Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА: « Строительные материалы и химия»

Самостоятельная работа

по курсу «Метрология. Стандартизация и

Сертификация»

Ташкент - 2010г.

• Метрология и ее связь с другими предметами. Единство измерений
• Метрология - это наука, охватывающая круг проблем, связанных с измерениями. Дословно «метрология» означает «учение о мерах».
• Жизнь человека в окружающем мире постоянно связана с измерениями протекающих в нем процессов и явлений. Измерения служат одним из способов познания мира и поэтому играют исключительно важную роль. В любой отрасли деятельности - промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине, торговле получение и использование измерительной информации является неотъемлемой частью трудового процесса.
• Ценность измерительной информации зависит от единства и точности измерений. Под единством измерений понимают такое состояние, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью. Единство измерений позволяет сопоставить их результаты независимо от того, где, когда, кем выполнены измерения, с помощью каких методов и технических средств. Точность измерений - это степень близости их результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше разность между результатом и измеряемой величиной, тем выше точность.
• Измерения физических величин является предметом науки метрологии. Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Современная метрология включает три составляющие: законодательную, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию.
• Метрология как наука и область практической деятельности возникла в средние века. Однако истоки ее зародились еще в глубокой древности, когда человек стал испытывать потребность в измерениях. Сначала они сводились к простому счету. Расстояние измерялось в шагах, выстрелах лука, днях пути. Время исчислялось сутками, фазами луны и времени года. Количество предметов-штуками, дюжинами, пачками, тюками.
• С возникновением товарного обмена и производства появилась потребность в мерах - единицах измерений. Вначале такими мерами были зерна злаков (гран), горошина (карат), длина пальца руки (дюйм), ступня ноги (фут). Со временем единицы измерений становились точнее и разнообразнее, устанавливались определенные соотношения между ними, постепенно у разных народов и государств стали складываться свои национальные системы единиц. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерений, а они, в свою очередь, были заимствованы в Древней Греции и Риме. Каждая система мер отличалась своими особенностями, связанными с эпохой, национальным менталитетом. На Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной древнерусской мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица - аршин - пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления. Мера «локоть» пришла из Вавилона и означала расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки. Древнее происхождение имеют и «естественные» меры. Первыми из них стали меры времени. На основе астрономических наблюдений древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды. Несмотря на то, что еще не существовала метрологическая служба, имеются сведения о применении образцовых мер и хранении их в церквях и монастырях, а также о ежегодных поверках средств измерений. Так, «золотой пояс» великого князя Святослава Ярославича (1070-е гг.) служил образцовой мерой длины, а в уставе Новгородского князя Всеволода (1136 г.) предписывалось «торговые весы и мерила блюсти без пакости, всякий взвешивать …». Нарушитель мог быть наказан вплоть до предания смертной казни. Важнейшим метрологическим документом является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.) В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ - осьмины. Ее медные экземпляры рассылались на хранение старостам. С этих мер надлежало сделать клейменные деревянные копии для городских помещиков, а с тех, в свою очередь, деревянные копии для использования в обиходе. Образцовые меры хранились в приказах Московского государства. Таким образом, можно говорить о начале создания при Иване Грозном государственной системы обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы. Развитие торговли и расширение внешних экономических связей требовало не только уточнения мер, но и установления их соотношения с «заморскими», а также унификации мер и более четкой организации контрольно-поверочной деятельности.
• Связь метрологии с другими областями знания

Любая человеческая деятельность, какой бы она ни была, так или иначе, касается определенных физических величин, значений, измерений и т.д. И, конечно же, в любой сфере эти величины требуют максимальной точности и четкости. Для обеспечения этой точности и любом виде деятельности нужна определенная система, которая позволит эффективно измерять и проверять любые значения и измерения. Этой системой является метрология.

