Курс метрологии. 3 курс ФЭА

Лекция 1

1. Предмет и задачи курса. Понятие о стандартизации и сертификации

2. Общее представление об измерениях. Понятие об измерении физической величины.

3. Структурная схема процесса измерения.

4. Место измерения в информационно-измерительных системах и технологиях.

1. Предмет и задачи курса. Понятие о стандартизации и сертификации

Метрология– это наука о мерах, об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способов достижения требуемой точности.

Единство измерений– это такое состояние измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, а погрешность (точность) известна с определённой вероятностью.

1993 г. – принят закон об обеспечении единства измерений. Основная цель закона – защита прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. Такой закон существует только у нас.

Лицензия– это разрешение, выдаваемое органом государственной метрологической службы на закреплённой за ним территории физическому или юридическому лицу на осуществление им деятельности по ремонту, продаже, прокату средств измерения.

Научная метрология– это база измерительной техники. Занимается изучением проблем измерения в целом и образующих измерения элементов: средств измерения, физических единиц, методов и методик измерений, результатов измерений.

Законодательная метрология– разрабатывает и внедряет новые правила, нормы измерений; устанавливает требования на право достижения средства измерения, термины, единицы физических величин и правила их выполнения, порядок разработки и испытания средств измерения.

Всё перечисленное закреплено в стандартах ГСИ.

Стандартизация– это установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определённой области на пользу и приучастие всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации и требований безопасности.

Объектами стандартизацииявляются изделия, нормы, правила, требования, термины и т.п., имеющие перспективумногократногоприменения в науке, технике и т.д.

Сейчас стандартизация распространилась на область управленческой деятельности.

В зависимости от формы руководства стандартизацией и сферы действия стандартов различают: - Государственную стандартизацию (осуществляется под руководством государственных органов);

- Национальную стандартизацию (в масштабе государства, но без руководства государственных органов);

- Международную стандартизацию (специальными международными органами, или группой государств).

Стандарт– это нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту, утверждённый компетентными органами.

Квалиметрия– наука об оценке качества изделия.

Деятельность по подтверждению качества называется сертификацией.

Сертификация– это одна из форм подтверждения соответствия какого-либо объекта заданным требованиям.

Установлено 3 варианта свидетельствования о соответствии изделия:

1. Заявление о соответствии– заявление поставщикапод его полную ответственность вне рамок сертификационной системы, что продукция (технический процесс, услуга) соответствует определённому стандарту, или другому нормативному документу.

2. Аттестация соответствия– заявление испытательной лаборатории третьей (независимой) стороны, что определённый образец находится в соответствии с определёнными стандартами.

3. Сертификация соответствия– гарантия третьей стороны того, чтос определённой достоверностьюпродукция (технический процесс, услуга) соответствует стандартам и другим требованиям. Проводится в рамках сертификации на 3 уровнях: национальный, региональный и международный. В результате получаемсертификат соответствия(юридический документ). Ещё существуетзнак соответствия– защищён в установленном порядке и полностью идентичен сертификату. Но если сертификат является средством документального подтверждения письменной гарантии соответствия и предназначен для юридических лиц, то знак соответствия больше адресован физическим лицам. В этом и состоит их разница. Также знак соответствия труднее подделать, чем сертификат. Знак соответствия размещается на сертификате.

Типовая система сертификации.

ИСО – международная организация по стандартизации;

МОЗМ – международная организация законодательной метрологии;

МКЗМ – международный комитет законодательной метрологии;

МОМВ – международный орган мер и весов.

Система сертификации базируется на испытаниях (на измерениях и измерительном контроле)

Руководством работами по сертификации занимается государственный стандарт.

Основными функциями органов сертификацииявляется разработка порядка проведения сертификации, аттестация и аккредитование испытательных лабораторий, допуск предприятий к сертификации, выдача сертификатов соответствия на право маркировки, рассмотрение споров о качестве сертификационной продукции.

Лекция 2

2. Общее представление об измерениях. Понятие об измерении физической величины.

Физическое свойство физическая величина.

Однако не всегда можно измерить физическое свойство.

Физическое свойство– это свойство, присущее в качественном отношении многим предметам и объектам, но в количественном отношении индивидуально для каждого.

Физические величины:

1. аналоговые;

2. дискретные (квантовые);

3. квази-детерминированные (неизвестны их параметры);

4. случайные.

Измерить физическую величину – найти её значение опытным путём с помощью технических средств (в узаконенных единицах).

СИ – стандарт

CgSM– для физиков-теоретиков.

Различают истинное значение физической величины и действительное.

Истинное– идеально описывает физическую величину (его не возможно узнать)

Действительное– полученное опытным путём, приближающееся к истинному, что его можно принимать за истинное.

Под точностью измеренийпонимают близость результата измерений к истинному значению измеряемой величины.

Обратная величина носит название погрешности.

Погрешность – это разность между измерением и истинным значением.

ΔX=Xизм–Xи =Xизм–Xд

Xизм – значение измеряемой величины

Xи– истинное значение

Xд– действительное значение (получаем более точным прибором)

Для осуществления процесса измерения надо сравнить измеряемую величину с некой эталонной величиной, меняющейся в принципе. Тогда условие измерения имеет следующий вид:

X = a[q]

X– измеряемая величина

a– количество единиц измерения, содержащиеся вX

[q] – единица измерения

Воспроизводимость– это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях в различное время, местах, разными средствами.

Сходимость– качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, проводимых в одинаковых условиях.

На практике при исследовании сколь угодно сложного объекта приходится измерять определённые свойства (не все) – главные. При этом объекту приписывается модель. И эти модели менее сложные чем сам объект.

