шпоргалка / 2

1. Метрология. Измерение. Физическая величина. Измерительная техника. Системы единиц физических величин.

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. К основным проблемам метрологии относятся: общая теория измерений; единицы физических величин и их системы; методы и средства измерений; методы определения точности измерений; основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений; эталоны и образцовые средства измерений; методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений. Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении ин­дивидуальное для каждого объекта, например, масса, напряжение, сила. Единица физической величины - это физическая величина, раз­меру которой присвоено числовое значение 1. Размер физической ве­личины - количественное содержание в данном объекте свойства, со­ответствующего понятию "физическая величина". Под истинным значением физ. величины понимают значение физической величины,

которое идеальным образом отражало бы в ка­чественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Поскольку истинное значение недостижимо, вместо него ис­пользуют действительное значение физической величины. Оно находит­ся экспериментальным путем и настолько приближается к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Система физических величин - это совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями. В нашей стране с 1980 г. введена в качестве обязательной международная система еди­ниц (СИ). Физические величины делят на активные и пассивные. Актив­ными называют величины, которые без каких-либо вспомогательных ис­точников энергии способны воздействовать на средства измерений. Это могут быть электрические величины: ЭДС, электрический ток, а также механические величины: сила и момент. Пассивные величины сами не могут воздействовать на средства изме­рений, и их для измерений нужно активировать. Примеры пассивных величин: масса, индуктивность, электрическое сопротивление. Неза­висимо от физической природы пассивные величины определяют накоп­ление потенциальной и кинетической энергии, рассеяние или перераспределение энергии.

2. Измерения. Классификация измерений.

Измерением наз. нахождение значения физ. вел. опытным путем с пом. спец. тех. средств - средств изм. Объект изм. - это физ. величина, которая подлежит изм. Объект изм. должен быть оценён на основе априорных данных и отождествлён с одной из моделей, идеализирующих объект. Средства измерений - это тех. средства, исп. для целей изм. и имеющие нормированную точность. Принцип измерений составляет совокупность физ. явлений, на которых основаны изм. Метод измерений представляет совокупность приёмов использова­ния принципов и средств изм., обеспечивающую сравнение изм. величины с единицей. Различают 2 метода изм.: метод непоср. оцен­ки, в кот. значение вел. опред. непоср. по отсчётному устр. изм. прибора прямого действия, и метод сравнения с мерой, в кот. изм. величину сравнивают с вел., воспроизводимой мерой. Наиболее распр.: диф. метод, в кот. на изм. прибор воздействует разность изм. величины и известной величины, воспр. мерой; нулевой метод, когда рез. эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля; метод замещения, в кот. изм. вел. замещает из­вестной вел., воспр. мерой; метод совпадений, в кот. разность между изм. величиной и величиной, воспр. мерой, изм., используя совпадения отметок шкал или пе­риодических сигналов.

Прямые измерения - это изм., при кот. искомое значение вел. находят непоср. из опытных данных. При косвенных измерениях искомое знач. изм. вел. находят на осн. известной зависимости между этой вел. и вел.-аргументами, полученными при прямых изм.

Уравнение косвенного измерения y=y(x1...xi...xm), где xi - аргументы. Совокупные измерения - это производимые одновременно измере­ния нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемой при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Совместные измерения - это производимые одновременно измере­ния нескольких не одноименных величин для нахождения зависимости между ними. Наблюдение при измерении или единичное измерение - это экспе­риментальная операция, выполняемая в процессе измерений, в резуль­тате которой получают одно значение из группы значений величины, подлежащих совместной обработке для получения результата измере­ния. Значение величины, получаемое при наблюдении, назы­вают результатом наблюдения. Измерения делят на статические и динамические. Под статическим режимом средства измерения следует понимать режим, при кот. выходной сигнал средства измерений можно счи­тать неизменным. Под динамическим режимом следует понимать такой режим, при которой выходной сигнал изменяется во времени так, что для получения результата измерения или для оценивания его точнос­ти необходимо учитывать это изменение. Характерным признаком динамических измерений является то, что для получения результатов и оценивания их точности необходимо знать одну из полных динамических характеристик средств измере­ний; диф. уравнение, передаточную функцию, АФХ и т.д.