Значение этой науки трудно представить, ведь она сплавляет между собой теорию и практику в почти любой сфере знаний. Ведь практически на каждом шагу мы сталкиваемся с расчетами. Список покупок для супермаркета, разметка будущего деревянного шифоньера, документы для регистрации ккт или даже расчет количества грядок на дачном участке - во всем этом мы используем математические расчеты. А для их реализации никак не обойтись без метрологии. Объектом измерения может быть что угодно. Любой предмет, существо или явление можно описать при помощи четких величин, чем и занимается метрология. Мы узнаем, какая температура на улице, чтобы вследствие этого принять решение о том, что одеть. Таким образом, при помощи метрологии мы определяем, насколько рационально поступаем в выборе того или иного решения. Не говоря уже о том, что с измерениями связана практически любая деятельность предприятия. Объемы любой работы измеряются в определенных величинах, также как и сроки ее выполнения, качественность и многие другие параметры.

Все это делает метрологию самой передовой наукой из всех существующих. Сегодня ни одна отрасль, ни одна сфера деятельности не существует без метрологии.

Существует понятие метрологическое обеспечение производства. Оно подразумевает применение организационных системных основ, знаний и стандартов, а также технических средств, необходимых для достижения четких целей производства. Если вы производите контрольно кассовые аппараты, метрологическое обеспечение производства позволит вам получить ответы на вопросы об объемах производства, сроках выполнения, обеспечит планирование производства, расходы и доходы, а также многое другое. Конечно же, метрология тесно контактирует с другими науками.

Сегодня известны три взаимосвязанных типа метрологии:

· Теоретическая;

· законодательная;

· прикладная метрология.

Теоретическая метрология подразумевает изучение системы измерений в целом и является теоретической базой для других видов.

Законодательная метрология создает и прописывает правила и стандарты выполнения всех измерений, а также устанавливает новые термины и единицы величин.

Прикладная метрология занимается применением на практике всего того, что изучают предыдущие два вида. Именно прикладная метрология подтверждает теоретические данные на практике и доказывает эффективность метрологии.

В соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений» метрологическая служба выполняет государственные функции по поверке эталонных и рабочих средств измерений (СИ), а также оказывает услуги по калибровке СИ по следующим видам измерений:

· геометрические измерения;

· механические измерения;

· измерения расхода, вместимости, уровня, параметров потока;

· измерения давления и вакуума;

· физико-химические измерения;

· температурные и теплотехнические измерения;

· измерения времени и частоты;

· электрические измерения;

· радиотехнические измерения;

· оптические и оптико-физические измерения.

Кроме того, проводит поверку и калибровку СИ медицинского назначения, радиолокационные измерения, позволяющие обеспечивать безопасность дорожного движения («радары» ГИБДД), аттестацию испытательного оборудования. Отдел энергосберегающих технологий, как самостоятельное структурное подразделение, обеспечивает установку, сопровождение, техническое обслуживание СИ и вспомогательного оборудования в узлах и комплексах учета тепла, воды, газа.

Опираясь на рассмотренные метрологические принципы, и прежде всего на фундаментальность функции меры, а также на информационно-точностный, или информационно-метрологический изоморфизм, можно установить гносеологические связи между различными проявлениями природы. Это позволит выявить и использовать ряд аналогий в технических, естественных и гуманитарных науках, что приведет к их взаимному обогащению и объединению, а в результате -- к синтезу новых знаний. В частности, если понимать информатику как науку об информационных операциях, а не только “computer science”, то метрология может рассматриваться как точностная ветвь информатики.

Сегодня широко распространено понятие “информационные технологии”, под которыми понимают “процессы сбора, передачи, хранения и доведения до пользователей информации” -- т.е. все то, что в совокупности относится к родовой части предмета информатики. На языке метрологии это по существу операции восприятия, переработки и воспроизведения. Применительно к информационным технологиям представляют интерес два основных класса задач: системные (глобальные) и локальные -- оценка (анализ) точности и точностная организация (синтез) отдельных информационных операций. И те, и другие могут быть решены точностными методами метрологии. Если такие задачи относятся к сфере предпринимательства, то метрология, решающая их инженерными методами (например, по критерию рисков), может именоваться и бизнес-инженерией.

