Лекция №3. Модуль №1. Измерения и их Метрологическое обеспечение/2,0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

КАФЕДРА «ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

ИМ. М.Ф. СЕМКО

Пупань Л.И.

БАЗОВЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ

«МЕТРОЛОГИЯ И ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ»

Харьков 2015

МОДУЛЬ №1. Измерения и их метрологическое обеспечение/2,0

ЛЕКЦИЯ №1,2

СУЩНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ МЕТРОЛОГИИ

1. Понятие метрологии и ее роль на современном этапе
2. Этапы становлення метрологии
3. Базовые метрологические термины
4. Единство измерения. Метрологическое обеспечение измерений
5. Составные части метрологии
6. Законодательство в области метрологии. Международное сотрудничество
7. Международная система единиц SI – ПЗ №1,2

1. В современном обществе метрология как наука об измерениях и область практиче­ской деятельности играет большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни ис­пользовались результаты измерений.

Вопросами теории и практики обеспечения единства измерений зани­мается метрология.

Метрология (от греч. «метро» - мера и «логос» - учение) – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности (ДСТУ 2681-94).

С другой стороны, метроло­гия – это институт обеспечения единства измерений в стране, включаю­щий стандартизацию единиц физических величин, их воспроизведение с наивысшей в стране точностью с помощью государственных эталонов и передачу размеров единиц физических величин иерархическим образом сверху вниз всем средствам измерений (приборам), допущенным к приме­нению на территории страны.

2. Метрология как наука и область практической деятельности имеет древние корни.

На протяжении развития человеческого общества измере­ния были основой взаимоотношений людей между собой, с окружающими предметами, природой. При этом вырабатывались определенные представ­ления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также пра­вила и способы их сопоставления.

Первыми были измерения времени, площадей и расстоя­ний, объема и веса при торговле, углов различных геометрических тел и фигур для строительства и т.д.

Раздробленность территорий и насе­ляющих их народов обуславливала индивидуальность правил и спо­собов измерения. Поэтому появлялось множество единиц для измерения одних и тех же величин.

В XIV…XVI вв. началось интенсивное развитие наук, искусства, архи­тектуры и поэтому возникла потребность в научных и в других целях из­мерять также и другие величины. В XVII в. появились первые барометры, гигрометры, термометры, манометры, в XVIII в. начали использовать ди­намометры, калориметры, приборы для измерения некоторых световых ве­личин. В середине XIX в. начали измерять электрические величины, а в конце XIX – начале XX вв. в связи с физическими открытиями возникли новые виды измерений в областях рентгеновского излучения, радиоактив­ности, молекулярной и атомной физики. Сегодня, в связи с развитием на­номатериалов и нанотехнологий, появилось новое направление – наномет­рология.

Параллельно с созданием новых видов величин и измерений происхо­дило становление и организаций в области метрологии, формиро­вание международных систем единиц измерения.

▲ Важным событием в развитии метрологии стало принятие Национальным собранием Франции в 1790 г. Декрета и реформе мер, в основу которого легла предложенная группой академиков метрическая система мер.

В 1791 г. Национальным собранием Франции была принята базовая единица длины –метр – 1/10000000 чет­верти меридиана Земли, который проходит через Париж.

Второй мерой системы был назван килограмм, равный массе 0,001 м³ (1 дм³) чистой воды при температуре 4 °С (наибольшей плотности).

Применение Метрической системы мер сыграло большую роль не только в установлении единства измерений между странами, но и способ­ствовало развитию национальных метрологических центров и в целом метрологии как науки.

▲ Крупнейшей вехой в истории метрологии явилось подписание в 1875 г. Полномочными представителями 17 госу­дарств международного дипломатического договора – Метрической конвенции, согласно с которой:

- устанавливались международные прототипы метра и килограмма.

- было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ);

▲ Особую роль в создании систем единиц сыграло принятие в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам (Франция) Международной системы еди­ниц «СИ» (SI – от начальных букв франц. Le S ystème I nternational d'Unités), рекомендованной к применению Международной организацией по стан­дартизации (ISO), принятой практически всеми странами мира и являю­щейся общепризнанным единым универсальным международным «язы­ком» в области измерений.

Практически все международные организации включили систему SI в свои рекомендации по метрологии.

В Украине эта система была принята в 1963 г. путем введения соответствующего государственного стандарта.

В экономике народного хазяйства Украины, в издательской и норма­тивной деятельности, в науке и образовании действует группа станда­ртов под общим названием «Метрология. Единицы физических величин», разработанных на основе соответствующих международных стандартов ISO 31:1992 и ISO 1000:1992, которые, в свою очередь, созданы на базе системы SI.

Эта группа стандартов (1997 г.) состоит из трех документов:

– ДСТУ 3651-0-97 «Основные единицы физических величин»;

– ДСТУ 3651-1-97 «Производные единицы физических величин»;

– ДСТУ 3651-2-97 «Физические постоянные и характеристические числа».

3. Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, которое сохраняет единицу величины и позволяет сравнить с ней измеряемую величину. Целью измерения и его конечным результатом является нахождение значения физической величины.

Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенные в основу измерений.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Объект измерения – тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими физическими величинами.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов и отличается по количественному значению.

Значение физической величины – оценка физической величины в принятых для измерения данной величины еди­ницах.

Нахождение истинного значения измеряемой физической величины яв­ляется центральной проблемой метрологии. Стандарт определяет истин­ное значение как значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта.

