Основные понятия и задачи метрологии

Лекция № 1

Основы метрологии

«Основные понятия и задачи метрологии. Области и виды измерений. Шкалы измерений»

Измерения являются одним из важнейших путей раз­вития научно-технического прогресса, познания природы и общества человеком. В практической деятельности мы постоянно имеем дело с измерениями, они имеют первостепенное значение во всех сферах производства и потребления, оценки качества товаров, внедрения новых технологий и управления ими.

Наука, изучающая измерения, называется метроло­гией. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» — мера и «логос» — учение. Дословный перевод слова «метрология» — учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной (эмпирической) наукой о различных мерах и соотноше­ниях между ними. Метрология как наука об измерениях наиболее интенсивно стала развиваться в XX в. благодаря открытиям в области математических и физических наук. Сегодня можно считать, что уровень развития современно­го государства, включая его торговлю, промышленность, медицину, науку, оборону, строительство, экологию и услу­ги, в значительной мере определяется состоянием и дина­мичным развитием метрологического обеспечения.

Теоретическая метрология занимается фундаменталь­ными вопросами теории измерений, разработкой новых методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных.

Прикладная метрология изучает вопросы практичес­кого применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах де­ятельности.

Законодательная метрология устанавливает обязатель­ные правовые, технические и юридические требования по применению единиц величин, эталонов, стандартных образцов, методов и средств измерений, направленные на обеспечение единства и точности измерений в интересах общества.

Предметом метрологии является получение количес­твенной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Главными задачами метрологии являются:

• обеспечение единства измерений (ОЕИ);

• унификация единиц величин и признание их закон­ности;

• разработка систем воспроизведения единиц величин и передача их размеров рабочим средствам измерений.
Основное понятие метрологии — измерение. Изме­рение — это нахождение значения величины опытным путем с помощью специальных технических средств или, другими словами, совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины.

Значимость измерений выражается в трех аспектах: фи­лософском, научном и техническом.

Философский аспект заключается в том, что измерения являются основным средством объективного познания окружающего мира, важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. Научный аспект измерений состоит в том, что с помощью изме­рений осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки. Технический аспект измерений — это получение количес­твенной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение условий проведения технологического процесса, качества продукции и эффек­тивного управления процессом.

Величи­на — одно из свойств объекта (системы, явления, процес­са), которое может быть выделено среди других свойств и оценено (измерено) тем или иным способом, в том числе и количественно. Если свойство объекта (явления, процесса) является качественной категорией, так как ха­рактеризует отличительные особенности в различии или общности его с другими объектами, то понятие величины служит для количественного описания одного из свойств этого объекта. Величины подразделяются на идеальные и реальные, последние из которых бывают физичес­кие и нефизические. Пример физических величин и их классификация приведены на рис. 5.1.

Рис. 5.1 Классификация физических величин

Количественное содержание ин­дивидуального свойства объекта является размером вели­чины, а числовую оценку ее размера называют значением величины. Например, разные вещества обладают той или иной плотностью, но каждое из них имеет вполне оп­ределенное значение: у воды плотность при 20 °С равна 0,998 г/см³, а ртути — 13,540 г/см³. Отсюда следует, что одна и та же величина как вполне определенное свойство будет при одинаковых единицах измерения для разных веществ, фаз и систем отличаться размером.

Единица величины — это фиксированное значение ве­личины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения одно­родных с ней величин. Различают истинное значение величины, идеально отражающее свойство объекта, и дейс­твительное — найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению величины и которое можно использовать вместо него.

Основное уравнение измерения:

Q=q[Q], (5.1)

где Q — значение величины — это оценка ее размера в ви­де некоторого числа принятых для нее единиц; q — числовое значение величины Q — отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной величины; [Q] — выбранная единица измерения величины Q. Например, за единицу измерения напряжения элек­трического тока принят 1 В, тогда значение напряжения электрической сети U= q • [U] = 220 • [1 В] = 220 В. Здесь числовое значение q = 220. Но если за единицу напряже­ния принять [1 кВ], то U= q • [U] = 0,22- [1 кВ] = 0,22 кВ, т.е. числовое значение q - 0,22. Таким образом, примене­ние различных единиц (1 В и 1 кВ) приводит к изменению числового значения результата измерения.

Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах ве­личин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты из­мерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.