Метрология

Литература: Основы метрологии и радиоизмерений

Комягин Роман Вячеславович

Основные понятия и определения.

1. Измерение - процесс экспериментального определения численного значения физической величины с помощью технических средств, заключающийся: 1) в сравнении физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу; 2) в выполнении необходимых логических и вычислительных действий; 3) в представлении результата измерений в числовой форме с указанием его точности;

Задача метрологии – обеспечение единства и необходимой точности измерений.

Единство- состояние измерений, при котором их результаты выражены в указанных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. В этом случае можно сопоставить результаты измерений, выполненных в различных местах, в разное время, с применением различных измерительных средств.

2. Точность – отражает близость результатов измерения к истинному значению результатов величины.

Фундаментальной основой техники измерений является метрологическое обеспечение.

Метрологическое обеспечение включает: 1) научную основу (метрология); 2) нормативно-техническая основа- комплекс международных и государственных стандартов; 3) организационная основа- сеть государственных и ведомственных метрологических служб; 4) правовая основа( государственная система обеспечения единства измерений(ГСУ)- объединяет в себе комплекс правил и норм, обеспечивающих единство номенклатуры стандартов, методик измерений и погрешностей измерений.)

Средства измерений

По метрологическим функциям средства измерений делятся на эталоны, рабочие эталоны, рабочие средства измерения. На производстве применяются рабочие средства измерения.

Эталоны и рабочие эталоны относятся к метрологическим средствам измерения.

Основной задачей обеспечения нормальной работы измерительных средств является правильное установление единицы измерения, ее хранение и передачи ее всем рабочим средствам измерения.

Все средства измерения образуют метрологическую сеть:

Линии на схеме обозначают процедуры передачи размеров единицы физической величины( процедура поверки).

3. Эталон – средство измерений, обеспечивающих хранение и воспроизведение единиц измерения для передачи их размеров другим нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения. Рабочие эталоны предназначены для поверки и градуировки по ним рабочих средств измерения. Рабочие средства измерения предназначены для измерений, не связанных с передачей размера единицы физической величины.

Эталоны основных единиц.

1. Длинна L, м(метр). В настоящее время метр определяют как длинна пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 с. Эталон метр тесно увязан с эталоном частоты и времени.

2. Время Т, с(секунда). В настоящее время секунда- промежуток времени в течении которого совершатся 9192631770 колебаний соответствующих переходу между уровнями основных состояний атома цезия-133( Cs-133). В настоящее время частота и время- наиболее точно определяемые величины. Наиболее точные эталоны воспроизводят величины и погрешностью ~10^14-10^15.

3. Масса М, кг( килограмм). Масса- единственная физическая величина, связанная с существованием свободно выбранного и искусственно созданного материального прототипа- платиноиридиевой гири. Погрешность измерений ~ 0.07мг.

4. Температура Θ, К( Кельвин). Температурная шкала воспроизводится с использованием газовых и платиновых термометров сопротивления. (0-2500 С.; 0,8-303 К) 1 кельвин- 1/273.16 от температуры тройной точки воды.

5. С ила тока I, А( Ампер). Сила тока в 1 ампер- сил тока, проходящего по 2м прямолинейным проводникам бесконечной длинны и бесконечно малого сечения, расположенным на расстоянии 1 метр один от другого, при которой создается сила взаимодействия между ними, равная 2*10^(-7) Н.

Эталон сил тока представляет собой 2 коаксильные катушки, одна из которых неподвижная, другая –подвижная. Подвижная катушка подвешена на токовых весах. Неисключенная систематическая погрешность=8*10^(-6). Среднеквадратическая погрешность= 4*10^(-6).( Относительные погрешности)

6. Сила света J( кд) Кандел. 1 Кандела- сила света в заданном направлении источника, который испускает монохроматическое излучение, частотой = 540*10^(12) Гц, чья энергетическая сила в этом направлении составляет 1/683 Ватт/ст рад.

7. Количество вещества N(моль). 1 моль- количество вещества, содержащее столько же атомов, молекул, ионов и др. структурных элементов, сколько атомов содержится в 12г. Изотопа углерода-12 . Это число частиц, содержащееся в 1 моле любого вещества, называется числом Авогадро Для определения количества вещества необходимо знать массу вещества и число содержащихся в нем структурных элементов, то в эталоне моля нет необходимости. Важно точно знать число Авогадро.

Образцовыми средствами измерения( рабочими эталонами) называют меры, измерительные приборы и преобразователи, предназначенные поверки и градуировки по ним других средств измерения.

Рабочие средства измерения- такие средства, которые применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

По назначению средства измерений разделяются на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы.

Мера- средство измерений, предназначенная для воспроизведения физической величины, заданного размера с заданной точностью.

Измерительный преобразователь- средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но недоступной непосредственному восприятию экспериментатора.

Измерительный прибор- средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме доступной непосредственному восприятию экспериментатора.

Измерительные установки- средство измерений, представляющие собой совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в 1 месте.

Измерительные системы- совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных каналами связи.

Наиболее многочисленной из перечисленных групп являются измерительные приборы.

ГОСТ 15094-89 « Приборы электронные радиоизмерительные. Наименования и обозначения»- система обозначений приборов.

3 группы символов:

1. Тип прибора: В…- вольтметр, Г..- генератор, Ф..-фазометр, А…

2. Назначение прибора: В4..- вольтметр импульсный, Г3…- генератор низкочастотный.Г2- генератор шумовых сигналов.

3. Порядковый номер прибора в данной серии.В4-29,Г3-41.

Классификация методов измерения.

Все метод измерения можно разделить на 2 большие группы: 1) метод непосредственной оценки; 2) метод сравнения; При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора. При методе сравнения измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры.

Существуют разновидности метода сравнения:

1. Нулевой метод. При этом методе действие измеряемой величины полностью уравновешивается действием образцовой меры.

2. Дифференциальный метод. При этом методе оценивается разница между измеряемой величиной и близкой к ней по значению известной эталонной величиной. Этот метод находит место тогда, когда практическое значение имеет отклонение измеряемой величины от некоторого номинального значения.

3. Метод замещения. При методе замещение действие измеряемой величины замещается действием образцовой величины.

Н аибольшую точность обычно обеспечивает нулевой метод. Разновидностями нулевого метода являются:1) компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется( уравновешивается) величиной образцовой; 2) мостовой метод;

По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения все методы делятся на аналоговые и цифровые.