Мера, как известно, бывает физической (гиря, нормальный элемент, магазин сопротивлений, цифро-аналоговый преобразователь) и информационной, соответствующей физической (номинальное значение физической меры). Информационная мера первична по отношению к физической. Сочетание принципа фундаментальности функции меры с феноменом первичности информационной меры позволяет более полно понять глобальную гипотезу об онтологической первичности информации в широком смысле. Следовательно, метрология по существу является методической основой развиваемой И.И. Юзвишиным науки об информационном представлении мира (генерализационной роли информации в картине всего сущего) - информационной онтологии, или информациологии. Сюда же могут быть отнесены и понимаемые в широком смысле известные естественно-научное и философское положения: “Функция рождает орган” и “Идея становится материальной силой”. Подобное толкование первичности информации делает возможной эксплицированную интерпретацию известной идеи монизма Вселенной К.Э.Циолковского

Итак, объединяя на основе общности свойств фундаментальности функции меры, точности, феномена первичности информационной меры и пр. методические подходы из самых разных областей знания (информатики, исследования операций (системного анализа), бизнес-инженерии, теории надежности, информациологии, теории познания), метрология несет функцию взаимного обогащения и объединения (интеграции), а в ряде случаев и синтеза новых знаний. Механизм такой интеграции и синтеза -- перенос уже разработанных информационно-метрологических методов из наук технических в смежные и более далекие области знания.

Метрология. Стандартизация и Сертификация

Для практического измерения единицы величины применяются технические средства, которые имеют нормативные погрешности и называются средствами измерений. К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.

Мерой называют средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера. К данному виду средств измерений относятся гири, концевые меры длины. На практике используют однозначные и многозначные меры, а также наборы и магазины мер. Однозначные меры воспроизводят величину только одного размера (гиря). Многозначные меры воспроизводят несколько размеров физической величины, например, миллиметровая линейка, дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и миллиметрах.

Наборы и магазины мер представляют собой сочетание однозначных или многозначных мер для получения возможности воспроизведения промежуточной или суммарных значений величины. Набор мер представляет собой комплекс однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в нужных сочетаниях (например, набор лабораторных гирь). Магазин мер - сочетания мер, объединенных конструктивно в одно механическое целое и имеющих приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазины электрических сопротивлений).

К однозначным мерам относятся стандартные образцы и стандартные вещества. Стандартный образец - это должным образом оформленная проба вещества (материала), которая подвергается метрологической аттестации с целью установления количественного значения определенной характеристики. К подобным образцам относятся, например, наборы минералов с конкретными значениями твердости для определения этого параметра у различных минералов. Для пользования мерами следует учитывать номинальное и действительное значение мер, а также погрешность меры и ее разряд. Номинальным называют значение меры, указанное на ней. Действительное значение меры должно быть указано в специальном свидетельстве как результат высокоточного измерения с использованием специального эталона. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, противоположная по знаку погрешности, представляет собой поправку к указанному на мере номинальному значению. Так как при аттестации (поверке) также могут быть погрешности, меры подразделяют на разряды (первого, второго и т.д.) и называют разрядными эталонами (образцовые измерительные средства), которые используют для поверки измерительных средств.

Величина погрешности меры служит основой для подразделения меры на классы. Измерительный преобразователь - это средство измерений, которое служит для преобразования сигнала измерительной информации в форму, удобную для обработки и хранения, а также передачи в показывающее устройство. Например, преобразователь необходим для передачи информации в память компьютера, для усиления напряжения. Преобразуемую величину называют входной, а результат преобразования - выходной величиной. Основной метрологической характеристикой измерительного преобразователя считается соотношение между входной и выходной величинами, называемое функцией преобразования.

Преобразователи подразделяются на первичные (непосредственно воспринимающие измеряемую величину), передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние; промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на измерение рода физической величины.

Измерительные приборы - это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения.

