«Метрология, стандартизация и сертификация»

1. Что такое Метрологии, что является объектами метрологии.

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

Объектами метрологии являются:

1. Единицы величин.

2. Средства измерений.

3. Эталоны.

4. Методики выполнения измерений.

2. Назовите основные разделы Метрологии, поясните содержание каждого из разделов.

В зависимости от цели различают три раздела:

1. Теоретический. Разрабатываются фундаментальные основы науки.

2. Законодательный. Устанавливаются обязательные технические и юридические требования, направленные на обеспечение единства, требуемой точности измерений.

3. Прикладной. Освещаются вопросы практического применения разработок, теоретической и положений законодательной метрологии.

3. Назовите аксиомы метрологии.

1. АКСИОМА (относится к ситуации до измерения)

Без априорной информации измерения невозможны.

2. АКСИОМА (относится к процедуре измерения)

Измерение есть нечто иное, как сравнение

3. АКСИОМА (относится к ситуации после измерения)

Результат измерения является случайным.

Отражает тот факт, что на результат реальной измерительной процедуры всегда оказывает влияние множество разнообразных, в том числе случайных факторов, точный учет которых в принципе невозможен, а окончательный итог непредсказуем.

4. Что такое модель объекта познания, как осуществляется формирование модели объекта познания.

Объект познания – это объект, на который направлено, познавательная деятельность.

Модель объекта -упрощенное представление о нем на основе количественных данных о наиболее существенных свойствах.

5. Какие виды информации об объекте вы знаете.

В общем случае Информация об объекте познания делится на:

1. Качественную (устанавливает его природу)

2. Количественную (дает описание его свойств).

При формировании модели объекта познания:

Априорная информация – информация, которой располагают до измерения. Основные задачи априорной информации:

1. Устанавливается природа того, что должно быть измерено.

2. Выбираются приборы для проведения количественного измерения.

Измерительная информация – информация, получаемая в ходе измерений.

Апостериорная информация – информация, которой располагают после измерения. Эта информация включает:

1. Результаты измерений, 2. Результаты расчетов, 3. Выводы.

Эта информация служит для уточнения модели объекта.

6. Что такое физическая величина (примеры).

Физическая величина — свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Так, все физические тела имеют массу, длину, температуру, скорость и т.п., но у каждого из них размеры этих физических величин различны.

7. Дайте классификацию величин.

Метрология имеет дело только с реальными физическими измеряемыми величинами

8. Что такое единица физической величины (примеры).

Единица физической величины — это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1 и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Единица длины – 1метр, Единица массы – 1 килограмм, Единица времени-1 секунда и т.д.

Числовое значение ФВ – отвлеченное число, входящее в значение величины.

, и т.п.

9. Что такое Истинное, Действительное и Измеренное значение физической величины.

ИСТИННОЕ - это значение ФВ, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующую ФВ.

ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ – это значение ФВ, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может его заменить.

ИЗМЕРЕННОЕ – значение ФВ, найденное экспериментальным путем.

10. Системы единиц физической величины.

Первоначально единицы физических величин выбирались произвольно, без какой-либо связи друг с другом, что создавало большие трудности. Значительное число произвольных единиц одной и той же величины затрудняло сравнение результатов измерений, произведенных различными наблюдателями.

Кроме указанного разнообразия единиц, которое можно назвать территориальным, существовало разнообразие единиц, применяемых в различных отраслях науки, техники, промышленной связью между величинами подразумевается возможность математически выразить зависимость одной величины от других. Единицы, выраженные через основные единицы, называют производными. Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путем, и является системой единиц физических величин.

Величины, единицы которых принимают за основные, и величины, единицы которых образуются как производные, называют соответственно основными и производными.

В 1832 году немецкий ученый К.Ф. Гаус предложил «Абсолютную» систему единиц, в 1881 году была принята система единиц физических величин СГС и т.д.

Большинство недостатков (сказанных выше) было устранено введем единой универсальной Международной системы единиц СИ, которая принята в настоящее время большинством стран.

