Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений. Учебное пособие для поверителей средств теплотехнических и физико-химических измерений
.pdf
АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
А.М. Бикулов
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Учебное пособие
для поверителей средств теплотехнических
и физико-химических измерений
Москва
2006
УДК 681.7 (075.5)
Бикулов А.М. Методы и средства измерений. Учебное пособие для поверителей средств теплотехнических и физикохимических измерений. – М.: АСМС, 2006 г.
Учебное пособие соответствует образовательным программам учебных дисциплин «Поверка и калибровка средств теплотехнических измерений» и «Поверка и калибровка средств физико-химических измерений» (раздел «Основные положения обеспечения единства измерений»).
Учебное пособие предназначено для слушателей Академии
стандартизации, метрологии и сертификации (учебной), повышающих квалификацию по специализациям «Поверка и калибровка средств теплотехнических измерений» и «Поверка и калибровка средств физико-химических измерений».
ISBN 5-93088-065-4 АСМС, 2006
ПРЕДИСЛОВИЕ
В производственной практике мы постоянно встречаемся
с измерениями различных величин. В зависимости от стоящей
перед нами задачи измерение требуется производить с определенной точностью.
Растущая с каждым годом потребность в повышении точности и достоверности измерительной информации требует постоянного совершенствования методов и средств измерений. Разрабатываются и выпускаются новые поверочные установки и оборудование. Совершенствуется эталонная база страны. Все большее распространение приобретают методы и средства измерений,
основанные на современных достижениях микроэлектроники
и информатики.
Важную роль в достижении требуемой точности измерений
играет поверка средств измерений, как одна из форм метрологического контроля.
Одним из важных факторов, влияющих на эффективность
проведения поверки, необходимо отметить уровень профессиональной подготовки специалистов, осуществляющих поверку
средств измерений. При повышении квалификации специалистов
по поверке и калибровке средств измерений немаловажное значение имеет изучение начальных основ метрологии, приобретение знаний, позволяющих с большей эффективностью осваивать
практические методы и средства поверки. Для этой цели служит
настоящее учебное пособие.
Задача данного учебного пособия предоставить начальные
сведения о метрологии специалистам, изучающим вопросы поверки и калибровки средств теплотехнических и физико-химических измерений. Для более глубокого изучения проблем и содержания метрологии как науки об измерениях можно воспользоваться более полными изданиями.
Учебное пособие состоит из трех разделов.
В первом разделе рассмотрены физические величины,
их свойства, виды. Описаны системы единиц физических величин как прежние (некоторые до сих пор применяется в практике
теплотехнических и физико-химических измерений), так и Международная система единиц. Даны определения единиц основных
физических величин, применяемых в теплотехнических и физико-химических измерениях.
Во втором разделе рассмотрены виды и методы измерений
физических величин. Описаны особенности прямых, косвенных,
совокупных и совместных измерений. Рассмотрены особенности
методов измерений: метода непосредственной оценки и методов
сравнения с мерой. Дана классификация погрешностей измерений. Рассмотрены свойства систематических погрешностей, изложены методы исключения систематических погрешностей. Дано понятие случайной погрешности и описаны основные методы,
позволяющие уменьшить влияние случайных погрешностей
на результат измерений.
В третьем разделе рассмотрены средства измерений физических величин. Дана классификация средств измерений; описаны
особенности и свойства разновидностей средств измерений: мер,
измерительных приборов, измерительных преобразователей.
Описаны виды эталонов: государственный, первичный, исходный, рабочий и другие эталоны. Описана структура поверочной
схемы для средств измерений.
Приведена классификация погрешностей средств измерений.
Дано определение основной и дополнительной погрешностей.
Описаны способы нормирования метрологических характеристик
средств измерений. Описаны виды поверок средств измерений.
Учебное пособие адресовано слушателям Академии стандартизации, метрологии и сертификации (учебной), повышающим
квалификацию по специализациям «Поверка и калибровка
средств теплотехнических измерений» и «Поверка и калибровка
средств физико-химических измерений».
Оно может быть полезно специалистам, практическая деятельность которых связана с поверкой и калибровкой средств измерений, а также специалистам, занимающимся ремонтом и эксплуатацией средств измерений.
ВВЕДЕНИЕ
Измерением называют совокупность операций, предназначенных для нахождения значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств.
Измерения выполняются при учете продукции экономики,
выраженной в форме массы, длины, мощности и других; при определении значений физических величин, технических характеристик процессов, состава и свойств веществ в научных исследованиях; при осуществлении контроля и регулирования технологических процессов и т.д.
Задачам изучения и обеспечения измерений посвящена наука
метрология.
Метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, а также способах достижения
требуемой точности измерений.