Приборы прямого действия отражают измеряемую величину на показательном устройстве, имеющем соответствующую градуировку в единицах этой величины, например, амперметры, вольтметры, термометры.

Приборы сравнения предназначаются для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны (например, приборы для измерения яркости излучения, давления сжатого воздуха).

Измерительные установки и системы - это совокупность средств измерений, объединенных по функциональному признаку со вспомогательными устройствами, для измерения одной или нескольких физических величин объекта измерений. Обычно такие системы автоматизированы и обеспечивают ввод информации в систему, автоматизацию самого процесса измерений, обработку и отражение результатов измерений для восприятия их пользователем. Такие установки (системы) используют для контроля, например, производственных процессов.

Измерительные принадлежности - это вспомогательные средства измерения величин. Они необходимы для вычисления поправок к результатам измерений, если требуется высокая степень точности. Например, термометр может быть вспомогательным средством, если показания прибора достоверны при строго регламентированной температуре; психрометр - если строго оговаривается влажность окружающей среды.

По метрологическому назначению средства измерений делят на два вида - рабочие средства измерений и эталоны. Рабочие средства измерений применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающих сред и др.

Рабочие средства могут быть лабораторными, производственными, полевыми (для самолетов, автомобилей, судов). Каждый из этих видов рабочих средств отличается особыми показателями. Лабораторные средства измерений самые точные и чувствительные, а их показания характеризуются высокой стабильностью, производственные обладают устойчивостью к воздействиям различных факторов производственного процесса: температуры, влажности, вибрации, что может сказаться на достоверности и точности показаний приборов. Полевые работают в условиях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий. Особым средством измерений является эталон.

Эталон - это высокоточная мера предназначенная для воспроизведения, хранения единиц величин с целью передачи ее размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эталоном, а от них рабочим средствам измерений. Эталоны классифицируются на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон - это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерений для страны национальным органом по метрологии. Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения, например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые - один раз в три года.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие эталоны, размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном. Вторичные эталоны (эталоны - копии) могут утверждаться либо Госстандартом страны, либо государственными научными метрологическими центрами. Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему эталону и рабочим средствам измерений.

Самыми первыми, официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 году были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть «метр архива» и «килограмм архива». За последние годы получены высокие результаты точности и надежности эталонов, создаваемых на основе использования квантовых эффектов, что позволяет предположить возможность создания новых эталонов. Ученые полагают, что квантовые эталоны можно будет считать «вечными мерами», так как способность воспроизведения единиц физических единиц у таких эталонов не подвержена влиянию внешних условий, географического местонахождения и времени.

Под классом точности средств измерений понимают их обобщённые характеристики, определяемые пределами допускаемых основной и дополнительной погрешности, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Средствам измерений с двумя или более диапазонами измерений одной и той же физической величины допускается присваивать два или более класса точности. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерения силы постоянного тока в диапазонах 0-10; 0-20; 0-50 А, могут быть для отдельных диапазонов присвоены различные классы точности.

Средствам измерений, предназначенным для измерений двух или более физических величин, допускается присваивать различные классы точности для каждой измеряемой величины. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерений электрического напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один как вольтметру, другой - как омметру.

Средства измерений должны удовлетворять требованиям к метрологическим характеристикам, установленным для присвоения класса точности как при выпуске их из производства, так и в ходе эксплуатации.

Средствам измерений при их разработке присваивают классы точности с учётом результатов государственных приемочных испытаний. Если в стандарте или технических условиях установлено несколько классов точности, то допускается присваивать класс точности при выпуске из производства, а также понижать класс точности по результатам поверки. Например, класс точности для концевых мер длины может быть присвоен при выпуске мер из производства или изменен в процессе эксплуатации, если в ходе её отклонение длины меры от номинального значения превысило предел допускаемых отклонений для класса точности, присвоенного ранее.

