Ответы на экзаменационные вопросы:

1.Понятие, цели и задачи метрологии

• Метрология - это наука об измерениях, о методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ности.

• Одна из основных задач метрологии - обеспечение единства измерений и необходимой точности и достоверности измерительной информации. В народном хозяйстве применяют лишь те средства измерений, которые гарантируют их результа­ты. Результаты измерений - знания о состоянии объек­та и свойствах явлений. Чем точнее эти знания, тем пра­вильнее вывод и принимаемые решения, тем меньше ве­роятность ошибок и появления дефектов.

• Метрология как учение об измерениях в значитель­ной степени определяет темпы технического прогресса, причем роль ее постоянно возрастает с увеличением объ­ема и значимости измерительной информации.

2. Основные термины и определения (метрология, стандартизация, сертификация, технический регламент).

• Метрология - это наука об измерениях, о методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ности

• Стандартизация – установление и применение правил с целью упорядочения

деятельности при участии всех заинтересованных сторон. Стандартизация должна

обеспечить возможно полное удовлетворение интересов производителя и потребителя,

повышение производительности труда, экономное расходование материалов, энергии,

рабочего времени и гарантировать безопасность при производстве и эксплуатации.

• Сертификация — это действие третьей стороны, доказывающая о соответствии продукции, процесса или услуги стандарту или нормативному акту

• Технический регламент — документ (нормативный правовой акт), устанавливающий обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования (продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации), в отличие от ИСО, ГОСТ, ТУ и других стандартов, имеющих добровольное применение

3. Физические величины.

Физическая величина – характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношений для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта (т. е. значение физической величины может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого). Например»: длина, время, сила электрического тока.

4. Международная система единиц физических величин. Эталоны.

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы физических величин. Например: Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г.

В системе единиц физических величин выделяют основные единицы системы единиц (в СИ – метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин).

Виды эталонов

• Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

• Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

• Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

• Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.

• Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

• Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

• Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

5. Метрологические характеристики средств измерительной техники

• Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой).

• Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя на одно деление шкалы.

• Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.

6. Основы метрологического обеспечения

• Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерении. Основной тенденцией в развитии метрологического обеспечения является переход от существовавшей ранее сравнительно узкой задачи обеспечения единства и требуемой точности измерений к принципиально новой задаче обеспечения качества измерений.

• Метрологическое обеспечение имеет четыре основы: научную, организационную, нормативную и техническую

7. Погрешности измерений

Результат любого измерения отличается от истинного значения физической величины на некоторое значение, зависящее от точности средств и методов измерения, квалификации оператора, условий, в которых проводилось измерение, и т. д. Отклонение результата измерения от истинного значения физической величины называется погрешностью измерения.

8. Классификация погрешностей:

• Абсолютная погрешность измерения – это разность между результатом измерения и действительным (истинным) значением физической величины:

 = х_и - х

• Относительная погрешность измерения – это отношение абсолютной погрешности к действительному (истинному) значению измеряемой величины (часто выраженное в процентах):

 = (/ E_и) 100%

• Приведенная погрешность – это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению L – условно принятому значению физической величины, постоянному во всем диапазоне измерений:

  • = (/ L) 100%

• Инструментальные / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

• Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

• Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

• Случайная погрешность — составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одной и той же величины, проведенных в одних и тех же условиях.

• Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры

9. Вероятностные оценки погрешности измерений

10. Виды измерений

Виды измерений

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

• статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

• динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

По способу получения результатов измерений их разделяют на:

• Прямые - это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных

• Косвенные - это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям

• Совокупные - это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую величину определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

• Совместные - это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.

11. Методы измерений электрических величин

Метод непосредственной оценки заключается в определения значения физической величины по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например – измерение напряжения вольтметром.

Метод противопоставления, при котором измеряемая и воспроизводимая величина одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между величинами

Дифференциальный метод, при котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. При этом уравновешивание измеряемой величины известной производится не полностью.

Нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия обеих величин на прибор сравнения доводят до нуля, что фиксируется высокочувствительным прибором – нуль-индикатором

Метод замещения, при котором производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение измеряемой величины, а затем подбором известной величины добиваются, чтобы оба показания совпали

Метод совпадения, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

12. Обработка прямых измерений

При обработке результатов прямых измерений предлагается следующий порядок операций:

• Результат каждого измерения запишите в таблицу.

