Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы метрологии, стандартизации и измерительной техники. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Рязанский государственный радиотехнический университет

им. В.Ф. Уткина

Ю.Л. ГОСТЕВА, В.И. ЖУЛЕВ, Ю.А. ЛУКЬЯНОВ

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ,

СТАНДАРТИЗАЦИИ

И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Рязань 2021

УДК 006:621.317

Основы метрологии, стандартизации и измерительной техни-

ки: учеб. пособие / Ю.Л. Гостева, В.И. Жулев, Ю.А. Лукьянов. Рязан. гос. радиотехн. ун-т. Рязань, 2021. 80 с.

Приведены основные сведения из основ метрологии и стан-

дартизации в измерительной технике.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям

подготовки укрупненных групп 11.00.00, 12.00.00, 13.00.00, 15.00.00,

27.00.00, изучающих дисциплины «Метрология и измерительная техника», «Метрология и электрорадиоизмерения», «Метрология, стандартизация и сертификация» и т.п.

Табл. 3. Ил. 38. Библиогр.: 10 назв.

Физическая величина, шкалы измерений, средство измерения, первичный эталон, классификация погрешностей, поверка средств измерений, основные метрологические характеристики, объекты стандартизации, методы стандартизации

Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанского государственного радиотехнического университета.

Рецензенты: кафедра ИИБМТ Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина (зам. зав. кафедрой д-р техн. наук, доц. О.В. Мельник); д-р техн. наук, проф. А.К. Мусолин

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Основы метрологии, стандартизации и изме-

рительной техники» посвящено базовым понятиям и определениям метрологии, основным положениям теории погрешностей, классификации методов и средств измерений.

Измерения – один из важнейших путей познания природы чело-

веком. Большинство показателей, характеризующих качество изделий и различных видов продукции, устанавливаются путем соответствующих измерений. Очевиден тот факт, что измерения параметров одного и того же объекта или явления, проведенные в разных местах, в разное время и разными людьми, должны быть сопоставимы. Все эти условия обеспечиваются действием в России Государственной системы обеспечения единства измерений. Метрология как наука об измерениях является научной основой действия системы.

Долгое время метрология была в основном описательной нау-

кой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измерений возрастала, и с конца ХIХ века, благодаря прогрессу физики, метрология поднялась на качественно новый уровень. Большую роль в становлении метрологии в России сыграл Д.И. Менделеев, в период с 1892 по 1907 гг. руководивший отечественной метрологией. «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры» – в этом научном кредо великого ученого выражен важнейший принцип развития науки, который не утратил актуальности и в современных условиях. Д.И. Менделеев создал русскую метрологическую школу и положил начало профессиональной подготовке кадров метрологов.

Развитие естественных наук приводило к появлению все новых и новых средств измерений (СИ), а они, в свою очередь, стимулировали развитие других наук, становясь все более мощным средством исследования. Здесь уместно привести высказывание крупнейшего русского физика и электротехника Б.С. Якоби: «Искусство измерений является могущественным оружием, созданным человеческим разумом для проникновения в законы природы и подчинения ее сил нашему господству».

Любое современное производство немыслимо без точного, объективного контроля технологического процесса, осуществляемого с помощью средств измерений. Автоматизация производства также невозможна без измерений, так как нельзя управлять объектом, не имея информации об объекте. Таким образом, метрология как наука об измерениях имеет огромное значение для развития науки и техники.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕТРОЛОГИИ

Термины и определения даны в соответствии с рекомендациями РМГ 29-2013 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения», введенными в действие с 1 января 2015 г.

Современное представление основных понятий зафиксировано в последней редакции Международного словаря по метрологии (VIM3-2008), где основные изменения коснулись расширения таких понятий, как "метрология", "величина", а также включения ряда новых понятий, связанных с метрологической прослеживаемостью и неопределенностью измерений.

