Что такое метрология ее цели объекты задачи

Предмет и задачи метрологии

Предмет метрологии. Средства метрологии. Объекты метрологии. Основные задачи метрологии. Основные термины, применяемые в метрологии. Классификация измерений. Основные характеристики измерений

Предмет метрологии – извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Объекты метрологии:

• измеряемая (в том числе физическая) величина;
• единица физической величины;
• измерение;
• погрешность измерений;
• метод измерений;
• средство измерений.

Основные задачи метрологии. К задачам метрологии относятся:

1. обеспечение единства измерений;
2. унификация единиц величин и признание их законности;
3. разработка путей измерений, а также методов установления точности и верности измерений;
4. передача размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

5. Основные термины, применяемые в метрологии

Метрология это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Термин метрология произошел от греческих слов: μετρον – мера и λογοξ – учение, слово. В современном понимании метрология это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

К основным направлениям метрологии относятся: общая теория измерений; единицы физических величин и их системы; методы и средства измерений; методы определения точности измерений; основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений; эталоны и образцовые средства измерений; методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Часть из этих направлений имеет научный характер. Другая часть, посвященная комплексам взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требованиям и нормам, нуждающимся в регламентации и контроле со стороны государства и направленным на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений, относится к законодательной метрологии. Законодательный характер метрологии обусловливает стандартизацию ее терминов и определений.

Термины и определения основных понятий метрологии установлены ГОСТ.

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под измерением понимается процесс экспериментального сравнения данной физической величины с однородной физической величиной, значение которой принято за единицу.

Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1. Единицы физических величин представляют собой вспомогательный аппарат, применяемый при изучении объектов природы. Принципиально можно использовать бесконечное множество единиц физических величин. Но практика выдвигает требование единства измерений, которое можно обеспечить при любой системе единиц. Однако для сопоставления результатов измерений без пересчетов (при переходе от одной системы единиц к другой) необходимо, чтобы результаты измерений выражались в узаконенных единицах.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Как,ясно из определения, это понятие включает в себя не только выполнение условия единства используемых единиц физических величин, но и знание погрешности измерения.

Средства измерений. Для проведения измерений требуются специальные технические средства. Под средствами измерений понимают технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. По техническому назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, вспомогательные средства измерений, измерительные установки и измерительные системы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, кварцевый генератор может являться мерой частоты электрических колебаний. Мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера, называется многозначной. Конденсатор постоянной емкости может выполнять роль однозначной меры, а конденсатор переменной емкости – многозначной. Часто используется набор мер – специально подобранный комплект мер, применяемых не только отдельно, но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин различного размера.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы классифицируются по различным признакам. Например, измерительные приборы можно построить на основе аналоговой схемотехники или цифровой. Соответственно их делят на аналоговые и цифровые. Ряд приборов, выпускаемых промышленностью, допускают только отсчитывание показаний. Эти приборы называются показывающими. Измерительные приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний, носят название регистрирующих.

Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Первичным называют преобразователь, являющийся первым в измерительной цепи, к нему непосредственно подводится измеряемая величина. Передающий измерительный преобразователь предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации, масштабный – для измерения величины в заданное число раз.

Вспомогательное средство измерений – средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерения при его применении. Эти средства применяют для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

2. Классификация измерений

Принято различать несколько видов измерений. Их классификация осуществляется на основе характера зависимости измеряемой величины от времени, условий, определяющих точность результата измерений, и способов выражения этих-результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на статические и динамические. Статические измерения соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной, динамические измерения – когда измеряемая величина изменяется.

По способам получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямые измерения – искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой измерительными приборами, градуированными в требуемых единицах. В качестве примера можно привести измерение напряжения вольтметром.

Косвенные измерения – искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно, или сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Например, затухание, вносимое четырехполюсником, обычно вычисляют по измеренным значениям входного и выходного напряжений.

При совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин и искомые значения величин находят, решая систему уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух, или нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними.

По способу выражения результатов измерений принято различать абсолютные измерения и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях одной или нескольких основных величия и (или) использовании значений физических констант. Примером абсолютного измерения является измерение силы тока в амперах.

Относительным измерением называют измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Примером относительного измерения является измерение коэффициента отражения в линии. Измерения классифицируются также по используемому методу измерения – совокупности приемов использования принципов и средств измерений. Различают следующие методы измерений.

Метод непосредственной оценки, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Этот метод имеет следующие модификации:

• метод противопоставления, когда измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами;
• дифференциальный метод, когда на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой;
• нулевой метод, когда результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля;
• метод замещения, когда измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой;
• метод совпадений, когда разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой, мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.

3. Основные характеристики измерений

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность измерений.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение мощности с использованием термоэлектрического эффекта.

Погрешность измерений – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Истинное значение физической величины идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства объекта, но оно остается неизвестным, поэтому с помощью измерений находят так называемое действительное значение, настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Точность измерения – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.