Метрология. Понятие ФВ. Определение визическая величина

Метрология – это наука об измерениях и методах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метроло́гия (от греч. μέτρον — мера, измерительный инструмент и от др.-греч. λόγος — мысль, причина) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99). Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

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.

Единство  мер в масштабе всей страны, как необходимое условие для выполнения принципа взаимозаменяемости ( особенно при широком кооперировании предприятий), обеспечивается специальным государственным надзором. Плитки являются основным средством сохранения единства мер в машиностроении и служат для передачи размера от эталона длины ( основной световой волны) до изделий. Они представляют собой стальные бруски прямоугольного сечения с двумя плоскопараллельными измерительными поверхностями ( фиг. 
Примеры применения приспособлений к концевым мерам. Концевые меры являются основным средством сохранения единства мер в машиностроении и служат для передачи размера от длины основной световой волны до изделия. Наряду с этим они непосредственно используются при проверке калибров-скоб, при сборке и наладке станков и приборов. Особое значение приобретают концевые меры при поверке правильности показаний различных измерительных приборов.

Шкала- наименований классификация Шкала- порядка Шкала-разностей интервалов Относительная-шкала Абсолютная-шкала Характеристика в конспекте!!!!

 

 Понятие ФВ. Определение визическая величина 
ФВ – свойство, общее в кач-венном отношении для многих объектов физических систем, их состояний и происходящих в них процессах, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. Кач-венная сторона понятия ФВ определяет ее «род», а количественная – размер. 
Значение ФВ – число, α затем используется для характеристики материала, изделия, конструкции или процесса. 
Истинное значение -  идеальное отображение в кач-венном и количественном отношении измеряемого объекта 
Действительное находят экспериментально, оно достаточно близко к истинному знач. ФВ и может использоваться вместо него.

Совокупность  основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной ФВ является основной единицей данной системы. В Российской Федерации используется система единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417—81. В качестве основных единиц приняты метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла.

Производная единица — это единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. 

СИ Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. 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.В КОНСПЕКТЕ СИ.

Размерность физической величины

Выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин  в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с  физическими величинами, принятыми  в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности равным 1.

Преимущества  системы си

универсальность, т.е. охват  всех областей науки и техники;

• унификация всех областей и видов измерений;

• когерентность величин;

• возможность воспроизведения  единиц с высокой точностью в  соответствии с их определением;

• упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических  науках в связи с отсутствием  переводных коэффициентов;

• уменьшение числа допускаемых  единиц;

• единая система образования  кратных и дольных единиц, имеющих  собственные наименования;

• облегчение педагогического  процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость  в изучении множества систем единиц и внесистемных единиц;

• лучшее взаимопонимание  при развитии научно-технических  и экономических связей между  различными странами.

1. Виды измерений 
 
В зависимости от получения результата - непосредственно в процессе измерения или после измерения путем последующих расчетов - различают прямые, косвенные и совокупные измерения. 
 
Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно из опытных данных. Например, определение значения протекающего тока в цепи при помощи амперметра. 
 
Косвенные измерения - измерения, при которых измеряется не сама физическая величина, а величина, функционально связанная с ней. Измеряемая величина определяется на основе прямых измерений величины, функционально связанной с измеряемой, с последующим 
расчетом на основе известной функциональной зависимости. Например, измерение мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра с последующим расчетом мощности по известной зависимости Р = V*I. 
 
Совокупные измерения - измерения нескольких однородных величин, на основании которых значения искомой величины находят путем решения системы уравнений. 
 
Сущность измерения физических величин измерительными приборами заключается в сравнении (сопоставлении) их с однородной физической величиной, принятой за единицу. И прежде, чем производить измерения, необходимо в зависимости от требуемой точности и от наличия измерительных приборов выбрать соответствующий метод измерения. 
 
2. Методы измерений 
 
Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.  
Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки 
или методом сравнения с мерой. 
 
Метод непосредственной оценки - метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода 
непосредственной оценки - измерение тока амперметром. 
 
Метод сравнения с мерой - метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей:  
- дифференциальный метод, 
- нулевой метод,  
- метод замещения и др.  
 
При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой и образцовой величинами, воспроизводимой мерой. Чем меньше разность, тем точнее результат. 

Q=q[Q]  Уравнение метрологии       ВИДЫ ПОГРЕШНОСТИ

• Инструментальная погрешность - составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средств. Эти погрешности определяются качеством изготовлении самих измерительных приборов.
• Погрешность метода измерения - составляющая погрешности измерения, вызванная несовершенством метода измерений.
• Погрешность настройки - составляющая погрешности измерения, возникающая из-за несовер-шенства осуществления процесса настройки.
• Погрешность отсчёта - составляющая погрешности измерения, вызванная недостаточно точным считыванием показаний средств измерений. Погрешность возникает из-за видимого изменения относительных положений отметок шкалы вследствие перемещения глаза наблюдателя - погрешность параллакса.
• Погрешность поверки - составляющая погрешности измерений, являющаяся следствием несовер-шенства поверки средств измерений. Погрешности от измерительного усилия действуют в случае контактных измерительных приборов. При оценке влияния измерительного усилия на погрешность измерения, необходимо выделить упругие деформации установочного узла и деформации в зоне контакта измерительного наконечника с деталью.
• Влияющая физическая величина - физическая величина, не измеряемая данным средством, но оказывающая влияние на результаты измеряемой величины, например: температура и давление окружающей среды; относительная влажность и др. отличные от нормальных значений.
• Погрешность средства измерения, возникающая при использовании его в нормальных условиях, когда влияющие величины находятся в пределах нормальной области значений, называют основной.
• Если значение влияющей величины выходит за пределы нормальной области значений, появляетсядополнительная погрешность.

Абсолютная погрешность — ΔX является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа её вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины X_meas. При этом неравенство: ΔX > |X_meas − X_true | , где X_true — истинное значение, а X_meas — измеренное значение, должно выполняться с некоторой вероятностью, близкой к 1. Если случайная величина X_meas 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 9,93±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 равно1,380 6488(13)×10⁻²³ Дж/К, что также можно записать значительно длиннее как 1,380 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 X_n — 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 X_n 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.

[править]По причине возникновения

Инструментальные / приборные  погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

В технике применяют приборы  для измерения лишь с определённой заранее заданной точностью — основной погрешностью, допускаемой в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора.

Если прибор работает в условиях, отличных от нормальных, то возникает  дополнительная погрешность, увеличивающая  общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной, установочная, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения, и т. п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20 °C, за нормальное атмосферное давление 101,325 кПа.

Обобщённой характеристикой средств  измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими  параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на отдельные  виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Измерительным приборам, пределы допускаемой основной погрешности которых заданы в виде приведённых основных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда следующих чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)*10ⁿ, где показатель степени n = 1; 0; −1; −2 и т. д.

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.д.

Средство  измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной  в течение известного интервала времени. 
Приведенное определение выражает суть средства измерений, которое, во-первых, хранит или воспроизводит единицу, во-вторых, эта единицанеизменна. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность проведения измерений, т.е. делают техническое средство именно средством измерений. Этим средства измерений  отличаются от других технических устройств. 
К средствам измерений относятся меры, измерительные: преобразователи, приборы, установки и системы.