Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Метрология, стандартизация и сертификация

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
23.04.2019
Размер:
170.33 Кб
Скачать

Метрология

Единство измерений

Метрология — наука об измерениях, о способах обеспечения требуемой точности и вероятности, о корректной записи результатов.

Классификация измерений

1.Ненормированные (умеем)

2.Технические (практические, инженерные измерения)МСС

3.Метрологические (теория измерений)

Ненормированные Неофициальная классификация.

Каждый умеет выполнять на повседневном уровне.

Технические Являются предметом нашей дисциплины, характеризуются не только

результатом, как это было в ненормированных измерениях, но и погрешностью, вероятностью.

Метрологические Область метрологических служб не инженеров, как в технических

измерениях, а специалистов-метрологов.

Два варианта метрологических измерений:

1.Поверка

2.Повышенная точность

Впервом варианте может отсутствовать результат измерения, поскольку он заранее известен, поскольку это эталон. (Килограммовая гиря).

1

Класс точности (КТ)

Класс точности — обобщённая метрологическая характеристика. Содержит в себе погрешность и вероятность средства измерений (железо).

КТ может обозначаться по-разному: в виде абсолютных значений, буквенных или цифровых символов, но чаще всего КТ представляет собой относительную погрешность.

В современных средствах измерений погрешность нормируется относительно результата измерений и выражается в процентах.

Таким образом, определив по КТ погрешность, без каких-либо вычислений записываем вероятность P = 0,95 по умолчанию. КТ назначался во время испытаний с этой вероятностью, поэтому погрешность, вычисляемая из класса точности, получается с такой же вероятностью.

Для производственной деятельности, для любой деятельности в интересах третьих лиц допустимы только технические или метрологические измерения (ненормированные недопустимы).

Можно ли выполнять эти измерения, если средству измерения не присвоен класс точности? Нельзя, поскольку невозможно определить погрешность.

КТ периодически требует подтверждения.

Поверка

Поверка — функция государственной метрологической службы. Состоит в подтверждении КТ посредством сравнения поверяемого средства измерений с эталоном.

Сведения о межповерочном интервале содержатся в документации средства измерений, а по возможности наносятся на средство измерений: дата поверки, дата следующей поверки, поверитель.

2

Рассмотрим примеры

 

 

Результат измерений = 850 мкм

d=

РИ КТ

=8,5 мкм

 

 

100

 

Класс точности = (1,0)1

P = 0,95

 

_____________________________

 

 

 

Погрешность d, Вероятность P

Корректная запись результата

Погрешность записывается только одним старшим разрядом. Корректная запись числа 8,5 — 82.

Результат записывается с той же точностью, что и погрешность. Корректная запись результата: (850 ± 8) мкм, P = 0,95.

Государственный реестр средств измерений

Средства измерений можно применять для технических измерений лишь при условии, что назначен класс точности и межповерочный интервал.

Эти параметры назначаются в процессе государственных испытаний, в случае успешности которых средство измерений вносится в госреестр, получает право на поверку, ему присваивается тип средства измерений.

Система СИ

СИ - система единиц физических величин (ФВ). Systeme Internationale (SI).

Физическая величина

 

Единица ФВ

 

 

 

 

 

Наименован

 

Обозначение

Наименован

Обозначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1(относительная погрешность)

2чётное — в меньшую сторону, нечётное — в большую

3

ие

Размер

ФВ

ие

Российское

Междунаро

 

 

 

 

 

дное

 

 

 

 

 

 

Длина

[L]

l

метр

м

m

 

 

 

 

 

 

Масса

[M]

m

килограмм

кг

kg

 

 

 

 

 

 

Время

[T]

t

секунда

с

s

 

 

 

 

 

 

Сила света

[J]

J

кандела

кд

cd

 

 

 

 

 

 

Температур

[θ]

T

Кельвин

К

K

а

 

 

 

 

 

Сила тока

[I]

I

Ампер

А

A

 

 

 

 

 

 

Количество

[N]

n, ν

моль

моль

mol

вещества

 

 

 

 

 

Таблица содержит основные единицы. Производные единицы получают из одной или нескольких основных.

В 2018 году система СИ будет реформирована.

Предшественницей является система СГС (сантиметр-грамм-секунда).

Множители и приставки

1024

йота

И

I

септиллион

10-24

йокто

и

y

1021

зетта

З

Z

секстиллион

10-21

зепто

з

z

1018

экса

Э

E

квинтиллион

10-18

атто

а

a

1015

пета

П

P

квадриллион

10-15

фемто

ф

f

1012

тера

Т

T

триллион

10-12

пико

п

p

109

гига

Г

G

миллиард

10-9

нано

н

n

 

 

 

 

(биллион)

 

 

 

 

106

мега

М

M

миллион

10-6

микро

мк

μ

103

кило

к

k

тысяча

10-3

милли

м

m

102

гекто

г

h

сто

10-2

санти

с

c

101

дека

да

da

десять

10-1

деци

д

d

4

Бинарные (двоичные) множители и приставки

(210)1

килобинари

(103)1

кило

1024, 1000

 

(килобинарны

 

 

 

 

е)

 

 

 

(210)2

мегабинари

(103)2

мега

 

(210)3

гигабинари

(103)3

гига

 

кБ

1000 байт

kB

КБ

1024 байт

KB

Кбит

1024 бит Kbit

Стандарт 8-417-2002 Единицы ФВ предусматривает собственные множители и приставки для «единиц количества информации», но только на уровне «кило». Множителю 1024 соответствуют приставка «К». Множителям «мега» и выше — отдельные приставки для бинарных единиц предусмотреть невозможно, поскольку они и так записываются с большой буквы. Возникает неоднозначность записи.

