М. В. Ломоносова Кафедра стандартизации и сертификации Федорина Л. И., Хомутова Е. Г., Борисова В. В. Метрология, стандартизация и сертификация ч. 1 «Основы метрологии» Учебное пособие
| Вид материала | Учебное пособие |
- Рабочая программа по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов, 111.85kb.
- Дисциплина: Метрология, стандартизация и сертификация, 64.36kb.
- Н. К. Казанцева основы метр ологии учебное пособие, 4025.75kb.
- Рабочей программы дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация по направлению, 22.57kb.
- Методические указания «Выполнение практических заданий по дисциплине «Метрология, стандартизация, 636.89kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплина опд. Ф. 05 «Метрология, стандартизация и сертификация», 467.06kb.
- Аннотация программы учебной дисциплины б. 5 «Метрология, стандартизация и сертификация», 19.25kb.
- Метрология, стандартизация и сертификация Цели и задачи дисциплины, 11.67kb.
- Метрология, стандартизация и сертификация. Вопрос № «Предмет и задачи метрологии»., 380.7kb.
- Об особенностях и проблемах сертификации и стандартизации услуг в России, 71.24kb.
Федеральное агентство по образованию
Московская Государственная академия
тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова
Кафедра стандартизации
и сертификации
Федорина Л.И., Хомутова Е.Г., Борисова В.В.
Метрология, стандартизация и сертификация
ч.1 «Основы метрологии»
Учебное пособие
2005
ББК 65.9(2)-80
УДК 658.562 (075.8)
Рецензент:
проф., д.х.н. Фомичев В.В. (МИТХТ, Рук. Центра коллективного пользования).
Федорина Л.И., Хомутова Е. Г., Борисова В.В.
Метрология, стандартизация и сертификация, ч.1 «Основы метрологии»
Учебное пособие
М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2005 – 69 с.: ил.
Пособие утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ в качестве учебного пособия.
Поз.183/2005
Учебное пособие предназначено для студентов 2 курса всех специальностей МИТХТ и содержит общеобразовательный материал по метрологии, входящий в качестве 1 части в дисциплину «Метрология, стандартизация и сертификация».
МИТХТ им. М.В.Ломоносова
Содержание
| | | Стр. |
| | Введение | 4 |
| 1. | Основные понятия в области метрологии | 5 |
| 2. | Физические величины и их единицы | 8 |
| 2.1. | Физические величины | 8 |
| 2.2. | Системы единиц физических величин | 9 |
| 2.3. | Международная система единиц физических величин | 10 |
| 3. | Измерения и средства измерений | 12 |
| 3.1. | Классификация измерений | 12 |
| 3.2. | Основные характеристики измерений | 15 |
| 3.3. | Методы измерений | 17 |
| 3.4. | Средства измерений | 18 |
| 3.5. | Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений | 20 |
| 3.6. | Методика выполнения измерений | 22 |
| 4. | Эталоны физических величин и система воспроизведения единиц физических величин | 23 |
| 4.1. | Государственная система обеспечения единства измерений | 26 |
| 5. | Государственный метрологический контроль и надзор | 27 |
| 5.1. | Метрологические службы России | 28 |
| 5.2. | Международные метрологические организации | 30 |
| 6. | Значащие цифры и правила округления | 31 |
| 7. | Литература | 33 |
| | | |
Введение
Развитие любой науки требует проведения огромного количества различных исследований и экспериментов. В связи с этим растет число проводимых измерений, ужесточаются требования, предъявляемые к точности измерений.
Без точных измерений невозможно обеспечить высокое качество продукции и эффективное производство. Для контроля качества исходных материалов и сырья, готовой продукции требуется сложная измерительная техника, все более точные и совершенные методы анализа.
Аналогичные задачи обеспечения и контроля качества результатов возникают при исследовании объектов окружающей среды, биологического и медицинского происхождения, в ходе научных исследований и т.д.
Для решения метрологических проблем создаются новые системы контроля качества измерений физических величин, современная методология постановки, проведения и получения результатов измерительных экспериментов, в том числе и в химии.
Таким образом, метрологические задачи приходится решать во всех областях химии и профессиональный уровень химиков все больше зависит от знаний метрологии.
