Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология, стандартизация, сертификация и управление качеством. Учебное пособие
.pdf
Выполнение таких мероприятий обеспечивает предсказуемость при
эксплуатации прибора, т.е. выполнение с требуемой вероятностью
определенных функций в определенном интервале времени, что
предопределяет такие важные неметрологические характеристики, как
ресурс, срок службы, наработка на отказ.
По результатам испытаний партии приборов, принимается решение о
невозможности или о возможности включения всех приборов такого
типа в Госреестр средств измерений. В случае включения в Госреестр,
назначается класс точности средства измерений и назначается интервал
периодической поверки.
Включение в Госреестр очень желательно, т.к. обеспечивает доступ к
рынку сбыта, а также поднимает ценность прибора в глазах
потребителя. Как показывает практика, один и тот же прибор, после
внесения в Госреестр, может успешно продаваться по цене, в несколько
раз превышающей цену, по которой он продавался до внесения в реестр.
Для того чтобы средство измерений продолжало оставаться в
Госреестре, в течение всего времени производства проводят
периодические контрольные испытания на базе предприятия изготовителя. По окончании испытаний составляется акт о контрольных
испытаниях, содержащий результаты испытаний, замечания,
предложения и выводы.
Включение в Госреестр возможно не только на уровне типа средств
измерений, но и на уровне отдельных экземпляров. В этом случае
указывается серийный номер конкретного средства измерений, в
отношении самого средства измерений выполняется весь комплекс
работ по метрологической аттестации.
1.7. Система СИ
Международная система единиц, сокращенно СИ ( SI - начальные буквы
французского наименования System International ).
В России система СИ принята на уровне стандарта в 1981 году. В 2002
году принята новая версия стандарта: ГОСТ 8.417-2002 "ГСИ. Единицы
физических величин" [2]. Стандарт устанавливает единицы физических
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
11
величин, наименования, обозначения, определения и правила
применения этих единиц. Стандарт не устанавливает единицы
величин, оцениваемых по условным шкалам, единицы количества
продукции, а также обозначения единиц физических величин для
печатающих устройств с ограниченным набором знаков (ГОСТ 8.430).
В качестве основных, согласно классификации СИ, приняты семь
единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, канделла. Им
соответствуют следующие физические величины: длина, масса, время,
сила электрического тока, термодинамическая температура, количество
вещества, сила света.
Производная единица в системе СИ образуется из одной или нескольких
основных единиц. Многим производным единицам присвоены
собственные наименования (скорость, площадь). Семнадцати
производным единицам присвоены собственные наименования по
именам ученых.
Основные физические величины отображают наиболее естественные
для современного человека свойства окружающего мира. Размеры
единиц физических величин выбраны такими, чтобы они комфортно
воспринимались органами чувств человека. Основные величины,
согласно классификации СИ, приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1.
Физическая Величина Единица физической величины
Наименование
Обозначение
Наименование
Обозначение
Размерность
Физическая
величина
Рос. Международное
Длина L метр м m
Масса М килограмм кг kg
Время T секунда с s
Сила эл. тока I ампер А А
Т/д-я
температура
кельвин К К
Количество
вещества
N моль моль mol
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
12
Сила света J канделла кд cd
Для образования кратных и дольных единиц предусмотрены
множители и приставки. Таблица 1.2 содержит множители и приставки
согласно классификации СИ.
Таблица 1.2.
Множитель Приставка
Обозначение
приставки
Множитель Приставка
Обозначение
приставки
Междун. Рос. Междун. Рос.
иота Y И иокто y и
экса Е Э атто a а
пета Р П фемто f ф
тера Т Т пико p п
гига G Г нано n н
мега M М микро мк
кило k к милли m м
гекто h г санти c с
дека da да деци d д
ГОСТ8.417-2002 наряду с единицами физических величин определяет
единицы количества информации:
бит, байт, ( bit, byte ),
килобит, килобайт, Кбит, КБ ( kbit, kB ).
Стандартом МЭК 60027-2 от 01.1999 [3] определены более полные
характеристики единиц количества информации (двоичных, или
бинарных единиц), с определением бинарных приставок и
множителей. Бинарные приставки: килобинарибит, килобинарибайт (
Kibit, KiB ).
При работе с двоичными единицами удобнее принимать за один
килобайт не 1000 байт, а 1024 байт. Однако при этом возникает
разночтение приставок, принятых в СИ. Это препятствует единству
измерений. Для исключения разночтения, приняты собственные
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
13
приставки для двоичных единиц, созвучные приставкам, принятым в
системе СИ, но дополненные приставкой "бинари".
