Основные сведения из практической метрологии. Тема 5

1.

Метрология, стандартизация и
сертификация
Метрология
Тема 5 Основные сведения из
практической метрологии
1

2.

Метрология. Список литературы
1. Федеральный закон “Об обеспечении единства измерений”
№ 102-ФЗ от 26 июля 2008 г.
2. ГОСТ 8.009-84 Нормируемые метрологические
характеристики средств измерений, Изд. станд., 1984.
3. Пронкин Н.С. Основы метрологии динамических измерений.
Изд. "Логос", М., 2003
4. Пронкин Н.С. Основы метрологии. Практикум по
метрологии и измерениям. Изд. "Логос", М., 2007.
5. РМГ 43-2001 Применение “Руководства по выражению
неопределенности измерений”, Межгосударственный совет по
МСС, Минск, Изд.станд., 2002.
6. VIM. Международный словарь основных и общих терминов в
метрологии, 2-ое издание, 1993, ISO, Женева, Швейцария. .
7. РМГ 29-99 Метрология. Основные термины и определения.
Межгосударственный совет по МСС, Минск, Изд. станд., 2000.
2

3.

Метрология. Общие положения.
Метрология - учение об измерениях, методах и средствах
обеспечения их единства и способах достижения требуемой
точности.
Составные части метрологии:
• Теоретическая
метрология
–
разработка
фундаментальных основ метрологии.
• Законодательная
метрология
–
установление
обязательных технических и юридических требований по
применению единиц ФВ, эталонов, методов и СИ,
направленных на обеспечение единства измерений в
интересах общества.
• Практическая (прикладная) метрология – вопросы
практического применения разработок теоретической
метрологии и положений законодательной метрологии.
3

4.

Задачи метрология
• создание общей теории измерений; разработка теоретических
(фундаментальных) основ метрологии; разработка прикладных вопросов
метрологии;
• обеспечение единства измерений и единообразия измерений;
• разработка и внедрение систем единиц физических величин;
• разработка и внедрение новейших эталонов и образцовых средств
измерений;
• разработка методов передачи размеров единиц рабочим средствам
измерения; совершенствование поверочных схем;
• законодательная метрология; разработка метрологических стандартов и
нормативно-технических документов;
• разработка и совершенствование принципов и методов измерений;
• разработка методов оценки погрешности измерений и погрешности
средств измерений;
• разработка методов снижения погрешностей измерения и погрешностей
средств измерений.
4

5.

Основные определения
• Физическая величина (ФВ) - 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.
• Истинное значение ФВ - значение ФВ, которое идеальным
образом характеризует в качественном и количественном
отношении соответствующую величину.
• Действительное значение ФВ - значение ФВ, полученное
экспериментальным путем и настолько близкое к истинному
значению, что в поставленной измерительной задаче может
быть использовано вместо него.
5

6.

Основные определения
Погрешность измерения - отклонение результата измерения от
действительного значения измеряемой величины:
=x-Q.
Точность измерения - качество измерения, отражающая близость к нулю
погрешности результата измерения (РМГ 29-99).
Неопределенность измерений - параметр, связанный с результатом
измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно
приписать измеряемой величине (VIM-93, РМГ 29-99, GUM).
Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты
выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а
показатели точности измерений не выходят за установленные границы
Метрологическая прослеживаемость – свойство эталона единицы
величины или СИ, заключающееся в документально подтвержденном
установлении их связи с государственным первичным эталоном
соответствующей единицы ФВ посредством сличения эталонов единиц
величин, поверки, калибровки СИ.
6

7.

Классификация измерений
Измерение - совокупность операций, выполняемых для
определения количественного значения величины (ФВ).
Измерения классифицируются по разным признакам:
1) По характеру влияния длительности переходных процессов
СИ: на статические и динамические.
• Статические измерения — это измерения ФВ, принимаемой
в соответствии с конкретной измерительной задачей за
неизменную на протяжении времени измерения.
• Динамические измерения (ДИ) — это измерения,
изменяющейся по размеру ФВ. Особенно для тех ФВ,
которые изменяются в процессе измерения (непрерывное,
дискретное, скачкообразное изменения). К динамическим
измерениям относят такие измерения, при которых
необходим учет динамической погрешности в суммарной
погрешности измерения, т.е она должна быть значима.
7

8.

