Вступ.

Дисципліна ”метрологія і вимірювання” - один із основних курсів загальної інженерної підготовки за спеціальністю ”Гнучкі комп’ютеризовані системи та роботехніка”.

Мета курсу: набуття знань в царині понять метрології і вимірювань, пов’язаних з автоматизацією виробничих процесів і експерементальними дослідженнями.

Метрологія – це наука про вимірювання і її значущість визначається перед усім тим, що вимірювання є важливим універсальним методом пізнання фізичних явищ і процесів.

За допомогою вимірювань в науці здійснюється зв’язок функціонування теорії і експериментів. В технічному аспекті значущість вимірювання визначається тим, що вимірювання кількiсної та якісної інформації про об’єкт управління та контролю, без якого неможливе точне відтворення всіх заданих умов технологічного процесу, забезпечення високої якості виробів і високоефективного управління об’єктами. Метрологія і вимірювання дійсно поєднані з стандартизацією, яка визначає принципи й методи встановлення норм і правил взаємодії елементарного суспільного виробництва з точки зору їх суміщення, уніфікації, раціонального упорядкування. Засобами реалізації стандартизації є стандарти.

Стандарти – це технічні закони, що встановлюють певні вимоги до матеріалів, напівфабрикатів, виробам, технологічним процесам, станам, технологічної і програмної документації, методам виробництва і т.п.

За допомогою стандартизації забезпечується узгодження норм на всі елементи сучасного виробництва і вимоги до них, а метрологія і вимірювання забезпечують методи і засоби контролю виконання стандартів.

Лекційний курс метрології та вимірювання має три розділи:

I розділ – основні поняття метрології,

II розділ – вимірювання електричних величин,

III розділ – вимірювання неелектричних величин.

Рекомендована література:

1.Орнадський В.П. Вступ до метрології, науки про вимірювання, навчальний посібник, К.: ІДСО, 1994.

2.Дубровний В.А., Забокрицкий Є.Н., Тригуб В.Г. Справочник по наладке и регуллированию, ч.1, К.:Наукова думка, 1981.

3.Орнадский П.П. Теоретические основы информационных измерений техники, навч.посібник, К.: Вища школа, 1976.

4. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин, под ред. Полищук Е.С., К.: Вища школа, 1984.

5. Держстандарт України, Державна система забезпечення єдності вимірювання. Метрологічні терміни та визначення , ДТСУ 2681–94.

РОЗДІЛ 1. Основні поняття метрології.

Тема 1. Фізична величина.

Теорія і практика метрології базується на 2 поняттях: величина і вимірювання. Всі інші поняття метрології пояснюють чи деталізують ці два поняття. Між поняттями величина і вимірювання існує тісний взаємозвязок :величина є предметом вимірювання.

1.1. Поняття про величину.

1. 1.1.1. Фізична величина .

Фізична величина – це властивість загальна у якісному відношенні множини обєктів і індивідуальна у кількісному відношенні кожного з них.

Напр.: маса атома й маса планети.

Розрізнюють основні і похідні фізичні величини.

Основна фізична величина – це фізична величина, умовно прийнята як незалежна від інших величин даного розділу знань.

Практично як основні фізичні величини вибирають величини, які можна відтворити і виміряти з найбільш високою точністю. Напр.: для системи механічних величин як незалежні в різний час були прийняті маса, довжина, час, а для системи електричних величин – ампера. На прикладі ампера як основної одиниці добре видно умовність вибору цієї величин як основної, бо із визначення ампера видно, що хоч ампер і віднесений до рангу основних одиниць він, по суті, визначається як похідна одиниця, що виражається через основні одиниці маси, довжини, часу.

Похідна фізична величина – це фізична величина, що визначається через основні величини даної системи фізичних величин.

Напр.: швидкість в системі механічних величин.

2. Розмір і розмірність фізичних величин.

Розмір фізичної величини – це кількісний вміст у даному обєкті властивості, що відповідає поняттю данної фізичної величини.

Розмірність фізичної величини є її якісною характеристикою. Розмірності основних фізичних величин відповідають їх назві: довжині – метр(м), часу – секунда(с), масі – кілограм(кг), струму – ампер(А).

Напр.: маса(розмір) – 2кг(розмірність),

струм – 5А.

Розмірності похідних величин визначаються на основі відповідних рівнянь, що зв’язують їх з основними величинами. Наприклад, розмірність швидкості v =l/t[м/c]

Більшість величин, що вимірюються, є розмірними. Однак в метрології використовуються і безрозмірні (відносні) величини, які є відношенням даної фізичної величини до однойменної величини, що використовується як похідна або опорна.

Напр.: коефіцієнт підсилення за напругою, коефіцієнт трансформації.

2. Одиниці фізичних величин. Системи одиниць.

Виміряти будь-яку величину означає знайти дослідним шляхом відношення даної величини до відповідної одиниці вимірювання. Звідси витікає необхідність використовувати в метрології поняття одиниці фізичної величини, під якою розуміється фізична величина, розміру якої за визначенням надано числове значення. Відповідно до поділу фізичних величин на основні і похідні одиниці фізичних величин також поділяється на основні і похідні. Ця сукупність основних і похідних одиниць побудована у відповідності з прийнятим принципом складає систему одиниць. Очевидно, що для забезпечення єдності вимірювання, що виконується в різних місцях, в різний час і різними засобами вимірювання необхідно використання єдиної системи одиниць з визначеним набором основних одиниць фізичних величин.

В результаті тривалої роботи спеціалістів різних країн вдалося скласти міжнародну систему одиниць СІ (система інтернаціональна). При цьому дуже важливо, що більшість величин вимірювальних одиниць, що давно увійшли в інженерну графіку, стоять на шкалах вимірювальних приладів і не потребують ніяких попередніх перетворень. Система СІ, як базова, у 1961 році були прийнята в СРСР, також тепер є і в Україні. Система СІ має сім основних одиниць фізичних величин і 111 похідних одиниць.

1.1.4. Еталони фізичних величин.

Значну роль в забезпечені єдності вимірів поряд із застосуванням єдиної системи одиниць має сталість величин цих одиниць. Ця вимога в метрології забезпечується двома способами:

а) за прототипами, матеріаліалізованими у вигляді узаконених зразків;

б) через вимірювання природних величин.

У першому випадку еталонь - це деяке тіло (гиря, лінійка), в другому випадку еталонна одиниця визначається певною процедурою вимірювання. Через складність технічної реалізації другого способу в практиці як правило використовують матеріалізовані еталони. При цьому еталони не обов’язково повинні бути мірою самої основної величини, вони можуть визначати значення інших величин, за якими можливо обчислення основної одиниці. Так, для визначення одиниці сили струму, як еталони застосовуються стандартні гальванічні елементи із стандартними коліброваними резисторами, а вже сила струму визначається за законом Ома.