Качество измерений и способы его достижения

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРЕНИЙ

Понятие, предмет и задачи метрологии

 

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства к требуемой точности.

Современная метрология включает три составляющие: законодательную метрологию, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию. Из прикладной метрологии для нужд машиностроения выделяют технические измерения. В настоящее время к техническим измерениям, рассматриваемым во взаимной связи с точностью и взаимозаменяемостью в машиностроении, относят измерения линейных, угловых и радиусных величин. Результаты измерений выражают в узаконенных величинах.

Главная задача метрологии – обеспечение единства измерений, которая может быть решена при соблюдении двух условий:

1) выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;

2) установление допускаемых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Основные задачи метрологии:

1) установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, контроля и испытаний;

2) обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений;

3) разработка методов оценки погрешностей состояния средств измерения, контроля и испытаний;

4) передача размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средством измерений.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является Государственная служба обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативные документы ГСИ − государственные стандарты. Принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417-2002.

Главными единицами физических величин в СИ являются семь основных единиц и свыше 50 производных, имеющих специальные названия.

Основные единицы: метр − м (длина), килограмм − кг (масса), секунда − с (время), ампер − А (сила тока), кельвин − К (термодинамическая температура), моль (количество вещества) и кандела − кд (сила света).

Кратные и дольные единицы образуются умножением на степень числа 10. Им присвоены определенные названия и обозначения; мега – М (10⁶), кило– к (10³), милли – м (10^–3), микро – мк (10^–6) и др. Единство измерений поддерживают путем передачи единиц величин от элемента к рабочим средствам измерений, осуществляемой по ступенькам образцовых мер и измерительных приборов. Точность указанных мер понижается от ступеньки к ступеньке в 2–4 раза.

Средства измерений (СИ) в соответствии с поверочной схемой периодически подвергаются поверке, которая заключается в определении метрологическим органом погрешности средств измерений и установлении его пригодности к применению. Сеть метрологических органов называетсяметрологической службой. Деятельность этих органов направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений путем проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений.

Единообразие средств измерений – их состояние, характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах, а их метрологические свойства соответствуют нормам.

 

Качество измерений и способы его достижения

 

Качество измерений – совокупность свойств, обусловливающих получение результатов с требуемыми точностными характеристиками, в необходимом виде и в установленные сроки.

Качество измерений характеризуется такими показателями, как точность, правильность и достоверность. Эти показатели должны определяться по оценкам, к которым предъявляются требования состоятельности, несмещенности и эффективности.

Истинное значение измеряемой величины отличается от среднего значения на величину систематической погрешности. Оценку х ' числовой характеристики закона распределения х, изображаемую точкой на числовой оси, называют точечной оценкой. В отличие от числовых характеристик оценки являются случайными величинами, причем их значение зависит от числа наблюдений.

Состоятельная оценка – оценка, которая сводится по вероятности к оцениваемой величине.

Несмещенная оценка – оценка, математическое ожидание которой равно оцениваемой величине.

Эффективная оценка – оценка, которая имеет наименьшую дисперсию.

Перечисленным требованиям удовлетворяет среднее арифметическое x результатов n наблюдений. Таким образом, результат отдельного измерения является случайной величиной.

Точность измерений – близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Если систематические составляющие погрешности исключены, то точность результата измерений х характеризуется степенью рассеяния его значения, т. е. дисперсией.

Правильность измерения определяется близостью к нулю систематической погрешности.

Достоверность измерений зависит от степени доверия к результату и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины лежит в указанных окрестностях действительного. Эти вероятности называют доверительными вероятностями, а границы (окрестности) – доверительными границами, т. е. достоверность измерения – это близость к нулю случайной (или неисключенной) систематической погрешности.

Для количественной оценки качества измерений рассматривают влияние параметров измерений на погрешность их результатов. При планировании измерений и оценке их результатов задаются определенной моделью погрешностей: предполагают наличие тех или иных составляющих погрешности, закон их распределения, корреляционные связи и др.

Наряду с такими показателями, как точность, достоверность и правильность, качество измерительных операций характеризуется также сходимостью и воспроизводимостью результатов. Эти показатели наиболее распространены при оценке качества испытаний и характеризуют точность испытаний.

Два испытания одного и того же объекта одинаковым методом не дают идентичных результатов. Объективной мерой их могут служить статистически обоснованные оценки ожидаемой близости двух или более числа результатов, полученных при строгом соблюдении методики испытаний.

Сходимость – это близость результатов двух испытаний, полученных одним методом, на идентичных установках, в одной лаборатории.

Воспроизводимость отличается от сходимости тем, что оба результата должны быть получены в разных лабораториях.