Классификация измерений
2) По способу получения результатов измерения на прямые, косвенные,
совместные и совокупные.
Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение ФВ
находят непосредственно из опытных данных. Формула: Q = x, где Q
— истинное, х — измеренное значение ФВ.
Косвенные измерения — это измерения, при которых осуществляется
определение искомого значения ФВ на основании результатов
прямых измерений других ФВ, функционально связанных с искомой
величиной. Формула: Q = F(х1, х2, х3,…, xm), где х1, х2,..., хm —
величины, измеренные прямыми методами.
Совместные измерения — это проводимые одновременно измерения
двух или нескольких неодноименных величин для определения
зависимости между ними.
Совокупные измерения — это проводимые одновременно измерения
нескольких одноименных величин, при которых искомые значения
величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых
при измерении этих величин в различных сочетаниях.
8

9.

Классификация измерений
По влиянию переходных характеристик СИ на результат измерения:
динамические и статические
По способу получения результата измерения:
прямые, косвенные, совместные, совокупные
По точности измерений:
наивысшей точности, контрольно-поверочные, технические
По используемому принципу измерения:
взаимодействия с ионизирующим, световым, электромагнитным
излучениями; механическое взаимодействие и др.
По методу (методике) измерения:
метод непосредственной оценки, сравнение с мерой и др.
По характеру представления результатов измерения:
абсолютные и относительные:
9

10.

Классификация измерений
3) По точности: на измерения максимально возможной
точности, контрольно-поверочные и технические измерения.
• Измерения максимально возможной точности измерения, которые обеспечивают достижимую в настоящее
время, при существующем уровне науки и техники и методах
обработки
результатов
измерений,
минимальную
погрешность измерений.
• Контрольно-поверочные измерения - измерения, при
которых погрешность измерения не должна превышать
заданное значение с некоторой вероятностью.
• Технические измерения - измерения характеризуемые тем,
что проводятся в определенных условиях по методике
выполнения
измерений
(МВИ),
разработанной
и
исследованной заранее до проведения измерения.
10

11.

Классификация измерений
4) По способу выражения результатов измерения : на
абсолютные и относительные.
• Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной
или нескольких основных величин и (или) использовании значений
физических констант.
• Относительные измерения - измерение отношения величины (или
ее изменения) к одноименной величине, играющей роль единицы
или принимаемой за исходную.
5) По принципам измерения, под которыми понимаются
физические явления или эффекты, положенные в основу
измерений.
6) По методам (методикам) измерения, которые определяется
как прием или совокупность приемов сравнения измеряемой
величины с ее единицей в соответствии с реализованным
принципом измерения.
11

12.

Классификация измерений
7) По точности в ряду измерений на:
• Равноточные - измерения ФВ, выполненные одинаковыми по
точности СИ в одних и тех же условиях с одинаковой
тщательностью.
• Неравноточные - измерения ФВ, выполненные различающимися
по точности СИ и (или) в разных условиях.
8) По количеству измерений для получения результата на:
• Многократные - измерения одной и той же ФВ, результат
которого получен из нескольких следующих друг за другом
измерений., т.е. состоящее из ряда однократных измерений. Это
измерения для получения результата повышенной точности.
• Однократное - измерение, выполненное один раз. На практике к
однократным относят измерения выполненные от одного до трех
раз. Однократные измерения проводятся в соответствии с заранее
разработанной МВИ и относятся к техническим измерениям.
12

13.

Показатели качества измерений
Точность (правильность+прецизионность) - качество измерения,
отражающая степень близости результатов измерений к истинному
значению величины или в его отсутствие принятому опорному
значению
(ИСО
5725,
точность
обобщая
качественная
характеристика измерения).
Правильность - качество измерений, отражающее близость к нулю
систематических погрешностей в их результатах.
Сходимость (повторяемость) - близость друг к другу результатов
измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и
теми же СИ, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с
одинаковой тщательностью.
Воспроизводимость - близость результатов измерений одной и той же
величины, полученных в разных местах, разными методами, разными
средствами, разными операторами, в разное время, но приведённые к
одним и тем же условиям измерений.
Прецизионность (воспроизводимость+повторяемость) - степень
близости друг к другу независимых результатов измерений,
полученных в конкретных регламентированных условиях.
13

14.

Классификация погрешностей измерений
Погрешность измерения равна разности между истинным
значением ФВ Q и результатом измерения х.
При проведении измерений явно проявляются два вида в общей
погрешности измерения - это случайная и систематическая
составляющие погрешности.
• Случайная погрешность ( )— составляющая погрешности результата
измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению)
при повторных измерениях, проведенных с одинаковой
тщательностью, одной и той же ФВ.
• Систематическая погрешность ( S) — составляющая погрешности
измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся
при повторных измерениях одной и той же ФВ.
• Грубая погрешность (промах) - погрешность результата отдельного
измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий
резко отличается от остальных результатов этого ряда.
14

15.

