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

Измерение- нахожд.знач. ФВ опытным пустеем с помощью спец.тех.средств.

Измерение имеет ряд хар-к: Принцип изм., Метод изм., Качество изм.(Точность, Сходимость, Правильность, Погрешность, достоверность, воспроизведение)

Прямые методы измерений:

1) метод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора;

2) метод сравнения с мерой – метод, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой;

3) метод дополнения – метод, при котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;

4) дифференциальный метод – характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод позволяет получить результат высокой точности при использовании относительно грубых средств измерения;

5) нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше измеряемой величины;

6) метод замещения – метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Нестандартизованные методы:

1) метод противопоставления – метод, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;

2) метод совпадений – метод, при котором разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

Принцип измерений - это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерение расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве.

Существенные достоинства, которыми обладают электроизмерительные приборы, обусловили то, что прямые преобразования измеряемых величин (в частности неэлектрических) в перемещения указателей приборов стали заменять преобразованием их в электрические величины, измеряемые с помощью электроизмерительных приборов. Такой путь открыл возможность повышения точности измерений и измерения величин, ранее не поддававшихся измерениям.

Классификация измерений:

1.по хар-ке точности – равноточные, неравноточные;

2.по числу изм. –однократные, многократные;

3.по отношению к изменению изм.В- статические, динамические;

4.по метрологическому назначению – технические(не связанные с передачей ФВ), метрологические(связанные с передачей размера ФВ)

5.по выражению результата измерений- абсолютные, относительные;

6.по приемам получения результата - Прямые, косвенные, совместные, совокупные.

ПРЯМОЕ ИЗМЕРЕНИЕ

Измерение проводимое прямым методом, при котором искомое значение ФВ получают непосредственно из опытных данных.

КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ

Измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение ФВ определяют на основании результатов прямых измерений других ФВ (аргументы), функционально связанных с искомой величиной (известная функциональная зависимость).

Во многих случаях вместо термина "косвенное измерение " применяют термин "косвенный метод измерения".

СОВОКУПНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

СОВМЕСТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.

По характеру изменения измеряемой величины:

• Статические – связаны с такими величинами, которые не изменяются на протяжении времени измерения.

• Динамические – связаны с такими величинами, которые в процессе измерений меняются (температура окружающей среды).

По количеству информации:

• Однократные;

• Многократные (> 3);

По отношению к основным единицам измерения:

• Абсолютные (используют прямое измерение одной основной величины и физической константы).

• Относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины, применяемой в качестве единицы. Такая измеряемая величина зависит от используемой единицы измерения

В метрологии рассматривают:

- единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений;

- общую теорию измерений;

- основы обеспечения единства и единообразия средств измерений;

- эталоны и образцовые средства измерений;

- методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов. Один из основных стандартов - ГОСТ 16263-70 регламентирует терминологию в области метрологии.

• Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимым первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

• Физическая величина – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

• Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.

• Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

• Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

• Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и истинным значением измеряемой физической величины.

• Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

7. Erorile, clasificarea lor. Prelucrarea, analiza şi prezentarea rezultatelor măsurărilor efectuate. Unanimitatea măsurărilor. (Погрешности, их классификация. Обработка, анализ и представление результатов измерений. Единство измерений.)

Погрешностью измерения называется разница между результатом измерения х и истинным значением Q измеряемой величины:

Δ= x – Q Но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то для определения погрешности измерения в формулу вместо истинного значения подставляют так называемое действительное значение

Действительные значения – найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной истинной задачи может его заменить.

Классификация:

1)по способу выражения:

а) абсолютная Δ= Хизм- Хист

б) относительная δ= Δ/Хист*100%

в) δпр – приведенная относительная погрешность δпр= Δ/Хнормир.= Δ/Хшк*100%

2)по природе возникновения:

а)методическая, обусловлена упрощениям допущения при выборе модели измерения, несовершенства метода.

