1. Основные теоретические вопросы по изучаемой теме:

1. Сущность и задачи метрологии. Нормативная правовая база РБ в области метрологии.

2. Органы, осуществляющие государственное регулирование и управление в области обеспечения единства измерений, их компетенция. Метрологическое обеспечение текстильного производства.

3. Международная система единиц и внесистемные единицы. Эталоны единиц величин.

4. Классификация измерений, требования к ним. Результаты и точность измерений.

5. Методы измерений.

6. Средства измерений, их основные метрологические характеристики. Средства измерений на прядильном, ткацком и трикотажном производствах.

7. Объекты и порядок осуществления государственного метрологического надзора. Органы, которые осуществляют государственный метрологический надзор.

8. Метрологический контроль: утверждение типа средств измерений, метрологическая аттестация средств измерений, поверка, калибровка и метрологическое подтверждение пригодности методик выполнения измерений.

9. Государственная метрологическая служба. Основные задачи и обязанности метрологической службы на текстильном предприятии.

2. Краткие сведения для выполнения практического задания.

Измерение какой-либо величины заключается в сравнении ее с единицей измерения (с помощью меры или измерительного прибора) для определения, во сколько раз измеряемая величина больше единицы измерения или какую часть единицы она составляет.

Мерой называется предмет или приспособление, предназначенные для конкретного воспроизведения единицы измерения или определенного, наперед установленного размера.

Однозначные меры воспроизводят либо единицу измерения, либо одно ее кратное или дробное значение, например, отдельные гири весом в 1, 100 и 0,1 г (100 мг). Многозначные меры воспроизводят несколько единиц измерения, например, измерительная линейка с миллиметровыми и сантиметровыми делениями. Существуют также наборы мер, например, разновес.

Имеются также измерительные приборы, используемые без применения мер.

Измерительным прибором называют специальное устройство, в состав которого входят узлы и детали для восприятия измеряемой величины или функционально связанного с ней физического явления, а также для преобразования воспринятого сигнала в показания, которые могут быть отсчитаны наблюдателем или зафиксированы.

Измерительные приборы могут иметь приспособления для выполнения дополнительных действий, например, регулирования, сигнализации, дозирования и др. Таким приборам дают наименования в соответствии с выполняемыми ими действиями, например регулирующий прибор, сигнализирующий прибор и т. д.

Различают следующие виды измерительных приборов.

Показывающие приборы указывают значение измеряемой величины в момент измерения, определяемое визуально по отсчетным приспособлениям. Эти приборы имеют шкалы, предварительно разградуированные в единицах измерения определенных величин, вследствие чего для них не требуются меры. К показывающим приборам относятся разрывные машины, термометры, торсионные весы, номерные, весовые квадранты и др.

Компарирующие приборы служат для сравнения измеряемой величины с мерами или для сравнения мер с образцовыми мерами. Для работы на компарирующих приборах необходимы меры или набор мер. Например, при взвешивании на равноплечих весах пользуются разновесом.

Самопишущие приборы снабжены приспособлением, автоматически записывающим последовательные значения измеряемой величины на движущейся ленте, диске или цилиндре. Эти приборы широко применяют для контроля технологических процессов. К ним относятся самопишущие приборы для измерения температуры, давления и влажности воздуха (термограф, барограф и психрограф), приборы для измерения неравномерности по толщине продуктов прядильного производства и др.

Интегрирующие приборы показывают с помощью счетного механизма суммарное значение измеряемой величины, изменяющейся во времени. К этому типу приборов относится, например, газовый счетчик в приборе для определения воздухопроницаемости текстильных изделий и др.

Регулирующие приборы посредством специального приспособления автоматически регулируют какой-либо процесс по определенным значениям измеряемой величины, например, автоматический регулятор относительной влажности воздуха. Регулирующие приборы, применяемые для автоматизации технологических процессов, обычно бывают самопишущими и иногда показывающими.

Измерительная установка представляет собой совокупность мер, измерительных приборов и приспособлений, необходимых для выполнения метода измерения.

Все меры и измерительные приборы подразделяются также на образцовые и рабочие. Образцовые меры и измерительные приборы предназначаются для воспроизведения и хранения единиц измерения, а также для поверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов, которые используются для практических измерений свойств материалов.

