение стандартного образца;

- аттестованное значение аттестованной смеси;

- математическое ожидание измеряемой характеристики, например, среднее арифметическое значение заданной совокупности результатов.

Точность результата измерений – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения. Характеризуется совокупностью показателей точности – правильностью, прецизионностью. Считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность.

Погрешность результата измерения – разность между результатом измерения и истинным (принятым опорным значением) значением измеряемой величины.

Для обеспечения единства измерений независимо от того, кем, где, когда, в каких условиях они проведены, знание погрешности измерений недостаточно. Необходимо иметь уверенность в том, что погрешность измерений не превысила пределов, установленных в соответствии с поставленной измерительной задачей. С этой целью пользуются понятием «достоверность измерений», представляющим искомую величину известной с заданной вероятностью.

Результат измерения физической величины – это значение величины, полученное путём её измерения.

Метод измерений – это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

• Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Пример: давление манометром, время секундомером, масса на циферблатных весах, температуру ртутным термометром и т.д.

• Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Принцип измерений – это физическое явление или эффект, положенные в основу измерений.

Примеры принципов измерения:

использование силы тяжести при определении массы взвешиванием, применение эффекта Доллера для измерения скорости, применение закона действующих масс и т.д.

Средство измерений

Значение величины может быть получено с помощью технических средств, предназначенных для измерений – средств измерений – ФЗ «Об обеспечении единства измерений», 2008.

- по РМГ 29-99 – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Примеры средств измерений:

рычажные весы, термометр, мерная емкость и т.д.

Методика выполнения измерений – это совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью. Погрешность результатов измерений указывают в методиках выполнения измерений. Их оценивают разработчики этих методик на стадии разработки методики.

Примеры методик выполнения измерений:

Измерение массовой концентрации меди методом йодометрии

Единство измерений – это состояние измерений, характеризуюшееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

Эталон единицы физической величины – это средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками (по М.Ф.Маликову) - неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость – это возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Сличаемость – это возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующей техники измерения.

Эталон единицы массы. За единицу массы - килограмм- в метрической системе мер была принята масса одного кубического дециметра дистиллированной воды при температуре около 4 ºС. В международной системе единиц определение килограмма не претерпело изменений. Если в метрической системе килограмм использовался как единица и массы, силы, веса, то в системе Си он используется только для измерения массы. Эталон единицы масс- килограмм представлен массой международного прототипа килограмма, который имеет форму цилиндра диаметром 39 мм, высотой 39 мм. Платиноиридиевый эталон килограмма сохраняет свою массу стабильно. Погрешность измерения килограмма при сличениях составляет ±2∙10 кг.

Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона.

Первичный эталон – это эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью. Эталоны по подчиненности подразделяют на первичные (исходные) и вторичные (подчиненные). К вторичным эталонам относят эталоны-копии, эталоны-свидетели, эталоны сравнения и рабочие эталоны.

Поверочная схема – это нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешностей при передаче(ГОСТ 8. 061-80 ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение).

Нормативный документ – это документ, устанавливающий правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов.

Таким образом, предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов измерения путем измерения физических величин с заданной точностью и достоверностью.

Объектами метрологии являются единицы величин, эталоны, средства измерений, методы измерений и методики выполнения измерений. (см. лекцию 1)