Эти сведения не нашли отражения в системе СИ, определенной
ГОСТ8.417-2002. Стандарт, аналогичный МЭК 60027-2 от 01.1999,
пока не принят в российской системе стандартизации. Поэтому
сведения о двоичных множителях и приставках приведены только в
международном варианте (табл. 1.3). В таблице 1.4 сопоставляются
множители и приставки двоичные и принятые по классификации СИ.
Таблица 1.3.
Prefixes for binary multiples
Factor Name Symbol Origin Derivation
kibi Ki
mebi Mi
gibi Gi
tebi Ti
pebi Pi
exbi Ei
Таблица 1.4.
Examples and comparisons with SI prefixes
one kibibit
one kilobit
one mebibyte
one megabyte
one gibibyte
1.8. Истинное и действительное значение физической
величины, погрешность и вероятность
Физическая величина (кратко "величина") - свойство, в качественном
отношении общее многим объектам, а в количественном отношении
индивидуальное для каждого объекта.
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
14
Количественное содержание этого свойства в объекте является
размером физической величины. Получение информации о размере
величины является содержанием любого измерения. Величину, которой
присвоено числовое значение, равное единице, называют единицей
физической величины.
Истинное значение физической величины идеальным образом отражает
соответствующее свойство объекта. Практически получено быть не
может.
Действительное значение физической величины находится как результат
измерения и приближается к истинному значению настолько, что для
данной цели может применяться вместо него.
Изображенная на рис. 1.1 диаграмма отображает взаимосвязь понятий
истинное значение (ИЗ), действительное значение (ДЗ) физической
величины (ФВ), погрешность ( ), вероятность .
Рис. 1.1.
Очевидно, что истинное значение с заданной вероятностью
оказывается удалено от найденного в процессе измерения
действительного значения на интервал, не превышающий погрешности.
При прочих равных условиях (в первую очередь - при одинаковом числе
наблюдений), если требуется назначить большую вероятность, интервал
погрешности также возрастает.
Размеры и взаимосвязаны: чем больше , тем больше ,
следовательно, назначая высокую степень уверенности, мы
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
15
рассматриваем наихудший вариант контролируемых событий. И
наоборот, делая более неопределенными контролируемые посредством
измерений события, мы получаем большую уверенность в том, что они
произойдут. Например, вероятность того, что ракета попадет в точку,
оставленную карандашом, близка к нулю. Если постепенно увеличивать
размеры точки до размеров земного шара, то вероятность попадания
ракеты в эту точку будет постепенно приближаться к единице.
Практически важным является требование одновременно увеличивать
и уменьшать . Такую возможность дает увеличение числа
наблюдений. Увеличением числа наблюдений можно добиться,
соответственно, роста при фиксированной , или же уменьшения
при фиксированной .
Из этих рассуждений становится понятно, почему не следует
стремиться к максимальной точности измерений или требовать
чрезмерно высокую достоверность результатов. Это потребует
дополнительных наблюдений, сделает измерения слишком дорогими.
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
16
Основы общей теории измерений
В данной лекции будет подробно рассмотрено основополагающее
понятие метрологии - измерение.
2.1. Измерение, классификация измерений
Основополагающим понятием метрологии является измерение нахождение значения физической величины опытным путем с помощью
специальных технических средств.
Измерение физической величины производят путем ее сравнения в
процессе эксперимента с величиной, принятой за единицу физической
величины. Целью измерения является получение значения физической
величины в наиболее удобной форме. С помощью измерительного
прибора определяют, во сколько раз значение данной величины больше
или меньше значения величины, принятого за единицу.
Измерения могут быть классифицированы:
по характеристике точности - равноточные, неравноточные;
по числу наблюдений - однократные, многократные;
по режиму работы применяемых средств измерений статические, динамические;
по метрологическому назначению - технические,
метрологические;
по выражению результата измерения - абсолютные,
относительные;
по способу обработки экспериментальных данных - прямые,
косвенные, совместные, совокупные;
по способу применения меры - методом непосредственной
оценки и методом сравнения с мерой.
Равноточные измерения. Ряд измерений какой-либо величины,
выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в
одних и тех же условиях.
На практике условие равноточности считается выполненным, если
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
17
наблюдения производятся одним и тем же оператором, в одинаковых
условиях внешней среды, с помощью одного и того же средства
измерения. При таких условиях будут получены равнорассеянные (подругому, равноточные, от слов равная точность), т.е. одинаково
распределенные случайные величины.
