Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрологическая экспертиза в вопросах и ответах. Учебное пособие
.pdf
где и предельно допустимая погрешность измерений параметра;
доверительная граница погрешности измерений параметра,
ми
указанная в методике измерений.
В случае необходимости обосновать выбор конкретной методики
измерений из нескольких вариантов можно на основе комплексного
показателя качества методики измерений, в качестве которого можно
рассматривать себестоимость ее реализации [52].
30. Как проводят анализ использования вычислительной
техники при измерениях?
Основная цель данного анализа убедиться, что программное
обеспечение (ПО) средств измерений соответствует установленным
требованиям [13]. Общие требования к ПО средств измерений включают
в себя требования документации, идентификации, структуре ПО, влиянию
ПО на метрологические характеристики средств измерений, к защите ПО
и данных.
Также при решении данной задачи оценивают вклад методической
составляющей погрешности измерений из-за несовершенства алгоритма
вычислений. В частности, алгоритм вычислений может не в полной мере
соответствовать математической модели, связывающей измеряемую
величину с результатами прямых измерений (со значениями величины на
входе средств измерений). Обычно это несоответствие обусловлено
возможностями вычислительной техники и вынужденными упрощениями
алгоритма вычислений (линеаризацией функций, их дискретным
представлением и т.п.).
Следует иметь в виду, что алгоритмы обработки результатов прямых
измерений должны соответствовать положениям [53] (для однократных)
и [54] (для многократных), косвенных измерений – положениям [55].
Оценивание неопределенности результатов измерений – в соответствии
с [56].
31. Как осуществляют контроль метрологических терминов,
наименований измеряемых величин и обозначений их единиц?
Метрологический контроль проводят в том случае, когда требования
к объекту проверки однозначно сформулированы в нормативных
правовых актах, документах по стандартизации или др. нормативных
41
документах, которыми должен руководствоваться разработчик
технической документации.
Применяемые в технической документации метрологические
термины проверяют на соответствие положениям Федерального закона
[2], нормативных правовых актов в области обеспечения единства
измерений, документов по стандартизации, документов ГСИ (например,
[39]).
В тексте документа следует приводить конкретный термин вместо
полного его определения. Например, «предельные размеры» вместо
«предельно допустимые размеры элемента», «верхний предельный
размер» вместо «наибольший допустимый размер размерного элемента»,
«нижний предельный размер» вместо «наименьший допустимый размер
размерного элемента» (см. [57]). Необходимо также различать понятия
«допуск» (разность между верхним и нижним предельными размерами,
значение которого всегда положительное число) и «пределы допуска»
(верхняя и нижняя границы допустимых значений). Вместо термина «поле
допуска» для обозначения диапазона значений размера между пределами
допуска, включая эти пределы, следует использовать термин «интервал
допуска».
Наименования измеряемых величин могут быть самыми
различными. Однако в технической документации должны быть указаны
наименования, позволяющие судить о величине, измерения которой
выполняют с помощью средств измерений, относящихся
к определенной поверочной схеме. Это необходимо для объективной
оценки выбранных методов и средств измерений, возможности их
метрологического обслуживания.
При использовании в тексте документа качественных характеристик
разработчик должен пояснять их смысл с использованием количественных
показателей. Например, в [58] даны пояснения терминам «теплый»
(«раствор должен иметь температуру от 40°С до 75°С»), «горячая вода
(раствор)» («вода (раствор) имеет температуру выше 75°С»),
«охлаждение» («охлаждение до температуры от 15 °С до 25 °С») и др.
В тексте документа не допускается применять:
– обороты разговорной речи, техницизмы, профессионализмы;
42
– для одного и того же понятия различные научно-технические
термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова
и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке;
– произвольные словообразования;
– сокращения слов, кроме установленных правилами русской
орфографии, соответствующими стандартами, а также в данном
документе.
Разработчику документации следует избегать словосочетаний «не
хуже» («не лучше»), «хуже» («лучше»), «не уже» («не шире») для
количественной оценки требований к параметрам. Вместо них
необходимо использовать выражения: «не более» («не менее»), «более»
(«менее»).
Единицы измеряемых величин проверяют на соответствие
положениям постановления Правительства Российской Федерации [59]
и межгосударственного стандарта [60].
