Основные метрологические термины

Метрология- наука об измерениях, методах и средствах обеспеченияих единства и способах достижения требуемой точ­ности.

Метрология зародилась в глубокой древности и по словообразованию озна­чает учение о мерах. В первом русском труде по метрологии (Ф.И. Петрушевский ²Общая метрология²), приводятся описательные функции метрологии: ²Метрология есть описание всякого рода мер по их наименованиям, подразделениям и взаимному отношению². Таким образом, в начале зарождения метрология носила описательный характер. В дальнейшем, в зависимости от усложнения задач, стоя­щих перед метрологами, происходят изменения в определении понятия «метрология». Так, М.Ф. Маликов дает уже более широкое определение этого по­нятия: ²Метрология есть учение об измерениях и эталонах². Это определение свидетельствует о том, что сделан переход от описательных задач непосредственно к измерениям и ²привязка² их к эталонам.

Измеряемыми величи­нами, с которыми имеет дело метрология, являются физические величины, т.е. величины, входящие в уравнения опытных наук (физики, химии и др.).

К основным понятиям, которыми оперирует метроло­гия, можно отнести следующие: физическая величина, единица физической величины, передача разме­ра единицы физической величины, средства измерений физической величины, эталон, образцовое средство измерений, рабочее средство измерений, измерение физической величины, метод измерений, результат измерений, погрешность измерений, метроло­гическая служба, метрологическое обеспечение и др.

Метрология подразделяется:

- на законодательную метрологию- раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаи­мообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государст­ва, направленные на обеспечение един­ства измерений и единообразия сред­ств измерений;

- теоретическую метрологию – раздел метрологии, посвященный изучению ее теоретических основ;

- практическую метрологию – раздел метрологии, посвященный изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии и положений законодательной метрологии.

Метрология является научной основой измерительной техники и техники проведения измерений.

Метрология завоевала себе позиции во всех областях жизни и дея­тельности человечества. В силу этого обстоятельства метрологи­ческая терминология тесно соприкасается с терминологией каждой из ²специальных сфер².

В России действуют рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 ²Государственная система обеспечения единства изме­рений. Метрология. Термины и определения² и Закон об обеспечении единства измерений, вводящий новые понятия и определения и уточняющий ранее действующие.

В дальнейшем изложении материала будут использованы термины и определе­ния, рекомендованные РМГ 29-99 и Законом Российской Федерации ²Об обеспечении единства измерений*².

Рассмотрим ряд основных понятий, используемых в метрологии.

Измерение физической величины – это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Значение величины, полученное путем ее измерения, называется результатом измере­ния.

Значение величины, полученное при отдельном измерении, называется результатом наблюдения.

На­блюдением при измерении являются операции, проводимые при измерении и имеющие целью своевременно и правильно произвести отсчет.

В определение понятия метрологического обеспечения входит термин ²единство измерений². Оно позволяет обеспечить сопоставимость измерений, выпол­ненных в разное время, разными средствами и методами. Един­ство измерений обеспечивается единообразием средств измерений и правильностью методик их выполнения.

Показателями качества измерений являются погрешность (точность), правильность, сходимость и воспроизводимость из­мерений.

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

Точность результатов измерений – их качество, отражающее близость к нулю погрешности результата измерения.

Правильность результатов измерений – их качество, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.

Сходимость результатов измерений – их качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость результатов измерений – их качество, отражающее близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

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

Физическая величина – это 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.

Как правило, термин «величина» применяют в отношении свойств или их характеристик, которые можно оценить коли­чественно, т. е. измерить. Однако существуют такие свойства и характери­стики, которые еще не научились оценивать количественно, но стремятся найти способ их количественной оценки, например, за­пах, вкус и т.п. Пока не научились их измерять, следует называть их не величинами, а свойствами.

Физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи назы-вается измеряемой физической величиной или просто измеряемой величиной.

Измеряемые величины это величины непосредственно воспринимаемые средствами измерений. Их можно классифицировать с помощью различных признаков, основными из которых являются: природа величины, вид отражаемой сто­роны эмпирических объектов, метризуемость и изменяемость.

По природе измеряемые величины разделяются на 11 классов: электрические, магнитные, электромагнитные, меха­нические, акустические, тепловые, оптические, химические, радио­активные, пространственные и временные. Каждый класс включает ко­нечное множество конкретных величин.

По виду отражаемой стороны эмпиричес­ких объектов каждый класс измеряемых величин разделяется на два подкласса: энергетические и вещественные величины. К энергетичес­ким величинам относятся, например, сила электрического тока, электрическое напряжение, напряженность электрического поля, на­пряженность магнитного поля, механические сила, давление и т.п.

Метрологическая общность энергетических величин заключается в использовании при их измерении энергии объектов исследования.

Ве­щественными величинами являются различные свойства веществ и ма­териалов, а также параметры физических тел и объектов, например, удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость, магнитное сопротивление, акустическое сопротивление и т.п.

Метрологическая общность вещественных величин состоит в использовании при их измерении измерительных преобразо­ваний и других приемов косвенных измерений.

По признаку метризуемости измеряемые величины разделяются на непосредственно и косвенно метризуемые величины.

К непосредственно метризуемым величинам относится около двух десятков физических величин, остальные являются косвенно метризуемыми величинами. Непосредственно метризуемые величины измеряются наиболее просто и с высокой точностью. Из­мерение косвенно метризуемых величин осуществляется с использованием различных функциональных связей и с преобразованием их в непосред­ственно метризуемые величины.

По признаку изменяемости выделяют состояния и измене­ния величин. Состояние величины в общем случае характеризуется раз­мером величины, нахождение значения которого и является задачей из­мерения.

Изменение величины может происходить в пределах какого-либо диапазона размеров и во времени. В зависимости от числа размеров по диапазону различают непрерывные и квантованные по размеру изменения величин. При непрерывном по размеру изменении величины имеется бесконечное число размеров по диапазону. При квантованном по размеру изменении величины в данном диапазоне проявляется конечное число размеров величины.

Изменение величины во времени может быть непрерывным и дискретным (прерывным во времени). При непрерывном изменении величины во времени значения размеров величины определены на данном отрезке времени при бесконечно большом числе моментов времени. При дискретном изменении величины значения размеров величины отличны от нуля только в определенные моменты или интервалы времени.

Проявления размеров величины по диапазону и во времени могут быть неслучайными (детерминированными) и случайными. Детерми­нированное изменение величины характеризуется тем, что закон его изменения известен. Случайное изменение величины происходит случайным образом.

Детерминированные непрерывные и дискретные изменения величин под­разделяются на периодические и непериоди­ческие.

Для периодически изменяющейся величины x(t) любой формы с пе­риодом Т важными параметрами являются амплитудное x_m, среднее и действующее значения, а также частота изменения величин. Непериодическое изменение величины характеризуется максимальным значением, скоростью нарастания и скоростью спада и т.д.

Случайные изменения величин описываются различными функциями (функцией распределения вероятностей, функцией плотности распределения вероятностей, автокорреляционной функцией и другими).

Различают истинное и действительное значения размера величины. Истинное значение размера величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. На практике часто вместо истинного значения пользуются действительным значением.

Действительное значение физической величины – это значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

ЛЕКЦИЯ 2