Поскольку истинное значение физической величины определить не­возможно, в практике измерений оперируют понятием действительного значения. Действительное значение – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него. Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Средство измерения – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Класс точности – обобщенная характеристика средства измерительной техники, которая определяется пределами его допустимых и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, которые влияют на его точность, значения которых регламентируются.

Многие термины и определения, которые касаются метрологического обеспечения, регламентированы Законом Украины «Про метрологію та метрологічну діяльність» (от 05.06.2014, №1314-VII), а также ДСТУ 2681-94 "Метрология. Термины и опре­деления", ДСТУ2682-94 "Метрологическое обеспечение. Основные положения».

4. Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой измерительной задачи определяется следующими тремя условиями:

- результаты измерений должны быть выражены в узаконенных (установленных законодательством страны) единицах;

- значения показателей точности результатов измерений должны быть известны с необходимой заданной достоверностью;

- результаты измерений должны быть получены с требуемой точностью.

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то обеспечено единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями.

Третье из перечисленных выше условий определяет требование к точности применяемых методов и средств измерений.

Если при измерениях соблюдаются все три условия (обеспечивается единство и требуемая точность измерений), то говорят о метрологическом обеспечении. Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

5. Современная метрология включает три составляющие:

 законодательную метрологию;

 фундаментальную (научную);

 практическую (прикладную).

Законодательная метрология (ЗМ) – это раздел метрологии, кото­рый включает комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, направленные на обеспечение единства измерений и однообразия средств измерений.

ЗМ служит средством государственного регулирования метрологиче­ской деятельности с помощью законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу, метрологические службы государственных органов управления и юридических служб.

К области законодательной метрологии относятся испытания; утвер­ждение типа средств измерения; их поверка и калибровка; серти­фикация средств измерения; государственный метрологический контроль и надзор за способами измерений.

В Украине основные термины раздела метрологии закреплены в Госу­дарственном стандарте ДСТУ 2681-94 "Метрология. Термины и опре­деления".

Основные положения метрологии законодательно закреплены в госу­дарственном стандарте ДСТУ2682-94 "Метрологическое обеспечение. Основные положения».

6. Метрологическая служба - это совокупность субъектов деятельно­сти и видов работ, направленных на обеспечение единства из­мерений.

Метрологическая служба Украины состоит из Государственной метро­логической службы и метрологических служб центральных органов исполнительной власти, предприятий и организаций, рис.1.

Рисунок 1 – Метрологическая служба Украины

Деятельность по обеспечению функционирования и развития государст­венной метрологической системы координирует Государствен­ный Комитет Украины по стандартизации, метрологии и сертифи­киции (Госстандарт Украины) – центральный орган исполнительной власти.

Госстандарт Украины непосредственно подчиняется Кабинету Мини­ст­ров Украины, который осуществляет управление Госстандартом, утвер­ждает общегосударственные стандарты и проводит метрологическую по­литику в стране.

К Государственной метрологической службе принадлежат:

- соответствующие подразделения центрального аппарата Госстандарта Ук­раины;

- государственные научные метрологические центры, которые принадле­жат к сфере управления Госстандарта Украины;

- Государственная служба единого времени и эталонных частот;

- Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

- Государственная служба стандартных справочных данных о физических свойствах стали и свойствах веществ и материалов.

Государственная метрологическая система обеспечивает единство изме­рений в стане и направлена на:

· реализацию единой технической политики в области метрологии;

· защиту граждан и национальной экономики от последствий недосто­верных результатов измерений;

· экономию всех видов материальных ресурсов;

· повышение уровня фундаментальных исследований и научных раз­работок;

· обеспечение качества и конкурентоспособности отечественной про­дукции;

· создание научно-технических, нормативных и организационных ос­нов обеспечения единства измерений в государстве.

Неуклонно возрастающая значимость и ответственность измерений и измерительной информации обусловили необходимость установления в за­конодательном порядке целого комплекса правовых и нормативных положе­ний, соблюдение которых направлено на обеспечение единства и требуемой точности измерений.

Законодательные основы украинской метрологии определены сегодня самыми высокими актами, в частности,

· Конституцией Украины;

· Законом Украины «Про метрологію та метрологічну діяльність» (Відомості Верховної Ради (ВВР), 2014, № 30, ст.1008),.

Украина принимает активное участие в международных организа­циях по метрологии и в других международных организациях, в которых об­суждаются вопросы метрологии, в т.ч. в деятельности Международной организация законодательной метрологии (МОЗМ), которая, в свою очередь, сотрудничает со многими международными организациями – МБМВ, МЭК (IEC), ИСО (ISO), ЮНИДО (UNIDO), ИМЕКО (IMEQO), КООМЕТ и т.д.

Вопросами метрологии занимаются такие авторитетные международ­ные организации по стандартизации, как ИСО (Международная организация по стандартизации), МЭК (Международная электротехническая комиссия), МКО (Международная комиссия по освещению).

Специальными вопросами метрологии и измерительной техники занима­ются и ряд других международных организаций, таких как: МККР - Международный консультативный комитет по радиосвязи; МККТТ - Меж­дународный консультативный комитет по телефонии и телеграфии; ИКАО - Международная организация гражданской авиации; МАГАТЭ - Междуна­родное агентство по атомной энергетики; КОСТРА - Комитет по исследова­нию космического пространства.

ЛЕКЦИЯ №3