Коловский Ю В. Метрология, стандартизации и технические измерения

Подождите немного. Документ загружается.

Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683

Вт/cp2.

Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов

Под стандартными образцами принято понимать образцы веществ или

материалов, химический состав или физические свойства которых типичны

для данной группы веществ (материалов), определены с необходимой точно-

стью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом.

Стандартные образцы

используют для градуировки, поверки и ка-

либровки химического состава и различных свойств материалов (механиче-

ских, теплофизических, оптических и др.). Стандартные образцы как мера с

установленной погрешностью (классом точности) применяют непосредствен-

но для контроля качества сырья и промышленной продукции путем сличения.

По существу стандартные образцы служат для поддержания единства изме-

рений,

т. е. являются средствами измерений.

Основу классификации стандартных образцов составляют:

• разновидность характеристики, по которой проводится аттестация

стандартного образца;

• метод анализа (сличения) объектов контроля со стандартным образ-

цом;

• агрегатное состояние самого стандартного образца как материала

(вещества);

• метрологическое назначение.

Согласно этой классификации стандартные образцы подразделяют по

первому признаку на образцы

свойств материалов (веществ) и образцы соста-

ва материалов (веществ); по второму признаку различают стандартные об-

разцы для химического, рентгеновского, спектроскопического и других видов

анализа; по третьему признаку − стандартные образцы в твердом, жидком и

газообразном состоянии; по метрологическому назначению (четвертый при-

знак) − стандартные образцы для градуировки, поверки, контроля качества

вещества и т. д.

Особо важное значение имеет категория стандартных образцов для ус-

тановления чистоты веществ. Понятие особо чистых веществ связано с про-

изводством многих материалов современной техники, медицины и т. д. Стан-

дартные образцы подвергают специальным испытаниям, по результатам ко-

торых на них получают свидетельства (сертификат) и вносят в государствен-

ный реестр стандартных образцов

, а он, в свою очередь, является составной

частью (разделом) Государственного реестра средств измерений. В сертифи-

кате стандартного образца обязательно указывают срок годности, поскольку

практически все вещества и материалы со временем изменяются вследствие

воздействия факторов окружающей среды на их свойства. А от этого зависит

достоверность результатов измерений.

К настоящему времени опубликованы

данные более чем о 3,5 млн. ве-

ществ и материалов, что характеризует значимость такого средства измере-

ний, как стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов.

В России действует Государственная служба стандартных образцов

(ГССО) в составе НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Главная цель этой

службы − обеспечение любой организации, нуждающейся

в проведении кон-

троля качества своей продукции с помощью стандартных образцов, образца-

ми и изготовление новых образцов по заявкам заинтересованных юридиче-

ских лиц.

Вопросы к лекции:

1. Единица физической величины.

2. Проблема преобразования единиц физических величин.

3. Система единиц.

4. Международная система единиц физических величин.

5. Принципы и средства воспроизведения единиц физических величин.

Лекция 4.

Тема 2. Метрология: основные понятия, системы единиц физических

величин, обеспечение единства измерений.

План лекции:

 Классификация измерений в зависимости от способов получения

значений измеряемой величины: прямые, косвенные, совместные,

совокупные.

 Классификация измерений в зависимости от соотношения

свойств объекта и средства измерений: статические и динамиче-

ские измерения.

Виды средств измерений

Для практического измерения единицы величины применяют техниче-

ские средства, которые имеют нормированные погрешности и называются

средствами измерений. К средствам измерений относятся: меры, измеритель-

ные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и

системы, измерительные принадлежности.

Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроиз-

ведения физических величин заданного размера. К данному

виду средств из-

мерений относятся гири, концевые меры длины, меры индуктивности и т. п.

На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы

и магазины мер. Однозначные меры воспроизводит величины только одного

размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров фи-

зической величины.

Измерительный преобразователь ─ это средство измерений, которое

служит

для преобразования сигнала измерительной информации в форму,

удобную для обработки или хранения, а также передачи в показывающее

устройство. Измерительные преобразователи либо входят в конструктивную

схему измерительного прибора, либо применяются совместно с ним, но сиг-

нал преобразователя не поддается непосредственному восприятию наблюда-

телем. Например, преобразователь может быть необходим для передачи ин-

формации в память компьютера, для усиления напряжения и т. д. Преобра-

зуемую величину называют входной, а результат преобразования ─ выход-

ной величиной. Основной метрологической характеристикой измерительного

преобразователя считают соотношение между входной и выходной величи-

нами, называемое функцией преобразования.

Преобразователи подразделяют на первичные (непосредственно вос-

принимающие измеряемую величину); передающие, на выходе которых

ве-

личина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на рас-

стояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не

влияющие на изменение рода физической величины.

Измерительные приборы ─ это средства измерений, которые позво-

ляют получать измерительную информацию в форме, удобной для воспри-

ятия пользователем. Различаются измерительные приборы прямого действия

и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на по-

казывающем устройстве, имеющем соответствующую градуировку в едини-

цах этой величины. Изменения рода физической величины при этом не про-

исходит.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых вели-

чин с величинами, значения которых известны. Такие

приборы широко ис-

пользуют в научных целях, а также и на практике для измерения таких вели-

чин, как яркость источников излучения, давление сжатого воздуха и др.

Измерительные установки и системы ─ это совокупность средств изме-

рений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными

устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин

объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечива-

ют ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерения,

обработку и отображение результатов измерений для их восприятия пользо-

вателем. Такие установки (системы) используют и для контроля (например

производственных процессов). Это особенно актуально для метода статисти-

ческого контроля.