11. Система единиц «СИ».

Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины — метр, массы — килограмм, времени — секунда, силы электрического тока — ампер, термодинамической температуры — кельвин, силы света — кандела, количества вещества — моль.

При расчетах, если значения всех величин выражены в единицах СИ, в формулы не требуется вводить коэффициенты, зависящие от выбора единиц.

Метр — расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Килограмм — единица массы, равная массе международного прототипа килограмма, хранимого в Международном бюро мер и весов.

Секунда — интервал времени, в течение которого совершается 9192631770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями.

Ампер — сила, не изменяющегося электрического тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создает между этими проводниками силу, равную 2•10⁷ Н на каждый метр длины.

Кельвин — единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540•10² Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт • с.

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12.

Дополнительные единицы СИ

Международная система единиц включает в себя две дополнительные единицы: плоского угла — радиан; телесного угла — стерадиан

12. Дайте понятие эталона, какие требования предъявляются к эталонам.

ЭТАЛОН – это средство измерений или комплекс средств, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы ФВ и передачи ее размера средствам измерений данной величины, утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

СВОЙСТВА

НЕИЗМЕННОСТЬ-способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.

ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ – воспроизведение единицы ФВ с наименьшей погрешностью.

СЛИЧАЕМОСТЬ – способность не претерпевать изменений и не вносить каких либо искажений при проведении сличения (сравнения)

13. Что такое средство измерения, дайте классификацию средств измерений.

Средство измерений – это техническое устройство, предназначенное для измерений.

Классификация

1. По конструктивному использованию:

1. Меры – предназначены для воспроизведения или хранения единицы физической величины;

2. Измерительные преобразователи – служат для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал удобный для обработки, хранения и дальнейших преобразований;

3. Измерительные приборы – предназначены для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

4. Измерительные установки – это совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств величин, предназначенных для изменения одной или нескольких физических величин;

5. Измерительные системы – совокупность функционально объединенных измерительных приборов и т.д., размещенных в различных точках контролируемого пространства с целью измерения физической величины.

2. По метрологическим измерениям:

1) Рабочие средства измерения:

а) лабораторные;

б) производственные;

в) полевые.

2) Эталонные – высокоточные средства измерения.

14. Что такое метрологические характеристики средств измерений, назовите основные метрологические характеристики.

Метрологические характеристики средств измерения – это такие характеристики, которые предназначены для оценки технического уровня и качества средства измерения, для определения результатов измерения и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерения.

Цена деления шкалы – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Интервал деления шкалы – это расстояние между серединами двух соседних штрихов шкалы.

Начальное и конечное значения шкалы – соответственно наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные в шкале, характеризующие возможности шкалы средств измерения и определяющие диапазон показаний.

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.

Диапазон измерения – это диапазон значений измеряемой величины, который может быть измерен данным средством измерения и для которого нормируется допускаемая погрешность средства измерения.

15. Что такое поверка средств измерений, кем и когда она выполняется

Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» определяет поверку как совокупность операций выполняемых органами Государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, поверяются при выпуске из производства или ремонта, ввозе по импорту и в процессе эксплуатации.

Результатом поверки является признание пригодности или непригодности средства измерения к применению. Если измерительное средство признано пригодным, то на него и (или) техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается Свидетельство о поверке.

16. Что такое калибровка средств измерений, кем и когда она выполняется

Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» калибровка средств измерений определяется как совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученной с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением, определенным с помощью эталона в целях определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений. Калибровке подвергаются средства измерений, не подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, т.е. поверке.

Калибровка не является обязательной и осуществляется на произвольной основе. Выполняют калибровку любые метрологические службы, в том числе государственные.

17. Что такое измерение, какова цель измерений.

Измерение – это совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Это значение называют результатом измерений.

Цель измерений – это получение значения физической величины в форме наиболее удобной для пользования.

18. Дайте классификацию видов измерений.

