Основы метрологии



Скачать 235.23 Kb.
страница1/2
Дата07.08.2018
Размер235.23 Kb.
  1   2

  1. Основы метрологии

Познание человеком окружающего мира неразрывно связано с наблюдениями и экспериментами. Получение информации в процессе наблюдения и экспериментов базируется на измерениях. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникало и возникает множество вопросов и проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, веществе, изделии, теле и др.). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания.

Измерения играют важнейшую роль в жизни человека и являются начальной ступенью познания, которое часто не превышает эмпирического уровня. Поскольку критерием истины всегда служит практика (т.е., эксперимент), результаты измерений очень часто выступают в качестве критерия истины. Измерения делают представления о свойствах окружающего нас мира более полными и понятными. Можно сказать, что прогресс науки и техники определяется степенью совершенства измерений и измерительных приборов. Таким образом, измерения служат источником нашего научного и практического познания. Как сказал Макс Планк, в физике существует только то, что можно измерить.

Предметом рассмотрения в настоящем курсе лекций является метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. К основным проблемам метрологии относятся: а) общая теория измерений; б) образование единиц физических величин и их систем; в) методы и средства измерений; г) методы определения точности измерений (теория погрешностей измерений); д) основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (законодательная метрология): е) создание эталонов и образцовых средств измерений, ж) методы передачи размеров единиц от эталонов образцовым и далее - рабочим средствам измерений.

Зарождение на территории СНГ метрологической службы относится к 1842 году, когда был издан закон о мерах и весах, предусматривавший создание первого в России метрологического учреждения – Депо образцовых мер. Основы отечественной метрологии заложил Д.И. Менделеев, основав в 1893 году Главную палату мер и весов, в задачи которой входило не только хранение эталонов и обеспечение поверки по ним средств измерений, но и проведение научных исследований в области метрологии. Затем в России начали создаваться местные поверочные палаты.

История развития техники электрических измерений связана с именами М.В. Ломоносова и Георга Вильгельма Рихмана, которые в 40-х годах 18 века сконструировали первый в мире электроизмерительный прибор, названный ими указатель электрической силы. Во второй половине 18 – первой половине 19 веков выдающиеся ученые Вольт, Кулон, Ом, Фарадей и другие продолжили создание других видов приборов. В частности, закон Ома был открыт при наблюдении взаимодействия провода с током, расположенного рядом с магнитной стрелкой, - прообраза современных приборов магнитоэлектрической системы. С помощью такого же устройства Фарадей установил закон электромагнитной индукции. Во второй половине 19 века существенный вклад в развитие электроизмерительных приборов внесли Александр Григорьевич Столетов, Борис Семенович (Мориц Герман) Якоби и особенно Михаил Осипович Доливо-Добровольский, предложивший электромагнитные и ряд других приборов, создатель техники трехфазного тока.

Первые измерительные приборы использовались лишь для относительной оценки физической величины. Такое положение сохранялось до тех пор, пока не были определены электрические меры. Вначале эти меры, созданные отдельными учеными в разных странах, не были одинаковыми. Однако это позволяло все же производить измерения, хотя еще и не в общепринятых единицах, и делало возможным взаимное сличение этих мер и сравнение результатов опытов.

Первоначально метрология занималась описанием различного рода мер (линейных, вместимости массы, времени), а также монет, применявшихся в разных странах, и соотношений между ними. Поворотным моментом в развитии метрологии стало заключение в 1875 Метрической конвенции и учреждение Международного бюро мер и весов как центра, обеспечивающего единство измерений в международном масштабе. При этом в широком смысле под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Согласно закону Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений», единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражаются в единицах величин, установленных законодательством, и погрешности измерений, известных с заданной вероятностью.

На международных конгрессах по электричеству (1881, 1893 г.г.) была принята применяющаяся и до нашего времени практическая система электрических и магнитных единиц, базирующаяся на международных единицах ампера и ома.

Внедрение техники измерений совпало с началом развития систем радиосвязи и радиотехники. Основоположником отечественной радиоизмерительной техники считается академик Михаил Васильевич Шулейкин, организовавший в 1913 г. первую заводскую лабораторию по производству измерительных приборов. Большой вклад в развитие техники измерений внес академик Леонид Исаакович Мандельштам, создавший в начале 20 века прототип современного электронного осциллографа.

Измерения пронизывают все сферы инженерной деятельности. Инженер должен иметь ясное представление о возможностях измерительной техники, чтобы обеспечить взаимозаменяемость изделий, устройств и узлов радиоэлектронной техники. Знание современных стандартов, правил, норм и требований в области измерений также обязательны для специалистов, занимающихся управлением и организацией производства.

Чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами радиоизмерений, необходимо освоить ряд общих принципов их решения, определить единую научную и законодательную базу, обеспечивающую на практике высокое качество измерений, независимо от того, где и с какой целью они выполняются. Такой базой является метрология.



Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Измерения проводятся не только в технике. Измерениями занимаются и психологи, и социологи, и представители многих других направлений, не относящихся к «точным» наукам. Например, широко известную в психологии оценку умственного развития человека называют измерением интеллекта.

Метрология включает общую теорию измерений физических величин, устанавливает и регламентирует единицы физических величин и их системы, порядок передачи размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие методы обработки результатов измерений и оценки их точности.

Проблемами создания и применения средств измерений для получения измерительной информации и возникающими при этом научными и техническими вопросами занимается измерительная техника. Фундаментальной основой измерительной техники является метрологическое обеспечение. Метрологическое обеспечение любых измерений лежит на четырех основах: научной, нормативно-технической, организационной и правовой (законодательной).

