Основные позиции закона РФ «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102 – ФЗ. 1 страница
Метрология
1.1 Основные понятия метрологии
1.1.1 Задачи метрологии. Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданной точности.
Измерения в современном обществе играют важную роль. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.
Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.
Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.
Основными задачами метрологии в соответствии с рекомендациями по международной стандартизации (РМГ 29-99) являются:
- установление единиц физических величин (ФВ), государственных эталонов и образцовых средств измерений (СИ).
- разработка теории, методов и средств измерений и контроля;
- обеспечение единства измерений;
- разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;
- разработка методов передачи единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
1.1.2 Краткая история развития метрологии. Потребность в измерениях возникла давно, на заре цивилизации примерно 6000 лет до н.э.
В первых документах из Месопотамии и Египта указывается, что система измерения длины базировалась на футе, равном 300 мм (при строительстве пирамид). В Риме фут равнялся 297,1734 мм; в Англии – 304, 799978 мм.
Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего обращения Земли вокруг своей оси (суток) получила название секунда.
В Вавилоне во II веке до н.э. время измерялось в минах. Мина равнялась промежутку времени (примерно равному двум астрономическим часам). Затем мина сократилась и превратилась в привычную для нас минуту.
Многие меры имели антропометрическое происхождение. Так, в Киевской Руси в обиходе применялся вершок, локоть, сажень.
Важнейшим метрологическим документом в России является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины (104,95 л).
Метрологической реформой Петра I в России к обращению были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и кораблестроении: дюймы (2,54 см) и футы (12 дюймов).
В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер.
Идея построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г.Мутону, жившему в 17 веке.
Позже было предложено принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе единственной единицы – метра – строилась вся система, получившая название метрической.
В России в 1835 г. Указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень и платиновый фунт.
В 1875 г. 17 государствами, в число которых входила и Россия, была принята метрологическая конвенция «для обеспечения единства и усовершенствования метрической системы» и было решено учредить Международное бюро мер и весов (МБМВ), которое располагается в городе Севр (Франция).
В этом же году Россия получила платиноиридиевые эталоны массы №12 и №26 и эталоны единицы длины №11 и №28.
В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д.И.Менделеев, которое он в 1893 г. преобразует в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно – исследовательских учреждений метрологического типа.
Величие Менделеева как метролога проявилось в том, что он первым в полной мере осознал прямую зависимость между состоянием метрологии и уровнем развития науки и промышленности. «Наука начинается ... с тех пор, как начинают измерять... Точная наука немыслима без меры», – утверждал знаменитый русский ученый.Метрическая система в России была введена в 1918 г. декретом Совета Народных Комиссаров «О введении Международной метрической системы мер и весов».
В 1956г. была подписана межправительственная конвенцияоб учреждении Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ), которая разрабатывает общие вопросы законодательной метрологии (классы точности, СИ, терминологию по законодательной метрологии, сертификацию СИ).
Созданный в 1954г. Комитет стандартов мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, после преобразований, становится Комитетом РФ по стандартизации - Госстандартом России.
В связи с принятием ФЗ «О техническом регулировании» в 2002г. и реорганизации органов исполнительной власти в 2004г. Госстандарт стал Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии(в настоящее время сокращенно Росстандарт).
Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых средств измерений, а они в свою очередь стимулировали развитие наук, становясь все более мощным средством исследования.
1.1.3 Современная метрология - это не только наука об измерениях, но и соответствующая деятельность, предусматривающая изучение физических величин (ФВ), их воспроизведение и передачу, применение эталонов, основных принципов создания средств и методов измерения, оценку их погрешностей, метрологический контроль и надзор.
Метрологии базируется на двух основных постулатах (а и б):
а) истинное значение определяемой величины существуети оно постоянно;
б) истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.
Отсюда следует, что результат измерения связанс измеряемой величиной математической зависимостью (вероятностной зависимостью).
Истинным значением ФВ называют значение ФВ, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину (ФВ).
Действительное значение ФВ – значение ФВ, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленой измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Для действительного значения величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение ФВ.
1.1.4 Количественные и качественные проявления материального мира
Любой объект окружающего нас мира характеризуется своими специфическими
свойствами.
