Основные понятия метрологии

1.

Основные понятия метрологии.

2.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах
обеспечения их единства и способах достижения требуемой
точности.
В определении метрологии входят понятия: измерение,
единство, точность.
Измерение (п. 5.1) – совокупность операций по
применению технического средства для получения значения
измеряемой величины.
Единство измерений (п. 13.1) – состояние измерений,
результаты которых выражаются в узаконенных единицах, а
погрешности известны и не выходят за установленные
пределы.
Точность результата измерений (п. 9.19) – одна из
характеристик качества измерения, отражающая близость к
нулю погрешности результата измерения.

3.

Содержание термина "физическая величина" определено в
п. 3.1 как одно из свойств физического объекта общего в
качественном отношении для многих физических объектов,
но в количественном отношении индивидуальное для каждого
их них.
Единицы физических величин и их разновидности
рассмотрены в гл. 4, классификация эталонов единиц – в гл.
12.
В гл. 6 перечислены средства измерительной техники,
приведены их классификация, характеристики и другие
параметры.
Принципы, методы и методики измерений определены в
гл. 7.
Термины, применяемые при обработке результатов
измерений, определены в гл. 8.

4.

Погрешность результата измерения (п. 9.1) –
отклонение результата измерения от истинного значения
измеряемой величины. Классификация погрешностей
измерений и погрешности средств измерений приведены в
гл. 9 и 10.
В гл. 13 определены виды метрологических служб и их
деятельность: надзор, поверки средств измерений,
метрологическая экспертиза и аттестация и др.

5.

Физические величины, их единицы и размерности
Физическая величина – одно из свойств физического объекта
общее в качественном отношении для многих физических
объектов, но в количественном отношении индивидуальное для
каждого из них (п. 3. 1).
Физическая величина имеет значение – выражение размера
физической величины в виде некоторого числа единиц (15 м, 20
кг) и числовое значение в виде отвлеченного числа, входящего в
значение величины (15, 20).
Физическая величина (ФВ) имеет истинное значение,
которое идеальным образом характеризует в качественном и
количественном отношениях соответствующую физическую
величину,
и
действительное
значение,
полученное
экспериментальным путем.
ФВ могут быть размерными, например, для электрической
постоянной eо размерность dim eо = L-3 M-1 T4 I2 (dim –
размерность величины по ИСО 3110) и безразмерной, если
степени основных физических величин равны нулю.

6.

ФВ могут быть аддитивными (и неаддитивными), если
разные значения ФВ могут быть суммированы, умножены,
разделены друг на друга (и не могут быть), на пример, длина,
масса.
Единица измерения ФВ – физическая величина
фиксированного размера, которой условно присвоено
числовое значение равное единице.
Перечень единиц ФВ, подлежащих применению в
строительстве, приведен в СН 528- 80 «Перечень единиц
физических
величин,
подлежащих
применению
в
строительстве" приведены и размерности единиц.
Единицы ФВ могут быть основными, дополнительными,
производными, системными, когерентными, кратными,
дольными (РМГ).

7.

Ниже приведены некоторые единицы ФВ системы СИ:
единицы пространства
и
времени,
единицы
строительной механики, единицы электрических и
магнитных величин, теплофизики, акустики, светотехники
- кратные и дольные единицы рассматриваются в
соответствии с табл. 2 СН.
Примеры
применения
перечисленных
единиц
при
проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации
строительных конструкций зданий и сооружений приводятся
в процессе их написания.

8.

Правила написания и применения наименований
физических величин
наименования
единиц,
образующих
произведения,
пишутся через дефис: ньютон-метр, ампер-квадратный метр;
единицы площади и объема пишутся: квадратный метр,
кубический миллиметр, в прочих случаях применяют
выражения "в квадрате", "в кубе", например: метр в третьей
степени (момент сопротивления плоской фигуры);
наименование единиц, стоящих в знаменателе, пишутся с
предлогом "на" (ускорение-метр на сек. в квадрате),
исключение – метр в сек (первая степень);
при склонении наименований, состоящих из произведения
единиц, изменяется только последнее наименование,
например, момент силы равен пяти ньютон-метрам;

9.

при склонении дробных наименований единиц
изменяется только числитель, например, ускорение равное
пяти метрам на секунду в квадрате;
международное и русское обозначение относительных и
логарифмических единиц: процент – (%) – 10-2; промилле –
(о/оо ) – 10-3; миллионная доля – ррm, млн-1 – 10-6; децибел
(dB, дБ);
буквенные обозначения единиц печатаются прямым
шрифтом строчными (малыми) буквами, за исключением
обозначения единиц, названных в честь ученых: кПа, Н/м и
т.д.;
в написании единиц между последней цифрой числа
и обозначением единицы оставляют пробел: 50 кВт, 80 %,
20 оС;

10.

при написании ряда числовых значений одной и той же
физической величины единицу указывают после последней
цифры – 5; 6; 7; 8 мм, 10×10×10 мм;
правильная запись – (100,0 ± 0,1) кг; 50 г ± 1 г; Н×м;
А×м2; Вт×м-2×К-1;
понятие "масса" должно применяться во всех случаях,
когда имеется в виду
свойство тела или вещества, а понятие "вес" – в случаях,
когда имеется в виду сила;
масса – не зависит от ускорения свободного падения,
вес пропорционален этому ускорению (равен m×g);
масса выражается в килограммах (граммах, тоннах и т.д.), а
вес (как сила) – в ньютонах;
в стандартах, спецификациях и на чертежах приводится
масса; различают три вида плотности: линейную,
поверхностную и объемную; продолжение см. СН 528 – 80.

11.