• Вычислите среднее значение из n измерений = Σ x i / n.

• Найдите погрешность отдельного измерения .

• Вычислите квадраты погрешностей отдельных измерений

(Δx 1)2, (Δx 2)2, ... , (Δx n)2.

• Определите среднеквадратичную ошибку среднего арифметического

• Задайте значение надежности (обычно берут P = 0.95).

• Определите коэффициент Стьюдента t для заданной надежности P и числа произведенных измерений n.

• Найдите доверительный интервал (погрешность измерения)

Δx = · t.

• Если величина погрешности результата измерения Δx окажется сравнимой с величиной погрешности прибора δ , то в качестве границы доверительного интервала возьмите

13. Обработка косвенных измерений.

16. Средства измерения

Средство измерений – техническое средство, предназначенное

для измерений, имеющее нормированные метрологические

характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу

физической величины, размер которой принимают неизменным

(в пределах установленной погрешности) в течение известного

интервала времени.

По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на:

• рабочие средства измерений, предназначенные для измерений физических величин, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений

• образцовые средства измерений, предназначенные для обеспечения единства измерений в стране.

По стандартизации - на:

• стандартизованные средства измерений, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта.

• -нестандартизованные средства измерений – уникальные средства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которому нет необходимости.

По степени автоматизации – на:

• - автоматические средства измерений, производящие в автоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющего сигнала;

• - автоматизированные средства измерений, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций;

• - неавтоматические средства измерений, не имеющие устройств для автоматического выполнения измерений и обработки их результатов (рулетка, теодолит и т. д.).

По конструктивному исполнению – на:

• - меры;

• - измерительные преобразователи;

• - измерительные приборы;

• - измерительные установки;

• - измерительно-информационные системы;

17. Классы точности средств измерений

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Класс точности выбирается из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)*10ⁿ, где n = 1; 0; -1; -2 и т. д. Класс точности может выражаться одним числом или дробью (если аддитивная и мультипликативная погрешности сопоставимы – например, 0,2/0,05 – адд./мульт.).

18. Измерительные генераторы. Классификация.

• Измери́тельный генера́тор (генератор сигналов, от лат. generator производитель) — мера для воспроизведения электромагнитного сигнала (синусоидального, импульсного, шумового или специальной формы). Генераторы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверке и калибровке средств измерений и в других целях.

• По ГОСТ 15094 генераторы подразделяются на 6 видов: низкочастотные, высокочастотные, импульсные, сигналов специальной формы, шумовых сигналов и качающейся частоты

19. Формы представления результатов измерений

Рассмотрим основные формы представления результатов измерений.

• Погрешность результата прямого однократного измерения зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется погрешностью используемых средств измерений. Поэтому в первом приближении погрешность результата измерения можно принять рав­ной

погрешности, которой в данной точке диапазона измерений харак­теризуется используемое средство измерений.

• Погрешности средств измерений изменяются в диапазоне измерений. Поэтому в каждом случае, для каждого измерения необходимо произвести вычисления погрешности результата измерений, используя формулы (3.19) – (3.21) нормирования погрешности соответствующего средства измерений. Вычисляться должна как абсолютная, так и относитель­ная погрешности результата измерения, так как первая из них нужна для округления результата и его правильной записи, а вторая — для однозначной сравнительной характеристики его точности.

Любая из форм представления результата измерения, пре­дусмотренная ГОСТ 8.011-72, должна содержать необходимые данные, на основании которых может быть определен доверитель­ный интервал для погрешности результата измерения

20. Электронный осциллограф – это прибор, служащий для наблюдения и измерения параметров электрических сигналов. В нем используется отклонение электронного луча для получения изображения мгновенных значений функциональных зависимостей переменных величин, одной из которых обычно является время.

Для исследования зависимости электрического напряжения от времени исследуемое напряжение подается на вход "Y" осциллографа и включается генератор развертки, вырабатывающий линейно изменяющееся напряжение.

Для исследования зависимости одного напряжения (тока) от другого первое из указанных напряжений подается на вход "Y", а второе – на вход "Х", генератор развертки в этом случае отключается.

Структурная схема осциллографа включает:

· электронно-лучевую трубку (ЭЛТ);

· канал "Y" (канал вертикального отклонения луча), содержащий входное устройство, предварительный усилитель Y, линию задержки сигнала, оконечный усилитель Y;

· канал "Х" (канал горизонтального отклонения луча), содержащий генератор развертки по оси Х, устройство синхронизации, предварительный и оконечный усилители Х;

· канал Z (канал управления яркостью луча);

· калибровочное устройство.