Основное понятие метрологии – измерение. Под измерением понимают совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины. Из данного определения следует, что целью измерений любой величины является «определение количественного значения этой величины». Ранее под определением «измерение» понимали нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В метрологии решаются следующие основные задачи:

1) разработка общей теории измерений единиц физических ве-

личин и их систем;

2) разработка методов и средств измерений;

3) разработка методов определения точности измерений;

4) разработка основ обеспечения единства и единообразия

средств измерений, эталонов и образцовых средств измерений;

5) разработка методов передачи размеров единиц от эталонов и

образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений.

Единство измерений и единообразие средств измерений – состояние измерений и измерительной техники, при котором результаты выражаются в узаконенных единицах, погрешности известны с заданной вероятностью и не превышают установленных пределов, средства измерений проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические характеристики соответствуют установленным нормам.

В зависимости от цели различают три раздела метрологии: теоретическая, законодательная, прикладная.

Теоретическая метрология посвящена разработке фундаментальных основ.

Предметом законодательной метрологии является установление обязательных технических и юридических требований по применению и установке единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства измерений и необходимой точности измерений.

В Российской Федерации общие правила и требования в области метрологии изложены в Федеральном законе № 102 от 26.06.2008 г. «Об обеспечении единства измерений».

Общая схема законодательно-нормативного обеспечения метрологической деятельности включает в себя: конституционную норму; Федеральный закон от 26.06.2008 г. № 102 «Об обеспечении единства измерений»; постановления Правительства РФ по отдельным направлениям метрологической деятельности; документы федеральных органов по метрологии, стандартизации и сертификации. В соответствии с конституционной нормой в ведении РФ находятся «…стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени» (Конституция РФ, статья 71р). Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» содержит 10 глав, включающих 29 статей.

Прикладная метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологии, реализации метрологических методов и средств измерений на практике. Именно с ее помощью осуществляется метрологическое обеспечение производства. Метрологическое обеспечение – установление научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. В организационном отношении метрологическое обеспечение РФ регулируется Государственной метрологической службой, а также метрологическими службами органов государственного управления (министерств, ведомств, комитетов) и метрологическими службами юридических лиц (предприятий, организаций).

Метрологическая служба – юридическое лицо, индивидуальный предприниматель либо подведомственная организация федерального органа исполнительной власти, выполняющие работы и (или) оказывающие услуги по обеспечению единства измерений и действующие на основании положения о метрологической службе.

Общее руководство метрологическими службами осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии на основе нормативных и законодательных документов. Особенностью правового положения Государственной метрологической службы является подчиненность ее по вертикали Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии. В состав Государствен-

ной метрологической службы входят:

1) государственные научные метрологические центры;

2) органы Государственной метрологической службы на тер-

риториях республик в составе РФ, автономных областей, автономных округов, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Основные функции территориальных органов:

1) государственный метрологический контроль и надзор за

обеспечением единства измерений в регионе;

2) метрологическое обеспечение предприятий и организаций;

3) поверка и калибровка средств измерений;

4) аккредитация поверочных и калибровочных лабораторий;

5) обучение и аттестация поверителей;

6) разработка новых средств измерений;

7) техническое обслуживание и ремонт средств измерений.

Все необходимые документы разработаны и утверждены Постановлениями Правительства РФ. Федеральные органы в области обеспечения единства измерений утверждают нормативные и рекомендательные документы, входящие в Государственную систему обеспечения измерений (ГСИ), действие которых распространяется на все отрасли на всей территории РФ:

1) национальные стандарты РФ (ГОСТ Р);

2) правила по метрологии.

Основные требования к ГСИ установлены в национальном стандарте ГОСТ Р 8.000-2015 «ГСИ. Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения». Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации документов принимает следующие документы, а Федеральные органы в области обеспечения единства измерений принимают решение о введении их в действие на территории РФ:

1) межгосударственные стандарты (ГОСТ);

2) межгосударственные правила (ПМГ);

3) рекомендации межгосударственные (РМГ).