Обозначения классов точности наносится на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативных и технических документах. Обозначения могут иметь форму заглавных букв латинского алфавита или римских цифр (I, II, III, IV и т.д.) с добавлением условных знаков. Смысл этих обозначений раскрывается в нормативной и технической документации. Если класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средства измерений.

Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей по классам точности измерений регламентирует ГОСТ 8.401 - 80.

Между качеством измерений и качеством продукции существует непосредственная связь. Где качество измерений не отвечает требованиям технологического процесса, нельзя ожидать и высокого качества продукции.

Проблемы обеспечения высокого качества продукции - это в значительной степени проблема измерений параметров качества материалов и комплектующих изделий, поддержания заданных технологических режимов, т.е. измерения параметров технологических процессов.

Качество измерений - это совокупность свойств состояния измерений, обуславливающих получение результатов измерений с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде и в установленный срок.

К основным свойствам состояния измерений относятся:

· точность результатов измерений;

· сходимость результатов измерений;

· воспроизводимость результатов измерений;

· быстрота получения результатов;

· единство измерений.

Решение задачи обеспечения качества измерений достигается путем создания государственных эталонов, «привязки» к ним производственных измерений и установления различных метрологических правил и норм к измерениям и средствам измерений. Если не соблюдается единство измерений, даже самые тонкие измерения проводимые с помощью правильно подобранных средств измерений не дадут необходимых результатов. Единство измерений - это состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы. Единство измерений основано на 4 -х основных принципах:

· результаты выражены в узаконенных единицах;

· размер единиц, хранимых средствами измерений, равен размерам единиц воспроизводимых первичными эталонами;

· погрешности результатов измерений известны;

· погрешности измерений не выходят за установленные пределы.

Без выполнения этих условий невозможно добиться единства измерений. Наиболее важным условием обеспечения единства измерений является «привязка» измерений к государственным эталонам, что в соответствии со стандартами ИСО серии 9000 является обязательным в обеспечении качества продукции. Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.

Точность - это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим, так и случайным.

Погрешности и пути их ликвидации. Систематические и случайные погрешности

Эффективность использования измерительной информации зависит от точности измерений -- свойства, отражающего близость результатов измерений к истинным значениям измеренных величин. Точность измерений может быть большей или меньшей, в зависимости от выделенных ресурсов (затрат на средства измерений, проведение измерений, стабилизацию внешних условий и т. д.). Очевидно, что она должна быть оптимальной: достаточной для выполнения поставленной задачи, но не более, ибо дальнейшее повышение точности приведет к неоправданным финансовым затратам. Поэтому наряду с точностью часто употребляют понятие достоверность результатов измерений, под которой понимают то, что результаты измерений имеют точность, достаточную для решения поставленной задачи (погрешность измерений). Классический подход к оцениванию точности измерений, впервые примененный великим математиком Карлом Гауссом и затем развитый многими поколениями математиков и метрологов, может быть представлен в виде следующей последовательности утверждений.

1. Целью измерения является нахождение истинного значения величины -- значения, которое идеальным образом характеризовало бы в качественном и количественном отношении измеряемую величину. Однако истинное значение величины найти в принципе невозможно. Но не потому, что оно не существует -- любая физическая величина, присущая конкретному объекту материального мира, имеет вполне определенный размер, отношение которого к единице является истинным значением этой величины. Это означает всего лишь непознаваемость истинного значения величины, в гносеологическом смысле являющегося аналогом абсолютной истины. Хорошим примером, подтверждающим это положение, являются фундаментальные физические константы (ФФК).

Они измеряются наиболее авторитетными научными лабораториями мира с наивысшей точностью, и затем результаты, полученные разными лабораториями, согласуются между собой. При этом согласованные значения ФФК устанавливают с таким количеством значащих цифр, чтобы при следующем уточнении изменение произошло в последней значащей цифре. Таким образом, истинные значения ФФК неизвестны, но каждое следующее уточнение приближает значение этой константы, принятое мировым сообществом, к ее истинному значению.

На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины -- значение величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

2. Отклонение результата измерения X от истинного значения Хи (действительного значения Хд) величины называется погрешностью измерений

(2.1)

Вследствие несовершенства применяемых методов и средств измерений, нестабильности условий измерений и других причин результат каждого измерения отягощен погрешностью. Но, так как Хи и Хд неизвестны, погрешность также остается неизвестной. Она является случайной величиной и поэтому в лучшем случае может быть только оценена по правилам математической статистики. Это должно быть сделано обязательно, поскольку результат измерения без указания оценки его погрешности не имеет практической ценности.

3. Используя различные процедуры оценивания, находят интервальную оценку погрешности , в виде которой чаще всего выступают доверительные границы -- ,+ погрешности измерений при заданной вероятности Р. Под ними понимают верхнюю и нижнюю границы интервала, в котором с заданной вероятностью Р находится погрешность измерений .

4. Из предыдущего факта следует, что

(2.2)

метрология измерение погрешность

метрология измерение погрешность поверка

истинное значение измеряемой величины находится с вероятностью Р в интервале [X- ; Х + ]. Границы этого интервала называются доверительными границами результата измерений.

Таким образом, в результате измерения находят не истинное (или действительное) значение измеряемой величины, а оценку этого значения в виде границ интервала, в котором оно находится с заданной вероятностью.

Погрешности измерений могут быть классифицированы по различным признакам.

По способу выражения их делят на абсолютные и относительные погрешности измерений.

Абсолютная погрешность измерения -- погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Так, погрешность ?X в формуле (2.1) является абсолютной погрешностью. Недостатком такого способа выражения этих величин является то, что их нельзя использовать для сравнительной оценки точности разных измерительных технологий. Действительно = 0,05 мм при Х = 100 мм соответствует достаточно высокой точности измерений, а при Х=1 мм -- низкой. Этого недостатка лишено понятие «относительная погрешность», определяемое выражением

(2.3)

Таким образом, относительная погрешность измерения-- отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины или результату измерений. Для характеристики точности СИ часто применяют понятие «приведенная погрешность», определяемое формулой

(2.4)

где Хн -- значение измеряемой величины, условно принятое за нормирующее значение диапазона СИ. Чаще всего в качестве Хн - принимают разность между верхним и нижним пределами этого диапазона.

Таким образом, приведенная погрешность средства измерения -- отношение абсолютной погрешности средства измерения в данной точке диапазона СИ к нормирующему значению этого диапазона.

По источнику возникновения погрешности измерений делят на инструментальные, методические и субъективные.

Инструментальная погрешность измерения -- это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок: отличием реальной функции преобразования прибора от его калибровочной зависимости, неустранимыми шумами в измерительной цепи, запаздыванием измерительного сигнала при его прохождении в СИ, внутренним сопротивлением СИ и др. Инструментальная погрешность измерений разделяется на основную (погрешность измерений при применении СИ в нормальных условиях) и дополнительную (составляющая погрешности измерений, возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от ее номинального значения или ее выхода за пределы нормальной области значений). Метод их оценивания будет рассмотрен ниже.

Методическая погрешность измерений -- это погрешность, возникающая по следующим причинам:

1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения; 2) неверное применение средств измерений.

К ней относят погрешности, обусловленные отличием принятой модели объекта измерения от реального объекта, несовершенством способа воплощения принципа измерений, неточностью формул, применяемых при нахождении результата измерений, и другими факторами, не связанными со свойствами СИ. Примерами методических погрешностей измерений являются:

* погрешности изготовления цилиндрического тела (отличие от идеального круга) при измерении его диаметра;

* несовершенство определения диаметра круглого тела как среднего из значений диаметра в двух его заранее выбранных перпендикулярных плоскостях;

* погрешность измерений вследствие кусочно-линейной аппроксимации нелинейной калибровочной зависимости СИ при вычислении результата измерений;

* погрешность статического косвенного метода измерений массы нефтепродукта в резервуаре вследствие неравномерности плотности нефтепродукта по высоте резервуара.

Субъективная (личная) погрешность - это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.

По характеру проявления разделяют систематические, случайные и грубые погрешности.

Промахи и грубые погрешности - это погрешности, намного превышающие предполагаемые в данных условиях проведения измерений систематические и случайные погрешности. Промахи и грубые погрешности могут появляться из-за грубых ошибок в процессе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного изменения внешних условий.

Более содержательно деление на систематические и случайные погрешности.

Систематическая погрешность - это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся или изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины. Обычно систематическую погрешность пытаются исключить возможными способами (например, применением методов измерения, снижающих вероятность ее возникновения), если же систематическую погрешность невозможно исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в результат измерения вносятся соответствующие поправки. В процессе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).

Систематические погрешности в ряде случаев можно определить экспериментальным путем. Результат измерений тогда можно уточнить посредством введения поправки.

Способы исключения систематических погрешностей делятся на четыре вида:1) ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений;2) устранение погрешностей в процессе уже начатого измерения способами замещения, компенсации погрешностей по знаку, противопоставлениям, симметричных наблюдений;3) корректировка результатов измерения посредством внесения поправки (устранение погрешности путем вычислений);4) определение пределов систематической погрешности в случае, если ее нельзя устранить.

Ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений. Данный способ является самым оптимальным вариантом, так как его использование упрощает дальнейший ход измерений (нет необходимости исключать погрешности в процессе уже начатого измерения или вносить поправки в полученный результат).

Для устранения систематических погрешностей в процессе уже начатого измерения применяются различные способы

Способ введения поправок базируется на знании систематической погрешности и действующих закономерностей ее изменения. При использовании данного способа в результат измерения, полученный с систематическими погрешностями, вносят поправки, по величине равные этим погрешностям, но обратные по знаку.

Способ замещения состоит в том, что измеряемая величина заменяется мерой, помещенной в те же самые условия, в которых находился объект измерения. Способ замещения применяется при измерении следующих электрических параметров: сопротивления, емкости и индуктивности.

Способ компенсации погрешности по знаку состоит в том, что измерения выполняются два раза таким образом, чтобы погрешность, неизвестная по величине, включалась в результаты измерений с противоположным знаком.

Способ противопоставления похож на способ компенсации по знаку. Данный способ состоит в том, что измерения выполняют два раза таким образом, чтобы источник погрешности при первом измерении противоположным образом действовал на результат второго измерения.

Случайная погрешность - это составная часть погрешности результата измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины. Появление случайной погрешности нельзя предвидеть и предугадать. Случайную погрешность невозможно полностью устранить, она всегда в некоторой степени искажает конечные результаты измерений. Но можно сделать результат измерения более точным за счет проведения повторных измерений. Причиной случайной погрешности может стать, например, случайное изменение внешних факторов, воздействующих на процесс измерения. Случайная погрешность при проведении многократных измерений с достаточно большой степенью точности приводит к рассеянию результатов.

В отличие от систематических, случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений путем введения поправок, однако их влияние можно существенно уменьшить проведением многократных измерений.

По способу измерения

· Погрешность прямых измерений - вычисляются по формуле



где : t = S_xб_s - S_x - средняя квадратическая погрешность, а б_s - коэффициент Стьюдента, а А - число, численно равное половине цены деления измерительного прибора.

· Погрешность косвенных воспроизводимых измерений -- погрешность вычисляемой (не измеряемой непосредственно) величины:

Если F = F(x₁,x₂...x_n), где x_i -- непосредственно измеряемые независимые величины, имеющие погрешность Дx_i, тогда:

· Погрешность косвенных невоспроизводимых измерений - вычисляется по принципу прямой погрешности, но вместо x_i ставится значение полученное в процессе расчётов.

Средства измерения. Государственная поверка средств измерений. Цели и задачи государственной поверки

Средство измерений -- техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Метрологические характеристики средств измерений

Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально -- действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

Значение однозначной меры;

Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

Характеристики погрешностей средств измерений;

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.).

При выпуске из производства, после ремонта и при эксплуатации средства измерения утвержденного типа подвергаются поверке.

Поверкой средств измерения называют совокупность действий, выполняемых для определения их погрешности. Цель поверки -- выяснить, соответствуют ли характеристики средства измерения регламентированным значениям и пригодно ли оно к применению по прямому назначению. Под поверкой средств измерения (verification) понимается установление органом метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средств измерения к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия обязательным требованиям.

Поверку проводят обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы. Результаты поверки средств измерения, признанных годными к применению, оформляют выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, установленными нормативными документами по поверке.

Другими официально уполномоченными органами, которым может быть предоставлено право проведения поверки средств измерения, являются аккредитованные метрологические службы юридических лиц. Аккредитация на право поверки проводится уполномоченным на то органом государственного управления. Конкретные перечни средств измерения, подлежащих поверке, составляют юридические и физические лица -- владельцы этих средств и направляют составленные перечни в органы Государственной метрологической службы. Последние в процессе осуществления государственного надзора за соблюдением метрологических правил и норм контролируют правильность составления перечней.

Технически процедура поверки представляет собой сравнение числового значения физической величины, измеренной поверяемым средством измерения, со значением, измеренным средством измерения более высокой точности -- эталоном. При этом погрешность эталона должна быть в три раза меньше погрешности поверяемого средства измерения.

В соответствии с документом ПР 50.2.006-94 «Порядок проведения поверки средств измерений» эти средства могут быть подвергнуты первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке.

Первичной поверке подлежат средства измерения утвержденных типов при выпуске из производства и ремонта, а также при ввозе по импорту. Поверке подлежит, как правило, каждый экземпляр средства измерения. В обоснованных случаях допускается выборочная поверка. Первичной поверке могут не подвергаться средства измерения при ввозе по импорту на основании заключенных международных соглашений о признании результатов поверки, проведенной в зарубежных странах. Первичную поверку органы Государственной метрологической службы могут проводить на контрольно-поверочных пунктах, организуемых юридическими лицами, выпускающими и ремонтирующими средства измерения. Результаты первичной поверки действительны в течение межповерочного интервала.

Периодической поверке через определенные межповерочные интервалы подлежит каждый экземпляр средств измерения, находящийся в эксплуатации или на хранении. Средства измерения, находящиеся на длительном хранении, периодической поверке могут не подвергаться. Пользователь должен представить средство измерения на поверку расконсервированным, с техническим описанием, инструкцией по эксплуатации, методикой поверки, паспортом или свидетельством о последней поверке и необходимыми комплектующими устройствами.

Органы Государственной метрологической службы и юридические лица обязаны вести учет результатов периодических поверок. По его результатам эти органы по согласованию с метрологической службой юридического лица могут корректировать межповерочный интервал с учетом специфики применения средства измерения. В случае разногласий в данном вопросе заключение на основании исследований дают ГНМЦ.

Периодическая поверка может проводиться на территории пользователя средством измерения, органа Государственной метрологической службы или юридического лица, аккредитованного на право поверки. Место поверки выбирает пользователь, исходя из экономических соображений и возможности транспортировки поверяемых средств измерения и эталонов.

Внеочередная поверка средств измерения выполняется в процессе их эксплуатации (хранения) в следующих случаях:

· при повреждении поверительного клейма;

· при утрате свидетельства о поверке;

· при вводе в эксплуатацию после длительного хранения (более одного межповерочного интервала);

· при проведении повторной юстировки или настройки;

· при известном или предполагаемом ударном воздействии или неудовлетворительной работе.

Инспекционная поверка проводится для выявления пригодности средств измерения к применению при осуществлении государственного метрологического надзора. Она выполняется в присутствии представителя проверяемого юридического или физического лица. Результаты поверки отражают в акте. Инспекционную поверку можно проводить не в полном объеме, предусмотренном методикой поверки.

Размещено на Allbest.ru