Измерительные принадлежности ─ это вспомогательные средства

из-

мерений величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам

измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр

может быть вспомогательным средством, если показания прибора достовер-

ны при строго регламентированный температуре; психрометр ─ если строго

оговаривается влажность окружающей среды. Следует учитывать, что изме-

рительные принадлежности вносят в результат измерений определенные

по-

грешности, связанные с погрешностью самого вспомогательного средства.

По метрологическому назначению средства измерений делят на два ви-

да ─ рабочие средства измерений и эталоны. Рабочие средства измерений

применяют для определения параметров (характеристик) технических уст-

ройств, технологических процессов, окружающей среды и др. Рабочие сред-

ства могут быть лабораторными (для научных исследований), производст

венными (для обеспечения и контроля заданных характеристик технологиче-

ских процессов), полевыми (для самолетов, автомобилей, судов и т. п.). Каж-

дый из этих видов рабочих средств отличается особыми показателями. Так,

лабораторные средства измерений самые точные и чувствительные, а их по-

казания характеризуются высокой стабильностью. Производственные обла-

дают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного

процесса: температуры, влажности, вибрации и т. п., что может сказаться на

достоверности и точности показаний приборов. Полевые работают

в услови-

ях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий.

Особым средством измерений является эталон.

Эталоны, их классификация

Эталон ─ это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведе-

ния и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим сред-

ствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эта-

лонам, а

от них ─ рабочим средствам измерений. Эталоны классифицируют

на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон ─ это эталон, воспроизводящий единицу физиче-

ской величины с наивысшей точностью, возможной в данной области изме-

рений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный

эталон может быть национальным (государственным) и международным.

Национальный эталон утверждается в качестве

исходного средства из-

мерения для страны национальным органом по метрологии. В России нацио-

нальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные)

эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с

государственным эталоном.

Вторичные эталоны (их иногда называют эталоны-копии) могут утвер-

ждаться либо Госстандартом РФ, либо

государственными научными метро-

логическими центрами, что связано с особенностями их использования.

Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных этало-

нов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему

эталону (или эталону более низкого разряда) и рабочим средствам измере-

ний.

Классификация и основные характеристики измерений

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организо-

ванное действие человека, выполняемое для количественного познания

свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значе-

ния какой-либо физической величины [1].

Существует несколько видов измерений. При

их классификации обыч-

но исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида

уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измере-

ний, и способов выражения этих результатов.

Измерения различают по способу получения информации, характеру

изменений измеряемой величины в процессе измерений, количеству измери-

тельной информации, отношению к основным единицам.

По способу получения

информации измерения разделяют на прямые,

косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения ─ это непосредственное сравнение физической ве-

личины с ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой

происходит сравнение искомой величины (количественного выражения зна-

чения длины) с мерой, т. е. линейкой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значе-

ние

величины устанавливают по результатам прямых измерений таких вели-

чин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если из-

мерить силу тока амперметром, а напряжение ─ вольтметром, то по извест-

ной функциональной взаимосвязи всех трех величин можно рассчитать мощ-

ность электрической цепи.

Совокупные измерения сопряжены с решением системы уравнений, со-

ставляемых

по результатам одновременных измерений нескольких однород-

ных величин. Решение системы уравнений дает возможность вычислить ис-

комую величину.

Совместные измерения ─ это измерения двух или более неоднородных

физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях

различных параметров и характеристик в области электротехники.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений

бывают статистические, динамические и статические измерения.

Статистические измерения связаны с определением характеристик

слу-

чайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д. Статические из-

мерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически посто-

янна.

Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в

процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и

динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По условиям, определяющим

точность результата, измерения делятся

на три класса:

1. Измерения максимально возможной точности, достижимой при су-

ществующем уровне техники.

К ним относят в первую очередь эталонные измерения, связанные с

максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц

физических величин, а также, измерения физических констант, прежде всего

универсальных (абсолютное значение ускорения свободного падения, гиро-

магнитное

отношение протона и др.). К этому же классу относят и некоторые

специальные измерения, требующие высокой точности.

2. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с опреде-

ленной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения.

Это измерения, выполняемые территориальными органами Госстан-

дарта РФ и заводскими измерительными лабораториями, которые гаранти-

руют погрешность результата с определенной

вероятностью, не превышаю-

щей некоторого, заранее заданного значения.

3. Технические измерения, в которых погрешность результата опреде-

ляется характеристиками средств измерений. Примерами технических изме-

рений являются измерения, выполняемые в процессе производства на маши-

ностроительных предприятиях, на щитах распределительных устройств элек-

трических станций и др.

По способу выражения результатов различают абсолютные и относи-

тельные измерения.

Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых

измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании

значений физических констант. Примером абсолютных измерений может

служить определение длины в метрах, силы электрического

тока в амперах,

ускорения свободного падения в метрах на секунду в квадрате.

Относительными называют измерения отношения величины к одно-

именной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по от-

ношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. В качестве

примера относительных измерений можно привести измерение относитель-

ной влажности воздуха, определяемой как

отношение количества водяных

паров в 1 м3 воздуха к количеству водяных паров, которое насыщает 1 м3

воздуха при данной температуре.

Основными характеристиками измерений являются: принцип измере-

ний, метод измерений, точность, правильность, достоверность и погреш-

ность.

Принцип измерений ─ физическое явление или совокупность физиче-

ских явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы

тела

при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорцио-

нальной массе, измерение температуры с использованием термоэлектриче-

ского эффекта.

Метод измерений ─ совокупность приемов использования принципов и

средств измерений. Средствами измерений являются используемые техниче-

ские средства, имеющие нормированные метрологические свойства.

Точность измерений ─ это характеристика измерений, отражающая

близость их результатов к истинному

значению измеряемой величины. Коли-

чественно точность можно выразить величиной, обратной модулю относи-

тельной погрешности: