Метрологія
Загальна характеристика метрології як науки про виміри, елементи процесу виміру. Одиниці та розмірності фізичних величин. Відтворення та передача одиниць виміру, первинні та вторинні зразки. Метрологічний ланцюг передачі розмірів одиниць.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Основні терміни та визначення
Метрологія - це наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
До основних проблем метрології належить: загальна теорія вимірів; одиниці фізичних величин та їх системи; методи визначення точності вимірів; забезпечення єдності вимірів та однаковості засобів вимірів; еталони та зразкові засоби вимірювань; методи передачі розмірів одиниць від еталонів до робочих засобів вимірів.
Розділ метрології, що включає комплекси загальних правил, вимог та норм, що потребують державної регламентації та контролю, називається законодавчою метрологією. Одним із важливих напрямів законодавчої метрології, зокрема, є розробка державних та галузевих стандартів, що регламентують основні види діяльності та операції, пов'язані з вимірами, з метою забезпечення їхньої єдності.
Вимірюванням називається знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів.
Основні елементи процесу вимірювання: об'єкт вимірювання, вимірювана величина, засіб вимірювань, принцип вимірювання, метод вимірювання, умови вимірювання, результат вимірювання, похибка вимірювання, людина-оператор, який виконує виміри (суб'єкт виміру).
Об'єкт виміру - це складне, багатогранне явище або процес (наприклад, електричні коливання на виході автогенератора), що характеризується безліччю окремих фізичних параметрів. Один з цих параметрів, що цікавить нас і підлягає вимірюванню, називається вимірюваною фізичною величиною (наприклад, частота коливань автогенератора).
Засіб вимірювань - це технічний засіб, що використовується при вимірах і має нормовані метрологічні властивості (наприклад, частотомір).
Принцип вимірів - це сукупність фізичних явищ, на яких базуються виміри (наприклад, резонансний принцип виміру частоти).
Метод вимірювань являє собою сукупність прийомів використання принципів та засобів вимірювань (наприклад, метод порівняння частоти, що вимірюється, з відомою частотою).
Методика вимірювань на відміну від методу включає детально розроблений порядок процесу вимірювань з використанням конкретних методів і засобів вимірювань.
У загальному випадку на засіб вимірювань крім вимірюваної фізичної величини впливають інші параметри об'єкта вимірювання і навколишнього середовища (наприклад, амплітуда коливань при вимірюванні частоти, навколишня температура і вологість, вібрації, зовнішні електромагнітні поля і т. п.). Сукупність цих побічних фізичних величин, що впливають, характеризує умови вимірювання. Вплив цих величин на засіб вимірювань має бути вивчений, врахований або виключений.
Значення фізичної величини, знайдене шляхом її виміру, називається результатом виміру. Результат виміру може бути отриманий в результаті одного спостереження або при обробці кількох результатів спостережень. При цьому під наглядом розуміють експериментальну операціюпри якій набувають одне числове значення величини.
Як би ретельно не проводився вимір, його результат міститиме деяку неточність, що характеризується похибкою. Похибка виміру - це відхилення результату виміру від справжнього значення вимірюваної величини. При цьому під справжнім значенням розуміють таке значення фізичної величини, яке ідеальним чином відображало б у якісному та кількісному відношенні відповідну властивість об'єкта.
Таким чином, у метрології прийнято два важливі постулати: про існування справжнього значення і про неминучість похибок.
Оскільки визначення істинного значення недосяжно, в оцінці похибок замість нього використовують дійсне значення вимірюваної фізичної величини - значення, знайдене експериментальним шляхом і настільки наближається до справжнього значення, що з цієї мети можна використовувати замість нього.
Термін точності вимірювань, що широко застосовується, характеризує якість вимірювань, що відображає близькість їх результатів до істинного значення. Більшій точності відповідає менша похибка виміру. Крім цього, якість вимірів характеризується такими поняттями: правильність вимірів - відбиває близькість до нуля систематичної похибки; збіжність вимірів - відображає близькість один до одного результатів вимірів, що виконуються в однакових умовах; відтворюваність вимірів - відбиває близькість друг до друга результатів вимірів, виконуваних різних умовах ( у час, у різних місцях, різними методами чи засобами).
У вимірювальному процесі людина-оператор (суб'єкт виміру) з його психофізичними властивостями повинна розглядатися з урахуванням її суб'єктивного сприйняття та перетворення вимірювальноїінформації.
Одиниці та розмірності фізичних величин
Деяке значення фізичної величини приймається за одиницю цієї величини. Розмір фізичної величини визначається співвідношенням , де - Чисельне значення цієї величини. Це співвідношення називають основним рівнянням виміру, оскільки метою виміру, по суті, є визначення числа .
Забезпечення єдності вимірів передбачає насамперед повсюдне використання загальноприйнятих і певних одиниць фізичних величин. Між різними фізичними величинами об'єктивно існує різного роду взаємозв'язки, що кількісно виражаються відповідними рівняннями. Ці уранення використовуються для вираження одиниць одних фізичних величин через інші. Однак число таких рівнянь у будь-якому розділі науці менше числа фізичних величин, що входять до них. Тому для створення системи одиниць цих величин деяка їхня основна частина, рівна, повинна бути обумовлена і суворо визначена незалежно від інших величин. Такі фізичні величини, що входять до системи, умовно прийняті як незалежні від інших величин, називаються основними фізичними величинами. Інші величини, що входять до системи та визначаються через основні фізичні величини, називаються похідними фізичними величинами. Відповідно до цього одиниці фізичних величин також поділяються на основні та похідні одиниці.
Якщо A, B, C, … - повний набір основних фізичних величин даної системи, то для будь-якої похідної величини може бути визначена її розмірність (dimension), що відбиває її зв'язок в основними величинами системи у вигляді
У цьому співвідношенні показники ступеня , , ... для кожної конкретної похідної фізичної величини знаходяться з рівнянь, що пов'язують її з основними величинами(Частина цих показників зазвичай виявляється рівною нулю). Співвідношення (1), називається формулою розмірності, показує, у скільки разів зміниться значення похідної величини за певної зміни значень основних величин. Наприклад, якщо значення величин A, B, C збільшилися відповідно у 2, 3 та 4 рази, то при цьому, згідно з (1), значення величини збільшиться у раз.
Основне практичне значення формули розмірності у тому, що вона дозволяє безпосередньо визначати будь-яку похідну одиницю через основні одиниці цієї системи . …
Щоправда, у цьому вираженні постійний помножувач вимагає додаткового визначення. Однак у більшості практичних випадків намагаються обирати. За такої умови похідна одиниця називається когерентною.
Міжнародна система одиниць SI є когерентною системою (оскільки когерентними є всі її похідні одиниці). Основні фізичні величини та його одиниці у системі SI представлені таблиці 1.