Метролигия.Ответы на вопросы.

2) Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерения, заимствованные в Древней Греции. На Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной древнерусской мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица – аршин, пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления.

Мера «локоть»  пришла к нам из Вавилона и означала расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки (иногда – сжатого кулака или большого пальца).

С XVIII в. в России стали применять дюйм, заимствованный из Англии (называется он «палец»), а также английский фут. Особой русской мерой была сажень, равная трем локтям (около 152 см), и косая сажень (около 248 см).

Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и, это по существу – первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Метрическая система мер была введена во Франции в 1840 г.

Большую роль в становлении метрологии в России сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период с 1892 по 1907 г. «Наука начинается… с тех пор, как начинают измерять», - в этом научном кредо выражен, важнейший принцип развития науки, который не утратил актуальности в современных условиях.

В 1893 году в России под руководством Д.И. Менделеева была создана Главная палата мер и весов.

В годы Советской власти (1931 г.) в Ленинграде на базе Главной палаты мер и весов был создан Всесоюзный научно-исследовательских институт метрологии им. Д.И. Менделеева.

В 1960 году была принята Международная система единиц СИ и определена величина метра как длины, равной 1650763,73 длина волны излучения в вакууме (криптоновый эталон метра).

С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что, в свою очередь, стимулировало совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии.

Первоначально прототип единицы измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секундой стали считать часть периода обращения Земли вокруг оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. В результате уточнялись «старые» единицы (меры) и появились новые. Так, в 1983 г. было принято новое определение метра: это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Это стало возможным после того, как скорость света в вакууме (299792458 м/с) метрологи приняли в качестве физической константы.

В 1988 г. на международном уровне были приняты новые константы в области измерений электрических единиц и величин, а в 1989 г. принята новая Международная практическая температурная шкала МТШ-90.

В 1993 году был принят закон РФ «Об обеспечении единства измерений», в котором определены основные понятия на базе официальной терминологии Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Закон направлен на защиту прав и интересов граждан, определенного правопорядка и экономии РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

3) Основные единицы измерения.СИ (SI, фр. Le Système International d'Unités), (Система Интернациональная) — международная система единиц, современный вариантметрической системы. Она определяет семь базовых единиц измерения, являющихся основой для остальных единиц СИ. Базовые единицы измерения СИ и их величины:^[1]

• Метр для длины

• Килограмм для массы

• Секунда для времени

• Ампер для силы тока

• Кельвин для термодинамической температуры

• Кандела для силы света

• Моль для количества вещества.

• Производные единицы измерения

• Международная система единиц (СИ) определяет набор из семи основных единиц, из которых формируются все другие единицы измерения. Эти другие единицы называютсяпроизводными единицами СИ и также считаются частью стандарта.

• Названия единиц СИ всегда пишутся в нижнем регистре. Однако условные обозначения единиц измерения, названных в честь исторических лиц, всегда записываются с заглавной буквы (например, символ герц Гц).

• [править]Производные единицы с собственными названиями

• Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Производные единицы с собственными названиями
Величина	Единица измерения		Обозначение		Выражение
	русское название	международное название	русское	международное
Плоский угол	радиан	radian	рад	rad	м·м−1 = 1
Телесный угол	стерадиан	steradian	ср	sr	м2·м−2 = 1
Температура по шкале Цельсия¹	градус Цельсия	degree Celsius	°C	°C	K
Частота	герц	hertz	Гц	Hz	с−1
Сила	ньютон	newton	Н	N	кг·м·c−2
Энергия	джоуль	joule	Дж	J	Н·м = кг·м2·c−2
Мощность	ватт	watt	Вт	W	Дж/с = кг·м2·c−3
Давление	паскаль	pascal	Па	Pa	Н/м2 = кг·м−1·с−2
Световой поток	люмен	lumen	лм	lm	кд·ср
Освещённость	люкс	lux	лк	lx	лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд	кулон	coulomb	Кл	C	А·с
Разность потенциалов	вольт	volt	В	V	Дж/Кл = кг·м2·с−3·А−1
Сопротивление	ом	ohm	Ом	Ω	В/А = кг·м2·с−3·А−2
Электроёмкость	фарад	farad	Ф	F	Кл/В = с4·А2·кг−1·м−2
Магнитный поток	вебер	weber	Вб	Wb	кг·м2·с−2·А−1
Магнитная индукция	тесла	tesla	Тл	T	Вб/м2 = кг·с−2·А−1
Индуктивность	генри	henry	Гн	H	кг·м2·с−2·А−2
Электрическая проводимость	сименс	siemens	См	S	Ом−1 = с3·А2·кг−1·м−2
Активность (радиоактивного источника)	беккерель	becquerel	Бк	Bq	с−1
Поглощённая доза ионизирующего излучения	грэй	gray	Гр	Gy	Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения	зиверт	sievert	Зв	Sv	Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора	катал	katal	кат	kat	моль/с

