Основные понятия и термины метрологии. Воспроизведение единиц физических величин и единство измерений (тема № 1)

1.

Гавриленко Наталия Айратовна
1

2.

Метрология
Стандартизация
Сертификация

3. Тема № 1. Основные понятия и термины метрологии. Воспроизведение единиц физических величин и единство измерений

Введение
1. Физические свойства, величины и шкалы.
2. Системы физических величин.
3. Воспроизведение единиц физических величин.
4. Эталоны единиц системы СИ.

4.

УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие /
А.П. Гаврющенко, А.И. Гусев, В.В. Неижмак, О.А. Тихонов. –
Ульяновск, УВАУ ГА(И), 2015. – 97 с.
Дополнительная:
2. Архипов, А. В. Основы стандартизации, метрологии и сертификации:
учебник для студентов вузов / А. В. Архипов, Ю. Н. Берновский, А. Г. Зекунов;
под редакцией В. М. Мишина. – Москва : ЮНИТИ-ДАНА, 2015. – 447 c. –
Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS :
– URL: http://www.iprbookshop.ru/52057.html
3. Метрология, стандартизация и сертификация : учебник и практикум для
академического бакалавриата / А. Г. Сергеев, В. В. Терегеря. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – М. : Издательство Юрайт ; ИД Юрайт, 2015. – 820 с.
4. Метрология, стандартизация и сертификация: методические рекомендации по изучению дисциплины / составители А.И. Гусев, В.В. Неижмак. –
Ульяновск, УВАУ ГА (И), 2015. – 48 с.

5.

Взаимосвязь видов деятельности
Метрология, стандартизация и сертификация
являются инструментами обеспечения качества продукции, работ и услуг.
точности

6.

Основные понятия и определения
Основным
способом
получения
количественной
информации о свойстве объекта исследования являются
измерения, при правильном выполнении которых
находится результат измерения с большей или меньшей
точностью, отражающий интересующие свойства объекта
исследования.
Метрология – это наука об
измерениях,
методах,
средствах
обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности.

7. Метрология (от греч. "метро"- мера и "логос" - учение) - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства и

Метрология (от греч. "метро"- мера и "логос" - учение) - это
наука об измерениях, методах и средствах обеспечения
единства и способах достижения требуемой точности.
Метрология
Теоретическая
метрология
Прикладная
метрология
занимается вопросами
фундаментальных
исследований, созданием
системы единиц
измерений, физических
постоянных, разработкой
новых методов измерения
занимается вопросами
практического применения
в различных сферах
деятельности результатов
теоретических
исследований в рамках
метрологии
Законодательная
метрология
разработка правил и норм,
направленных на
обеспечение единства
измерений, возведенные в
ранг правовых положений,
имеют обязательную силу и
находятся под контролем
государства.

8.

Зачем нужна метрология ?
Во всем мире в % отношении измерения составляют: от 15 до 20%
от общих затрат на все виды деятельности человека.
Так, в полете осуществляется постоянный контроль за параметрами
самолета; в автомобиле – состояние систем, скорость движения;
на производстве – качество изготавливаемой продукции, в медицине –
диагностика, в банке – расчеты по банковским счетам, бабушка –
считает деньги в кошельке – это тоже измерение…).
Цель изучения дисциплины: «Метрология стандартизация и
сертификация» состоит в получении научно-практических знаний
в области метрологии, стандартизации и сертификации,
необходимых для решения задач обеспечения единства измерений
и контроля качества технического состояния различного вида
авиационной техники и авиационного оборудования. Умение
профессионально эксплуатировать современное оборудование и
приборы.

9.

Предмет метрологии – это извлечение количественной
информации о свойствах объектов и процессов с заданной
точностью и достоверностью.
Средства метрологии – это совокупность средств
измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих
их рациональное использование.
Измерение – познавательный процесс, заключающийся в
сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с
известной ФВ, принятой за единицу измерения.
К объектам метрологии относятся:
1) измеряемая физическая величина;
2) единица физической величины;
3) процесс измерений;
4) погрешность измерений;
5) метод измерений;
6) средство измерений.

10.

Основные задачи метрологии
К основным задачам метрологии согласно относят:
- установление единиц физических величин, государственных
эталонов и образцовых средств измерений;
- разработку теории, методов и средств измерений и контроля;
- обеспечение единства измерений;
- разработку методов оценки погрешностей, состояния средств
измерения и контроля;
- разработку методов передачи размеров единиц от эталонов
или образцовых средств измерений рабочим средствам
измерений.

11. Физические свойства, величины и шкалы.

1. Физические свойства,
величины и шкалы.
• Все объекты окружающего мира характеризуются
своими свойствами.
• Свойство – философская категория, выражающая
такую сторону объекта (явления, процесса),
которая обусловливает его различие или
общность с другими объектами (явлениями,
процессами) и обнаруживается в его отношениях
к ним. Свойство – категория качественная.
• Величина – свойство чего-либо, что может быть
выделено среди других свойств и оценено, в том
числе и количественно.

