Глава 1. Метрологические основы технических измерений
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Основное понятие метрологии — измерение. Получение количественной информации о характеристиках свойств объектов и явлениях окружающего мира опытным путём (т.е. экспериментально) называется измерением.
Предметом метрологии является извлечение измерительной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии — это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.
В зависимости от предмета различают три раздела метрологии: теоретическую (фундаментальную), законодательную и практическую (прикладную) метрологию.
Теоретическая (фундаментальная) метрология — раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии (схема.1.1.).
Законодательная метрология — раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества.
Практическая (прикладная) метрология — раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.
В общем смысле измерением называется совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины. Если х — измеряемая величина, и — единица измерения, a q — числовое значение измеряемой величины, то
x=qu (1.1)
Правая часть соотношения (1.1) называется результатом измерения. Результат измерения - всегда размерная величина - состоит из единицы и, которая имеет свое наименование, и числа q, показывающего, сколько раз данная единица содержится в измеряемой величине.
Существует несколько видов измерений, которые классифицируются по следующим признакам: характер зависимости измеряемой величины от времени, вид уравнения измерений, условия определяющие точность результата измерений, способ выражения этих результатов и т.д. (схема 1.2.)
Средство измерений (СИ) — технические средство, предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.
Все средства измерений имеют общие свойства, позволяющие сопоставлять их между собой: метрологические, эксплуатационные, информационные и др. На схеме 1.3. показана классификация средств измерений.
Схема 1.1. Структура теоретической метрологии
Схема 1.2. Классификация измерений
Метрологическая характеристика средства измерения - характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат и погрешность его измерения. Для каждого типа СИ устанавливаются свои метрологические характеристики. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально - действительными метрологическими характеристиками.
К метрологическим характеристикам относятся градуировочная характеристика, погрешность средства измерений, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерений, вариация показаний и др.
Результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения. Измерение можно считать законченным, если определена измеряемая величина и указана возможная степень ее отклонения от истинного значения.
Погрешность результата измерения — это отклонение результата измерения X от истинного (или действительного) значения Q измеряемой величины:
∆Х = X - Q (1.2)
Она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Близость к нулю погрешности результата измерения отражает точность результата измерений, которая является одной из характеристик качества измерения. Считается, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность.
Причины возникновения погрешностей чрезвычайно многочисленны, поэтому классификация погрешностей, как и всякая другая классификация, носит достаточно условный характер (схема 1.4.).
Схема 1.3. Классификация средств измерений
Схема 1.4. Классификация погрешностей измерений