В частности, в Российской Федерации допускаются к применению
основные и производные единицы Международной системы единиц (СИ),
некоторые внесистемные единицы величин, относительные
и логарифмические.
31.1. В чем состоит отличие между «величина» и «значение
величины»?
Величина – свойство материального объекта или явления, общее
в качественном отношении для многих объектов или явлений,
но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них (см.
[39]). Например, «длина» – протяженность, «время» – длительность,
«масса» – инертность, «температура» – теплоемкость, «сила тока» –
электромагнетизм и т.д. Понятие «величина» введено для описания
свойств материальных объектов или явлений.
Из определения величины следует, что любая величина может
проявляться в большей или меньшей степени, т.е. имеет количественную
характеристику. Для того чтобы можно было установить различия
в количественном содержании в каждом конкретном объекте свойства,
отображаемого величиной, вводится понятие размера величины. Размер
величины – количественная определенность величины, присущая
конкретному материальному объекту или явлению (см. [39]).
43
Каждому размеру величины Q можно приписать положительное
действительное число q, которое показывает, во сколько раз данная
величина больше размера величины ǀQǀ, принятой за единицу. Таким
образом, q называют числовым значением величины Q, а её
количественное выражение в виде некоторого числа принятых для неё
единиц Q = qǀQǀ значением величины.
Ошибочно использовать понятие «величина» в следующем
выражении: «величина длины стола составляет 1,2 м», т.к. здесь
упомянуто «значение величины»: 1,2 – числовое значение величины.
Поэтому следует записать: «значение длины (или длина) стола составляет
1,2 м». Пример корректного использования понятия «величина»:
«листовой горячекатаный прокат классифицируют по результатам
измерений следующих величин: «длина», «ширина», «толщина».
31.2. В чем состоит отличие между «размерность» и «единица
величины»?
Чтобы описать качественную характеристику величины введено
понятие «размерность». Размерность отражает связь данной величины с
величинами, принятыми в системе величин за основные
с коэффициентом пропорциональности, равным 1. Размерность величины
Q обозначают как
dim Q = LαMβTγIδΘεNζJη, (8)
где L, M, T, I, Θ, N, J – размерности основных величин СИ;
α, β, γ, δ, ε, ζ, η – показатели степени, называемые показателями
размерности (положительные, отрицательные или равные нулю).
Например, размеренность силы определяют: dim F = LMT-2.
Размерность часто путают с понятием «единица величины».
Единица величины – это величина фиксированного размера, которой
присвоено числовое значение, равное 1, определяемая и принимаемая по
соглашению для количественного выражения однородных
с ней величин.
Ошибочно использовать понятие «размерность» в следующем
выражении: «Размерность скорости выражена в м/с». Здесь следует
записать: «единица скорости».
44
31.3. В чем состоит отличие между «погрешность» и «цена
деления»?
Часто разработчики технической документации ошибочно
предполагают однозначную взаимосвязь между погрешностью и ценой
деления шкалы средства измерения: «погрешность равна цене деления
шкалы» или «погрешность равна половине цены деления» и т.п. В
действительности зависимость погрешности средства измерений от цены
деления шкалы индивидуальна для каждого типа средств измерений, т.е.
обусловлена особенностями конструкции. Цена деления (шкалы)
разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам
шкалы. Погрешность средства измерений разность между показанием
средства измерений и известным опорным (действительным) значением
величины. Сведения о значениях погрешности и цене деления шкалы
приводят в технической документации на средство измерений, в том
числе в описании типа средства измерений. Например, для лабораторных
весов ВЛ-120М (номер в Госреестре 58760-14 [42]) с максимальной
нагрузкой 120 г действительная цена деления шкалы d = 0,1 мг, а предел
допускаемой погрешности – ±1 мг (в интервале взвешивания до 50 г
включ.), ±2 мг (в интервале взвешивания св. 50 г до 120 г включ.). Предел
допускаемой абсолютной погрешности Δ = ±0,05 мм в диапазоне
измерений от 0 до 300 мм при значении отсчета по нониусу 0,05 мм и 0,1
мм для класса точности 1, Δ = ± 0,1 мм при значении отсчета по нониусу
0,1 мм для класса точности 2 (см. [61]).
31.4. В чем состоит отличие между «точность» и «цена деления»?
