При проведении измерений необходимо обеспечить их единство.
Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.
На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и нормативными документами органов метрологической службы.
Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие СИ одной и той же величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.
Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей точностью посредством государственного эталона или рабочего эталона. Например, единица массы – 1 килограмм (точно) воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное значение 1 кг. Платиноиридиевая гиря, входящая в состав государственного эталона РФ, имеет массу 1,000000087 кг.
|
|
Передача размера единицы – это приведение размера единицы, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при поверке или калибровке. Размер единицы передается “сверху в низ” – от более точных СИ к менее точным.
Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.
Эталон – средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Различают следующие виды эталонов (РМГ 29-99):
· первичный – обеспечивает хранение и воспроизведение с наивысшей в стране точностью;
· международный – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами;
· государственный или национальный – это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны;
|
|
· вторичный – хранит размер единицы, полученный путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ;
· эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;
· рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Это самые распространенные эталоны. До недавнего времени в нашей стране вместо термина “рабочие эталоны” использовался термин “образцовые средства измерений”, который в большинстве других стран не применяется.
Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем.
Поверочная схема – это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим СИ с указанием методов и погрешности, и утвержден в установленном порядке.
Поверка – это операция, проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке СИ, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого СИ с более точным СИ – рабочим эталоном.
Поверка выполняется метрологическими службами, которым дано на это право.
Если СИ не подлежит обязательному метрологическому контролю и надзору, то они подвергаются калибровке.
Калибровка – это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона.
По результатам калибровки определяют действительное значение измеряемой величины, показываемое данными СИ, или поправки к его показаниям. Можно оценить погрешность СИ и ряд других метрологических характеристик.
Лекция №2
Сущность и основные характеристики измерений.
Измерение – это нахождение значения физической величиныопытным путем с помощью специальных технических средств. Измерения обычно осуществляются на естественных или созданных человеком объектах, которые называют объектами измерений.
Объект измерения – это сложное явление или процесс, характеризующийся множеством отдельных физических величин (параметров объекта), каждая из которых может быть измерена в отдельности, но в реальных условиях действует на измерительное устройство совместно со всеми остальными параметрами.
Физическую величину, которая выбрана для измерения, называют измеряемой величиной.
Все измеряемые физические величины можно разделить на две группы:
· Непосредственно измеряемые, которые могут быть воспроизведены с заданными размерами и сравнимы с подобными, например длина, масса, время;
· Преобразуемые с заданной точностью в непосредственно измеряемые величины, например температура, плотность.
Такое преобразование осуществляется с помощью операции измерительного преобразования.
Измерительное преобразование – отражение размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной.
Процесс решения любой задачи измерения включает в себя, как правило, три этапа:
· подготовку;
· проведения измерения (измерительного эксперимента);
· обработку его результатов.
В процессе проведения самого измерения объект измерения ОИ и средство измерений СИ, способное измерять выбранную физическую величину X, приводится во взаимодействие (рис. 1).
В результате измерения получают значение физической величины, которая представляет собой оценку физической величины в виде некоторого числа принятых для ее измерения единиц.
|
|
Результат измерения – это значение физической величины, найденное путем ее измерения.
Значение физической величины представляет собой оценку этойвеличины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.Размер величины существует реально и остается неизменным. Числовое значение физической величины определяется принятой при измерении единицей этой величины, т.е. один и тот же размер может быть выражен различными числовыми значениями в зависимости от принятой единицы физической величины.
Различают истинное и действительное значения физической величины.
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта.
В философском аспекте истинное значение всегда остается неизвестным, а совершенствование измерений позволяет приближаться к истинному значению физической величины.
Действительное значение физической величины – значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может бытьиспользовано вместо него.
Информацию о значении физической величины, получаемую при измерении, называют измерительной информацией. Средство измерений СИ представляет измерительную информацию в виде некоторого сигнала, воспринимаемого человеком или различными техническими устройствами – потребителями измерительной информации.
Под сигналом в общем случае понимают некоторый физический процесс, параметры которого содержат информацию.
Этот сигнал функционально связан с измеряемой физической величиной, поэтому его называют сигналом измерительной информации.
В процессе измерения на средство измерений, оператора и объект измерений воздействуют, как правило, различные внешние факторы – влияющие физические величины ВФВ.
Влияющей физической величиной называют физическую величину, не являющуюся измеряемой данным средством измерений, но оказывающую влияние на результат измерения этим средством.
|
|
Несовершенство использования средств измерений, неточность их градуировки, действие влияющих физических величин (температура окружающей среды, влажность воздуха, внешние электромагнитные поля, вибрация и т.п.), субъективные ошибки человека – оператора, осуществляющего измерения, и ряд других факторов являются причинами, обусловливающими неизбежное появление погрешности измерения.
Чтобы составить представление о выполненном или предполагаемом измерении, необходимо знать его основные характеристики (принцип измерений, метод измерений и погрешность (иногда точность) измерения).
Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основано измерение.
Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.
Погрешность (или ошибка) измерения – отклонение результата измерения Х от истинного значения Хи измеряемой величины:
∆= X-Xи (1)
Погрешность, определяемая формулой (1), выражена в единицах измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью измерения.
Относительная погрешность измерения – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:
δ=∆/Xи*100% (2)
При определении абсолютной и относительной погрешностей измерения вместо истинного значения физической величины Xи реально может быть использовано ее действительное значение Xд.