Разделы метрологии и их основные характеристики
Метрология
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Предмет и задачи метрологии
С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п.
Результаты измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Ведь именно с помощью этих измерений происходит формирование и управление различными технологическими процессами, а также контролирование качества выпускаемой продукции. Подобные измерения нужны для самых различных потребностей в процессе развития научно-технического прогресса: и для учета материальных ресурсов и планирования, и для нужд внутренней и внешней торговли, и для проверки качества выпускаемой продукции, и для повышения уровня защиты труда любого работающего человека.
Многообразие природных явлений и продуктов материального мира требует для измерений такую же многообразную систему измерений, основанную на сравнении полученной величины с другой, ей подобной, которая однажды была принята за единицу.
Существует наука, систематизирующая и изучающая подобные единицы измерения, — метрология (metron. греч., что переводится как «мера», и logos — «учение»). Дословный перевод слова «метрология» - учение о мерах.
Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о средствах и методах измерения, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.
Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении данной величины с известной величиной, принятой за единицу.
Бурное развитие метрологии пришлось на конец ХХ в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом.
Меры на Руси: длина – аршин (длина шага ≈ 0,711м), сажень (3 аршина ≈ 2,1м), верста (500 аршин ≈ 1км); вес – пуд (16,4 кг); жидкие тела – бочки, ведра, кружки, бутылки.
В XV–XVIII вв. в связи с бурным ростом науки появилась необ-ходимость новых измерений. Появились барометры, гидрометры, манометры, паровые машины, где мощность измеряется в лошадиных силах. А в XIX–XX вв. происходят новые физические открытия, появляется необходимость измерения в атомной и молекулярной физике.
В 1827 г. в России образована комиссия образцовых мер и весов. Д.И. Менделеев, возглавляя ее с 1892 по1907 г., сыграл огромную роль в становлении метрологической службы России. На её основе в 1970 г. был организован Госстандарт СССР, который в 1993 г. был преобразован в Госстандарт России.
Важным понятием в науке метрологии является единство измерений, под которым подразумевают такие измерения, при которых итоговые данные получаются в узаконенных единицах, в то время как погрешности данных измерений получены с заданной вероятностью.
Предметом метрологии являются измерения, их единство и точность, а объектами метрологии являются единицы измерения величин, средства измерений и методы, используемые для выполнения измерений.
Необходимость существования единства измерений вызвана возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных районах, в различные временнЫе отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.
В связи с этим задачами современной метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.
Разделы метрологии и их основные характеристики
Метрологиявключает в себя три раздела:
1. Фундаментальная (теоретическая) метрология;
2. Законодательная (правовая) метрология (ЗМ);
3. Практическая метрология.
Фундаментальная метрология – та составная часть науки об измерениях, предметом которой является разработка фундаментальных (общетеоретических) основ этой науки и развитие на ее базе прикладных теорий и научных направлений.
Она состоит из двух частей:
а) Общетеоретическая метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка систем общих и частных законов, аксиом, постулатов, категорий, принципов, методов, математических и структурных моделей и т.д., характеризующих стратегии прямых (т.е. необходимых) и избыточных (необходимых и достаточных) измерений величин разной физической природы, пути и методы достижения качества, метрологической эффективности и надежности измерений.
б) Прикладная метрология – это та часть фундаментальной метрологии, предметом которой является разработка прикладных теорий и дисциплин, описывающих и характеризующих особенности измерений величин той или иной физической природы методами прямых или избыточных измерений, конкретные пути и методы достижения качества измерений, метрологической эффективности и надежности.
Прикладная метрология опирается на фундамент общетеоретической метрологии и развивает научные теории и дисциплины. Она направлена на получение конкретного научного результата, который актуально или потенциально может быть использован для удовлетворения частных или общественных потребностей.
Законодательная метрология – это та составная часть науки об измерениях, предметом которой является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц ФВ, мер, эталонов, стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, методов и средств измерений. направленная на обеспечение единства измерений, необходимого качества и единообразия средств измерений в интересах общества. Ее основная задача – создание и совершенствование системы государственных стандартов, организация и разработка методик проведения работ по обеспечению единства и точности измерений, а также организация и функционирование соответствующей государственной службы. Государственное регулирование выполняется посредством правовых актов через федеральные органы исполнительной власти (министерства и ведомства), Государственную метрологическую службу и метрологические службы предприятии и организаций.
Практическая метрология – это та составная часть науки об измерениях, которая изучает и освещает как вопросы практического применения разработок фундаментальной (преимущественно прикладной) метрологии, так и положений, требований и норм законодательной метрологии. Задачей её является изучение и освещение вопросов практического применения разработок фундаментальной метрологии, результатов ее теоретических исследований, положений, требований и норм законодательной метрологии, вопросов эффективности и метрологического обеспечения производства, ведения метрологической документации, осуществления всех видов поверочных работ, аккредитации метрологических служб, государственного метрологического контроля и надзора в масштабах страны, отрасли, предприятий, организаций и т.д.
Термины и определения
Для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне.
Поскольку Россия на сегодняшний момент воспринимает себя частью мировой экономической системы, постоянно идет работа над унификацией терминов и понятий, создается международный стандарт.
В метрологии используются следующие величины и их определения:
1. Физическая величина (ФВ) - это свойство физического объекта, которое является общим в отношении качества для большого количества физических объектов, но индивидуальным для каждого в смысле количественного выражения;
2. Единица физической величины - физическая величина, которой по условию присвоено числовое значение, равное 1;
3. Измерение физических величин – это процесс сравнения данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу. Т.е. - это количественная и качественная оценка ФВ с помощью средств измерения;
4. Основная единица измерения – это единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден;
5. Производная единица - это единица измерения, связанная с
основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения и не имеющая эталона;
6. Эталон – это высокоточная мера, предназначенная для хранения, воспроизведения единицы ФВ и для передачи ее размера другим средствам измерения;
7. Средство измерения (СИ) - это техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики (НМХ). К ним относятся :
· мера — это СИ для воспроизведения или хранения физической величины заданного размера. Например, если прибор аттестован как СИ, то его шкала с оцифрованными отметками является мерой.
· измерительный прибор - это СИ, вырабатывающее инфор-мационный сигнал в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем;
· измерительный преобразователь — это СИ, которое вырабатывает информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и передачи по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем;
· измерительная установка - это совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов и измерительных преобразователей, которые расположены в одном месте и соединены друг с другом посредством канна-лов передачи информации с целью измерений одной или нескольких ФВ данного объекта;
· измерительная система – это совокупность функционально объединённых мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, которые соединены друг с другом посредством каналов передачи информации с целью измерений нескольких ФВ данного объекта, но территориально разобщены.
8. Образцовое средство измерения (ОСИ) - это СИ, предназначенное только для передачи размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений.
9. Рабочее средство измерения (РСИ) - это техническое СИ для оценки значения ФВ.
10. Принцип измерений – это совокупность физических явлений, на которых базируются измерения.
11. Метод измерений – это совокупность приемов и принципов
использования технических средств измерений.
12. Методика измерений – это совокупность методов и правил,
разработанные метрологическими научно-исследовательскими организациями и утвержденные в законодательном порядке;
13. Погрешность измерений – это разность между показаниями СИ и действительным значением измеряемой величины, то есть – это незначительное различие между истинными значениями ФВ и значениями, полученными в результате измерения;
14. Точность измерений – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения истинному значению измеряемой величины.