Классификация видов измерения

1. По характеру точности:

1. Равноточные (однородные) – это ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях;

2. Неравноточные (неоднородные) – это ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности средствами измерений или в разных условиях.

2. По числу измерений:

1. Однократные;

2. Многократные.

3. По отношению к изменению измеряемой величины:

1. Статические – это измерения неизменяемые во времени физической величины;

2. Динамические – это измерения, изменяющиеся во времени физической величины.

4. По общим приемам получения результатов измерения:

1. Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно;

2. Косвенные – это измерения, при которых исходное значение величины определяют на основании результатов, принятых на основании измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

19. Что такое метод измерения, дайте классификацию методов измерений.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измерения физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Классификация методов

1. Метод непосредственной оценки – значение физической величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора;

2. Метод совпадений – это разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал;

3. Метод сравнения – измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой.

20. Что такое методика выполнения измерений.

Методика выполнения измерений – это технология выполнения измерений (совокупность операций и правил) с целью наилучшей реализации метода (получение результата измерений с наименьшей погрешностью).Как правило документированная измерительная процедура. В зависимости от сложности и области применения излагается либо в отдельном документе, либо в его разделе

21. Что такое погрешность измерений, дайте классификацию составляющих погрешности.

ПОГРЕШНОСТЬ –это отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины, она состоит из отдельных составляющих, обусловленных различными причинами.

Классификация составляющих.

1. По причине возникновения

Инструментальные – возникают из-за собственной погрешности Средства измерений, определяется классом точности.

Методические – обусловлены несовершенством метода измерений, приемами использования СИ, округлением результатов.

Субъективные – связаны с индивидуальными особенностями оператора.

2. В зависимости от характера проявления

Систематические – остаются постоянными или закономерно изменяются при повторении одного и того же параметра.

Случайные – изменяются при повторных измерениях одного и того же параметра случайным образом.

Промахи (грубые погрешности) – из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ, и резкого изменения условий измерения.

3. По способу выражения

Абсолютные

Относительные

Приведенные

22. Что такое случайная величина, виды случайных величин.

Случайная величина (стохастическая переменная) – это величина, наблюдаемое значение которой зависит от случайных причин.

Случайные величины делятся на дискретные, получаемые путем подсчета, и непрерывные, получаемые в результате измерений чего-либо.

Случайная величина характеризуется полностью, если указаны вероятности, с которой она может принимать те или иные значения генеральной совокупности

23. Что понимается под генеральной и выборочной совокупностью.

Генеральная совокупность – это полный набор всех возможных значений, которые принимает случайная величина.

Выборочная совокупность (выборка) – это набор случайно отобранных из генеральной совокупности объектов (измерений).

Например, из 1000 измерений выбрано 100. Тогда генеральная совокупность N=1000, а выборка n=100.

24. Назовите основные числовые характеристики случайной физической величины.

Числовые характеристики случайных величин – это характеристики, которые суммарно описывают функцию распределения вероятностей и дают более сжатую информацию о случайной величине.

1. Среднее арифметическое значение

,

где – среднее арифметическое;

Х₁, Х₂, …, Х_п – отчеты по прибору (средству измерений);

п – число измерений.

Чаще всего принимается за действительное значение измеряемой ФВ и находится в результате многократных измерений.

2. Среднее квадратическое отклонение

при п<50

Характеризует рассеивание результатов измерений и (или) изменчивость ФВ. Служит мерой точности измерений.

3. Коэффициент вариации

Очень стабильная характеристика, мало зависящая от числа измерений ФВ. Наиболее объективно характеризует качество измерений.

4. Дисперсия

25. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», цели настоящего закона, основные понятия и положения.

Вся метрологическая деятельность в РФ основывается на конституционной норме. В развитии этой конституционной нормы принят закон «Об обеспечении единства измерений».

Цели закона:

-Установление правовых основ обеспечения единства измерений РФ.

-Защита прав и законных интересов граждан от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

-Гармонизация российской системы измерений с мировой практикой.