1. Основные понятия в области метрологии
Метрология- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную.
Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.
Измерение- совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Это значение называют результатом измерений. Например, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, сравнивают ее с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты и других параметров детали).
Погрешность измерений - отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.
Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений (Закон РФ от 27.04.93 № 4871-1 «Об обеспечении единства измерений»; далее – Закон РФ).
Эталон единицы величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее средствам измерений данной величины (Закон РФ).
Единство измерений – состояний измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью (Закон РФ).
Итак, первым условием обеспечения единства измерений является представление результатов измерений в узаконенных единицах, которые были бы одними и теми же всюду, где проводятся измерения и используются их результаты. В России, как и в большинстве других стран, узаконенными единицами являются единицы величин Международной системы единиц. Второе условие единства измерений – погрешность измерений не превышает (с заданной вероятностью) установленных пределов. Погрешности измерений средства измерений указываются в придаваемом к нему техническом документе – паспорте, ТУ и пр.
Законодательный принцип управления деятельностью по обеспечению единства измерений определен статьей 71 Конституции Российской Федерации.
Главным нормативным актом по обеспечению единства измерений является Закон РФ от 27.04.93 № 4871-1 «Об обеспечении единства измерений». Он направлен на защиту прав и законных интересов граждан, экономики страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.
| Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений осуществляет Госстандарт России  |
| К  онституция РФ, ст.71В ведении РФ находятся: с  тандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени |
-
-Установлены правовые основы обеспечения единства измерений в РФ;
-«ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ» отнесено к основным направлениям деятельности государства, т.е. определено как государственная функция;
-Обеспечена защита от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;
- Введено государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений;
- Определены сферы государственного управления и рыночного регулирования;
- Установлены государственные требования, нормы, правила и регламент для метрологической деятельности;
-Введена уголовная, административная, гражданско–правовая ответственность за нарушение положений Закона.
В Российской Федерации действует государственная система стандартов в области измерений (ГСИ). Основными документами Государственной системы измерений являются:
|
Устанавливают:
порядок аккредитации измерительных и испытательных лабораторий на техническую компетентность. |
Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений (Закон РФ).
По существу метрологическая служба – это сеть организаций, отдельных организаций или отдельных подразделений, на которые возложена ответственность за обеспечение единства измерений. Различают понятия «государственная метрологическая служба», «метрологические службы государственных органов управления РФ» и «метрологические службы юридических лиц».
Поверка средства измерений – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям (Закон РФ).
2. Физические величины и их единицы
2.1. Физические величины
Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины.
Физическая величина – одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Физическая величина (краткая форма термина – «величина») применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.). Как известно, существуют основные и производные величины. В качестве основных выбирают величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. Механика базируется на трех основных величинах, теплотехника – на четырех, физика – на семи. ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин – длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создается все разнообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.
Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim, от латинского dimensim (размерность). Размерность основных физических величин – длины, массы и времени – обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l – L; dim m – M; dim t – T.
Размерность производной физической величины выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена:
dim X = L .M β.Tγ (1)
где L,M,T – размерности соответствующих основных физических величин; а ,β,γ – показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных физических величин).
Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).
Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.
Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:
Q = X [Q], (2)
где Q – значение физической величины; X – числовое значение измеряемой величины в принятой единице; [Q] – выбранная для измерения единица.
Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и миллиметрах. Для данного случая Q1 = 10 см при X1 = 10 и [Q1] = 1 см; Q2 = 100 мм при X2 = 100 и [Q2] = 1 мм; Q1 = Q2, так как 10см = 100 мм. Применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата измерений.
2.2. Системы единиц физических величин
Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и построенная в соответствии с принятыми принципами, образует систему единиц.
Исторически первой системой единиц физических величин была принята в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм.
В 1832 г. немецкий математик К. Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и производных. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три не зависимые друг от друга единицы – длины, массы и времени. Все остальные единицы можно было определить с помощью этих трех. Такую систему единиц, связанных определенным образом с тремя основными единицами длины, массы и времени, Гаусс назвал абсолютной системой. За основные единицы он принял миллиметр, миллиграмм и секунду.
В дальнейшем с развитием науки и техники появился ряд систем единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом, базирующихся на метрической системе мер, но отличающихся друг от друга основными единицами.