В свою очередь, рабочие меры и измерительные приборы делятся на лабораторные и технические. Первые, как правило, являются более точными, и при их использовании учитывают погрешности измерений.

Основными метрологическими характеристиками приборов являются: погрешность, точность, чувствительность и постоянство.

Погрешность характеризует разницу между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины.

Точность приборов характеризует степень приближения их показаний к действительным значениям измеряемых величин и определяется величиной, обратной погрешности.

Чувствительность (S) прибора определяется отношением линейного или углового перемещения (n) указателя прибора к изменению (А) измеряемой величины, вызвавшему это перемещение

(6.1)

Если n выражено числом делений шкалы, а А - в единицах измерения шкалы прибора, то величина с, обратная чувствительности, равняется цене одного деления шкалы:

(6.2)

При уменьшении величины А наступает такой момент, когда очень малая величина А не вызывает никакого перемещения указателя, то есть n = 0.

Это обычно является результатом трения и наличия зазоров в деталях прибора. Наибольшая величина р изменения измеряемой величины, при которой n = 0, называется порогом чувствительности. При

А  р n = 0,

а при

А > р n > 0.

Постоянство прибора характеризует устойчивость показаний прибора при одних и тех же условиях работы. Количественной оценкой постоянства прибора служит вариация, то есть наибольшая разность между повторными показаниями прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины.

В лабораторных приборах вариация не должна превышать 0,2 деления шкалы, а в технических приборах допускается вариация до 0,5 деления.

Результат каждого измерения, как бы тщательно оно ни было проведено, всегда отличается от истинного значения измеряемой величины, то есть он всегда имеет некоторую погрешность и является приближенным значением истинной величины. Объясняется это как погрешностью мер и измерительных приборов, так и рядом других погрешностей, возникающих в процессе самого измерения.

При использовании приближенных значений величин необходимо оценивать и учитывать их погрешности.

Абсолютная погрешность приближенного значения некоторой величины определяется разностью между точным и приближенным значением этой величины:

а = А - Х, (6.3)

а' = Х - А, (6.4)

где а – абсолютная погрешность в метрологии; а' – абсолютная погрешность в приближенных вычислениях или поправка в метрологии; X – точное (постоянное) значение измеряемой величины; А – приближенное значение измеряемой величины.

Однако, поскольку величина Х нам неизвестна, значение абсолютной погрешности а остается также неопределенным. Кроме того, необходимо обратить внимание на те осложнения, которые возникают при определении знака ошибок приближенных значений. При измерениях никогда нельзя определить, допускаем ли мы ошибку в сторону некоторого преуменьшения измеряемой величины или ее преувеличения. Следовательно, при решении формул (6.3) и (6.4) относительно точного значения величины необходимо иметь в виду, что ошибка может быть положительной и отрицательной и знак ее остается неизвестным:

Х = А ± а. (6.5)

Поэтому при расчетах обычно учитывают только абсолютное значение погрешностей а и а'.

Так как в результате измерений получаются значения различных физических величин, которые в большинстве случаев имеют определенную размерность, то и абсолютные ошибки, как видно из формул (6.3) и (6.4), имеют размерность измеряемой величины.

На практике при определении абсолютной погрешности по формуле (6.З) за величину X иногда принимают значение Х_о, найденное с помощью более точных мер или измерительных приборов и содержащее столь малую погрешность, что оно для данного измерения может быть принято за точное значение X.

Допустимая предельная абсолютная погрешность является наибольшей погрешностью прибора или измерения, допускаемой нормами. Ее величина для большинства приборов со шкалами равна цене одного деления шкалы и редко – половине деления.

Делением шкалы называется расстояние между смежными штрихами шкалы, а ценой деления – его величина, выраженная в единицах измерения. Таким образом, хотя в результате измерения абсолютная ошибка остается неизвестной, мы можем утверждать, что при правильных и тщательно выполненных измерениях абсолютная ошибка а не должна выходить за пределы допустимой абсолютной погрешности а_m, то есть

а < а_m.

При оценке результатов испытаний используют наименее благоприятный случай, полагая

а = ± а_m.

В дальнейшем при оценке предельных абсолютных погрешностей будем принимать их равными цене деления шкалы прибора

а_m = с, (6.6)

где с – цена деления шкалы прибора в единицах измерения.

Величину а_m используют при сравнении точности однотипных приборов. Но на практике встречается необходимость в сравнении точности разнородных приборов и измерений, что возможно осуществлять при использовании относительных ошибок.