Таблица множителей для кратных и дольных единиц в системе СИ (SI)

Приставка	Обозначение		Величина
	рус.	междунар.
Атто	а	a	10-18
Фемто	ф	f	10-15
Пико	п	p	10-12
Нано	н	n	10-9
микро	мк	μ	10-6
Милли	м	m	10-3
Санти	с	c	10-2
Деци	д	d	10-1
Дека	да	da	101
Гекто	г	h	102
Кило	к	k	103
Мега	М	M	106
Гига	Г	G	109
Тера	Т	T	1012
Пета	П	P	1015
Экса	Э	E	1018

4) Основное уравнение измерений имеет вид:

,

где:

• Q — измеряемая физическая величина;

• q — её числовое представление в принятых единицах измерения физической величины Q;

• v — принятая единица измерения физической величины Q.

Действительное значение результата измерений.

Непосредственной задачей измерения является определение значений измеряемой величины. В  результате измерения физической величины с истинным значением Хи мы получаем оценку этой величины Хизм. - результат измерений. При этом следует четко различать два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические проявления –действительные значения, которые являются результатами измерений и в конкретной измерительной задаче могут приниматься в качестве истинных значений. Истинное значение величины неизвестно и оно применяют только в теоретических исследованиях.Результаты измерений являются продуктами нашего познания и представляют собой приближенные оценки значений величин, которые находятся в процессе измерений. Степень приближения полученных оценок к истинным (действительным) значениям измеряемых величин зависит от многих факторов: метода измерений,  использованных средств измерений и их погрешностей, от свойств органов чувств операторов, проводящих измерения, от условий, в которых проводятся измерения и т.д. Поэтому между истинным значением физической величины и результатом измерений всегда имеется различие, которое выражаетсяпогрешностью измерений (то же самое, что погрешностью результата измерений). Погрешность результата измерения — отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины:                                                  Так как истинное значение измеряемой величины всегда неизвестно и на практике мы имеем дело с действительными значениями величин Хд, то формула для определения погрешности в связи с этим приобретает вид:                                       

5) Метрологические характеристики средств измерений

Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

• Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

  • Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

  • Значение однозначной меры;

  • Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

  • Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

• Характеристики погрешностей средств измерений;

• Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

• Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т

6) Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точностиизмерения.

Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения. В ряде источников, например, в БСЭ, термины ошибка измерения и погрешность измерения используются как синонимы, но согласно РМГ 29-99^[1] термин ошибка измерения не рекомендуется применять как менее удачный). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощистатистических методов. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины х_д, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него^[1]. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью (см. доверительный интервал,доверительная вероятность, стандартная ошибка).

Классификация погрешностей По форме представления

Абсолютная погрешность —   является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа её вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины  . При этом неравенство:  , где   — истинное значение, а   — измеренное значение, должно выполняться с некоторой вероятностью, близкой к 1. Если случайная величина   распределена по нормальному закону, то обычно за абсолютную погрешность принимают её среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина.

Существует несколько способов записи величины вместе с её абсолютной погрешностью.

• Обычно используется запись со знаком ±. Например, рекорд в беге на 100 метров, установленный в 1983 году, равен 9,930±0,005 с.

• Для записи величин, измеренных с очень высокой точностью, используется другая запись: цифры, соответствующие погрешности последних цифр мантиссы, дописываются в скобках. Например, измеренное значение постоянной Больцмана равно 1,380 6488(13)×10⁻²³ Дж/К, что также можно записать значительно длиннее как1,380 6488×10⁻²³±0,000 0013×10⁻²³ Дж/К.

Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины (РМГ 29-99):  ,  .

Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле  , где   — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

• если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то   определяется равным верхнему пределу измерений;

• если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.