12.

Классификация величин
Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической
системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих
физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для
каждого из них.
Шкала величины – упорядоченная последовательность ее значений,
принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

13.

14.

Физические величины (ФВ)
Физической величиной называют одно из свойств физического объекта
(явления, процесса), которое является общим в качественном отношении
для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным
значением.
Физическая величина
качественная характеристика
размерность
Размерность основных величин:
- длины dim l = L,
- массы dim т = М,
- времени dim t = Т.
Размерность производных величин:
dim Q = Lα Mβ T γ …,
где
dim Q – размерность какой-либо
физической величины Q; L, M, T … –
размерности основных физических величин; α,
β, γ … – показатели размерности. Каждый из
показателей
размерности
может
быть
положительным или отрицательным, целым или
дробным числом, нулем.
количественная характеристика
размер
значение
величины
получают
в
результате ее измерения или вычисления
в соответствии с основным уравнением
измерения:
Q = q [Q],
где Q - значение величины; q - числовое
значение измеряемой величины в принятой
единице; [Q] - выбранная для измерения
единица.
14

15.

Единица физической величины (ЕФВ)
Единица физической величины – это физическая величина
фиксированного размера, которой условно присвоено числовое
значение, равное единице, и применяемая для количественного
выражения однородных с ней физических величин.
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной
организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная система
единиц (SI), которая в России применяется с 1 января 1963 г.
Достоинства системы SI:
– универсальность – охват всех областей науки и техники;
– унификация единиц для всех областей и видов измерений (механических,
тепловых, электрических, магнитных и т. д.);
– когерентность единиц – все производные единицы SI получаются из
уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны единице;
– возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с
их определениями;
– упрощение записи уравнений и формул в физике, химии, а также в технических
расчетах в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
– единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих
собственные наименования.

16. 2. Системы физических величин

• Системой физических величин называется
совокупность ФВ, образованная в соответствии с
принятыми принципами, когда одни величины
принимаются за независимые, а другие являются
их функциями.
• В РФ используется международная система
единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417–2002 «ГСИ.
Единицы физических величин».
• СИ была принята XI Генеральной конференцией
по мерам и весам в 1960 г.

17. Основные единицы СИ

Наименование
единицы
Обозначение
Измеряемая величина
международное
русское
Килограмм
kg
кг
Масса
Метр
m
м
Длина
Секунда
s
с
Время
Ампер
А
А
Сила электрического
тока
Кельвин
К
К
Термодинамическая
температура
Моль
mol
моль
Количество вещества
Кандела
cd
кд
Сила света

18. Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные.

• Системные единицы входят в одну из принятых систем. Все
основные, производные, кратные и дольные единицы являются
системными.
• Внесистемная единица – единица ФВ, не входящая ни в одну из
принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к
единицам СИ разделяют на четыре вида:
• – допускаемые наравне с единицами СИ (масса – тонна, плоский угол
– градус, минута, секунда; объем – литр и др.). Внесистемные
единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ,
• – допускаемые к применению в специальных областях (парсек,
световой год, диоптрия, электрон-вольт);
• – временно допускаемые (морская миля, карат);
• – изъятые из употребления (миллиметр ртутного столба, лошадиная
сила).

19.

Международная система единиц (SI)
Основные величины и
основные единицы физических величин
Величина
Производные
величины и производные единицы
Величина
Единица величины
наименование
обозначение
размерность наименова(символ)
ние
обозначение
русское международное
м
m
кг
kg
с
s
А
A
Длина
Масса
Время
Сила
электрического тока
Термодинамическая
температура
Сила света
Количество
вещества
l
m
t
i
L
M
T
I
метр
килограмм
секунда
ампер
T
Θ
кельвин
К
J
n
J
N
кандела
моль
кд
моль
наименова- обозначение
ние
Единица величины
размерность
наименова- обозначение
выражение
ние
производной единицы через основные
Частота
f
T–1
герц
Гц
с–1
Сила
F
LMT–2
ньютон
Н
м·кг·с–2
K
Давление
Р
L–1MT–2
паскаль
Па
м–1·кг·с–2
kd
mol
Работа
А
L2MT–2
джоуль
Дж
м2·кг·с–2
Мощность
N
L2MT–3
ватт
Вт
м2·кг·с–3
Числовые значения физических величин изменяются в значительных пределах. Поэтому для удобства
практических измерений наряду с основными и производными единицами, называемыми главными,
введены также кратные и дольные единицы, которые обычно находятся в декадном отношении к
главной единице.
Приставки для образования кратных и дольных единиц
Кратные единицы
Множитель,
на который
умножается
единица
1012
109
106
103
102
101
10–1
Приставка
терра
гига
мега
кило
гекто
дека
деци
Дольные единицы
Обозначение
Т
Г
М
к
г
да
д
Множитель,
на который
умножается
единица
10–2
10–3
10–6
10–9
10–12
10–15
10–18
Приставка
Обозначение
санти
милли
микро
нано
пико
фемто
атто
с
м
мк
н
п
ф
а

20. 3. Воспроизведение единиц физических величин

•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.
•Для обеспечения единства измерений необходима
тождественность единиц, в которых проградуированы все
существующие средства измерений одной и той же
величины.
Это достигается путем точного воспроизведения
передачи и хранения в специализированных учреждениях
установленных единиц ФВ и передачи их размеров
применяемым СИ.