3 Погрешности.

При любой степени совершенства изм. аппаратуры, методики измерений, тщательности выполне­ния изм. результат измерения будет отличаться от истинного значения измеренной величины. Это отклонения называет погреш­ностью измерений. По форме выра­жения погрешности изм. подразделяют на абс. и отн. Погрешность выр. в единицах измеряемой величины, наз. абсолютной погрешностью измерения. Она опр. формулой Δx=xизм-x., где xизм – значение, полученное при измерении; x – истинное значение изм. вел. Поскольку истинное значение изм. вел. остается не­известным, на практике можно найти лишь приближенную оценку пог­решности измерений. Удобнее характеризовать качество измерений относительной погрешностью – отношением абсолютной погрешности изм. к ис­тинному значению изм. вел. δx= Δx/x~ Δx/xд. где хд – действительное значение изм. величины. Отн. погр. может бить выражена в процентах. Для оценки качества изм. в метрологии пользуются поняти­ем точность измерений. Это качество изм. отр. близость их результатов к истинному значению изм. величины. Количест­венно точность может быть выр. обр. вел. модуля отн. погрешности. Если, например, отн. погрешность изм. равна 0,1%= 0,001, то точность равна 1000. По закономерностям про­явления различают сист., случ., грубые погрешности изм. и промахи. Сист. погрешность изм. Dс – это составляю­щая погрешности изм. остающаяся пост. или закономерно измен. при повторных измю. одной и той же величины. Поправка – это знач. вел., одноименной с изм., прибавляемое к полученному при изм. значению величины с целью искл. сист. погрешности.

Поправочный множитель – число, на которое умножают результат изм. с целью исключения сист. погрешности. Случайная погрешность D0 – это составляющая пог­решности изм., изм. случайным образом при повторных изм. одной и той же величины. Результат изм. всегда содержит как сист., так и случ. погрешности: D=Dс+D0. Поэтому погр. результа­та изм. в общем случае нужно рассм. как случ. ве­л. Тогда сист. погрешность является мат. ожиданием этой величины Dс=M[x], а случайная погр. – центрированной случ. вел. Грубой погрешностью измерения называют погрешность, сущест­венно превышающую ожидаемую при данных условиях измерения. Промахи являются следствием неправильных действий эксперимен­татора. Это может быть описка при записи результатов, неправильно снятые показания прибора. По причине возн. погр. делят на две группы: объективные погрешности, не связанные с человеком-оператором, производящим изм., и субъективные (личные), обусловленные экспериментатором, состоянием его органов чувств, опытом. Объективные погр. изм. разделяются на погр., связанные с несоответствием реального объекта принятой моде­ли, методические и инструментальные. Погрешность метода изм. (методическая) – это составляющая погр. изм., происходящая от несовершенства метода изм. К ним относятся составляющие погр., вызываемые влиянием средства изм. на изм. цепь. При изм. другим методом, например, нулевым, эту погрешность можно искл. Часто к методическим относят и погрешности, свя­занные с принятой моделью реального объекта изм. Инструментальная погрешность измерения - это составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств измерения.

5. Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Средства измерений только тогда можно использовать по назначению, если известны их метрологические свойства. Метрологическими характеристиками средств измерений назы­вают их характеристики, оказывающие влияние на результаты и пог­решности измерений. Они предназначены для оценки погрешностей из­мерений, производимых в известных рабочих условиях, как в статическом, так и в динамическом режимах. Метрологические характеристики, присущие конкретному средст­ву измерений, определяются только для образцовых средств измере­ний. Для рабочих средств измерений информация об их метрологичес­ких характеристиках содержится в нормах, которые устанавливаются в нормативно-технических документах для совокупности приборов данного типа. Метрологические характеристики конкретного экземп­ляра средства измерений не должны выходить за пределы установлен­ной нормы. К нормируемым метрологическим характеристикам средств изме­рений относят: номинальное значение однозначной меры, номинальную статическую характеристику преобразования измерительного преобра­зователя, наименьшую цену деления неравномерной шкалы измеритель­ного прибора, номинальную цену единицы младшего разряда кода циф­ровых средств измерений, характеристики систематической и случай­ной составляющих погрешности средства измерений, входное и выход­ное полные сопротивления, характеристики влияния внешних условий, характеристики инерционных свойств (динамические характеристики), неинформативные параметры входного сигнала и ряд других.

