Лекция 2. Основы метрологии

1.

Лекция #2
#2
Основы метрологии
Кафедра «Физика, электротехника, диагностика и управление в технических системах»

2. Разделы метрологии

1. Теоретическая метрология – база измерительной
техники, занимается изучением проблем измерений в
целом и образующих измерение элементов;
2. Прикладная метрология – освещает вопросы
практического применения разработок теоретической
и положений законодательной метрологии;
3. Законодательная метрология – комплекс норм,
правил и требований по применению единиц физических
величин, эталонов, методов и средств измерений,
направленных на обеспечение единства измерений и
необходимой точности.
2

3.

Объекты
метрологии
Единицы
величин
Механические;
Электрические;
Линейные и т.д.
Средства
измерений
Виды
измерений
Линейно-угловые; Прямые;
Электрические; Косвенные;
Радиочастотные Совокупные;
Совместные.
и т.д.
Методы
измерений
Сравнения;
Непосредственной оценки и т.д.
3

4.

Нормативная база
РМГ устанавливают основные
термины и определения понятий
в области метрологии.
Термины, рекомендуется
применять во всех видах
документации, научнотехнической, учебной и
справочной литературе по
метрологии, входящих в сферу
работ по стандартизации и (или)
использующих результаты этих
работ
4

5.

Физические величины и
их свойства
5

6.

Свойство объекта
Общие свойства
Различные свойства
Температура
Величина – это свойство чего либо, что
может быть выделено среди других
свойств и оценено тем или иным
способом, в том числе и количественно
Расстояние
Твердость
Скорость
Сила
6

7.

Виды величин
Реальные
Идеальные
Физические
Нефизические
Математические
Измеряемые
Оцениваемые
Вычисляемые
7

8.

186 см
105 см
Физическая величина (ФВ) – это характеристика одного из
свойств физического объекта, общая в качественном отношении
многим физическим объектам, но в количественном отношении
индивидуальная для каждого объекта.
8

9.

Шкала величины – это упорядоченная последовательность
ее значений, принятая по соглашению на основании
результатов точных измерений.
6
5
4
3
2
1
0
9

10.

Шкала наименований используется для измерения значений
качественных признаков.
Каталог автомобилей
Атлас цветов
10

11.

Шкала порядка (ранга) монотонно убывает или возрастает.
Позволяет установить соотношение больше/меньше между
величинами, характеризующими свойство.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Шкала силы ветра Бофорта
Шкала твердости
минералов Мооса
11

12.

Шкала разностей (интервалов) отличается от шкалы порядка
тем, что здесь имеет значение не только порядок следования
величин, но и величина интервала между ними.
Температурная
шкала Цельсия
Летоисчисление
12

13.

Шкала отношений – это интервальная шкала, в которой
присутствует естественная нулевая точка.
Термодинамическая
шкала
Шкала массы
13

14.

Абсолютная шкала обладает всеми признаками шкалы
отношений, но при этом имеет безразмерную единицу
измерения.
Шкала
коэффициента
полезного действия
Шкала коэффициента
отражения
14

15.

Система физических
величин
Система физических величин – это
совокупность взаимосвязанных ФВ,
образованная в соответствии с
принятыми принципами, когда одни
величины принимаются за независимые,
а другие являются функциями
независимых величин
Основные единицы величин
Производные единицы
величин
15

16.

Система физических величин
Основная величина – величина, условно принятая в качестве
независимой от других величин Международной системы
величин
Основная единица СИ – единица основной величины
Международной системы величин
Производная величина – величина, определенная через
основные величины системы
16

17.

Система физических величин
Производная единица СИ – единица производной величины
Международной системы единиц
Когерентная производная единица СИ – производная
единица физической величины, связанная с другими
единицами системы уравнением, в котором числовой
коэффициент равен единице
17

18.

Английская система мер
Использовалась до введения метрической системы в
большинстве европейских стран и их колониях.
В основу мер длины
были положены
пропорции
человеческого тела.
18

19.

Русская система мер
Система мер, традиционно применявшихся на Руси и
в Российской империи. Позже на смену русской системе
пришла метрическая, которая была допущена к применению в
России по закону от 4 июня 1899 года.
19

20.

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА
ЕДИНИЦ
20

21.

Международная система единиц (СИ)
Système International (SI) – система единиц физических
величин, современный вариант метрической системы.
Разработана и утверждена на 11 Генеральной конференцией
по мерам и весам в 1960 г.
Страны, не
использующие СИ:
Либерия;
Мьянма;
США.
21

22.

Основные единицы СИ
Величина
Наименование
Русское
единицы
обозначение
величины
Международное
обозначение
Длина
Масса
метр
килограмм
м
кг
m
kg
Время
Сила электрического
тока
секунда
с
s
ампер
А
A
Термодинамическая
температура
кельвин
К
K
Сила света
Количество вещества
кандела
моль
кд
моль
kd
mol
22

23.

Основные преимущества Международной
системы единиц
1. Унификация единиц физических
величин на базе СИ.
2. Международная система является
универсальной системой
3. Основные и большинство
производных единиц СИ имеют
удобные для практического
применения размеры
4. Упрощается запись уравнений и
формул в различных областях науки и
техники
23

24.

Правила использования единиц величин на
территории России
На территории Российской Федерации допускается применять:
единицы Международной системы единиц;
отдельные внесистемные единицы величин, разрешенные к
применению Правительством РФ
24

25.