б)инструментальная(приборная, аппаратурная)-погрешность установки.

в)внешняя погрешность(за счет влияющих факторов)

г)субъективная или личностная погрешность. Ошибки оператора при отсчете показания. Отсутствие цифровых приборов.

д)погрешность вычисления.

3)В зависимости от поведения изм.В во времени различают погрешности.

4)По условию измерения СИ:

а) основная погрешность СИ, при нормальных условиях эксплуатации, влияющие величины лежат в нормальных границах.

б)дополнительная погрешность, при выходе влияющей величины за пределы нормали.

Погрешность сил в реальных условиях наз.рабочей.

5)По хар-ру зависимости о т изм.В: адьетивную(не зависит от ИВ) и мультипликативную(зависит)

6) По хар-ру проявления:

а)систематические, которые остаются не изменными. Могут быть предсказаны, определенны и устранены. Хар-ет првильность результата.

б)случайные, при повторном измерение одной и той же велечины, изменяется случ. В виде разброса. Хар-ет сходимость результата.

в)грубые погрешности(промахи) погрешность, величина которой существенно превосходит погрешность условленной экспериментом. Промахи выбрасывают из результата. Промахи влияют на годность измерений.

Погрешность измерения может быть представлена в форме абсолютной погрешности, выражаемой в единицах измеряемой величины и определяемой по формуле (4.1), или относительной погрешности, определяемой как отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

δ = Δ/Q. (4.5)

В случае выражения случайной погрешности в процентах, отношение Δ/Q умножается на 100 %. Кроме того, в формуле (4.5) допускается вместо истинного значения Q использовать результат измерения х.

Широко применяется также понятие точность измерений − характеристика, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Другими словами, высокая точность соответствует малым погрешностям измерений. Поэтому количественно точность измерений можно оценить величиной, обратной модулю относительной погрешности

ε = 1/|δ|.

Под единством измерений понимают такое состояние процесса, когда его результаты с заданной вероятностью удовлетворяют установленным требованиям и выражены в принятой системе единиц. При этом единство и достоверность измерений обеспечивается системой мероприятий по метрологическому обеспечению, в содержание которого согласно ГОСТ 1.25 – 766 входят:

-установление и применение правил и норм точности измерений;

-выявление оптимальной номенклатуры параметров средств измерений

-обеспечение технических процессов современными методиками измерений;

-разработка образцовых мер и средств измерений для передачи единиц физических величин от эталонов к рабочим приборам;

-обеспечение готовности средств измерений к выполнению измерений с заданной точностью.

При оценке метрологических качеств средства измерений и возможности его использования проверяют его параметры и метрологические характеристики, к которым, в первую очередь, относят диапазон и погрешность измерений.

8. Parametrii ce caracterizează măsurările. Exactitatea, intervalul de încredere. (Параметры, характеризующие измерения. Точность, доверительный интервал.)

Точность результата измерений — одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

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

Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение любой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. 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. некоторой оговорённой вероятностью .

Смысл оценки параметров с помощью интервалов заключается в нахождении интервалов, называемых доверительными, между границами которых с определенными вероятностями (доверительными) находятся истинные значения оцениваемых параметров.

Вначале остановимся на определении доверительного интервала для среднего арифметического значения измеряемой величины.Тогда, полагая в уравнении (5.31) t₁=-t₂=t_p, найдем вероятность попадания результата наблюдений в интервал ( ). Согласно формулам (5.35), (5.36) (5.35)

Ф(z)≡1 – Ф(-z) (5.36)

Получаем

.

Но

и, если систематические погрешности исключены (М[х] = Q),

(5.46)

Это означает, что истинное значение Q измеряемой величины с доверительной вероятностью P=2-Ф(t_p)-1 находится между границами доверительного интервала [ ].