К рекомендательным документам ГСИ относятся методические инструкции (МИ), рекомендации (Р) и руководящие документы (РД) в области обеспечения единства измерений, разрабатываемые Государственным научным метрологическим институтом.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ

ИХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Классификация величин

Метрология занимается получением информации об объектах

Рис. 1. Классификация величин

окружающего мира. Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, которая отражает характер объекта или явления, обусловливает его различие или общность с другими объектами и обнаруживается в его отношении к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина – свойство объекта, которое может быть выделено среди других свойств и может быть оценено качественно и количественно.

Величины можно разделить на идеальные и реальные (рис. 1).

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, в свою очередь, на физические и нефизические. Физическая величина (ФВ) в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т.п.

Физическая величина – характеристика одного из свойств физи- ческого объекта, общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Таким образом, физические величины – это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.

Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Величины оценивают с помощью шкал.

Шкала величины – упорядоченная последовательность ее значе- ний, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Стоит отметить, что оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

2.2. Физические величины как объект измерений

В науке, технике и повседневной жизни человек имеет дело с разнообразными свойствами окружающих нас физических объектов. Эти свойства отражают процессы взаимодействия объектов между собой. Их описание производится посредством физических величин. Для более детального изучения физические величины необходимо классифицировать.

По видам явлений физические величины делятся на группы:

1) вещественные (пассивные), т.е. описывающие физические и

физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др. Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные величины преобразуются в активные, которые и измеряются;

2) энергетические (активные), т.е. величины, описывающие

энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии (ток, напряжение, мощность, энергия). Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

3) характеризующие протекание процессов во времени. К этой

группе относятся различного рода спектральные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процес- сов физические величины делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

 

Q q Q

По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на:

1) основные. В настоящее время в системе СИ используется

семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества;

2) производные: частота, сила, мощность, энергия;

3) дополнительные. К дополнительным физическим величи-

нам относятся плоский и телесный углы.

По наличию размерности физические величины делятся на размерные, т.е. имеющие размерность, и безразмерные.

Совокупность чисел Q, отображающая различные по размеру однородные величины, должна быть совокупностью одинаково именованных чисел. Это именование является единицей физической величины или ее доли.

Размер физической величины – это количественное содержание в данном объеме свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас физической величины.

Единица физической величины [Q] – это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице. Она применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Значение физической величины Q – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Например, 60 кг – значение массы тела.

Числовое значение физической величины q – отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины. Уравнение

называют основным уравнением измерения.

Основное уравнение измерения связывает между собой значение физической величины Q, числовое значение q и выбранную для измерения единицу [Q].

Важной характеристикой физической величины является ее размерность dim Q (сокращение от слова dimension) – выражение в форме степенного многочлена, отражающее связь данной величины с основными физическими величинами. Коэффициент пропорциональности принят равным единице:

dim ...,

a b g h

Q L M T I

где L, М, Т, I – условные обозначения основных величин данной системы; a, b, g, h – целые или дробные, положительные или отрицательные вещественные числа. Показатель степени, в которую возведена размерность основной величины, называют показателем размерно- сти. Если все показатели размерности равны нулю, то такую величину называют безразмерной.

Размерность ФВ является более общей характеристикой, чем представляющее ее уравнение связи, поскольку одна и та же размерность может быть присуща величинам, имеющим разную качественную природу и различающимся по форме определяющего уравнения.

Например, работа силы F определяется уравнением A=F×l; кинетическая энергия движущегося тела – уравнением Ek=mV2/ 2, а размерности первой и второй – одинаковы.

Над размерностями можно производить действия умножения, деления, возведения в степень и извлечения корня. Понятие размерности широко используется в случаях:

- перевода единиц из одной системы в другую;

- проверки правильности сложных расчетных формул, полу-

ченных в результате теоретического вывода;

- выяснения зависимости между величинами.

2.3. Системы физических величин и их единиц

Система физических величин – это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Система физических величин содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и про- изводные физические величины, определяемые через основные величины этой системы.

Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной физической величины является основной единицей данной системы. В Российской Федерации используется система единиц СИ (от начальных букв французского названия Systeme International d`Unites – SI), введенная ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц приняты метр [м], килограмм [кг], секунда [с], ампер [А], кельвин [К], моль [моль] и кандела [кд].

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]