Метрология. Основные термины и определения. (Лекция 1)

1.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра метрологии и стандартиации
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И
СЕРТИФИКАЦИЯ В ИНФОРМАТИКЕ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Преподаватель: Батай Людмила Евгеньевна
к.ф.-м.н., доцент кафедры МиС
17 лекций
4 практических занятия
4 лабораторных работы

2.

ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Метрология и радиоизмерения: Учебник для ВУЗов / Под ред. проф. В.И. Нефедова. –
М.: Высш. шк., 2003. – 383 с.
2. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и управление качеством: Учеб.
пособие. – М.: изд-во стандартов, 1990.
3. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения. – Мн.: Высш. шк., 1986. – 320 с.
4. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника: Учеб.
пособие для ВУЗов / Под ред. К.К. Кима. – СПб.: Питер, 2006. – 368 с.
5. Гуревич В.Л. Международная стандартизация: Учеб.пособие для студ. специальности 54
01 01-02 «Метрология, стандартизация и сертификация (радиотехника, информатика и
связь)» / В.Л.Гуревич, С.В. Ляльков, О.И.Минченок. – Мн.: БГУИР, 2002. – 55 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1.
Дерябина М. Ю., Основы измерений. Учебное пособие. Мн., БГУИР, 2001.- 58 с.
2. Основы метрологии и стандартизации.: Учебно-методическое пособие для
индивидуальной работы студентов /А.П. Белошицкий, М.Ю. Дерябина и др.; под. ред.
С.В. Лялькова. – Мн.: БГУИР, 1999.
3. Электрические измерения /Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. - Л.: Энергия, 1990. 393 с.

3.

Наука начинается с тех пор, как начинают
измерять. Точная наука немыслима без меры
Д.И. Менделеев
Общие сведения о метрологии и измерениях
Основные термины и определения
РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»:
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их
единства и способах достижения требуемой точности.
Единство измерений - состояние измерений, характеризующееся тем,
что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры
которых
в
установленных
воспроизводимым
пределах
первичными
равны
эталонами,
размерам
а
единиц,
погрешности
результатов измерений известны и с заданной вероятностью не
выходят за установленные пределы.

4.

Международная система единиц (СИ, SI)
Основные единицы СИ:
Дополнительные единицы СИ:
•Метр (м, m)
•Радиан (рад, rad)
•Килограмм (кг, kg)
= l /R
•Секунда (с, s)
•Стерадиан (ср, sr)
•Ампер (А, A)
= S /R2
•Кельвин (К, K)
•Кандела (кд, cd)
•Моль (моль, mol)

5.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физ. системы,
явления или процесса) общее в качественном отношении для многих физических
объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.
Размер - количественная характеристика измеряемой величины
Единица измерения физической величины – физическая величина
фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение,
равное 1, применяемая для количественного выражения однородных с ней
физических величин.
Значение физической величины – выражение размера физической величины
в виде некоторого числа принятых для нее единиц.
Q=q [Q]
Q – значение физической величины
[Q] – единица физической величины
q – отвлеченное число

6.

Истинное значение физической величины – значение физической
величины, которое идеальным образом характеризует в количественном
и качественном отношении соответствующую физическую величину.
Действительное значение физической величины
–
значение
физической величины, полученное экспериментальным путем и
настолько близкое к истинному значению, что в поставленной
измерительной задаче может быть использовано вместо него.

7.

РМГ 29-99:
Измерение – совокупность операций по применению технического
средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих
нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой
величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Средство измерений
–
техническое средство, предназначенное для
измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики,
воспроизводящее и/или хранящее единицу физической величины, размер
которой
принимают
неизменным
(в
пределах
установленной
погрешности) в течение известного интервала времени.
Значение величины, найденное путем ее измерения, называется
результатом измерений.

8.

Погрешность результата измерения - это разница между результатом измерения X и
истинным (действительным) значением Q измеряемой величины: Δ =X – Q.
Погрешность средства измерения (инструментальная погрешность) – разность между
показанием средства измерений и истинным (действительным) значением величины.
По способу числового выражения различают:
абсолютную, относительную и приведенную погрешность.
Абсолютная погрешность – это погрешность, выраженная в единицах измеряемой
величины, определяется как : Δ =X – Q.
Относительная погрешность – это погрешность, выраженная отношением абсолютной
погрешности к действительному значению величины. Относительную погрешность
выражают в относительных единицах или в процентах:
δ = Δ/Q = (X – Q)/Q
δ = (Δ/Q)100% = [(X – Q)/Q]100%
Приведенная погрешность- это относительная погрешность, в которой абсолютная
погрешность отнесена к условно принятому значению QN , постоянному во всем
диапазоне измерений или его части:
γ = Δ/QN = (X – Q)/QN .
QN - нормирующее значение

9.

Δ = Δс + Δсл
Систематическая погрешность измерений – составляющая погрешности результата
измерения, остающаяся постоянной для данного ряда измерений или же закономерно
изменяющаяся при повторных измерениях физической величины.
Систематические погрешности могут быть предсказаны, обнаружены и исключены
(уменьшены) из результата измерений введением поправок.
Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения,
изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях
физической величины постоянного размера.
В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они проявляются
при повторных наблюдениях виде некоторого разброса полученных результатов. Случайные
погрешности неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения. Уменьшение случайных
погрешностей возможно путем увеличения числа измерений.
Грубые погрешности (промахи) - проявляются в том, что в серии измерений результаты
отдельных измерений резко отличаются от остальных.