Половина длины доверительного интервала называется доверительной границей случайного отклонения результатов наблюдений, соответствующей доверительной вероятности Р. Для определения доверительной границы задаются доверительной вероятностью, например Р=0,95 или Р = 0,99, и по формуле

(5.47)

определяют соответствующее значение Ф(t_p) интегральной функции нормированного нормального распределения. Затем по данным зависимости Ф(t_p) от t_p находят значения коэффициента t_p и вычисляют доверительное отклонение, равное

(5.48)

9. Unităţile de măsură şi clasificarea acestora. (Единицы измерений и их классификация.)

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное 1, и применяемое для количественного выражения однородных физических величин. Например: 1 м – единица длины, 1 с – времени, 1А – силы электрического тока.

Основная единица физической величины – единица основной физической величины в данной системе единиц.

􀂾 Основные единицы Международной системы единиц (СИ): метр (м),

килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд).

Дополнительная единица системы физических величин

􀂾 Термин «дополнительная единица» был введен в 1960 г.

Дополнительными единицами являлись «радиан» и «стерадиан». В 1995 г. XIX Генеральной конвенцией по мерам и весам (ГКМВ) класс дополнительных единиц исключен.

Производная единица системы единиц физических величин –единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.

􀂾 1 м/с – единица скорости, образованная из основных единиц СИ – метра

и секунды. 1 Н – единица силы, образованная из основных единиц СИ –

килограмма, метра и секунды.

Системная единица физической величины – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц.

􀂾 Основные, производные, кратные и дольные единицы СИ являются

системными. Например: 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм.

Внесистемная единица физической величины – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц.

􀂾 Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяются на

четыре группы:

1 – допускаемые наравне с единицами СИ;

2 – допускаемые к применению в специальных областях;

3 – временно допускаемые;

4 – устаревшие (недопускаемые).

Когерентная производная единица физической величины –производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1.

Когерентная система единиц физических величин – система единиц физических величин, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц.

􀂾 Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в

когерентную систему.

Кратная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

􀂾 Единица длины 1 км = 103 м, то есть кратная метру; единица частоты 1 МГц (мегагерц) = 106 Гц, кратная герцу; единица активности радионуклидов

1 МБк (мегабеккерель) = 106 Бк, кратная беккерелю.

Дольная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. = 10-6 с являются дольными соответственно от метра и секунды.

10. Etaloanele unităţilor de măsură. Structura organelor de coordonare a măsurărilor la nivel internaţional şi naţional. (Единицы измерения стандартов.Структура координационных органов на национальном и международном измерениях.)

Различают базовые единицы измерения, которые определяются с помощью эталонов, и производные единицы, определяемые с помощью базовых. Выбор величины и количества базовых единиц измерения может быть произвольным и определяется только традициями или соглашениями. Существует большое количество различных систем единиц измерения, которые различаются выбором базовых единиц измерения.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела (сила света). В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Международная научная и практическая деятельность по обеспечению единства измерений координируется несколькими международными организациями, разграничивающими области своей компетенции по научно - техническому и территориальному признакам.

BIPM - Bureau International des Poids et Mesures (МБМВ - Международное бюро мер и весов, Севр, Франция) - первая международная организация. Основной вид деятельности - координация работ по международным сличениям государственных эталонов.

OIML - Organisation International de Metrologie Legale (МОЗМ - Международная организация законодательной метрологии, Париж, Франция) - кординирует разработку международных нормативных документов, регламентирующих основные метрологические нормы и правила в области испытаний и применения средств измерений, нормирования и контроля метрологических характеристик средств измерений, разработки и экспертизы методик выполнения измерений и оценки характеристик погрешности измерений.

Деятельность этих двух организаций поддержана нормативными документами, которые разрабатываются с их участием Международной организацией по стандартизации - ИСО (International Organisation for Standartization - ISO, Geneve, Switzerland). С другой стороны, в документах ИСО применяются метрологические рекомендации, разработанные МБМВ И МОЗМ.

