Тема 2. Метрология, стандартизация и сертификация

2.1 Виды физических величин. Размер и значение физической величины. Международная система единиц физических величин.

Физическая величина – это одно из свойств физического объекта, общее в ка-

чественном отношении для многих физических объектов, но в количественном от-

ношении индивидуальное для каждого физического объекта.

Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в ус- тановленных единицах измерения (единицах физической величины).

Оцениваемые физические величины это величины, для которых единицы изме- рений не могут быть введены. Их определяют при помощи установленных шкал.

Физические величины классифицируются по следующим видам явлений:

а) вещественные – они описывают физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

б) энергетические – описывают энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и поглощение (использование) энергии;

в) физические величины, характеризующие протекание процессов во времени.

Единицей физической величины – называют физическую величину фиксиро- ванного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и которое применяется для количественного выражения однородных с ней физических

величин. Различают основные и производные единицы физических величин. Для неко-

торых физических величин единицы устанавливаются произвольно, такие единицы

физических величин называют основными. Производные единицы физических вели- чин получают по формулам из основных единиц физических величин.

Система единиц физических величин – это совокупность основных и произ- водных единиц физических величин, относящихся к некоторой системе величин.

Так, в международной системе единиц СИ (Система Интернациональная) при- нято семь основных единиц физических величин: единица времени – секунда (с), единица длины – метр (м), массы – килограмм (кг), единица силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кан-

дела (кд) и единица количества вещества – моль (моль).

2.2 Классификация средств измерений. Виды и назначение эталонов и мер. Рабочие средства измерений. Измерительные установки и системы.

Измерения классифицируются по следующим признакам:

1. По физической сущности измеряемой величины

2. По характеристике точности

А) Равноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической вели- чины выполненных при одинаковых условиях (одно и тоже средство измерения, па- раметры среды, один и тот же оператор и т.д.)

Б) Неравноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической ве- личины выполненных либо разными по точности приборами, либо при разных усло- виях измерения.

3. По числу измерений

А) Однократные измерения

Б) Многократные измерения – измерения одной и той же физической величи- ны результат, которого получен из нескольких следующих друг за другом измере- ний.

4 По изменению измеряемой величины во времени А) Статические

Б) Динамические (при которых измеряемая величина изменяется во времени) 5 По метрологическому назначению

А) Технические

Б) Метрологические

6. По выражению результатов измерения

А) Абсолютные – измеряемые в кг., м., Н и т.д.

Б) Относительные – измеряемые в долях или процентах.

6. По способу получения числового значения физической величины

А) Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической вели- чины получают непосредственно.

Б) Косвенные – это измерения, при которых искомое значение физической ве- личины получают на основании прямых измерений других физических величин.

В) Совместные измерения – одновременное измерение двух или нескольких не одноименных ФВ для определения зависимости между ними.

Г) Совокупные – это одновременное измерение нескольких одноименных фи- зических величин, а искомое значение величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

2.3 Погрешности измерений. Нормирование погрешностей. Формы представления результата.

Погрешность измерений - это отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.Погрешность средств измерений зависит от условий проведения измерений. При этом различают основные и дополнительные погрешности.

Основная погрешность - погрешность, существующая при так называемых нормальных условиях, которые указаны в нормативных документах, регламентирующих правила испытания и эксплуатации данного средства измерений.

Дополнительная погрешность возникает при отклонении условий испытания и эксплуатации средства измерения от нормальных. Она нормируется значением погрешности, вызванной отклонением одной из влияющих величин от ее нормирующего значения или выходом ее за пределы нормальной области значений.

По способу выражения различают абсолютные и относительные погрешности.

Абсолютная погрешность измерения - погрешность измерений, выраженная в единицах измеряемой величины (1.1)

Относительная погрешность измерения - погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины, в процентах.

По характеру изменения при повторных измерениях погрешности измерений делятся на систематические и случайные.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. В соответствии с этим определением систематические погрешности разделяются на постоянные и переменные. Переменные в свою очередь могут быть прогрессирующими, периодическими и изменяющимися по сложному закону.

Постоянными систематическими погрешностями называются такие, которые остаются неизменными в течение всей серии данных измерений, например, погрешность из-за неточной подгонки образцовой меры, погрешность из-за неточной установки указателя прибора на нуль и т. п.

Переменные систематические погрешности изменяются в процессе измерений. Если при измерениях погрешность монотонно убывает или возрастает, то она называется прогрессирующей. Так, например, монотонно меняется погрешность из-за разряда батареи или аккумулятора, если результат измерений зависит от напряжения питания. Периодическая систематическая погрешность - погрешность, значение которой является периодической функцией времени. Ее примером может являться погрешность, вызванная суточными изменениями напряжения питания электрической сети.

 Под нормированием погрешностей подразумевается установление предельных значений погрешностей для данного типа средств измерений.

  Принципы нормирования погрешностей описаны в стандартах ГОСТ 8401-80.

  Нормируются основные и дополнительные составляющие погрешности. Им присваивается класс точности средств измерений – это характеристика, определяющая гарантированные границы значений основных и дополнительных погрешностей.

  При эксплуатации средств измерений производится их периодическая поверка  на соответствие требуемым метрологическим характеристикам.

  В основном применяют четыре способа нормирования погрешностей:

 

При чисто мультипликативной погрешности: 

                                                               g_s=(D/x)·100%,                                                    (1.7)

Является погрешностью чувствительности СИ,

Обозначается на шкале в процентах от Хизм (числовое значение обведено кружком).

                                                              D= g_s·х /100% = j(х),                                          (1.8)

D_шум<D<D_{предельная (перегрузка)}

 

     При чисто аддитивной погрешности:

                                                              g_a=(D/x_н)·100%,                                                   (1.9)

Погрешность нуля, постоянна во всем рабочем диапазоне измерений.

Для большинства приборов

g_a» g₀

                                                              D=g_a· х_к/100%,                                                     (1.10)

где х_к – конечное значение шкалы прибора.

Указывается в процентах на шкале прибора.

 

      При наличии аддитивной и мультипликативной составляющих:

D = Dа + Dm

D = (g_a·x_k+g_s·х)/100%                                                                                        (1.11)

d= D/x_k = g₀+g_s·x/x_k

Класс точности может указываться в технической документации на СИ, например, в следующем виде:

d = 0,02/0,01

d = (0,01+0,02·x/x_k)/100%                                                                                 (1.12)

g_k= g_н+g_s (погрешность СИ в конце шкалы)

g_s= g_к- g_н= 0,02 - 0,01 = 0,01                                                                                         (1.13)

0,02 (мультипликативная составляющая),            

 g_н=0,01 (аддитивная составляющая, погрешность в начале шкалы СИ).

        Особые случаи нормирования погрешностей средств измерения могут быть представлены аналитическими зависимостями, например, в виде полинома, а также в виде таблиц, графиков и т.п.

   Нижний предел измеряемой величины ограничен погрешностью, обусловленной уровнем собственных шумов СИ, а верхний предел измерений ограничен его перегрузочной способностью.