Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра метрологии и стандартизации

А.М. Кострикин

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕТРОЛОГИЯ

Учебное пособие

для студентов специальности Т.13.01

«Метрология, стандартизация и сертификация»

В 3-х частях

Часть 1

Минск 1999

УДК 621.317

Кострикин А.М. Теоретическая метрология: Учеб. пособие для студентов специальности Т.13.01 "Метрология, стандартизация и сертификация". Ч.1. – Мн.: БГУИР, 1999. – 87 с. ISBN 985-444-032-X (ч.1).

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности Т. 13.01 "Метрология, стандартизация и сертификация". Ма­териал изложен с учетом требований программ дисциплин, по которым осуще­ствляется подготовка инженеров-метрологов в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники, и охватывает ряд вопросов, касающихся теоретической метрологии.

В пособии рассматриваются значение метрологии в деятельности человече­ского общества, физические величины и их единицы, виды, методы и принципы измерений, погрешности измерений и их составляющие (систематическая и случайная).

Ил. 13, табл. 2, список лит. - 6 назв.

Рецензент: Кусакин Н.А., канд. техн. наук, директор Белорусского государст­венного института стандартизации и сертификации.

ISBN 985-444-031-1 © А.М.Кострикин, 1999

ISBN 985-444-032-X (ч.1)

Содержание

1. МЕТРОЛОГИЯ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕ-­ СКОГО ОБЩЕСТВА ……3

1. Метрология как наука об измерениях ……3

2. Значение метрологии для научно-технического прогресса и ее роль в народном хозяйстве страны …….4

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ …....5

1. Физическая величина, ее качественная и количественная характери-

стики. Единица физической величины …...5

2. Возникновение, развитие и унификация единиц физических вели­ чин. Создание метрических мер ……10

3. Принципы образования системы единиц физических величин ……14

4. Системы единиц физических величин. Международная система еди-­ ниц СИ …….15

5. Основные, дополнительные и производные единицы ……18

6. Размерность физических величин …….20

7. Кратные и дольные единицы ……21

8. Относительные и логарифмические величины и единицы …….23

9. Единицы физических величин системы СГС ……24

10. Внесистемные единицы ……26

11. Наименование и обозначение единиц ……26

3. ИЗМЕРЕНИЕ. ВИДЫ, МЕТОДЫ И ПРРШЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЙ ……30

1. Измерение. Виды измерений ……30

2. Методы измерений …….31

3. Принципы измерений ……38

4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ …….40

4.1. Истинные и действительные значения физических величин. По-

грешность измерения. Причины возникновения погрешностей измере-

ний …….43

2. Классификация погрешностей измерений в зависимости от характе­- ра их изменения ……41

3. Классификация погрешностей измерений в зависимости от причин их возникновения ……45

4. Формы представления погрешностей. Точность измерений ……49

5. СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ……49

1. Описание случайных погрешностей с помощью функций распреде­- ления ……49

2. Моменты случайных погрешностей ……54

3. Равномерное и нормальное распределение случайных величин ……59

4. Точечные оценки истинного значения измеряемой величины и с.к.о. на основании ограниченного ряда наблюдений ……64

5. Оценка случайных погрешностей с помощью интервалов …….68

6. Обнаружение грубых погрешностей ……71

6. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ …….72

1. Классификация систематических погрешностей ……72

2. Способы обнаружения систематических погрешностей ……74

3. Способы уменьшения систематических погрешностей …….77

ЛИТЕРАТУРА ……..84

1 Метрология и ее значение в деятельности человеческого общества

1.1 Метрология как наука об измерениях

Измерения - один из важнейших путей познания природы, объединяющий теорию с практической деятельностью человека. Измерения являются основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов и планирования, обеспечения требуемого качества продукции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологии, автоматизации производства, стандартизации, охраны здоровья и обеспечения безопасности труда и для многих других отраслей человеческой деятельности. Они количественно характеризуют окружающий материальный мир, раскрывая действующие в природе закономерности. Д.И.Менделеев очень образно выразил значение измерений для науки: "Наука начинается ... с тех пор, как начинают измерять. Точная наука невозможна без меры".

Во всем мире ежедневно производится огромное количество измерений. В интересах каждой страны, во взаимоотношениях между странами необходимо, чтобы результаты измерений, где бы они ни выполнялись, могли бы быть согласованы. Другими словами, нужно, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в разных местах и с помощью различных измерительных средств, были бы воспроизводимы на уровне требуемой точности.

В первую очередь для этого необходимо единообразие единиц физических величин и мер, осуществляющих вещественное их воспроизведение. Обеспечение высокой степени единообразия средств измерения является одним из условий обеспечения воспроизводимости результатов измерений. Кроме того, необходимо выполнение ряда других условий, чтобы обеспечить все те качества результатов измерений, которые нужны для сопоставимости и правильного использования, что в целом называется единством измерений. В общем случае под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью.

Вопросами теории и практики обеспечения единства измерений занимается метрология. В современном понимании метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуе­мой точности.

1.2 Значение метрологии для научно-технического

прогресса и ее роль в народном хозяйстве страны

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений - один из путей совершенствования познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

Точные измерения неоднократно позволяли делать фундаментальные открытия. Например, ученым А.А. Майкельсоном был поставлен опыт для обнаружения небольшого ожидаемого смещения интерференционной картины, вызываемого, по существовавшему в то время мнению, взаимным движением источника и приемника света. Однако тщательные измерения показали, что смещения не происходит. Результаты этого эксперимента были использованы А.Эйнштейном при создании одной из важнейших теорий современной физики - теории относительности.

Современная научно-техническая революция обусловила развитие метрологии, связанное с усовершенствованием эталонов, разработкой новых методов точных измерений, осуществлением мероприятий по обеспечению единства и требуемой точности измерений.

Велико практическое значение метрологии для народного хозяйства. Она служит научной основой измерительной техники. При этом под измерительной техникой, в широком смысле слова, понимают как все технические средства, с помощью которых выполняют измерения, так и технику проведения измерений.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов. Один из основных стандартов - ГОСТ 16263-70 регламентирует терминологию в области метрологии. В дальнейшем изложении использованы термины и определения, рекомендованные ГОСТ 16263-70.