Международная электротехническая комиссиея - МЭК (International Electrotech­nical Comission - IEC, Geneve, Switzerland), применяет в метрологических разделах своих документов правила и методы, установленные МБМВ, МОЗМ, ИСО.

Научная деятельность, посвященная развитию науки об измерениях, теории и практики измерений, проблемам обучения метрологии и измерениям, координируется Международной Измерительной Конфедерацией - ИМЕКО (International Measurement Confederation - IMEKO, Budapest, Hungary) посредством организации и проведения международных конгрессов, симпозиумов, научных школ по широкому кругу проблем теории измерений, теоретической, прикладной и законодательной метрологии.

С целью объединения усилий и средств для выполнения дорогостоящих метрологических работ, таких, как создание эталонов, использование эталонов, выполнение поверочных и калибровочных работ, унификации законодательных документов метрологические институты и метрологические лаборатории стран Северной Америки и стран - членов ЕЭС в конце 80 -х годов начали создавать союзы.

В объединенной Европе созданы следующие союзы сотрудничающих институтов и лабораторий.

EUROMET (ЕВРОМЕТ - сотрудничество европейских институтов по метрологии) - координирует совместную в рамках стран - членов ЕЭС разработку эталонов и сложных измерительных систем во избежание дублирования, а также совместное использование этих эталонов и установок.

WELMEC - Западно - Европейское сотрудничество в области законодательной метрологии.

WECC - Западноевропейский калибровочный союз.

WELAC - Западноевропейское сотрудничество по аккредитации испытательных лабораторий.

В 1991 году между калибровочными службами стран, входящих в ЕЭС и ЕАСТ ( Европейская ассоциация свободной торговли) были заключены первые двусторонние соглашения по взаимному признанию сертификатов о калибровке средств измерений. Эти соглашения были утверждены Европейской организацией по испытаниям и сертификации.

По примеру Европы в 1993 году США, Канада и Мексика организовали союз метрологических институтов NORAMET. Цели этого союза и формы сотрудничества аналогичны тем, которыми руководствуется ЕВРОМЕТ.

Перечисленные европейские объединения и союзы действуют при административной поддержке правительства и парламента объединенной Европы.

КООМЕТ - Восточно-Европейская организация по метрологии, в которую входят следующие государства: Беларусь, Болгария, Германия, Казахстан, Куба, Литва, Молдова, Польша, Россия, Румыния, Словакия, Украина.

11. Metrologia legală. Standardele Naţionale şi Internaţionale. (Национальные и международные стандарты.)

Рассмотрим главнейшие системы единиц физических величин.

Система СГС. Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в 1881 г.

Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX века к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр - единица длины, килограмм-сила - единица силы и секунда - единица времени.

Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Джорджи. Основными единицами системы МКСА являются метр, килограмм, секунда и ампер.

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В 1954 г. Х Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела + моль). Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести основных единицах, была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ (SI - начальные буквы французского наименования Systeme International). Был утвержден перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц.

12. Metode şi aparate de măsurat la încercări statice a construcţiilor. Măsurarea deplasărilor şi deformaţiilor. (Методы и аппаратура для измерения статических испытаний конструкции. Измерение смещений и деформаций.)

Для измерения деформации используются тензорезисторы, то есть такие резисторы, сопротивление которых изменяется при их линейной деформации. Существует три вида тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые.

13. Aparatele utilizate la măsurările deplasărilor (comparatoare, indicatoare, flexometre, clinometre, etc.). (Устройства, используемые для измерения перемещений (компараторы, знаки, flexometre, clinometre и т.д)

14. Aparate de măsură a deformaţiilor: liniare şi unghiulare (tensometrii mecanici, electromecanici, traductor electrici de rezistenţă, inductanţă, etc.). (Измерение деформации: линейные и угловые (tensometrii механических, электромеханических, электрическое сопротивление преобразователя, индуктивности и т.д.)

Для измерения деформации используются тензорезисторы, то есть такие резисторы, сопротивление которых изменяется при их линейной деформации. Существует три вида тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые.