Метрология: основные понятия и определения

Качество продукции всегда является основным критерием при выборе того или иного товара. Его обеспечивают три фундаментальных направления — метрология, стандартизация и сертификация.

Что такое метрология

Метрология присутствует во всех сферах жизни. Рождаясь, человек сразу сталкивается с измерениями — в роддоме отмечаются длина, масса и температура. В повседневной жизни от количественных оценок (температура воздуха, время суток) зависит деятельность, поведение человека. Метрология является базой для многих технических отраслей. Она вырабатывает показатели, на которые ориентируются при проведении технологических экспериментов, на производстве. Метрологическая отрасль выступает регулятором социально-экономических отношений в обществе.

Метрология (от греч. «метро» — мера и «логос» — учение) — наука, изучающая комплекс измерений, методику и способы обеспечения их точности.

Главным критерием результатов измерений является их единство. Под этим термином понимают установленные единицы величин измерений и заданные допустимые погрешности. Благодаря этому есть возможность сопоставлять результаты замеров, производимых в разных местах, в разное время и различными способами.

Предметом метрологии выступают:

• теоретические исследования;
• системы единиц физических величин;
• средства и методы измерений;
• способы установления точности замеров;
• единство измерений;
• образцовые показатели физических величин;
• способы передачи размеров единиц величин от стандартов к рабочим средствам замеров.

Единство измерений регулируется законом РФ «Об обеспечении единства измерений». Он определяет метрологические службы, разграничивает сферы государственного контроля, указывает меру ответственности за нарушение метрологических требований. 

Терминология в метрологии устанавливается правовым актом РМГ 29-2013. 

Одним из основных в метрологической науке является понятие физической величины. Это свойство, общее для многих объектов в качественном отношении, но индивидуальное для каждого объекта по количественным показателям. 

Размер физической величины — количественный показатель свойства физической величины.

Средство измерений — техническое средство, которое имеет соответствующие нормам характеристики и применяется для снятия замеров.

Результат измерения — количественное значение физической величины, полученное в результате практических опытов.

Точность средства измерения — качественная характеристика, которая отражает близость погрешности измерения по отношению к нулю.

Разделы метрологии

Структура метрологии состоит из трех разделов:

1. Теоретическая (фундаментальная). Разрабатывает теоретические основы науки, изучает проблемы и методики замеров физических величин.
2. Прикладная (практическая). Занимается внедрением разработок теоретического раздела метрологии в использование на практике. Отвечает за метрологическое обеспечение производственных предприятий. 
3. Законодательная. Определяет требования к техническим и юридическим нормам измерений. 

Виды и методы измерений

Цель измерения состоит в извлечении значения в той форме, которая наиболее удобна для использования. 

Виды измерений классифицируют по различным признакам:

1. По показателю точности:

• равноточные — измерения выполнены в одинаковых условиях, равными по точности СИ;
• неравноточные;
• технические;
• метрологические.

2. По численности замеров:

• однократные;
• многократные.

3. В зависимости от изменений величины, которая измеряется:

• статические — физическая величина остается неизменной (размеры земельного участка);
• динамические — изменяется размер физической величины (замер расстояния от снижающегося самолета до полосы посадки).

4. В зависимости от выражения результата измерений:

• абсолютные — за основу берется значение измеряемой физической величины и неизменной константы;
• относительные — выражают отношение величины к такой же величине, которая принимается за единицу.

5. В зависимости от способов получения замеров:

• прямые — получаются непосредственно при помощи измерительного прибора. Описываются следующим образом: Q=X (Q — измеряемая величина);
• косвенные — значение базируется на известном соотношении величины и результатов прямых измерений. Выражается так: Q=F(X, Y, Z, ...). X, Y, Z  в данном случае — результат прямых измерений.

Метод измерений — комплекс сравнительных приемов измеряемой величины с ее единицей соответственно с используемым принципом измерения. 

Классификация методов зависит от признаков:

1. По приемам достижения результата замеров:

• прямой;
• косвенный.

2. По условиям:

• контактный;
• бесконтактный.

3. По способу сопоставления измеряемой величины с её единицей:

• метод непосредственной оценки — значение определяется по показаниям (шкале) прибора;
• метод сравнения с мерой — измеряемая величина сравнивается с величиной меры.

Метод сравнения с мерой, в свою очередь, делится на виды:

• при методе противопоставления выясняется соотношение измеряемой и воспроизводимой величин (замер массы на весах при помощи гирь);
• дифференциальный метод выражается в воздействии на прибор разности между измеряемой и известной величинами;
• при нулевом методе результат воздействия на прибор обеих величин сводят к нулю и фиксируют при помощи высокочувствительного прибора (ноль-индикатора);
• при методе замещения обе величины замеряются по отдельности, далее по результатам замеров определяют значение измеряемой величины и путем подбора известного показателя делают равными оба значения;
• при методе совпадения измеряется разность между двумя величинами с использованием совпадений отметок на шкале.

Классификация средств измерений

 Средства измерения (СИ) классифицируются в зависимости от:

1. Способов конструктивной реализации.
2. Метрологического назначения.

По способам конструктивной реализации СИ разделяют на:

• меры величины;
• измерительные преобразователи;
• измерительные установки;
• измерительные приборы;
• измерительные системы.

Меры величины — это фиксированные СИ, которые неоднократно используются. Они делятся на:

1. Однозначные — стандартные образцы (СО).
2. Многозначные.

К СО относятся:

1. Стандартный образец состава обладает фиксированным значением величины, которое отражает количество содержащихся в нем частей.
2. Стандартный образец свойств вещества обладает фиксированным значением величины, которое выражает свойства материала.

До начала использования каждый стандартный образец проходит метрологическую аттестацию. В зависимости от уровня использования выделяют государственные, отраслевые, межгосударственные СО и СО предприятий. 

Среди измерительных преобразователей выделяют:

• аналоговые;
• цифроаналоговые;
• аналого-цифровые.

Измерительные приборы являются СИ с фиксированным диапазоном. Различают:

• приборы прямого действия — результат получают непосредственно с прибора;
• приборы сравнения — результат получают путем сравнения с известной соответствующей величиной.

Классификация погрешностей

Погрешность измерения — несоответствие результата измерения Х истинному значению Хи:

\(\Delta\;=\;X\;-\;Xи\;.\;\)

Классификация погрешностей формируется на основе:

1. Способа выражения:

• абсолютные;  
• относительные.

2. Источника выражения:

• инструментальные — зависят от точности СИ, последствия устраняются при помощи поправок;
• методические погрешности вызваны несовершенством методов измерения;
• причиной субъективных погрешностей становится оператор.

3. Закономерностей возникновения или проявления:

• систематические — появляются постоянно или зависят от изменений конкретной величины;
• случайные погрешности могут возникать из-за неточностей приборов, вибраций, шумов, нестабильной работы оборудования, колебаний магнитных полей;
• грубые — значительно превышают предполагаемую погрешность. Их могут вызывать метрологический сбой прибора, операторская ошибка, нарушение каких-либо внешних факторов.

Согласно соотношению положительных отзывов, специалисты сервиса Феникс.Хелп не допускают погрешностей в выполнении курсовых и контрольных работ для студентов.