Свойство –философская категория, выражающая такую сторону объекта (процесса, явления), которая обуславливает его общность или различие с другими объектами (процессами, явлениями) и обнаруживается в его отношении к ним.
По своей сути свойство – категория качественная. Одно и то же свойство может быть обнаружено у многих объектов или быть присущим только некоторым из них. Например, массой, температурой или плотностью обладают все материальные тела, а кристаллической структурой только некоторые из них.
Поэтому каждое из свойств физических объектов, прежде всего, должно быть обнаружено, затем описано и классифицировано, и только после этого можно приступить к его количественному изучению.
Величина –количественная характеристика размеров явлений, признаков, показателей их соотношения, степени изменения, взаимосвязи.
Величина не существует сама по себе, а имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными этой величиной.
Различные величины можно разделить на идеальные и реальные величины.
Идеальная величина – является обобщением (моделью) субъективных конкретных реальных понятий и в основном относятся к области математики. Их вычисляют различными способами.
Реальные величиныотражаютреальные количественные свойства процессов и физических тел. Они в свою очередь делятся на физические и нефизические величины.
Физическая величина (ФВ) может быть определена как величина, свойственная некоторым материальным объектам (процессам, явлениям, материалам), изучаемым в естественных (физика, химия) и различных технических науках.
К нефизическим относят величины, присущие общественным наукам – философия, культура, экономика и др.
Для нефизических величин единица измерения не может быть введена в принципе. Их можно оценить с использованием экспертных оценок, бальной системы, набора тестов и др. Нефизические величины, при оценке которых неизбежно влияние субъективного фактора, так же, как и идеальные величины, не относятся к области метрологии.
1.2 Физические величины
Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы,
явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Энергетические (активные) ФВ – величины, которые не требуют для измерения приложения энергии извне. Например, давление, электрическое напряжение, сила.
Вещественные (пассивные) ФВ - величины, которым необходимо приложение энергии извне. Например, масса, электрическое сопротивление.
Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше, чем для другого.
Качественная сторона понятия «физическая величина» определяет «род» величины, например, масса как общее свойство физических тел.
Количественная сторона – их «размер» (значение массы конкретного физического тела).
Род ФВ– качественнаяопределенность величины. Так, постоянная и переменная скорости – однородные величины, а скорость и длина – неоднородные величины.
Размер ФВ – количественная определенность, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.
Значение ФВ– выражениеразмера ФВ в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.
Влияющая физическая величина – ФВ, оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений.
Размерность ФВ – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных ФВ в различных степенях и отражающая связь данной величины с ФВ, принятые в этой системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.
dim x = Ll Mm Tt .
Постоянная физическая величина – ФВ, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее время измерения.
Размерная ФВ – ФВ, в размерности которой, хотя бы одна из основных ФВ возведена в степень, не равную 0. Например, сила F в системе LMTINJ есть размерная величина: dim F = LMT-2.
При измерении выполняют сравнение неизвестного размера с известным размером, принятым за единицу.
Уравнение связи между величинами –уравнение,отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в которых под буквенными символами понимают ФВ. Например, уравнение v = l / t отражает существующую зависимость постоянной скорости v от длины пути l и времени t.
Уравнение связи между величинами в конкретной измерительной задаче называют уравнением измерений.
Аддитивная ФВ – величина, разные значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент, разделены друг на друга.
Считается, что аддитивная (или экстенсивная) физическая величина измеряются по частям, кроме того, их можно точно воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании размеров отдельных мер. Например, к аддитивным физическим величинам относят длину, время, силу тока и др.
При измерении различных ФВ, характеризующих свойства веществ, объектов, явлений и процессов, некоторые свойства проявляются толькокачественно, другие – количественно.
Размеры ФВ как измеряются, так и оцениваются при помощи шкал, т.е. количественные или качественные проявления любого свойства отражаются множествами, которые образуют шкалы ФВ.
Практическая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации единиц измерений, самих шкал и условий их однозначного применения.
1.3. Единицы физических величин
1.3.1 Единица измерения ФВ – ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.
Числовое значение ФВ q– отвлеченное число, входящее в значение величины или отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к принятой для нее единице данной ФВ. Например, 10 кг – значение массы, причем число 10 – это и есть числовое значение.