30. Понятие, основные цели и объекты стандартизации

Стандартизация – установление и применение правил с целью упорядочения

деятельности при участии всех заинтересованных сторон. Стандартизация должна

обеспечить возможно полное удовлетворение интересов производителя и потребителя,

повышение производительности труда, экономное расходование материалов, энергии,

рабочего времени и гарантировать безопасность при производстве и эксплуатации.

Объектами стандартизации являются изделия, нормы, правила, требования, методы,

термины, обозначения и т.п., имеющие перспективу многократного применения в науке,

технике, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и в связи, в

культуре, здравоохранении, а также в международной торговле.

Целями и направлениями стандартизации являются:

ее качественных характеристик, а также характеристик сырья, материалов,

полуфабрикатов и комплектующих изделий;

• разработка и установление единой системы показателей качества продукции,

методов и средств контроля и испытаний, а также необходимого уровня

надежности изделий с учетом их назначения и условий эксплуатации;

• установление норм, требований и методов в области проектирования и

производства с целью обеспечения оптимального качества и исключения

нерационального многообразия видов, марок и типоразмеров продукции;

• развитие унификации промышленной продукции, повышения уровня

взаимозаменяемости, эффективности эксплуатации и ремонта изделий;

• обеспечение единства и достоверности измерений, создание государственных

эталонов единиц физических величин;

• установление единых систем документации;

• установление систем стандартов в области обеспечения безопасности труда,

охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.

31. Нормативные документы по стандартизации.

Стандарт – нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс норм,

правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный компетентным органом.

Стандарт может быть разработан как на предметы (продукцию, сырье, образцы веществ),

так и на нормы, правила, требования к объектам организационно-методического и

общетехнического характера труда, порядок разработки документов, нормы безопасности,

системы управления качеством и др.

Технические условия (ТУ) – нормативно-технический документ по стандартизации,

устанавливающий комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам

продукции. Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта технической

документации на продукцию, на которую они распространяются.

32. Виды стандартов.

Стандарты в РФ являются обязательными в пределах установленной сферы их

действия и подразделяются на следующие категории [18]:

• государственные стандарты – ГОСТ;

• отраслевые стандарты – ОСТ;

• республиканские стандарты союзных республик – РСТ;

• стандарты предприятий – СТП.

• Государственные стандарты обязательны к применению всеми предприятиями,

организациями и учреждениями во всех отраслях народного хозяйства. Они

распространяются преимущественно на объекты межотраслевого применения,

нормы, параметры, требования, показатели качества продукции, термины,

обозначения и др., необходимые для обеспечения единства и взаимосвязи

различных областей науки и техники, производства, а также на продукцию

массового и крупносерийного производства широкого и межотраслевого

применения. Государственные стандарты утверждает Государственный

комитет по стандартам.

Отраслевые стандарты обязательны для всех предприятий и организаций

данной отрасли, а также для предприятий и организаций других отраслей,

применяющих п(отребляющих) продукцию этой отрасли. Отраслевые

стандарты организационно-методического характера обязательны только для

предприятий и организаций министерства, их утвердившего.

Отраслевые стандарты устанавливают требования к продукции, не

относящейся к объектам государственной стандартизации и необходимые для

обеспечения взаимосвязи в производственно-технической и организационно-

управленческой деятельности предприятий и организаций отрасли. Отраслевые

стандарты могут ограничивать применение государственных стандартов для

используемой в отрасли номенклатуры изделий, типоразмеров и т. п.

Отраслевые стандарты утверждает министерство, являющееся ведущим в

производстве данного вида продукции.

Республиканские стандарты обязательны для всех предприятий и

организаций республиканского и местного подчинения данной союзной

республики независимо от их ведомственной подчиненности и устанавливают

требования к продукции, выпускаемой этими предприятиями и организациями в

том случае, когда на нее отсутствуют государственные или отраслевые

стандарты.

Стандарты предприятия обязательны только для предприятия

(объединения), утвердившего данный стандарт. Стандарты предприятия могут

предприятии изделий, внутренние нормы и правила в области управления и

организации производства, управления качеством продукции; оснастку и

инструмент, типовые технологические процессы, методики измерений и

контроля.