Кратные и дольные единицы
Десятичные множители, приставки и обозначения приставок для
образования кратных и дольных единиц величин
Дольные
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
деци
санти
милли
микро
нано
пико
Кратные
101
102
103
106
109
1012
дека
гекто
кило
мега
гига
тера
25

26.

Правила записи результатов измерений
Результат измерения длины (L) 25,1 м, погрешность измерения
(Δ) 0,11 м
Вариант 1: L = (25,1 ± 0,11) м
Вариант 2: L = 25,1 ± 0,1 м
Вариант 3: L = (25,1 ± 0,1) м
Вариант 4: L = 25,1 м ± 0,1 м
Вариант 5: L = 25,1 ± 0,11 м
Вариант 6: L = 25,1 м ± 0,11 м
26

27.

ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
27

28.

Измерение и оценивание
Оценивание
Измерение
Опыт
Технические
средства
Единицы
измерения
Приписывание
Правила
28

29.

Измерение
Объект
измерения
Измерительный
преобразователь
Устройство
сравнения
Устройство
хранения и
воспроизведения
величины
известного
значения
29

30.

Основные понятия
Измерение – совокупность операций,
выполняемых с помощью технического
средства, хранящего единицу, или
воспроизводящую шкалу физической величины,
заключающихся в сравнении измеряемой
величины с ее единицей или шкалой с целью
получения значения этой величины в форме,
наиболее удобной для использования
Основное уравнение измерения:
Q = q [Q],
где Q – измеренное значение физической
величины, q – числовое значение физической
величины, [Q] – единица измерения физической
величины
30

31.

Классификация измерений
1.По общим приемам получения результатов измерений
Прямые измерения – это измерения,
проводимые прямым методом, при котором
искомое значение величины получают
непосредственно по шкале прибора
Косвенные измерения – это измерения,
проводимые косвенным методом, при
котором искомое значение физической
величины определяется на основании
результатов прямых измерений других
физических величин, функционально
связанных с искомой величиной
31

32.

Классификация измерений
1.По общим приемам получения результатов измерений
Совокупные измерения – это
проводимые одновременно измерения
нескольких величин, при которых искомые
значения величин определяют путем
решения системы уравнений, получаемых
при измерениях различных сочетаний этих
величин
Совместные измерения – это
проводимые одновременно измерения
двух или нескольких неоднородных
величин для определения зависимости
между ними
32

33.

Классификация измерений
2. По числу измерений в ряду измерений
Однократные измерения – это
измерения, выполняемые от
одного до трех раз
Многократные измерения – это
измерения одного и того же
размера физической величины,
результат которого получен из
нескольких следующих друг за
другом измерений
33

34.

Классификация измерений
3. По характеристике точности
Равноточные измерения – это ряд измерений физической
величины, выполненных одинаковыми по точности средствами
измерений в одних и тех же условиях и одним и тем же
оператором
Неравноточные измерения – это ряд измерений,
выполненных различными по точности средствами измерений
и (или) в нескольких разных условиях
34

35.

Классификация видов измерений
Параметр классификации
Виды измерений
По общим приемам получения
Прямые, косвенные,
результатов измерений
совокупные, совместные
По числу измерений в ряду
Однократные, многократные
измерений
По характеристике точности Равноточные, неравноточные
По отношению к измерению
Статические, динамические
измеряемой величины
По метрологическому
Технические,
назначению
метрологические
По выражению результата
Абсолютные, относительные
35

36.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
36

37.

Основные понятия
Метод измерений – прием или
совокупность приемов сравнения
измеряемой физической величины с ее
единицей в соответствии с реализованным
принципом измерений.
Принцип измерения – физические
явления или эффекты, положенные в
основу измерения тем или иным типом
средств измерений.
37

38.

Классификация методов измерений
Методы
измерений
Метод
непосредственной
оценки
Методы
сравнения
- Дифференциальный метод;
- Нулевой метод;
- Метод совпадений;
- Метод замещения;
- Метод измерения
дополнением;
- Метод противопоставления.
38

39.

Метод непосредственной оценки –значение величины
определяется непосредственно по отсчетному устройству
измерительного прибора
39

40.

Дифференциальный метод – измеряемую величину сравнивают
с однородной величиной (мерой), имеющей известное значение. О
значении величины судят по разности между двумя этими
величинами
Объект
измерения
Q
∑
Мера
±QМ
Y=Q ± QМ
Средство
измерения
Y
Q ± QМ = Y
Q = Y― (±QМ)
40

41.

Нулевой метод – метод, при
реализации которого результирующий
эффект воздействия измеряемой
величины и меры доводят до нуля
Объект
измерения
Q
∑
Мера
–QМ
Y=Q – QМ
Средство
измерения
Y=0
Q – QМ = 0
Q = QМ
41

42.

Метод совпадений – метод, при осуществлении которого
разность между измеряемой величиной и мерой, измеряют,
используя совпадение меток шкал
42

43.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, с помощью
которого измеряемую величину замещают мерой с известным
значением величины
Объект
измерения
Q
X1
Средство
измерения
Мера
X1 = X2
Q = QМ
–QМ
43

44.

Метод измерений дополнением – метод сравнения с мерой,
в котором значение измеряемой величины дополняется мерой
этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор
воздействовала сумма, равная заранее заданному значению
Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в
котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая
мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с
помощью которого устанавливается соотношение между этими
величинами
44

45.

Классификация методов измерений
Методы
измерений
Контактный метод
– чувствительный
элемент прибора
приводится в
контакт с объектом
измерения.
Бесконтактный
метод –
чувствительный
элемент средства
измерений не
приводится в
контакт с объектом
измерения.
45