Система ФВ – совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.
Система единиц ФВ – совокупность основных и производных ФВ, образованная в соответствии с принципами для заданной системы ФВ.
Основная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.
Производная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.
1.3.2 Международная система единиц (система СИ) в России была введена 1 января 1982г. По ГОСТ8. 417 – 81, в настоящее время действует ГОСТ8. 417 – 2002 (таблицы 1 -4).
Главный принцип создания системы - принцип когерентности, когда производные единицы могут быть получены с помощью определяющих уравнений с численными коэффициентами, равными 1.
Таблица1 - Основные величины и единицы СИ
| Величина | Единица | |||
| Наименование | Размерность | Наименова- ние | Обозначение | |
| международное | русское | |||
| Длина | L | метр | m | м |
| Масса | M | килограмм | kg | кг |
| Время | T | секунда | s | с |
| Сила электри-ческого тока | I | Ампер | A | А |
| Термодинами-ческая темпе-ратура | Кельвин | K | К | |
| Количество вещества | N | моль | mol | моль |
| Сила света | J | кандела | cd | кд |
Основные ФВ системы СИ:
- метр (metre) есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 с;
- килограмм (kilogram) равен массе международного прототипа килограмма (МБМВ, г. Севр, Франция);
- секунда (second) есть время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;
- ампер (ampere) есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную
2·10-7 Н (ньютон);
- кельвин (kelvin) есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
Температура тройной точки воды – это температура точки равновесия воды в твердой (лед), жидкой и газообразной (пар) фазах на 0,01 К или 0,01°С выше точки таяния льда;
- моль (mole)есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12 массой 0,012 кг;
- кандела (candela) есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср – стерадиан).
Радиан – угол между двумя радиусами окружности, длинадуги между которыми равна этому радиусу.
Стерадиан– телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, радиусу сферы.
Системная единица ФВ – единица ФВ, входящая в принятую систему единиц. Основные, производные, кратные и дольные единицы СИявляются системными, например, 1 м; 1 м/с; 1 км.
Внесистемная единица ФВ - единица ФВ, не входящая в принятую систему единиц, например, полный угол (оборот на 360°), час (3600 с), дюйм (25,4 мм) и другие.
1.3.3 Для выражения звукового давления, усиления, ослабления и др. применяют логарифмические ФВ.
Единица логарифмической ФВ – бел (Б):
- энергетические величины 1Б = lg (Р2/Р1) при Р2 = 10Р1;
- силовые величин 1Б = 2 lg(F2/F1) при F2 = 
.
Дольная единица от бела – децибел (дБ): 1дБ = 0,1Б.
Широкое применение получили относительные ФВ – безразмерные отношения
двух одноименных ФВ. Они выражаются в процентах и безразмерных единицах.
1.3.4 Одним из важнейших показателей современной цифровой измерительной техники является количество (объем) информации бит и байт (Б). 1 байт = 23 = 8 бит.
Таблица 2 - Единицы количества информации
| Величина | Единица | ||
| Наименование | Обозначение | ||
| международное | русское | ||
| Количество информации | бит | bit | бит |
| байт | B (byte) | Б (байт) |
Используют приставки СИ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т.д. При этом обозначение Кбайт начинают с прописной (заглавной) буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 103.
Исторически сложилось такая ситуация, что с наименованием «байт» некорректно (вместо 1000 = 103 принято 1024 = 210) используют приставки СИ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т.д. При этом обозначение Кбайт начинают
с прописной (заглавной) буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 103.
Некоторым единицам СИ в честь ученых присвоены специальные наименования, обозначения которых записывают с прописной (заглавной) буквы, например, ампер – А, паскаль - Па, ньютон – Н. Такое написание обозначений этих единиц сохраняют в обозначении других производных единиц СИ.
1.3.5 Кратные и дольные единицы ФВ применяют с множителями и приставками. Кратные и дольные единицы СИ не являются когерентными.
Кратные единица ФВ - единица ФВ, в целое число раз бóльшая системной или внесистемной единицы. Например, единица мощности мегаватт (1 МВт = 106 Вт).