Относительная погрешность δ приближенного значения А определяется отношением его абсолютной погрешности а к точному значению X измеряемой величины:

(6.7)

Поскольку величина X нам неизвестна, значение δ также является неопределенным. Поэтому прибегают к вычислению допустимой предельной относительной погрешности по формулам (6.8) или (6.9):

(6.8)

(6.9)

Для приборов со шкалой формулу (6.9) с учетом равенства (6.6) можно привести к следующему виду:

(6.10)

где Х – точное значение измеряемой величины.

Эта формула может быть использована для сравнения и оценки качества различных измерений.

Точность любого прибора или измерения можно оценивать не только по относительной погрешности, ее можно характеризовать показателем точности.

Показатель точности Т определяется как величина, обратная предельной относительной погрешности δ_m, выраженной в процентах:

(6.11)

где А – приближенное значение измеряемой величины; а_m – предельная абсолютная погрешность.

При оценке точности приборов В.П. Радовицкий считает возможным пользоваться максимальным показателем точности Т_m, определяемым по формуле (6.12), в которой значение А принимается равным максимальному показанию (предельному значению шкалы) прибора А_mах:

(6.12)

В этом случае прибору дают оценку по наивысшей возможной точности, которая осуществима только при измерении величин, соответствующих верхнему (максимальному) пределу измерений прибора. При обычных измерениях их точность на одном и том же приборе будет тем меньше, чем меньше значение измеряемой величины А.

В.П. Радовицкий предлагает для всех измерительных приборов установить единые классы точности, определяемые в зависимости от величины максимального показателя точности Т_m (табл. 6.1), положив в основу принцип построения и обозначения классов точности весов.

Таблица 6.1 – Показатели точности приборов различных классов

Класс точности	Показатель точности, не менее	Класс точности	Показатель точности, не менее
5а	100000 = 1∙105	2а	100 = 1∙102
5б	50000 = 0,5∙105	2б	50 = 0,5∙102
5в	20000 = 0,2∙105	2в	20 = 0,2∙102
4а	10000 = 1∙104	1а	10 = 1∙101
4б	5000 = 0,5∙104	1б	5 = 0,5∙101
4в	2000 = 0,2∙104	1в	2 = 0,2∙101
3а	1000 = 1∙103	0а	1 = 1∙100
3б	500 = 0,5∙103	0б	0,5 = 0,5∙100
3в	200 = 0,2∙103	0в	0,2 = 0,2∙100

Чем выше числовое обозначение класса точности прибора, тем он точнее. Из таблицы 6.1 видно, что буквенные обозначения а, б, в соответствуют множителям 1,0; 0,5; 0,2, на которые множится для определения показателя точности величина, полученная после возведения десяти в степень, равную числовому обозначению класса прибора.

Средний класс точности определяется по среднему показателю точности Т_с, , который рассчитывается по формуле (6.13)

(6.13)

где A_max – максимальное показание прибора; A_min – минимальное показание прибора.

Для многих приборов со шкалой, имеющей нуль, A_min = 0, и в этом случае

(6.14)

Вычислив по формуле (6.13) или (6.14) величину Т_с, по табл. 6.1 определяют средний класс точности прибора.

Для обозначения классов точности приборов применяют также числовое значение предельной относительной погрешности, выраженной в процентах. Однако такие обозначения правильнее называть классами погрешности приборов.

Учитывая формулу (6.11) и данные табл. 6.1, можно установить следующую зависимость между классами точности и классами погрешности приборов:

класс точности	2б	2в	1а	1б	1в	0а	0в ;
класс погрешности	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	1,0; 1,5	2,5; 4,0.

В промышленности используют обычно приборы следующих классов погрешности: 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0. Приборы классов 0,02; 0,05 и 0,1, как правило, являются лабораторными. Приборы контроля промышленных процессов обычно имеют классы погрешности 0,5; 1,0 и 1,5.

Таблица 6.2 – Расчётная таблица

Наиме-нование прибора	№ шкалы	Макси-мально возможная измеряемая величина Аmax	Цена деле-ния шка-лы с	Максима-льный показатель точности Тm	Средний показатель точности Тс	Класс точ-ности	Минимально возможная измеряемая величина (с∙100)/5
1	2	3	4	5	6	7	8