Для руководства всей деятельностью и поддержания единства измерений в Беларуси создана метрологическая служба, состоящая из Государственной службы, возглавляемой Государственным комитетом по стандартизации (Госстандартом Республики Беларусь), и территориальных центров стандартизации, метрологии и сертификации.

Метрология делится на три самостоятельных, но взаимосвязанных раздела: научную, законодательную и прикладную.

Научная (теоретическая) метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерения в целом и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и пр.

Нормативно-технической основой метрологического обеспечения является комплекс государственных стандартов, среди которых:



  • Система государственных эталонов единиц физических величин;

  • Система передачи размеров единиц физических величин от эталонов или исходных образцовых средств измерений нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений;

  • Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, при научных исследованиях и других видах деятельности;

  • Система обязательных государственных испытаний средств измерений;

  • Система обязательной государственной и ведомственной поверки или метрологической аттестации средств измерений;

  • Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающая воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов;

  • Система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

  • Общие методы нормирования оценки и контроля метрологических характеристик средств измерений.

Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба РБ, состоящая из государственной и территориальных метрологических служб, возглавляемых Госстандартом РБ. В своей работе она базируется на основных положениях законодательной метрологии.



Законодательной метрологией называется раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а также вопросы регламентации и государственного контроля, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

Важной частью метрологического обеспечения является его правовая основа. В каждой стране действуют комплексы государственных стандартов, в РБ они объединены в Систему Обеспечения Единства Измерений (СОЕИ или ГСИ). Благодаря этому установлена единая номенклатура стандартных взаимоувязанных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации и методике оценивания и обеспечения точности измерений.

Органы метрологической службы осуществляют надзор за средствами измерений, что обеспечивает их единообразие. В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов, поэтому один из основных метрологических документов СТБ П8021-2003 (РМГ 29-99) «СОЕИ РБ. Метрология. Основные термины и определения» (Предварительный государственный стандарт Республики Беларусь) специально регламентирует терминологию в области метрологии.

Практическая (прикладная) метрология посвящена вопросам практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологии.

В настоящее время широкое применений в метрологии получила квалиметрия – учение о методах и приемах измерения (точнее, оценивания) качества. В последние годы сформировалось и успешно развивается новое направление в метрологии и радиоизмерительной технике – компьютерно-измерительные системы (КИС) и их разновидность – виртуальные приборы. Виртуальный прибор – это специальная плата, устанавливаемая в персональный компьютер или внешнее устройство, подключаемое через LTP-порт в комплексе с соответствующим программным обеспечением. В зависимости от используемой платы и программного обеспечения пользователь получает измерительный прибор под ту или иную метрологическую задачу. Очевидно, что многие метрологические и исследовательские задачи будут в недалеком будущем решаться с помощью КИС и виртуальных приборов.




    1. Основные понятия и определения (физическая величина, измерение, классификация измерений, методы измерений, средства измерений, эталоны единиц электрических измерений, государственная система обеспечения единства измерений)

Качественно новое развитие различных направлений техники вообще и радиотехники в частности предъявляет высокие требования к метрологическому обеспечению и уровню радиоизмерений. В этой связи для метрологии характерны:

  • Повышение точности измерений и расширение пределов измеряемых величин;

  • Разработка современных методов измерений и приборов с использованием новейших физических принципов и технологий, необходимых для перспективных направлений науки и техники;

  • Создание автоматизированных измерительных систем, обладающих высокой точностью, быстродействием и надежностью.

В частности для техники радиоизмерений характерно следующее:

  • Чрезвычайно широких диапазон измеряемых величин (например, по мощности – от долей микроватт до сотен киловатт, по напряжению – от микро вольт и менее до сотен киловольт, по частоте – от 10-2 до 1012 Герц и выше, и т.д.) Поэтому методы измерения одного и того же параметра могут отличаться в зависимости от диапазона частот. От диапазона частот зависит не только метод измерения, но и сам перечень параметров физических величин, подлежащих измерению. Например, в диапазоне радиочастот измеряется обычно напряжение сигнала, а в диапазоне СВЧ – как правило, его мощность. Геометрические размеры объектов измерения отличаются при этом многократно – изделия микроэлектроники и изделия антенной техники.

  • Из-за сложности структуры современных электронных систем и устройств и большого количества всевозможных параметров, описывающих их работу, при проведении экспериментов характерно большое разнообразие измерений, необходимость их комплексного проведения, высокое быстродействие и точность, а, следовательно, и автоматизация при статистическом характере проводимых измерений. Совершенно очевидно, что автоматизация значительно повышает точность проводимых измерений.

Любой объект окружающего мира характеризуется своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (процесса, явления), которая обусловливает его общность или различие с другими объектами и обнаруживается в его отношении к ним. Таким образом, свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины.



Величина – свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со своими свойствами, выраженными данной величиной. Анализ разных величин позволяет разделить их на два вида: идеальные и реальные.

Идеальные величины главным образом относятся к области математики и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Они вычисляются тем или иным способом.

Реальные величины делятся на физические и нефизические. Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная некоторым материальным объектам (процессам, явлениям, материалам), изучаемым в естественных (физика, химия) и различных технических науках. К нефизическим относятся величины, присущие общественным (нефизическим наукам) – философии, социологии, экономике и т.д.


Каталог: bitstream -> 123456789
123456789 -> Методы научного познания
123456789 -> Ввввввввввввввввввввввввввввввввввввввввввв
123456789 -> Учебная программа по дисциплине «Основы психологии и педагогики»
123456789 -> Национальная идентичность в социально-конструктивистской перспективе а. Л. Ластовский
123456789 -> Методические рекомендации для студентов факультета «Социальный менеджмент»
123456789 -> Средств массовой информации
123456789 -> Конфликт разума и чувств в комедии а. С. Грибоедова «горе от ума»


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница