Тема 1. Общие вопросы метрологии
В основу нашего курса положено несколько дисциплин. Основная из них - метрология
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Измерение — это ряд операций, выполняемых с помощью специальных технических средств измерений, посредством которых неизвестная величина количественно сравнивается с другой величиной, однородной с ней и считаемий известной. Эта известная величина называется единицей измерения физической величины.
Еще одно важное понятие, входящее в определение «метрология» - единство измерений.
Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.
Для чего же необходимо единство измерений?
Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах и в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.
Единство измерений должно выдерживаться при любой точности измерений.
Метрология делится на три самостоятельных раздела:
законодательная метрология;
теоретическая метрология (фундаментальная, научная);
прикладная метрология (практическая).
К сожалению, у нас в учебной программе мы не рассматриваем законодательную метрологию. Но несколько слов все равно сказать необходимо.
Законодательная метрология — это раздел метрологии, включающий комплексы правил, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единство средств измерений.
В основу всей метрологической деятельности в Российской Федерации положена конституция Российской Федерации, а именно статья 71, которая устанавливает, что в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени.
В соответствии с конституцией принят и действует Закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений».
Закон был принят в 1993 году, но за время своего существования претерпел столь значительные изменения, что его неоднократно приходилось принимать в новой редакции (в 2003 году, и совсем недавно — в 2008 году). А еще за этот короткий период принимались законы «О внесении изменений и дополнений...
Следует отметить, что мы сейчас находимся в условиях очень подвижного правового поля. Связано это с тем, что Россия стремится попасть в ВТО...
Итак, полное название закона, который сейчас действует в области законодательной метрологии — Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» от 26 июня 2008 г. №102 — ФЗ.
В законе указаны:
Основные цели закона;
Закреплен ря д основных понятий метрологии;
Закон определяет федеральные органы исполнительной власти (и другие органы), осуществляющие деятельность по обеспечению единства измерений.
Ну а мы займеся вплотную двумя оставшимися разделами — теоретической и практической метрологией.
Метрология охватывает все виды технических измерений. Для технических измерений наибольший интерес представляют: измерения электрических величин, линейных и угловых размеров, площадей, скоростей, параметров вещества, таких, как давление, температура, масса, объем, расход и т. д. Вот именно измерению этих величин и будет посвящен наш курс.
Теоретическая метрология изучает общие вопросы теории измерений (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений).
Прикладная метрология посвещена изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований.
Теоретическая метрология имеет сложную разветвленную структуру. Мы не будем давать ее в полном объеме. Остановимся лишь на некоторых ее разделах.
Итак.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
Термин — это слово, имеющее специализированное точно ограниченное научное значение. При этом в разных отраслях один и тот же термин может иметь различные значения.Поэтому вопросам терминологии уделяется особое внимание.
К сожалению, в последние годы в области метрологической терминологии отмечается большоеколичество противоречий и разногласий. Эти противоречия вызваны существующими различиями в зарубежной и отечественной терминологии и необходимостью их единства.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ , СВЯЗАННЫЕ С ОБЬЕКТАМИ ИЗМЕРЕНИЙ.
Все объекты окружающего материального мира характеризуются набором свойств. Что такое свойство — интуитивно понятно, поэтому мы не будем давать определение этому понятию.
Свойства — категория качественная. Для количественного описания различных свойств объектов (и явлений) вводится понятие величины.
Величина — это свойство, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно.
Пример: Протяженность в пространстве — это свойство некоего объекта. Инертность — тоже свойство. Эти свойства могут быть выражены количественно (длинна, ширина, высота количественно выражают протяженность; масса количественно характеризует инертность). Таким образом, длинна, ширина, высота, масса, являясь свойствами, одновременно являются и величинами.
Как правило, термин «величина» мы применяем в отношении свойств или их характеристик, котрые мы умеем оценивать количественно, то есть измерять. Существуют такие свойства и характеристики, которые мы еще не умеем оценивать количественно, но стремимся найти способ их количественной оценки, например, вкус, запах и т.д. Пока мы не научились их измерять, мы избегаем называть их величинами, а называем свойствами.
Величины разделяются на два вида: Реальные величины и идеальные величины.
Идеальные величины (их еще называют абстрактными величинами) относятся в основном к математике.
Реальные величины делятся на физические и нефизические.
К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным наукам — экономике, социологии, философии (например, цена, рентабельность, рейтинг и т. д.).
Физической величиной называют одно из свойств объекта, которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.
Так, например, свойством « прочность» в качественном отношении обладают многие материалы (сталь, древесина, стекло), в то время как предел прочности [ϬПР] (количественное выражение) для всех этих величин будет различным.
Таким образом, физические величины — это свойства физических объектов (или явлений), которые в принципе могут быть выражены количественно (пусть даже на данном этапе развития метрологии это пока невозможно).
Физические величины подразделяются на измеряемые и оцениваемые.
С измеряемыми физическими величинами все понятно. Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерний.
Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Под оцениванием понимается операция присвоения данной величине определенного числа (балла), проводимая по установленным правилам. Оценивание величины осуществляется при помощи так называемых шкал.
Нефизические величины могут быть только оцениваемыми (или расчетными на основе оцениваемых величин). Их определение не входит в задачи теоретической метрологии.
На рисунке 1 представлена развернутая классификация величин.
Рис. 1. Развернутая классификация величин.