Метрология включает в себя три основных раздела.
Теоретическая метрология, являясь основной частью метрологии, занимается разработкой фундаментальных основ метрологии. Поэтому ее иногда называют фундаментальной.
Законодательная метрология устанавливает обязательные
юридические и технические требования по применению единиц
физических величин, методов и средств измерений. Законодательная метрология решает также иные проблемы по контролю
со стороны государства за единством измерений и единообразием
средств измерений.
В частности, государство законодательно устанавливает
применение определенных систем единиц физических величин,
проведение поверки средств измерений, испытания вновь разрабатываемых или получаемых по экспорту средств измерений
и т.д.
Прикладная метрология решает вопросы практического осуществления измерений физических величин с применением разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.
Основы отечественной метрологии как науки заложил великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев.
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля)
1834 года в Тобольске в семье директора гимназии
И.П. Менделеева. В 15 лет он окончил гимназию и в 1850 году был
зачислен студентом Главного педагогического института в Петербурге по физико-математическому факультету, который
успешно окончил в 1855 году.
С 1859 по 1861 год Д.И. Менделеев совершенствовал свои
знания в Гейдельберге, где создал собственную домашнюю лабораторию для исследования капиллярных свойств жидкостей.
В результате экспериментальных работ он сделал выдающееся
открытие — им была открыта критическая температура жидкостей.
Возвратившись в Россию, Д.И. Менделеев в феноменально
короткий срок написал курс «Органическая химия» объемом
40 печатных листов, за который ему присвоена Демидовская
премия.
В 1865 году он подготовил научную работу «О соединении
спирта с водой», которую представил в качестве докторской
диссертации. Проведенные исследования фактически являются
крупной работой в области метрологии. Д.И. Менделеев в ходе
исследований разработал специальные методы, позволяющие повысить точность измерений, разработал необходимую измерительную аппаратуру, выполнил огромное количество измерений.
С 1868 по 1871 год он, занимаясь большой педагогической, научной и литературной деятельностью, работает над созданием
периодической системы элементов — основного закона химии,
который принес ему всемирную славу.
Последние 15 лет своей жизни Д.И. Менделеев почти полностью посвятил исследованиям в области метрологии. В 1892 го-
ду министр финансов Витте предложил Д.И. Менделееву стать
ученым хранителем единственного в стране метрологического
учреждения — Депо образцовых мер и весов. Депо было организовано в 1835 году для хранения образцовых мер, клеймения и изготовления копий. Д.И. Менделеев преобразовал Депо в качественно новое метрологическое учреждение. 8 июня 1893 года была
создана Главная палата мер и весов и ее первым управляющим
становится Д.И. Менделеев.
Первоочередной задачей созданной Палаты Д.И. Менделеев
считает создание отечественной системы эталонов. Всего за
шесть лет проделана титаническая работа по возобновлению
прототипов русских мер массы и длины и сличению их с зарубежными эталонами.
Одной из основных заслуг Д.И. Менделеева в области метрологии является создание государственной поверочной службы.
Согласно вышедшему в 1899 году Положению почти во всех
крупных городах России создаются особые поверочные «палатки», которые были предназначены для выполнения работ по поверке и клеймению мер и весов. Штат «палаток» формировался
из специалистов, прошедших специальное обучение в Главной палате мер и весов.
Трудно перечислить все научные направления, которыми занимался великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев.
Теория физического маятника. Определение точных значений
физических констант, в частности, ускорения свободного падения. Определение плотности воздуха. Предложение по созданию
новой температурной шкалы, — идея, которая впоследствии
реализована в шкале Кельвина.
Д.И. Менделеев в своих работах не только разработал новые
методы измерений, принципиальные вопросы метрологических
исследований, но также разработал стиль деятельности метролога, который заключается в тщательной подготовке эксперимента, глубоком изучении намеченного эксперимента, подробном анализе факторов, влияющих на точность, анализ источников и причин возникновения погрешностей, в практической реализации результатов экспериментов.
Умер Д.И. Менделеев 20 января (2 февраля) 1907 года.
Метрология, таким образом, решает важную задачу обеспечения единства измерений и требуемой точности измерений.
Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах. Размеры единиц в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами. Единство
измерений обеспечивается с помощью единообразных средств
измерений. Погрешности измерений при этом известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы. Необходимость единства измерений обусловлена, в частности, необходимостью сравнивать результаты измерений, выполненных
на разных объектах, в разное время при помощи разных методов
и средств измерений.
Под точностью измерений понимают качество измерений,
отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.
РАЗДЕЛ 1
ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Без сомнения все наше знание начинается с опыта.
Иммануил Кант
...Умение наблюдать есть великий дар.
Джон Леббок
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]