Метрология, стандартизация, подтверждение соответствия. Учебное пособие

Что понимается под измерением? Измерение [4] – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины. Но более развернутое определение данного термина приведено в [3]: измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получение значения этой величины.

Q = q· [Q], (1) где Q – неизвестный размер ФВ или значение измеряемой величины; [Q] - размер выбранной единицы измерений; q – числовое значение. Если единица измерения [Q] = 1см, то отсчёт по линейке, например, длины спичечного коробка) q = 5, а значение измеряемой ФВ (Q)=5см; если единица измерения [Q] = 1мм, то отсчёт по линейке составляет q = 50, а значение измеряемой ФВ (Q)=50мм; понятно, что в дюймах Q

- объекта измерений (измерение диаметра вала, сечение которого отличается от идеальной окружности, различия в отборе проб и многое другое);

- условий измерений: при отличающихся значениях температуры, давления, влажности окружающей среды, напряжения в сети и другое подобное.

Эти и другие воздействующие факторы приводят к тому, что при многократном измерении одной и той же ФВ, даже постоянного размера (например, при измерении плотности одного прессованного образца, его диаметра) результаты измерений или производимые нами отсчёты по шкалам СИ получаются всё время разными. Это положение, установленное практикой, формулируется в виде аксиомы, являющейся

Любой результат измерений (Х

) можно представить в виде:

- по способу выражения их величин погрешности делятся на абсолютные и относительные;

- по причинам появления – систематические, случайные, инструментальные, субъективные, промахи (или выбросы), метода измерений, условий измерений;

- по отношению к измеряемым величинам: статические и динамические.

Систематическая составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же ФВ. Например, к наличию постоянной погрешности при измерении массы продукции приводит использование гирь, масса которых отличается от их номинального значения. К появлению прогрессирующей погрешности (непрерывно возрастает) приводит постепенный износ измерительных наконечников штангенциркуля, нутромера. Отметим, что возможность обнаружения и измерения величины систематической погрешности СИ при его поверке (калибровке) позволяет проводить соответствующую корректировку результатов измерений. Например, при измерении силы динамометр показывает 1000 Н и известно, что погрешность тарировки составляет минус 50 Н; и СИ постоянно выдаёт заниженные значения измеряемых ФВ, т.е. обнаружена систематическая погрешность. Поэтому измеренным значением данной ФВ будет 1000 Н + 50 Н=1050 Н, так как знак поправки противоположен знаку погрешности.

Именно из-за обязательного наличия случайных погрешностей оператор получает гамму из отличающихся результатов измерений. Например, при расчётной плотности прессованного образца из порошкообразного материала, равной 1,55 г/см3, результатами измерения плотности образцов (нескольких или одного), изготовленных и испытанных в идентичных условиях, могут быть: 1,53; 1,54; 1,57; 1,55; 1,54 и другие из-за >или< содержания пузырьков воздуха в образцах.

Степень влияния случайных погрешностей на результаты измерений может быть определена на основе расчёта оценок показателей рассеяния результатов: размаха, средней арифметической погрешности (по модулю), средней квадратической погрешности (стандартным отклонением), доверительных границ погрешности.

Погрешность метода измерений - составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений. Например, такой будет погрешность при определении гидростатическим методом объёма очень пористого тела (этот пример приводился при классификации погрешностей), когда за счёт проникновения рабочей жидкости в поры тела результаты определения кажущейся плотности будут систематически завышены из-за занижения значений объёма тела.

Подводя итоги рассмотрения видов погрешностей, можно представить в общем виде любой результат измерений (Х

Отметим, что в настоящее время точность измерений определяется с помощью таких критериев, как правильность и прецизионность [6].

Правильность – степень близости результата измерений к истинному или действительному (условно истинному) значению измеряемой величины. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности. Понятно, что отсутствие или меньшее её значение приводит к получению более объективных (правильных) результатов измерений.

Показателями прецизионности являются характеристики случайной погрешности измерений, т.е. прецизионность зависит только от влияния случайных факторов. Обычно в качестве оценки прецизионности используют стандартное (среднеквадратическое) отклонение (σ) результатов измерений, выполненных в определённых условиях. В зависимости от этих условий различают такие меры прецизионности как повторяемость (по международной терминологии и согласно стандарта [6], в отечественной практике последнюю меру прецизионности называют сходимостью.

Под повторяемостью (сходимостью) понимается прецизионность результатов измерений, выполненных при следующих условиях: результаты измерений (испытаний) получены одним и тем же методом (в международной практике не делают различия между методом и МВИ), на идентичных образцах, в одной и той же лаборатории, одним и тем же оператором, с использованием одного и того же оборудования, в пределах короткого промежутка времени.

квалификационным работам (ВКР). Например , если нужно измерять такую ФВ как сила, то в стандарте обнаружится, что значения её нельзя приводить в единицах «кгс» или в «лошадиных силах», а только в «ньютонах» (наименование единицы), а её обозначение – «Н» (прописная, а не строчная буква, как у «кг», «м», «с» ). Количество теплоты выражать нужно не в калориях, а в джоулях (Дж), давление - не в кгс/см2, а в паскалях (Па).

Понятно, что единицы одной и той же ФВ могут различаться по размеру: 1см = 0,01м, 1фут ~0,3м, 1дюйм~0,025м.

может быть обеспечены, если на предприятии, в регионе, в стране, в мире применяются идентичные единицы ФВ, одинаковые по размеру (точнее - близкие по размерам). Последнее достигается за счёт наличия и

Требования общества, развитие техники, новые достижения науки являются причинами непрерывных изменений в эталонной базе стран. Ранее в России наиболее распространёнными единицами длины были «пядь», «локоть», «сажень», затем существенная неопределённость в их размерах последовательно устранялась за счёт введения таких образцовых мер, как «аршин» (17 век), «дюйм» (18 век), «метр» (19 век). Отметим, что по решению I Генеральной конференции по мерам и весам первым международным эталоном метра был установлен брус из платино-иридиевого сплава (его погрешность - 1,1·10-7м), длина которого составляла определённую часть (приблизительно одну десятимиллионную) четверти дуги парижского меридиана. С 1960г по решению ХI Генеральной конференции по мерам и весам был введён другой, более точный - криптоновый эталон (основанный на воспроизведении метра в длинах световых волн излучения атомов криптона-86 и равный приблизительно1,6 млн длин волн), погрешность которого составляла 5·10 по мерам и весам принято новое определение метра как длины пути проходимого светом приблизительно за одну трёхсотмиллионную долю секунды в условиях вакуума, а точнее - 1/299792458 доли секунды. Сведения о классификации, назначении и общих требований к созданию, хранению и применению эталонов в РФ приведены в ГОСТ 8.057 – 80 «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения».

Воспроизведение единицы физической величины – совокупность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона. Например, воспроизведение единицы длины – метра – заключается в создании при помощи первичного эталона длины пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени, равный ≈ одной трёхсотмиллионной доли секунды в условиях вакуума ( за 1/299792458 доли секунды).