Неравноточные измерения. Ряд измерений, какой-либо величины,
выполненных несколькими различными по точности средствами
измерений в нескольких разных условиях.
Однократное измерение - измерение, выполненное один раз.
Однократные измерения применяются, когда приоритет принадлежит
не точности, а стоимости процесса измерения, или приоритет
принадлежит временным нормативам, а также когда наблюдаемое
событие быстротечно, или объект измерения меняет свойства и даже
разрушается под воздействием процесса измерения.
Многократные измерения. Нахождение размера физической величины с
выполнением нескольких следующих друг за другом наблюдений
физической величины одного и того же размера. Только многократные
измерения позволяют судить о размере случайной погрешности и
влиять на размер случайной погрешности, меняя количество
наблюдений.
Статические измерения. Измерение физической величины,
принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за
неизменную величину на протяжении времени измерения.
Динамические измерения. Измерение изменяющейся по размеру
физической величины.
Технические измерения. Измерения с помощью рабочих средств
измерений.
Метрологические измерения. Измерение при помощи эталонов и
образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц
физических величин для передачи их размера рабочим средствам
измерений.
В технических и метрологических измерениях результат находится с
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
18
требуемой точностью, точность обеспечивается с заданной
вероятностью.
Виды и методы измерений. Измерение одной и той же физической
величины можно выполнить разными способами. В зависимости от
цели измерения, существующие способы можно классифицировать и в
каждом случае выбирать лучший из них, как правило - по соотношению
между затратами на осуществление измерений и ущербом от
недостоверных результатов измерений. Среди многих известных
классификаций можно выделить две, построенные по следующим
признакам: по способу обработки экспериментальных данных и по
способу применения меры. Они получили соответствующие
наименования: виды измерений и методы измерений.
В свою очередь, среди видов измерений и методов измерений можно
выделить виды и методы, которые применяются наиболее часто. Это
прямые измерения и измерения методом непосредственной оценки.
Например, измерение силы тока аналоговым амперметром или
определение размеров детали при помощи штангенциркуля - прямые
измерения методом непосредственной оценки.
При методе непосредственной оценки значение физической величины
находят непосредственно по отсчетному устройству измерительного
прибора прямого преобразования, шкала которого заранее была
отградуирована с помощью меры. При этом не возникает
необходимости использовать для измерений дополнительную меру.
При прямых измерениях значение физической величины находят
непосредственно по опытным данным в результате выполнения
измерения. При этом нет необходимости в дополнительных
вычислениях для определения измеряемой физической величины.
2.2. Погрешность, классификация погрешностей
Погрешностью называют отличие между объективно существующим
истинным значением физической величины и найденным в результате
измерения действительным значением физической величины.
В зависимости от обстоятельств, при которых проводились измерения,
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
19
а также в зависимости от целей измерения, выбирается та или иная
классификация погрешностей. Иногда используют одновременно
несколько взаимно пересекающихся классификаций, желая по
нескольким признакам точно охарактеризовать влияющие на результат
измерения физические величины. В таком случае рассматривают,
например, инструментальную составляющую не исключенной
систематической погрешности. При выборе классификаций важно
учитывать наиболее весомые или динамично меняющиеся или
поддающиеся регулировке влияющие величины. Ниже приведены
общепринятые классификации согласно типовым признакам и
влияющим величинам.
По виду представления, различают абсолютную, относительную и
приведенную погрешности.
Абсолютная погрешность это разница между результатом измерения
и истинным значением измеряемой величины. Абсолютная
погрешность находится как и выражается в единицах
измеряемой величины.
Относительная погрешность это отношение абсолютной погрешности
измерения к истинному значению измеряемой величины:
.
Приведенная погрешность это относительная погрешность, в которой
абсолютная погрешность средства измерения отнесена к условно
принятому нормирующему значению , постоянному во всем
диапазоне измерений или его части. Относительная и приведенная
погрешности - безразмерные величины.
В зависимости от источника возникновения, различают субъективную,
инструментальную и методическую погрешности.
Субъективная погрешность обусловлена погрешностью отсчета
оператором показаний средства измерения.
Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством
применяемого средства измерения. Иногда эту погрешность называют
аппаратурной. Метрологические характеристики средств измерений
Метрология, стандартизация, сертификация и управление качествомМ.И. Николаев
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]