Для средств изм. устанавливаются нормальные и рабочие условия применения, кот. хар. соответственно норма­льной или рабочей областью значений влияющих величин. Нормальные и рабочие значения всех влияющих величин устанав­ливаются в стандартах или технических условиях на средства измере­ния конкретного вида. Номер стандарта, устанавливающего тех. требования к данному виду средств измерения, обозначается не­поср. на них.

Установление границ для отклонений реальных метрологических свойств средств измерений от их номинальных значений – нормирова­ние метрологических свойств – предопределяет качество средств измерений. Вместе с тем соответствие средств измерений определен­ного типа установленным для них нормам делает их взаимозаменяе­мыми. Специфической метрологической характеристикой средств изме­нений является их погрешность. Нормирование погрешностей средств измерений осуществляется на основе рекомендации Международной организации законодательной метрология и ГОСТ. В основе этих документов лежат следующие положения:

1. В качестве норм указывают пределы допускаемых погрешнос­тей, включающих в себя и систематические, и случайные составляющие.

2. Порознь нормируют все свойства средств измерений, влияю­щие на их точность: отдельно нормируют основную погрешность, по отдельности – все дополнительные погрешности и другие свойства, влияющие на точность измерений, выполняемых с помощью данных средств измерений.

45Метрологическая служба.

Метрологическая служба – это сеть государственных и метрологических органов, в задачи которых входит обеспечение един­ства измерений и единообразия средств измерений в стране. Сеть государственных метрологических органов называют Государственной метрологической службой, а сеть метрологических органов отдельно­го ведомства – ведомственной метрологической службой. Под единством измерений понимают состояние измерений, при ко­тором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Под единообразием средств измерений понимают состояние средств измерений, характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответст­вуют нормам.

МС осуществляет стандартизацию единиц физических величин, их воспроизведение с помощью государственных эталонов, передачу размеров единиц всем применяемым в стране средствам измерений, государственные испытания новых образцов, средств измерений, надзор за уже находящимися в эксплуатации средствами измерений путем их периодической поверки и проведе­ния ревизий, организацию государственной системы стандартных спра­вочных данных, проведение метрологической экспертизы стандартов, нормативно-технической и проектной документации, надзор за соблю­дением стандартов и качеством выпускаемой продукции и др.

МС теснейшим образом связана со всей системой стандартизации в стране, поскольку метрология, с одной стороны, является по существу стандартизацией измерений, а с дру­гой стороны, одной из основ стандартизации, обеспечивающей достоверность, сопоставимость показателей качества, закладываемых в стандарты дающей методы определения и контроля таких показателей. Осуществление задач, стоящих перед гос. МС, достигается государственной системой обеспечения единству измерений (ГСИ), кот. представляет собой комплекс норм.-тех. документов, уст. единую номенклату­ру; способы представления и оценки метр. хар. СИ; правила стандартизации и аттестации выполнения измерений, оформления их результатов; требования к проведению государственных испытаний, поверки, ревизии и экспертизы средств из­мерений. Основными норм.-тех. документами ГСИ являются гос. стандарты. Рассмотрим некоторые понятия, относящиеся к метрологической службе. Деятельность органов метрологической службы, направленная на обеспечение единообразия средств измерений, называют надзором за средствами измерений. Различают государственный надзор, осущест­вляемый Государственной МС, и ведомственный, осуществляемый ведомственными МС. Важной задачей метрологической службы являются гос. испытания средств измерений – экспертиза тех. док. на вновь разрабатываемые средства измерений и их эксп. исследования, проводимые органами гос. МС или по их поручению для определения степени соответствия средств изм. установленным нормам.