Закон закрепляет ряд основных понятий метрологии:

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Устанавливаются такие понятия, как: средство измерения, эталон, метрологическая служба, поверка и калибровка и т.д.

Закон укрепляет правовую основу для международного сотрудничества в области метрологии.

Является основой Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

26. Что такое исчерпывающая и ограниченная статистические информации.

Ограниченная информация- это информация, на основе которой нельзя подобрать закон распределения случайной величины, а также проверить априорно заданный

Исчерпывающая информация - это информация, на основе которой можно подобрать закон распределения случайной величины, а также проверить априорно заданный.

27. В каких случаях применяются Теория нечетких множеств и Теория возможностей.

Большинство существующих методов анализа и измерений основано на использовании классической теории вероятностей. Такое использование вполне обосновано, если имеется достаточное количество устойчивых выборочных данных, если события строго определены, и имеется вероятная повторяемость выборочных данных. В противном случае использование теории вероятностей для обработки измеренных данных становится некорректным. В этом случае применяют Теорию нечетких множеств и Теорию возможностей, которые зародились в последние 20-30 лет благодаря работам Дюбуа и Прада.

28. Представьте общие сведения из Теории нечетких множеств.

U – универсальное множество (носитель нечеткого множества),

В и А – тоже нечеткие множества.

Множество В принадлежит множеству U без сомнения. Множество А находится на границе множества U и принадлежит ему с определенной степенью уверенности, следовательно множество А является нечетким по отношению к множеству U. Нечеткое множество характеризуется значениями этого множества и функцией принадлежности их к нечеткому множеству А.

Параметры : ,

29. Что такое регрессионный анализ.

Регрессионный анализ – это математический метод, обеспечивающий такую подгонку выбранной кривой, при которой экспериментальные точки описывают ее наилучшим образом, дает возможность построить по экспериментальным данным кривую (функцию), т.е. найти уравнение регрессии.

Иногда зависимости между измеряемыми величинами носят линейный характер, поэтому экспериментальные точки группируются около некоторой прямой линии.

Уравнение прямой линии имеет вид

где длина отрезка от начала координат до точки пересечения прямой с осью , тангенс угла наклона прямой к оси

Уравнение , в которое подставлены найденные значения коэффициентов, принято называть уравнением регрессии. Пользуясь этим уравнением, можно, не проводя дальнейших экспериментов, рассчитать для заданного соответствующее значение . Таким образом, с помощью уравнения регрессии можно прогнозировать величину .

30. Что такое корреляционный анализ, чему может быть равен коэффициент корреляции.

Корреляционный анализ позволяет судить, насколько хорошо экспериментальные точки согласуются с выбранным уравнением регрессии, а также выявить насколько точна связь между двумя и более величинами.

Желая установить связь между двумя величинами, исследователь наносит их значение на график. Каждой паре значений величин на графике соответствует точка. Обычно такие точки не ложатся на одну линию, а занимают на плоскости чертежа некоторую область, образуя так называемую диаграмму рассеивания.

Видно, что регрессионный анализ не позволяет с абсолютной точностью предсказать значение , если известно значение . Прогнозирование осуществляется с некоторой вероятностью. Такая связь между двумя величинами называется корреляционной. Чем теснее связь между рассматриваемыми величинами, тем более вытянут эллипс вдоль одной из своих осей. Наоборот, если связь отсутствует, то разброс точек на диаграмме рассеивания приближается к кругу.

Для количественной оценки линейной корреляции используется коэффициент корреляции.

31. Что такое Стандартизация, что является объектами стандартизации.

Стандартизация – это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращение продукции, повышение конкурентоспособности продукции, работы или услуг.

Объект стандартизации – это продукция, работа, процесс ил услуга, подлежащие или подвергшаяся стандартизации.

32. Дайте понятие Нормативного документа, виды нормативных документов.

Нормативный документ (НД) – это документ, устанавливающий правила, общие принципы или характеристики касающиеся различных видов деятельности или их результатов.