Измерительный процесс можно рассматривать с точки зрения теории информации.

Измерение – это уменьшение энтропии об объекте измерения.

Какое количество информации мы можем получить в результате измерения?

М

Xmin

Xmax

ожем утверждать, что значение находится в этом пределе:

При этом P(X) – это плотность вероятности.

После измерения.

X=Xп= 3A

X

3А = Xп

Xп

Получили уже

п– это приближенное значение.

На самом деле у нас 3А±Δ

Δ

Δ

- это мера неопределённости ситуации, илиэнтропия.

- это число различимых градаций

Путём измерений получают сведения о количественных характеристиках свойств объектов. Такие сведения увеличивают наши знания и уменьшают степень неопределённости об объекте.

Информация о значениях измеряемых физических величин называется измерительной.

Сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной, называют сигналом измерительной функции.

2. Структурная схема процессов измерения.

МОИ – множество объектов измерения;

ОИ – объект измерения;

Т – тезаурус;

СО – система опознавания;

АИ – алгоритм измерения;

СИ – средства измерения;

Р – результат.

Тезаурус– это словарь одноязычного языка стремящегося наиболее полно охватить его лексику.

Языком в точных науках является математика. Считают, что физические теории – это, прежде всего понимаемые содержательно системы математических соотношений. При этом объекты реального мира и взаимодействие между ними заменяют абстрактными математическими объектами (числом, вектором, тензором, множеством, группой) и математическими соотношениями (функция, эквиваленция, порядок). Математические объекты и отношения между ними, используемые в данной теории и приведённые в систему образуюттезаурусэтой теории.

1) Тезауруспредставляет собой множество математических моделей, упорядоченных и классифицированных по некоторой системе признаков.

2) Тезаурус– это запас моделей, либо имеющихся в распоряжении исследователя при данном состоянии теории, либо выбранных им, исходя из практических соображений с учётом имеющихся ограничений.

Для описания процесса измерений тезаурус включает в себя модели, исследования объектов, результаты измерений.

Объект измеренияможет быть двояким.

Алгоритм измерения– точное предписание о выполнении в определённом порядке совокупности определённых операций, обеспечивающих измерение значений физической величины.

Методика измерений– детально намеченный порядок процесса измерений, регламентирующий методы, средства и алгоритмы выполнения измерений,а такжеобработку их результатов, который в определённых условиях обеспечивает измерения с заданной точностью.

2. Место измерения в информационно-измерительных системах и технологиях.

Клод Шеннон – отец информатики.

Для того, чтобы понять место измерений в информационных системах, рассмотрим схему передачи Клода Шеннона.

Каналы связи: проводной, радиоканал, телеканал, оптоволокно, ЭВМ в управляющем контуре.

При передаче информации по таким компьютерным каналам происходят следующие процессы:

1. Измерения;

2. Преобразования;

3. Обработка;

4. Хранение;

5. Сбор информации;

6. Распределение.

ИТ – измерительная техника;

ИИТ – информационно-измерительная техника;

Счёт– определение числа качественно однотипных объектов в данной их совокупности.

Контроль– это процесс установления соответствия между состоянием объекта и заданной нормы.

Распознавание– это осуществление необходимости отнесения предмета к той или иной группе путём выяснения характеристик и сравнения с характеристиками той или иной группы.

Техническая диагностика– это выявление элементов объекта являющихся причиной неправильного функционирования.

Лекция 3

Общие сведения об электрических измерениях и измерительной аппаратуре.

1. Классификация элементов измерения.

2. Классификация методов измерения.

3. Классификация средств измерения.

1. Классификация элементов измерения.

Элементы измерения делятся:

1. по роду измеряемой величины:

   1. Собственные измерения (когда измеряемая величина измеряется электрическими методами).

   2. Неэлектрические измерения (измерения неэлектрических величин электрическими методами).

   3. Магнитное измерение (когда измеряется магнитная величина).

2. по расстоянию от объекта измерения до приёмника:

   1. Дистанционные измерения (на расстоянии). Разновидность – телеизмерения.

   2. Непосредственные измерения (вблизи).

3. по количеству раз измерения измеряемой величины:

   1. Однократные (n=1).

   2. Многократные (n>1).

Многократные измерения позволяют учесть случайную составляющую погрешности. Для этого используются методы математической статистики.

Примечание: в последнее время появились статистические измерения. Они позволяют определить числовые значения случайных процессов.

4. в зависимости от поведения измеряемой величины во времени:

   1. Статические.

   2. Динамические.

5. по точности получения результата измерения:

   1. Высокоточные (эталонные).

   2. Технические. Гарантируют определённую точность.

6. в зависимости от способа снятия показания:

   1. Непрерывные (в любой момент времени можно измерить).

   2. Дискретные (Δtд=const,Δtд=var).

7. по способу получения результата измерения:

   1. Прямые.

   2. Косвенные.

   3. Совокупные.

   4. Совместные.

Прямые.Когда измеряемая величина измеряется непосредственно (X=Q).

Пример.

Косвенные.Та величина, которую мы хотим найти, измеряется не непосредственно, а измеряется другими, с ней связанными функционально (X=F(Q1,Q2, …)).

Пример.

X = P – мощность.

Совокупные.Результат находится из решения системы уравнений, связывающих ту величину, которую надо определить, с другими, которые измеряются при различных их сочетаниях.

Пример.

X=Pм – ?

Pг – гистерезис,Pвт - вихревые токи.

Опыт №1

Опыт №2

Совместные.Это те же совокупные, только величины разные.

2. Классификация методов измерения.