46Сущность и содержание стандартизации.

Стандартизация — это деятельность, направленная на разработку и установление требований, норм, правил, характеристик как обязательных для выполнения, так и рекомендуемых, обеспечивающая право потребителя на приобретение товаров надлежащего качества за приемлемую цену, а также право на безопасность и комфортность труда. Цель стандартизации — достижение оптимальной степени упорядочения в той или иной области посредством широкого и многократного использования установленных положений, требований, норм для решения реально существующих, планируемых или потенциальных задач. Цели с. можно подразделить на общие и более узкие, касающиеся обеспечения соответствия. Общие цели вытекают, прежде всего, из содержания понятия. Конкретизация общих целей для российской с. связана с выполнением тех требований стандартов, которые являются обязательными. К ним относятся разработка норм, требований, правил, обеспечивающих: безопасность продукции, работ, услуг для жизни и здоровья людей, окружающей среды и имущества; совместимость и взаимозаменяемость изделий; качество продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития научно-технического прогресса; единство измерений; экономию всех видов ресурсов; безопасность хозяйственных объектов, связанную с возможностью возникновения различных катастроф (природного и техногенного характера) и чрезвычайных ситуаций; обороноспособность и мобилизационную готовность страны. Это определено Законом РФ "О стандартизации", принятым в 1993 г. Конкретные цели с. относятся к определенной области деятельности, отрасли производства то варов и услуг, тому или другому виду продукции, предприятию и т.п.

Стандартизация связана с такими понятиями, как объект стандартизации и область стандартизации. Объектом (предметом) стандартизации обычно называют продукцию, процесс или услугу, для которых разрабатывают те или иные требования, характеристики, параметры, правила и т.п. Стандартизация может касаться либо объекта в целом, либо его отдельных составляющих (характеристик). Областью стандартизации называют совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации. Например, машиностроение является областью стандартизации, а объектами стандартизации в машиностроении могут быть технологические процессы, типы двигателей, безопасность и экологичность машин и т.д.

С осуществляется на разных уровнях. Уровень с. различается в зависимости от того, участники какого географического, экономического, политического региона мира принимают стандарт. Если участие в стандартизации открыто для соответствующих органов любой страны, то это международная стандартизация.

Рег. с. — деятельность, открытая только для соответствующих органов государств одного географического, политического или экономического региона мира. Региональная и международная с. осуществляется специалистами стран, представленных в соответствующих региональных и международных организациях, задачи которых рассмотрены ниже. Нац. с.— с. в одном конкретном государстве. При этом национальная с. также может осуществляться на разных уровнях: на государственном, отраслевом уровне, в том или ином секторе экономики (например, на уровне министерств), на уровне ассоциаций, производственных фирм, предприятий (фабрик, заводов) и учреждений.

.1 Нормативные документы и виды стандартов

В процессе с. вырабатываются нормы, правила, требования, характеристики, касающиеся объекта стандартизации, которые оформляются в виде норм. документа. Стандарт — это норм. док., разработанный на основе консенсуса, утвержденный признанным органом, напр. на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области. В стандарте устанавливаются для всеобщего и многократного использования общие принципы, правила, характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов. Стандарт должен быть основан на обобщенных результатах научных исследований, технических достижений и практического опыта, тогда его использование принесет оптимальную выгоду для общества. Предварительный стандарт — это временный документ, который принимается органом по стандартизации и доводится до широкого круга потенциальных потребителей, а также тех, кто может его применить. Стандарты бывают международными, региональными, национальными, административно-территориальными. Все эти категории стандартов предназначены для широкого круга потребителей. Нормативный документ, в том числе и стандарт, считается признанным техническим правилом, если он разработан в сотрудничестве с заинтересованными сторонами путем консультаций и на основе консенсуса. Указанные выше категории стандартов называют общедоступными. Другие же категории стандартов, такие, как фирменные или отраслевые, не являясь таковыми, могут, однако, использоваться и в нескольких странах согласно существующим там правовым нормам.

