Введение

Разработка, изготовление и эксплуатация радиоэлектронных и электронно-вычислительных средств неизбежно связаны с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация используется как для самих измерений, так и для выработки соответствующих управляющих сигналов, логических заключений и суждений. Примером этого являются такие процедуры, как управление, контроль, диагностика, идентификация и т. п. Выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечивать получение требуемых показателей качества конечного результата. Таким образом, перед специалистом встает задача правильного выбора измерительной техники, должной организации измерительного эксперимента, обработки и представления результатов измерений в соответствии с принципами метрологии и действующими в этой области нормативными документами.

Измерительная техника имеет исключительно большое значение для научно-исследовательской работы. Чем совершеннее и точнее используемые средства измерения, тем глубже и правильнее может быть изучено исследуемое явление.

В настоящее время электроизмерительная техника интенсивно развивается во всех ее направлениях:

а) повышается точность и быстродействие, расширяется частотный диа­па­зон, улучшаются конструкции различных электроизмерительных приборов. В частности, в измерительных приборах интенсивно используется ми­кр­оп­ро­ц­е­с­сорная техника, позволяющая обрабатывать измерительные сигналы с ис­поль­зо­в­анием специальных алгоритмов. Многие измерительные приборы оснащаются различными носителями информации (дисководами для гибких дисков, Flash-па­мя­тью и т. д.);

б) разрабатываются и выпускаются различные специализированные эле­к­т- ­р­о­измерительные установки, используемые для поверки измерительных пр­и­б­о­ров;

в) выпускаются и совершенствуются измерительные системы, пре­дн­аз­на­ч­е­н­ные для автоматического получения, передачи, обработки информации при помощи вычислительных средств;

г) совершенствуются и создаются новые государственные эталоны единиц электрических величин, что обеспечивает повышение уровня точности измерений.

Таким образом, развитие измерительной техники способствует углублению знаний и всестороннему прогрессу во всех отраслях науки и техники, а метрология является научной базой для развития перспективных направлений разработки методов и средств измерений.

1. Основные понятия метрологии Измерение, физическая величина, метод измерения, средства измерений, измерительный сигнал, характеристики измерительных сигналов, характеристики средств измерений

1.1 Основные метрологические термины

В метрологии, как и в любой другой науке, недопустима произвольная трактовка применяемых терминов. Поэтому перед рассмотрением основного материала авторы решили сконцентрировать внимание читателя на наиболее значимых понятиях метрологии. Одним из наиболее важных метрологических документов является Рекомендации РМГ 29-99 «Метрология. Основные термины и определения» [1], которая регламентирует терминологию в области метрологии. Приведем и рассмотрим наиболее значимые метрологические термины.

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

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объекта и процессов с заданной точностью и достоверностью.

К метрологии относят общую теорию измерений физических величин, порядок передачи размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие методы обработки результатов измерений и оценки их точности.

Метрология является научной основой измерительной техники – всех технических средств, с помощью которых выполняются измерения, и техники проведения измерений.

Измерение физической величины (РМГ 29-99) – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Под измерениями понимают способ количественного познания физических объектов. Для качественной и количественной оценки физических объектов используются физические величины. Термин «измерение» также можно определить как нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств.

Физическая величина (РМГ 29-99) – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Количественное содержание свойства, соответствующее понятию «физическая величина», в данном объекте есть размер физической величины.

Размер физической величины (РМГ 29-99) – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Проводя измерения человек получает знания об объектах в виде значений физических величин.

Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение равное единице.

В соответствии с международной системой единиц СИ все единицы подразделяют на ос­новные и производные.

Шкала физической величины – это упорядоченная последовательность значений физической величины, принятая на основании результатов точных измерений.

Истинное значение физической величины (РМГ 29-99) – значение, которое идеальным образом характеризует в качественном или количественном отношении соответствующую физическую величину.

Действительное значение физической величины (РМГ 29-99) – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Результат измерения – значение величины найденное путём её измерения. Для осуществления измерений необходимо воспроизвести единицу физической величины, сравнить с ней измеряемые значения, зафиксировать результаты сравнения, оценить погрешность измерения.

Метод измерения – совокупность приёмов использования принципов и средств измерения.

Средства измерения (СИ) – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, то есть свойства, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерения.

Единство измерений – такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешность измерений известна с заданной вероятностью.

Единство измерений позволяет сопоставить результаты измерений выполненных с использованием различных методов и средств измерений, в различных местах и в разное время.

Измерительное преобразование – это такой вид преобразования, при котором устанавливается однозначное соответствие между значениями двух величин (входной и выходной). Зависимость между этими величинами стараются сде­лать линейной. Измерительное преобразование используют в тех случаях, когда измеряемую величину нельзя сравнить с воспроизводимой еди­ницей физической величины.

Измерительная информация – информация о значениях измеряемых величин. Современная наука рассматривает информацию как физическую величину и как свойство материи. Информация может характеризоваться объёмом, новизной, содержательностью, важностью, полезностью, ценностью. Наиболее широко применяемой единицей информации является бит. Информация, выраженная в определённой форме, представляет собой сообщение. Термин «сообщение» может быть определен как форма представления информации [2]: условные знаки, рисунки, цифровые данные, устное сообщение, письменное сообщение, телевизионное сообщение и т. д.

Достоверность измерений – определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах. Данную вероятность называют доверительной.

Правильность измерений – это метрологическая характеристика, отображающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.