Система единиц физических величин СГС, в которой основными единицами являются сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени, была установлена в1881 г. первым Международным конгрессом электриков. Система СГС (симметричная) отличается стройностью и логичностью построения, она когерентна (согласованна) и широко применяется в физике для выражения измеряемых физических величин и расчетов. Система была допущена к применению в СССР государственным стандартом на электрические и магнитные единицы в 1956 году. До настоящего времени значительное число физических констант выражалось в единицах СГС.
2.3. Международная система единиц физических величин
В 50 – 60-е годы XX в. все чаще проявлялось стремление многих стран к созданию единой универсальной системы единиц, которая могла бы стать международной. В числе общих требований к основным и производным единицам выдвигалось требование когерентности такой системы единиц. Такой системой стала Международная система единиц.
В 1954 г. X Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц для международных сношений: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча.
В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц, обозначаемую сокращенно SI (начальные буквы французского наименования System International d`Unites), в русской транскрипции – СИ.
В результате некоторых видоизменений, принятых Генеральными конференциями по мерам и весам в 1967, 1971, 1979 годах система включает семь основных единиц (см. таблицу 1).
Основные единицы СИ Таблица 1.
| Наименование | Единица измерений | Обозначение | Размерность | |
| международное | Русское | |||
| Длина | Метр | m | м | L |
| Масса | Килограмм | kg | кг | М |
| Время | Секунда | S | с | Т |
| Сила электричес-кого тока | Ампер | А | А | I |
| Термодинамическая температура | Кельвин | К | К | θ |
| Количество вещества | Моль | mol | моль | N |
| Сила тока | Кандела | kd | кд | J |
Универсальность СИ обеспечивается тем, что 7 основных единиц, положенных в ее основу, являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира, и дают возможность образовывать производные единицы для любых физических величин во всех отраслях науки и техники. Этой же цели служат и дополнительные единицы, необходимые для образования производных единиц, зависящих от плоского и телесного углов.
Преимущества СИ перед другими системами единиц следующие:
- СИ является универсальной, охватывая все области науки, техники, производства.
- Построенная таким образом система единиц и входящие в нее единицы называются когерентными (связанными, согласованными). Коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях, определяющих единицы производных величин, равны безразмерной единице.
- В СИ устранена множественность единиц (унификация единиц для всех видов измерений) для выражения величин одного и того же ряда.
- Установление для каждой физической величины своей единицы позволило разграничить понятие массы (кг) и веса (Н). Понятие массы следует использовать во всех случаях, когда имеется в виду свойство тела или вещества, характеризующие его инертность и способность создавать гравитационные поля, понятие веса следует использовать в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая в следствие с гравитационным полем.
Международная система единиц благодаря своим преимуществам получила широкое распространение в мире. Так, все страны Европейского Союза перешли на единицы СИ. Страны, где ранее традиционно применялась английская система мер (Великобритания, Австралия, Канада, США и др.) так же внедряют единицы СИ.
3. Измерения и средства измерений
3.1. Классификация измерений
Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Под измерением понимают установление значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Во всех случаях проведения измерений независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений есть общее, что составляет основу измерений – это сравнение опытным путем данной величины с другой, подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы, с помощью эксперимента, оцениваем физическую величину в виде некоторого числа, принятых для нее за единицу величин, т.е. находим ее значение.
Схема получения количественной оценки (измерения) свойства объекта.
Существует несколько видов измерений. При их классификации исходят из: характера зависимости измеряемой величины от времени; способа получения результатов; условий, определяющих точность результата измерений, способов получения информации, по признаку измеряемой величины (см. таблицу 3).
Классификация измерений
Таблица 3.
| Методы измерений | Виды измерений |
| 1. По способу получения информации |
|
| 2. По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений | 2.1 Статические 2.2 Динамические 2.3 Статистические |
| 3. По количеству измерительной информации | 3.1 Однократные 3.2 Многократные |
| 4. По способу выражения результатов измерений | 4.1 Абсолютные 4.2 Относительные |
| 5. По условиям, определяющим точность результата | 5.1 Эталонные 5.2 Контрольно-поверочные 5.3 Технические |