Документ технических условий устанавливает тех. требования к продукции, услуге, процессу. Обычно в документе технических условий должны быть указаны методы или процедуры, которые следует использовать для проверки соблюдения требований данного нормативного документа в таких ситуациях, когда это необходимо. Свод правил, как и предыдущий нормативный документ, может быть самостоятельным стандартом либо самостоятельным документом, а также частью стандарта. Свод правил обычно разрабатывается для процессов проектирования, монтажа оборудования и конструкций, технического обслуживания или эксплуатации объектов, конструкций, изделий. Все указанные выше нормативные документы являются рекомендательными. В отличие от них обязательный характер носит регламент. Регламент — это документ, в котором содержатся обязательные правовые нормы. Принимает регламент орган власти, а не орган по стандартизации, как в случае других нормативных документов. Руководство ИСО/МЭК, обобщая международный опыт стандартизации, представляет следующие возможные виды стандартов.

Основополагающий стандарт — норм. док., кот. содержит общие или руководящие положения для определенной области. Обычно исп. либо как стандарт, либо как методический документ, на основе которого могут разрабатываться другие стандарты. Терминологический стандарт, в кот. объектом с. являются термины. Такой стандарт содержит определение (толкование) термина, примеры его применения и т.п. Стандарт на методы испытаний устанавливает методики, правила, процедуры различных испытаний и сопряженных с ними действий (например, отбор пробы или образца).

.2 Нормативные документы и виды стандартов

Стандарт на продукцию, содержащий требования к продукции, которые обеспечивают соответствие продукции ее назначению, может быть полным или неполным. Полный стандарт устанавливает не только указанные выше требования, но также и правила отбора проб, проведения испытаний, упаковки, этикетирования, хранения и т. д. Неполный стандарт содержит часть требований к продукции (только к параметрам качества, только к правилам поставки и пр.). Стандарт на процесс, стандарт на услугу, — это нормативные документы, в которых объектом стандартизации выступают соответственно процесс (например, технология производства), услуга (например, автосервис, транспорт, банковское обслуживание и др.) Стандарт на совместимость устанавливает требования, касающиеся совместимости продукта в целом, а также его отдельных частей (деталей, узлов). Такой стандарт может быть разработан на систему в целом, например систему воздухоочистки, сигнализационную систему и т.п.

Положения могут носить методический или описательный характер.

Методические положения — это методика, способ осуществления процесса, той или иной операции и т.п., с помощью чего можно достигнуть соответствия требованиям нормативного документа. Можно назвать нормативный документ, содержащий подобное положение, "методическим стандартом".

Российская система стандартизации опирается на международный опыт, приближена к международным правилам, нормам и практике стандартизации, но имеет и отечественный богатый опыт и свои особенности, не противоречащие, однако, изложенному выше. Поэтому целесообразно рассмотреть разновидности нормативных документов, действующих в РФ.

Нормативные документы по стандартизации в РФ установлены Законом РФ "О стандартизации".

К ним относятся: Государственные стандарты Российской Федерации (ГОСТ Р); применяемые в соответствии с правовыми нормами международные, региональные стандарты, а также правила, нормы и рекомендации по стандартизации; общероссийские классификаторы технико-экономической информации; стандарты отраслей; стандарты предприятий; стандарты научно-технических, инженерных обществ и других общественных объединений.

До настоящего времени действуют еще и стандарты СССР, если они не противоречат законодательству РФ.

Кроме стандартов, нормативными документами являются также: ПР — правила по стандартизации; Р — рекомендации по стандартизации; ТУ — технические условия.

Особое требование предъявляется к нормативным документам на продукцию, которая согласно российскому законодательству подлежит обязательной сертификации. В них должны быть указаны те требования к продукции (услуге), которые подтверждаются посредством сертификации, а также методы контроля (испытаний), которые следует применять для установления соответствия, правила маркировки такой продукции и виды сопроводительной документации.