1.Общие положения

1. Понятия метрологии

В соответствии с ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения» Метрология - это наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрология делится на три самостоятельных и взаимодополняющих раздела - теоретическая, прикладная и законодательная метрология. Основным из приведенных разделов является раздел «Теоретическая метрология», в котором излагаются общие вопросы теории измерений. Раздел «Прикладная метрология» посвящается изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований. В заключительном разделе «Законодательная метрология» рассматриваются комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (СИ).

Предназначением (предметом) метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Получить подобную информацию возможно только с помощью средств измерений и метрологических стандартов, в совокупности представляющих понятие «средства метрологии». Средства метрологии позволяют обеспечить рациональное использование полученной количественной информации по назначению.

Основным понятием метрологии является измерение. Согласно ГОСТ 16263-70; измерение - это нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном, техническом.

Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. Возможность измерения обуславливается предварительным изучением заданного свойства объекта измерений, построением абстрактных моделей, как самого свойства, так и его носителя - объекта измерения в целом. Поэтому измерения осуществляются не первичными (теоретическими или эмпирическими), а вторичными (квантитативными) методами познания, обеспечивающими достоверность измерения. С помощью вторичных познавательных процедур решаются задачи формирования данных (фиксации результатов познания). Измерение с этой точки зрения представляет собой метод кодирования сведений, получаемых с помощью различных методов познания, т.е. заключительную стадию процесса познания, связанную с регистрацией получаемой информации.

Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.

Измерения обеспечивают получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой невозможно точное воспроизведение всех заданных условий технического прогресса, обеспечение высокого качества изделий и эффективного управления объектом. Все это составляет технический аспект измерений.

Теоретическая метрология является основным разделом метрологии. Она состоит из четырех разделов: основные представления метрологии; теория единства измерений (теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров); теория построения средств измерений; теория точности измерений.

Основные представления метрологии формируют основные понятия, термины и постулаты, учение о физических единицах и методологию. Подраздел «Основные понятия и термины» занимается обобщением и уточнением понятий, сложившихся в отдельных областях измерений с учетом специфики метрологии. Главной задачей является создание единой системы основных понятий метрологии, которая должна служить базой для ее развития.

Постулаты метрологии включают в себя аксиоматическое построение теоретических основ метрологии, позволяющих построить содержательную и полную теорию и вывести важные практические следствия.

Учение о физических величинах содержит задачи построения единой системы ФВ, т.е. выбор основных величин системы и уравнений связи для определения производных величин. Система ФВ служит основой для построения системы единиц ФВ, рациональный выбор которой важен для успешного развития теории и практики метрологического обеспечения.

Метрология измерений объединяет области измерений, различные по физической природе измеряемых величин и методов измерений. Основными направлениями работ по метрологии являются:

- переосмысливание основ измерительной техники и метрологии в условиях существенного обновления арсенала методов и средств измерений и широкого внедрения микропроцессорной техники;

- структурный анализ измерительных процессов с системных позиций;

- разработка принципиально новых подходов и организации процедуры измерений.

Теория единства измерений (теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров) включает в себя теорию единиц ФВ, теорию исходных средств измерений (эталонов), теорию передачи размеров единиц ФВ.

Теория единиц ФВ занимается совершенствованием единиц ФВ в рамках существующей системы величин, заключающееся в уточнении и переопределении единиц; развитием и совершенствованием системы единиц ФВ, т.е. изменением состава и определений основных единиц.

Теория исходных средств измерений (эталонов) рассматривает вопросы создания рациональной системы эталонов единиц ФВ, обеспечивающих требуемый уровень единства измерений.

Теория передачи размеров единиц ФВ изучает алгоритмы передачи размеров единиц ФВ при централизованном и децентрализованном их воспроизведении. Указанные алгоритмы должны быть основаны как на метрологических, так и на технико-экономических показателях.

Теория построения средств измерений обобщает опыт конкретных наук в области построения средств и методов измерений. Теория занимается также разработкой новых и совершенствованием известных измерительных преобразователей.

Теория точности измерений обобщает методы, развиваемые в конкретных областях измерений. Этот раздел включает в себя три подраздела: теорию погрешностей, теорию точности средств измерений и теорию измерительных процедур.

Теория погрешностей классифицирует погрешности измерений, изучает и описывает их свойства. Важной частью этого подраздела является теория суммирования погрешностей.

Теория точности средств измерений включает в себя: теорию погрешностей средств измерений, принципы и методы определения и нормирования метрологических характеристик средств измерений, методы анализа их метрологической надежности.

Теория погрешностей средств измерений востребована в связи с усложнением СИ, развитием микропроцессорных измерительных устройств, актуальности задачи по расчету погрешностей цифровых СИ, в т.ч. измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов.

Принципы и методы определения и нормирования метрологических характеристик СИ зависит от принципов действия и типов СИ, повышающихся требований к точности измерений, поэтому и появляется проблема выбора нормируемых метрологических характеристик СИ.

Теория метрологической надежности средств измерений связана с общей теорией надежности, но она учитывает специфику метрологических отказов, прежде всего непостоянство во времени их интенсивности. Этим обосновывается необходимость разработки специальных методов анализа метрологической надежности СИ.

Теория измерительных процедур занимается изучением и разработкой мероприятий по рациональной организации и эффективному выполнению измерений. Роль теории возрастает в условиях повышения сложности измерительных задач, постоянного роста требований к точности измерений, усложнения методов и средств измерений. Данный подраздел включает теорию методов измерений, методы обработки измерительной информации, порядок планирования измерений, анализ предельных возможностей измерений.

Теория методов измерений посвящена разработке новых методов измерений и модификации существующих.

Методы обработки измерительной информации, используемые в метрологии, основываются на методах, которые заимствуются из математики, физики и других дисциплин.

Теория планирования измерений включает в себя уточнение метрологического содержания задач планирования измерений и обоснование заимствований математических методов из общей теории планирования эксперимента.

Анализ предельных возможностей измерений предназначается для исследований предельной точности измерений при помощи конкретных типов или экземпляров средств измерений.