Под точностью понимают степень близости результата измерений
к принятому опорному значению. Она является качественной
характеристикой, для количественного описания которой используют
показатели точности: значения погрешностей, или неопределенностей,
или показателей точности по [32]. Нередко на практике встречаются
случаи некорректного использования понятия «точность». Например, в
процедуре подготовки к измерениям: «…Пустые стеклянные контейнеры
необходимо промаркировать и взвесить с точностью до 1 мг»
предусмотрено использование весов, с ценой деления 1 мг
и погрешностью не более 10 мг.
45
Если «точность» измерений в этом выражении соотнести
с «погрешностью», то выбранное средство измерений не обеспечит
получение результата с заданной точностью. Но здесь речь идет
о требовании к представлению результатов измерений: число значащих
цифр [62], которое должно быть указано при записи результата измерений
массы контейнера с использованием весов с ценой деления 1 мг. В этом
случае корректна будет следующая запись: «Пустые стеклянные
контейнеры для образцов маркируют и взвешивают. Результат измерений
массы записывают двумя значащими цифрами».
31.5. Что представляет собой Международная система единиц
(СИ)?
Совокупность основных и производных единиц, вместе с их
кратными и дольными единицами, определенными в соответствии
с установленными правилами для данной системы единиц образует
систему единиц (величин).
Международная система единиц (СИ) – система единиц,
основанная на Международной системе величин, вместе
с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их
наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения,
принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) согласно
[39].
Международная система единиц является наиболее широко
используемой системой единиц в мире, в повседневной жизни, в науке
и технике. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы
единиц большинством стран мира и почти всегда используется
в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни
используются традиционные единицы. В этих немногих странах
(например, в США) определения традиционных единиц были изменены
таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами
с соответствующими единицами СИ.
В систему СИ входят семь основных единиц величин и ряд
производных.
31.6. Какие величины и единицы выбраны в качестве основных в
Международной системе единиц (СИ)?
46
Основная величина – одна из величин подмножества, условно
Величина
Единица
Наименование
Обозначение
международное
русское
Длина
метр m м
Масса
килограмм
kg
кг
Время
секунда s с
Сила электрического тока
ампер A А
Термодинамическая
температура
кельвин
K
К
Количество вещества
моль
mol
моль
Сила света
кандела
cd
кд
выбранного для данной системы величин так, что никакая из величин
этого подмножества не может выражаться через другие величины.
Подмножество называется набором основных величин. Основные
величины относят к взаимно независимым, так как основная величина не
может быть выражена как произведение степеней других основных
величин (см. [39]).
Основная единица (системы единиц величин) – единица
измерения, принятая по соглашению для основной величины ([39]).
Основные единицы Международной системы единиц (СИ)
перечислены в таблице 4.
Таблица 4
Основные единицы СИ
Современные определения основных единиц СИ [59] базируются на
семи определяющих константах (XXVI Генеральная конференция по
мерам и весам, 2018 год, Резолюция 1, Приложение 3), в них отсутствует
привязка к артефактам [63].
Метр – единица длины в СИ. Определяется путем принятия
фиксированного числового значения скорости света в вакууме (c), равного
299792458 при выражении в единице м·c-1, где секунда определяется через
частоту перехода в цезии ΔνCs.
Килограмм – единица массы в СИ. Определяется путем принятия
фиксированного числового значения постоянной Планка (h), равного
47
6,62607015·10
-34
при выражении в единице Дж·с, что соответствует
кг·м2·с-1, где метр и секунда определяются через с и ΔνCs.
Секунда – единица времени в СИ. Определяется путем принятия
фиксированного числового значения частоты перехода сверхтонкого
расщепления невозмущенного основного состояния атома цезия 133 ΔνCs,
равного 9192631770 при выражении в единице Гц, что соответствует c-1.
Ампер – единица электрического тока в СИ. Определяется путем
принятия фиксированного числового значения элементарного заряда (e),
равного 1,602176634·10
-19
при выражении в единице Кл, что соответствует
А·с, где секунда определяется через ΔνCs.
Кельвин – единица термодинамической температуры в СИ.
Определяется путем принятия фиксированного числового значения
постоянной Больцмана, (k), равного 1,380649·10
в единице Дж·К
-1
, что соответствует кг·м2·с
-2·К -1
-23
при выражении
, где килограмм, метр
и секунда определяются через h, с и ΔνCs.