Методы и средства измерения
Средство
измерений
–
техническое
средство,
предназначенное для измерений, имеющее нормированные
метрологические характеристики, воспроизводящее и (или)
хранящее единицу физической величины, размер которой
принимают неизменным в течение известного интервала
времени
(Рекомендации
по
межгосударственным
стандартам РМГ 29-99, п. 6.2).
По данному определению средство измерений (СИ)
хранит
в
неизменном размере единицу физической
величины, что и делает техническое средство средством
измерений. СИ классифицируются на: рабочее средство
измерений, основное, вспомогательное,

12.

стандартизированное,
автоматическое,
меру;
измерительный прибор, установку, машину, систему;
датчик, индикатор, образец и т.д. (см. раздел 6 РМГ 29-99).
К перечисленному относится огромное количество СИ,
применяемых для различных измерений.
В
строительстве
рассматриваются
наиболее
распространенные и необходимые СИ для измерений
параметров качества материалов, изделий, продукции и
испытаний в области строительства и имеющиеся в
лаборатории вуза.

13.

Ознакомление со СИ производится по следующей
(рекомендуемой) методике:
приводится классификация приборов (для линейных
измерений, для измерений напряжений, температуры, силы и
т.д.);
рассматривается конкретное СИ, принадлежащее к
определенной группе по классификации (название СИ,
технические и метрологические характеристики, устройство
и принцип работы, особенности использования и области
применения и т.д.);
Описание
большинства
СИ
можно
найти
в
многочисленной литературе и справочниках.

14.

Тензорезисторный метод измерения
деформаций (напряжений)
Тензорезисторы (первичные преобразователи)
– устройства, состоящие из тонкой константановой
проволоки,
уложенной
в
виде
петель
и
приклеенной к основе (бумажной или другой).
Конструкции
тензорезисторов
(ТР)
разнообразны:
петлевые,
беспетлевые,
специальные и др.
В настоящей работе используются петлевые ТР
на бумажной подложке
ТР (один или несколько) наклеивается по
специальной технологии в определенное место и
деформируется (удлиняется или укорачивается)
вместе с продукцией (образцом, конструкцией) при
её работе под нагрузкой.

15.

Что такое деформация?
Внешнее усилие, прикладываемое к упругому материалу, создает механическое
напряжение, которое, в свою очередь, вызывает деформацию материала.
В случае, если приложено усилие растяжения, длина материала L увеличивается и
становится равной L + ΔL. Отношение ΔL к L, т.е. ΔL/L, называется деформацией.
С другой стороны, если приложено усилие сжатия, длина L уменьшается до
значения L-ΔL. В этом случае деформация равна (-ΔL/L).

16.

Что такое тензорезистор?
Электрическое
сопротивление
металла
изменяется
пропорционально механической деформации, вызванной
приложенным к металлу внешним усилием.
При креплении тонкого слоя металла к объекту измерения
поверх тонкого слоя диэлектрика, металл деформируется в
зависимости от деформации объекта измерения и изменения его
электрического сопротивления.
Тензорезистор - это чувствительный элемент, преобразующий
собственную деформацию в изменение электрического
сопротивления.

17.

Конструкция тензорезистора
Тензорезистор состоит из решетки, выполненной из тонкой
проволоки или металлической фольги, уложенной на
изоляционную подложку, и подсоединенных выводов
тензорезистора.

18.

Принцип работы тензорезистора
При деформации объекта измерения эта деформация
передается резистивной проволоке или резистивной фольге
тензорезистора через его основание (подложку).
В результате сопротивление проволоки или фольги
изменяется.
Это изменение точно пропорционально деформации, что
отражает следующее уравнение:

19.

20.

Если
R=R1=R2=R3=R4,
сопротивление
тензорезистора,
из-за
деформации, меняется и становится равным R+ΔR.
Таким образом, изменение выходного напряжения Δe из-за деформации
задается следующим выражением:
При измерении деформации с помощью тензорезистора, он
подключается к измерительному прибору, называемому тензометром.
Тензометр содержит мост Уитстона и подает напряжение возбуждения.
Измеренное значение деформации отображается на цифровом дисплее
и/или выводится в виде аналоговых сигналов.

21.

22.

Работа ТР основана на изменении омического
сопротивления проводника при его деформации
(растяжении – сжатии).
Выходным сигналом ТР является относительное
изменение его омического сопротивления DR/R .
Отношение DR/R к вызвавшей его относительной
деформации e = DL/L, направленной вдоль оси ТР,
называется коэффициентом тензочувствительности
k = (DR/R)/e, который равен 1,9…2,3 для
константановых ТР.

23.

Изменение сопротивления ТР при деформациях
невелико, порядка 1× 10-5.
Измерить столь незначительную величину можно
электроцепями мостового типа, в частности, мостом
Уитстона (схема моста приведена ниже).
При нагружении продукции (образцов, конструкции)
она деформируется вместе с наклеенными на неё ТР.
В результате удлинения (или укорочения) решётки ТР из
меняется его омическое сопротивление, вследствие чего
мост дебалансируется – стрелка прибора отклоняется от
нуля.
Балансировку моста производят реохордом вручную,
устанавливая стрелку на нуль (нулевой метод отсчета).

24.

Отсчет снимают по показаниям переключателей и шкале
реохорда.
Разность между показаниями ТР до загружения и после
дает величину деформации данной продукции.
Если эту величину умножить на цену деления шкалы
прибора 1× 10-5 и на модуль упругости материала, то получим
приращение
напряжений
в
продукции
(образце,
конструкции).
Для облегчения вычислений напряжений предварительно
определяют цену деления шкалы в единицах напряжений – Па
(кг/см2).
Определение цены деления шкалы целесообразно и в тех
случаях, когда прибор не настроен на чувствительность ТР.