16

Тема 1. Теоретические основы метрологии Метрология как наука. Законодательная база метрологии. Основные понятия и определения: физическая величина, измерение, методы измерений, измеряемые величины, размерность измеряемой величины. !!!Для самостоятельного изучения Краткая история развития метрологии.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются и известны с незапамятных времен измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений  одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии (по РМГ 29-99) являются:

• установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;

• разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

• обеспечение единства измерений;

• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

• разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Основные понятия и определения Физическая величина

Все объекты характеризуются свойствами, что с философской точки зрения обуславливает их различие или общность. Количественно это можно описать величиной.

Величина – свойство, которое можно выделить среди других и оценить, в том числе количественно.

Рис. 1. Классификация величин

Величины делятся на два вида  реальные и идеальные [1].

Идеальные – относятся к математике и являются моделью реальных понятий.

Реальные – делятся на физические и нефизические.

Физические величины (ФВ) свойственны материальным объектам, процессам и явлениям из естественных и технических наук.

Нефизические величины относятся к общественным наукам – философии, социологии, экономике и т. д., где единица измерения не может быть введена, может быть только оценена. Оценка нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

Измеряемая величина может быть измерена количественно в виде числа, единиц измерения. Физические величины, где не может быть введена единица измерения, которые могут быть только оценены, называются оцениваемыми.

В стандарте на термины и определения в области метрологии фи­зическая величина определена как свойство, общее в качественном от­ношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Качественная сторона понятия физическая величина определяет «род» величины (длина, как характеристика протяженности вообще; электрическое сопротивление, как общее свойство проводников электричества и т.п.), а количественная ее «размер» (длина конкретного предмета, сопротивление конкретного проводника). Размер физической величины существует объективно, независимо от того, знаем мы его или не знаем.

Целью измерения и его конечным результатом является нахождение значения физической величины.

Значение физической величины оценка физической величины в принятых для измерения данной величины единицах.

Понятно, что числовое значение результата измерения будет зависеть от выбора единицы физической величины. Так, в известном муль­типликационном фильме «38 попугаев» для измерения длины удава в качестве единицы длины была выбрана длина попугая, и результат измерения составил 38 попугаев. Если же за единицу длины выбрать узаконенную единицу — метр, то числовое значение длины удава будет иным, хотя размер его остался прежним.

Метрология изучает и имеет дело только с измерениями физических величин, т.е. величин, для которых может существовать физически реализуе­мая и воспроизводимая единица величины.

Приведем еще ряд терминов, относящихся к понятию «физическая величина» и используемых в последующих разделах учебника.

В теории измерений вводятся понятия истинного измеренного и дей­ствительного значения физической величины.

Нахождение истинного значения измеряемой физической величины является центральной проблемой метрологии.

Стандарт определяет истинное значение как значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно.

В обычном представлении под истинным понимается некое детерми­нированное значение физической величины, отражающее свойство объекта, абсолютно адекватно. Однако измерение как процесс познания количественных определенностей материального мира не должно абст­рагироваться от физической природы изучаемых свойств и обязано учитывать те качественные границы, внутри которых те или иные опре­деления имеют смысл.

Рассмотрим пример измерения диаметра круглого диска. Казалось бы, что измерение диаметра диска можно проводить со все более и более высокой точностью, стоит лишь выбрать соответствующие по точности средства измерений. Но когда погрешность средства измерения станет порядка размеров молекулы, мы обнаружим, что наблюдается как бы размывание краев диска, обусловленное хаотическим движением молекул и за каким-то пределом точности само понятие диаметра диска потеряет свой первоначальный смысл, и дальнейшее повышение точности измерения бесполезно. Очевидно, что понятие «истинного» значения диаметра в этом случае приобретает совсем иной, вероятностный, смысл и можно лишь с определенной вероятностью установить интервал значений, в котором оно находится. Следовательно, приведенное в стандарте определение истинного значения может быть применено лишь для объектов макромира.

Поскольку истинное значение физической величины определить не­возможно, в практике измерений оперируют понятием действительного значения.

Действительное значение — значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Измеряемая физическая величина — физическая величина, подлежащая измерению в соответствии с поставленной измерительной задачей.

Влияющая физическая величина — физическая величина, непосредст­венно не измеряемая средством измерения, но оказывающая влияние на него или на объект измерения таким образом, что это приводит к искажению результата измерения.

Так, например, при измерении сопротивления резистора влияющей величиной может быть температура, если сопротивление резистора зависит от температуры.

Физический параметр — физическая величина, характеризующая частную особенность измеряемой величины.

Например, при измерении напряжения переменного тока в качестве параметров напряжения могут выступать амплитуда колебаний, мгновенное значение напряжения, среднее квадратическое значение и др.

Постоянная величина — физическая величина, размер которой по ус­ловиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее длительность измерения.

Переменная величина — физическая величина, изменяющаяся по раз­меру в процессе измерения.