Эта проблема решена в 1999 году на международном уровне стандартом МЭК (международная электрическая комиссия), принявшим специальные обозначения для бинарных единиц. Все приставки пишутся с большой буквы, но добавляется также индекс i.

(210)1

Ki

Ки

килобинари

 

 

 

(килобинарные)

 

 

 

 

(210)2

Mi

Ми

мегабинари

(210)3

Gi

Ги

гигабинари

В 2016 году этот стандарт принят в качестве национального стандарта в России с аналогичными обозначениями.

5

Казалось бы, проблема решена, но существует неоднозначность обозначения:

К → 1024 ← Ки 2002 2016

Эту неоднозначность следует оговаривать в документах. В 2018 году ожидается новая версия стандарта 2002 года, в которой, вероятно, эта проблема будет урегулирована.

Взаимосвязь метрологии, стандартизации и сертификации

Рис.1

Стандартизация и сертификация в нашем случае важны в той мере, в которой они содействуют метрологии.

Стандарты могут содержать методы измерений, сертификаты могут подтверждать исправность средств измерений.

Взаимосвязь метрологии и теории измерений

МСС

Единство измерений

 

 

Теория измерений

Минимизация погрешности

 

 

Точность измерительных

Минимизация инструментальной

приборов

погрешности

Приборостроение, Информатика и вычислительная техника

Закон о «техническом регулировании» (ТР)

ТР — основная законодательная база метрологии.

6

Законы о единстве измерений, о стандартизации, предстоящий закон о сертификации должны быть подчинены закону о ТР.

Стандарты с переходом к рыночной экономике утратили статус обязательных для выполнения нормативных документов. Стандартизация уступила место сертификации. Законодательно это реализовано введением нового нормативного уровня «технический регламент» (ТР).

Нормативные документы, перечисленные в ТР становятся обязательными для исполнения. Это могут быть не только стандарты.

Технических регламентов разрабатывают сотни для соответствующих областей деятельности. Таким образом, один и тот же стандарт может быть обязательным для одной области и добровольным для другой.

Истинное и действительное значения физической величины. Погрешность

и вероятность

(ИЗ ДЗ ФВ. P)

ИЗ — объективно существующий параметр идеально, без погрешностей характеризующий измеряемую величину. ИЗ найдена быть не может.

ДЗ — результат измерения.

— интервал значений, в котором с заданной вероятностью P находится истинное значение.

При прочих равных условиях (равноточность, число наблюдений n) интервал будет больше, если назначается большая вероятность.

Рис.2

P↑ => Δ↑

7

Но на практике требуется, чтобы P↑, Δ↓ ← n↑

Это возможно при увеличении числа наблюдений.

ФВ — качественная характеристика, характеризующая наличие какогото свойства в данном объекте.

Значение ФВ — количественная характеристика, число, показывающее, сколько единиц ФВ содержится в ФВ данного размера.

Размер ФВ — качественная и количественная характеристика.

Единица ФВ — качественная характеристика, показывающая, сколько свойств содержится в фиксированном размере.

Размерность ФВ — качественная характеристика, показывающая какие свойства имеются у объекта.

В целях метрологии размерностей анализ позволяет избежать грубых погрешностей.

Точный анализ погрешностей выполняется уравнениями связей.

Система единиц ФВ

Система СИ допускает применение внесистемных единиц, например миллиметры ртутного столба вместо паскалей, градусы Цельсия вместо кельвинов, лошадиная сила вместо ватт…

Вопределённых областях знаний, например в физике, продолжают использовать предшественницу системы СИ систему СГС.

В2018 году ожидается реформа системы СИ. Самая совершенная система единиц состояла бы из одной единственной, безразмерной единицы. Существует такая единица — это децибелы. Однако ей предшествует ещё более фундаментальная единица — баланс.

8

Сигналы (С) и помехи (П)

С и П — однородные физические величины. Однако С несёт измерительную информацию, а П — нет, следовательно препятствует восприятию измерительной информации.

Три варианта преодоления помех:

1.Преобразование ФВ в ФВ, свободную от помех.

2.Изменение параметра сигнала для фильтрации его от шума: увеличить частоту, применить модуляцию…

3.Избыточные сигналы (шумоподобные сигналы).

Классификация сигналов

Классификация обеспечивает единство терминологии, а также подбор сигнала, обеспечивающего требуемый уровень погрешности.

Адаптация классификации к измерительной задаче осуществляется классификационным признаком.

Пример: измерительная задача минимизации погрешности быстро протекающих во времени процессов. Три класса, ранжированных по возрастанию погрешности:

1.Аналоговый сигнал.

2.Дискретный.

3.Цифровой.

Второй пример: классификационный признак минимизации погрешности при передаче, хранении и воспроизведении информации:

1.Цифровой.

2.Дискретный.

3.Аналоговый.

9

Спектральное и временное представление сигнала

В нашем курсе применяется для удобного описания свойств сигнала. Рассмотрим основные сигналы:

1. Постоянный

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

0

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3

 

 

Рис.4

Преимущество: компактный спектр на нулевой частоте позволяет легко фильтровать помехи.

Недостаток: малая информативность. 2. Мгновенный

 

 

 

t

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5

 

 

Рис.6

Недостаток: трудно отфильтровать от помех.

 

 

 

 

 

Преимущество:

 

 

 

 

 

3. Гармонический

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

Рис.7

 

 

Рис.8

Преимущество: аналогично постоянному сигналу.

10