Моль – единица количества вещества в СИ. Один моль содержит
точно 6,02214076·1023 структурных элементов. Это число является
фиксированным числовым значением постоянной Авогадро, (NA),
выраженным в единице моль-1 и называемым числом Авогадро.
Количество вещества в системе, обозначенное n, является мерой
количества конкретных структурных элементов. Структурными
элементами могут быть атомы, молекулы, ионы, электроны и любые
другие частицы или определенные группы частиц.
Кандела – единица силы света в заданном направлении в СИ.
Определяется путем принятия фиксированного числового значения
световой эффективности монохроматического излучения частотой
540·1012 Гц, Kcd, равного 683 в единице лм·Вт-1 или кд·ср·кг-1·м-2·с3 , где
килограмм, метр и секунда определяются через h, с и ΔνCs.
31.7. Какие величины и единицы выбраны в качестве производных в
Международной системе единиц (СИ)?
Величина, входящая в систему величин и определяемая через
основные величины этой системы называется производной величиной.
Единицей измерения производной величины является производная
единица. Производные единицы СИ образуются через основные единицы
48
СИ по математическим правилам и определяются как произведение
основных единиц СИ в соответствующих степенях. Отдельные
производные единицы СИ имеют специальные наименования
и обозначения.
Примеры некоторых производных величин сила (единица
ньютон), давление (единица паскаль), работа (единица джоуль),
мощность (единица ватт) и др.
31.8. Какие величины и единицы называют «внесистемные»?
Кроме системных единиц СИ согласно постановлению
Правительства Российской Федерации [59] применяют внесистемные
единицы (величин) – единицы величины, не входящие в принятую
систему единиц, удобные для практики и традиционно использующиеся
для измерения:
– давления: атмосфера, бар, миллиметры ртутного столба;
– длины: ангстрем (10
-10
м);
– площади: ар, гектар;
– объема: литр;
– массы: карат;
– времени: час, минута и др.
Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяют
на четыре группы:
– допускаемые к применению наравне с единицами СИ;
– допускаемые к применению в специальных областях;
– временно допускаемые к применению;
– устаревшие (недопускаемые к применению).
31.9. Какие логарифмические величины и единицы допущены к
применению на территории РФ?
Логарифмическая величина представляет собой логарифм
(десятичный, натуральный или при основании 2) безразмерного
отношения двух одноименных величин. Логарифмические величины
применяют, например, для выражения уровня звукового давления,
усиления, ослабления и т.п.
Единицей логарифмической величины является бел (Б),
определяемый соотношением 1 Б = lg (P2 / P1) при Р2 = 10Р1, где Р2 и Р1 –
одноименные величины мощности, энергии и т.п. Для отношения двух
49
одноименных величин, связанных с силой (напряжения, давления и т.п.)
бел определяется по формуле: 1Б = 2 lg(F2/F1) при F2 = √ˉ10 F1. Дольной
единицей от бела является децибел, равный 0,1 Б.
Так, в случае характеристики усиления электрических мощностей
при отношении полученной мощности Р2 к исходной Р1, равном 10,
логарифмическая величина усиления будет составлять один бел или 10 дБ,
при увеличении или уменьшении мощности в 1000 раз логарифмическая
величина усиления составит 3 Б или 30 дБ и т.д.
31.10. Какие относительные величины и единицы допущены
к применению на территории РФ?
Относительная величина представляет собой безразмерное
отношение величины к одноименной величине, принимаемой за
исходную. В число относительных величин входят и относительные
атомные или молекулярные массы химических элементов, выражаемые по
отношению к одной двенадцатой (1/12) массы атома углерода – 12.
Относительные величины могут выражаться в следующих единицах:
– безразмерные единицы: отношение двух одноименных величин
равно 1;
– проценты: отношение равно 10-2;
– промилле: отношение равно 10-3;
– миллионные доли: отношение равно 10-6.
31.11 Какие десятичные кратные и дольные единицы допущены
к применению на территории РФ?
Для удобства применения единиц величин системы СИ приняты
приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц.
Кратная единица (величины) – единица величины, в целое число
раз большая системной или внесистемной единицы. Примеры:
50
– единица длины «километр» кратная метру (1 км = 1·103 м);
– единица частоты «мегагерц» кратная герцу (1 МГц = 1·106 Гц);
– единица активности радионуклидов «мегабеккерель» кратная
беккерелю (1 МБк = 1·106 Бк).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]