Классификация погрешностей измерений
По причинам возникновения погрешности измерения разделяют на
методическую, инструментальную и субъективную погрешности
измерения.
• Методическая погрешность ( M)- составляющая систематической
погрешности измерения, возникающая из-за несовершенства принятого
методов измерения.
• Инструментальная погрешность ( СИ.) - составляющая погрешности
измерения, обусловленная погрешностью применяемого СИ.
• Субъективная погрешность измерения ( CУБ) - это составляющая
систематической погрешности измерений, обусловленная
индивидуальными особенностями оператора (считывание показаний).
• Суммарная погрешность равна: = M * СИ. * CУБ , Значок *
обозначает объединение составляющих погрешностей измерения
(алгебраическое, геометрическое и др.)
15

16.

Схема классификации погрешностей
Погрешности измерений
Методические
Случайные
Инструментальные
Систематические
Отсчитывания
Грубые
16

17.

Вехи российской истории метрологии
• Елизавета Петровна (1758 г) - документ: «Для провиантского
правления регуны (правила)»
• Николай I - документ: «Положение о мерах и весах». Введение
эталонов веса (фунт 409,12 г) и длины (сажень).
• Первая книга по метрологии Петрушевского Ф.И. (1948 г): «Общая
метрология». Создание специального хранилища эталонов веса и
длины (1879 г).
• Назначение на должность ученого-хранителя Депо эталонов
Д.И.Менделеева. Преобразование Депо в Главную палату мер и весов
• Введение в действие нового «Положения о мерах и весах» (1900 г).
Создание сети Палаток по территории России ( 25 Палаток, план 150).
• СССР: 1924 г - 34, 1927 г -72 Палатки, 1925 г- Комитет по
стандартизации при Совете Труда и Обороны, 1938 г- Комитет по
делам мер и измерительных приборов (далее в Госстандарт).
• В период войны и после: Преобразование Главной палаты в ВНИИМ
(г.Ленинград) , создание ВНИИФТРИ (моск.обл.) и др. институтов.
17

18.

Международные метрологические организации
МБМВ+МКМВ - подписание Метрической конвенции (1875 г):
• создание Международного бюро мер и весов (МБМВ);
• учреждение Международного комитета мер и весов (МКМВ),
осуществляющего руководство работой МБМВ;
• созыв не реже 1раза в шесть лет Генеральной конференции мер и весов.
МОЗМ - Международная
метрологии (1956 г):
организация
по
законодательной
унификация наиболее прогрессивных методов;
создание банка данных по нормативной документации;
составление типовых (унифицированных) законов и регламентов;
разработка общих подходов к задачам поверки и калибровки СИ;
разработка необходимого и достаточного перечня измерительных
характеристик СИ для международного применения и др.
ИМЕКО - Международная конференция по измерительной технике
и приборостроению (1958 г)
18

19.

Вопросы и задания для самоконтроля
1) Перечислите основные задачи метрологии.
2) Что является предметами изучения практического, законодательного и теоретического
разделов метрологии?
3) В чем различие истинного и действительного значения измеряемой ФВ?
4) Что понимается под точностью измерения и существуют ли количественные показатели
точности измерения ?
5) Определите понятие неопределенности измерений. Использует ли это понятие
традиционные термины классической метрологии?
6) Дайте определение понятию «единство измерений» и объясните, почему обеспечение
единства измерений является основной задачей метрологии?
7) Сравните понятие «прослеживаемости измерений», широко используемого в
зарубежной метрологической практике, с понятием «единства измерений».
8) По каким признакам измерительного процесса строится классификация измерений?
9) Как классифицируется измерение по способу получения результатов измерения?
10) Что такое технические измерения? Часто ли они относятся к разряду одиночных
измерений?
11) Что лежит в основе классификации измерений по методам измерения и принципам,
используемым в основе измерительного эксперимента?
19

20.

Вопросы и задания для самоконтроля
12) Что такое методика выполнения измерений и, какую роль она играет при проведении
технических измерений?
13) Почему влияние методики и метода измерений в ФЗ «Об обеспечении единства
измерений» и других современных нормативных документах анализируют совместно,
как метод (методика)?
14) Дайте характеристику понятиям качества измерения: правильность, сходимость,
воспроизводимость и прецизионность измерений.
15) Изобразите классификацию погрешности измерений. Какие принципы лежат в основе
этой классификации?
16) Дайте определение методической и инструментальной погрешности измерений и
назовите основные причины их возникновения.
17) Могут ли методическая, инструментальная и субъективная погрешность считывания
быть случайными и/или систематическими?
18) Дайте краткую характеристику развития метрологии в России.
19) Какая российская организация в настоящее время является федеральным органом
исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной
политики и нормативно-техническому регулированию в области обеспечения
измерений.
20) Назовите основные международные организации в сфере метрологии. Что такое
МОЗМ и каковы его функции?
20