Дольная единица ФВ – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Например, единица времени 1 мкс = 10-6 с является дольной от секунды.
Наименования и обозначения десятичных кратных и дольных единиц системы СИ образуются с помощью определенных множителей и приставок (таблица 4).
Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему единиц ФВ.
Когерентная производная единица ФВ – производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принятровным 1.
Когерентная система единиц ФВ – система единиц ФВ, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц.
Приставки «гекто», «деци», «дека», «санти» должны использоваться, когда применение других приставок неудобно.
Присоединение к наименованию единицы двух и более приставок подряд недопустимо. Например, вместо микромикрофарад следует писать пикофарад.
В связи с тем, что наименование основной единицы «килограмм» содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используется дольная единица «грамм», например, миллиграмм (мг) вместо микрокилограмм (мккг).
Дольную единицу массы «грамм» применяют без присоединения приставки.
Кратные и дольные единицы ФВ пишут слитно с наименованием единицы СИ, например, килоньютон (кН), наносекунда (нс).
Некоторым единицам СИ в честь ученых присвоены специальные наименования, обозначения которых записывают с прописной (заглавной) буквы, например, ампер – А,
ом – Ом, ньютон – Н.
Таблица 3 - Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования и обозначения
| Величина | Единица | |||
| Наименование | Размер-ность | Наимено-вание | Обозначение | |
| международное | русское | |||
| Плоский угол | Радиан | rad | рад | |
| Телесный угол | Стерадиан | sr | ср | |
| Частота | Т-1 | Герц | Hz | Гц |
| Сила | LMT-2 | Ньютон | N | Н |
| Давление | L-1MT-2 | Паскаль | Pa | Па |
| Энергия, работа, количество теплоты | L2MT-2 | Джоуль | J | Дж |
| Мощность | L2MT-3 | Ватт | W | Вт |
| Электрический заряд, количество электричества | TI | Кулон | C | Кл |
| Электрическое напряжение, потенциал, ЭДС | L2 MT-3 I-1 | Вольт | V | В |
| Электрическая емкость | L-2 M-1T4 I2 | Фарад | F | Ф |
| Электрическое сопротивление | L2M1T-3I-2 | Ом | Ом | |
| Электрическая проводимость | L-2M-1T3I2 | Сименс | S | См |
| Поток магнитной индукции, магнитный поток | L2M1T-2I-1 | Вебер | Wb | Вб |
| Плотность магнитного потока, магнитная индукция | MT-2I-1 | Тесла | T | Тл |
| Индуктивность, взаимная индукция | L2M1T-2I-2 | Генри | H | Гн |
| Температура Цельсия | t | Градус Цельсия | °C | °C |
| Световой поток | J | Люмен | lm | лм |
| Освещенность | L-2J | Люкс | lx | лк |
| Активность радионуклида | T-1 | Беккерель | Bq | Бк |
| Поглощенная доза ионизирующего излучения, керма | L2T-2 | Грей | Gy | Гр |
| Эквивалентная доза ионизирующего излучения | L2T-2 | Зиверт | Sv | Зв |
| Активность катализатора | NT-1 | Катал | kat | кат |
Такое написание обозначений этих единиц сохраняют в обозначении других производных единиц СИ и в других случаях.
1.3.6 Правила написания значений величин в единицах СИ. Значение величины записывают как произведение числа и единицы измерения, в которой число, умноженное на единицу измерения, есть численное значение величины этой единицы.
Таблица 4 - Множители и приставки десятичных кратных и дольных единиц СИ
| Десятичный множитель | Наименование приставки | Обозначение приставки | |
| международное | русское | ||
| 1018 | экса | Е | Э |
| 1015 | пета | Р | П |
| 1012 | тера | Т | Т |
| 109 | гига | G | Г |
| 106 | мега | M | М |
| 103 | кило | k | к |
| 102 | гекто | h | г |
| 101 | дека | da | да |
| 10-1 | деци | d | д |
| 10-2 | санти | c | с |
| 10-3 | милли | m | м |
| 10-6 | микро | µ | мк |
| 10-9 | нано | n | н |
| 10-12 | пико | p | п |
| 10-15 | фемто | f | ф |
| 10-18 | атто | a | а |