21.

Воспроизведение основной единицы – воспроизведение единицы путем
создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии с определением
единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных
эталонов. Например, единица массы – 1 кг воспроизведена в виде
платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в
качестве международного эталона килограмма.
Воспроизведение производной единицы – определение значения ФВ в
указанных единицах на основании косвенных измерений других величин,
функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведение единицы
силы F (ньютона) осуществляется на основании известного уравнения
механики F=mg, где m – масса; g – ускорение свободного падения.
Передача размера единицы – приведение размера единицы, хранимой
поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой
или хранимой эталоном, осуществляемое при поверке или калибровке.
Размер единицы передается «сверху вниз» – от более точных СИ к менее
точным.
Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающая неизменность
во времени размера единицы, присущего данному СИ. При хранении
первичного эталона выполняются его регулярные исследования, включая
сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения
точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи
ее размера.

22. 4. Эталоны единиц Системы измерений

Эталон
средство
измерений,
предназначенное для воспроизведения и
хранения единицы величины с целью
передачи размера другим средствам
измерений данной величины, выполненное
и утвержденное в установленном порядке.

23.

СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦ ВЕЛИЧИН
Классификация эталонов
эталон
первичный
вторичный
эталон, обеспечивающий
воспроизведение единицы
с наивысшей в стране
точностью
государственный
официально
утвержденный в качестве
исходного для страны
первичный эталон
эталон, получающий размер единицы путем
сличения с первичным эталоном
эталонысравнения
Основные требования к первичному эталону:
Неизменность
способность
удерживать
неизменным
размер
воспроизводимой
им
единицы в течение длительного интервала
времени;
Воспроизводимость - воспроизведение единицы
с наименьшей погрешностью для данного уровня
развития измерительной техники);
Сличаемость - способность не претерпевать
изменений и не вносить каких-либо искажений
при проведении сличений.
эталонысвидетели
эталоныкопии
рабочие
эталоны
(разряды –
1,2,3,4)
Рабочие
средства
измерения
(РСИ)
23

24.

Размер единицы передается "сверху вниз", от более точных СИ к менее точным "по
цепочке": первичный эталон
вторичный эталон
рабочий эталон 0-го разряда
рабочий эталон 1-го разряда...
рабочее средство измерений.
РСИ обладает различной точностью измерений: наиболее точные РСИ при поверке
(калибровке) получают размер от вторичных эталонов или рабочих эталонов 1-го разряда;
наименее точные - от эталонов низшего разряда (3-го или 4-го).
Методы передачи информации о размере единиц
• непосредственного сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой
рабочим эталоном;
• непосредственного сличения (т.е. сличения меры с мерой или показаний двух
приборов).
Достоверная передача размера единиц во всех звеньях метрологической цепи от
эталонов или от исходного образцового средства измерений к рабочим средствам
измерений производится в определенном порядке, приведенном в поверочных схемах.
Поверочная схема – это утвержденный в
установленном порядке документ,
регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической
величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений
рабочим средствам.
24

25. Эталоны основных единиц СИ

• Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за
1/299.792.458 долю секунды.
• Килограмм равен массе международного прототипа килограмма –
платиноиридиевая гиря весом 1,000000087кг.
• Секунда равна 9.192.631.770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного
состояния атома цезия-133.
• Ампер равен силе не изменяющегося во времени электрического
тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой
площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1м один
от другого в вакууме, вызывает на каждом участке проводника длиной 1м силу взаимодействия, равную 2•10-7 степени Н.

26. Эталоны основных единиц СИ

• Кельвин
равен
1/273,16
части
температуры тройной точки воды.
термодинамической
• Моль равен количеству вещества системы, содержащей
столько же структурных элементов, сколько содержится
атомов в углероде-12 массой 0,0012 кг.
• Кандела равна силе света в заданном направлении источника,
испускающего монохроматическое излучение частотой
540•1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом
направлении составляет 1/683 Вт/ср.
• Радиан угол между двумя радиусами круга, вырезающими на
окружности дугу, длина которой равна радиусу. В градусах,
минутах и секундах один радиан будет равен 57°17 44,8 ;
• Стерадиан угол, вершина которого расположена в центре
сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную
квадрату радиуса сферы.

27.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
27