10.

Классификация измерений
Виды измерений
По способу нахождения числового значения физической величины:
прямые
косвенные
совокупные
совместные
Прямые измерения – измерения, в которых искомое значение физической величины находят
непосредственно из опытных данных сравнением данной величины с мерой этой величины или из
отсчета показаний средства измерений, градуированного в единицах этой величины.
Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят на
основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, подвергаемыми
прямым измерениям.
Совокупные измерения – производимые одновременно измерения нескольких одноименных
величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых
при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.
Совместные измерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких
неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

11.

По числу выполненных наблюдений или снятых показаний средств измерений все
измерения делят на:
однократные
многократные
Однократным называют измерение, выполненное один раз.
Во многих случаях на практике выполняют именно однократные измерения, если результат
измерений удовлетворяет условиям конкретной измерительной задачи.
Многократным называют измерение физической величины одного размера, результат
которого получен из нескольких, следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из
ряда однократных измерений.
Многократное измерение выполняют в случае, когда случайная составляющая
погрешности однократного измерения может превысить требуемое по условиям задачи
значение. Выполнив ряд последовательных отдельных измерений, получают одно
многократное измерение, погрешность которого может быть уменьшена методами
математической статистики.

12.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяют на:
статические
динамические
Статическими называют измерения, при которых измеряемая физическая величина
остается неизменной (или принимается за неизменную) в течение времени процесса
измерений.
Примеры статических измерений - измерения размеров объекта, его массы, измерения
режимов и параметров электрической цепи в установившемся режиме.
Динамическими называют измерения, при которых измеряемая величина изменяется во
времени со скоростью, превышающей возможности средства измерений отслеживать ее
изменение.
Примеры динамических измерений - измерения мгновенных значений быстро протекающих
процессов: пульсаций, вибраций, импульсов, переходных процессов в электрических цепях.

13.

По уровню точности измерения делят на:
измерения
максимально
возможной
точности
контрольные
(контольноповерочные,
метрологические)
технические
(рабочие)
Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне
науки и техники - выполняют в метрологических центрах при создании и эксплуатации
исходных эталонов, а также при некоторых физических экспериментах (при определении
значений физических констант, стандартных справочных данных и т.п.)
Контрольные (контольно-поверочные, метрологические) – измерения, погрешность
которых не должна превышать некоторое заранее заданное контрольное значение.
Такие измерения выполняют, например, при поверке или калибровке средств измерений.
Погрешность эталона должна быть в определенное число раз меньше погрешности
поверяемого или калибруемого средства измерений. Соотношения погрешностей
поверяемого прибора и эталона устанавливаются в поверочных схемах и методиках
поверки.
Технические измерения - измерения, выполняемые в промышленности, технике, НИР,
НИОКР, везде, где погрешность измерений определяется применяемыми средствами
измерений.

14.

По особенностям обработки результатов измерения делят на:
равноточные
неравноточные
Равноточными измерениями называют ряд измерений какой-либо величины,
выполненных одинаковыми по точности средствами измерений, в одних и тех же
условиях, и с одинаковой тщательностью.
Неравноточными измерениями называют ряд измерений какой-либо величины,
выполненных различающимися по точности средствами измерений и/или в
разных условиях.
По способу выражения результатов различают:
абсолютные
относительные

15.

В основе процесса измерений лежат принцип и метод измерений.
Принцип измерений – физическое явление или совокупность явлений,
положенных в основу измерения.
Метод измерения – совокупность приемов сравнения измеряемой
физической величины с ее единицей в соответствии с выбранным
принципом измерений.
Методика
измерений
–
детально
намеченный
порядок
процесса
измерений, регламентирующий методы, средства, алгоритмы выполнения
измерений,
которые
в
определенных
(нормированных
обеспечивают измерения с заданной точностью.
условиях)

16.

Методы измерения
методы непосредственной
оценки
методы сравнения
с мерой
Метод непосредственной оценки – метод измерений, в котором значение величины определяют
непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, заранее
градуированного в единицах измеряемой физической величины.
Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с
величиной, воспроизводимой мерой.
противопоставления
дифференциальный
Метод сравнения с мерой
нулевой
замещения
совпадения

17.

Средства измерений и их классификация
Средствами измерений называют технические средства, которые используются при измерениях
и имеют нормированные метрологические характеристики.
Метрологические характеристики - характеристики, которые влияют на результат измерений
и на его погрешность.
Средства измерений подразделяют на :
1) меры,
2) измерительные преобразователи,
3) измерительные приборы,
4) измерительные установки,
5) измерительные системы.

18.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и/или
хранения физической величины одного или нескольких размеров, значения
которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой
точностью.
Измерительный преобразователь – средство, предназначенное для
преобразования сигналов измерительной информации в форму, удобную для
дальнейшего преобразования, передачи, обработки хранения.
Измерительные приборы – средства измерений, предназначенные для
выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для
непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительные установки – совокупность функционально объединенных
средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для
измерения одной или нескольких физических величин и расположенная в
одном месте.
Измерительная система - совокупность функционально объединенных средств
измерений и вспомогательных устройств, размещенных в разных точках
контролируемого объекта и соединенных между собой каналами связи,
предназначенная для измерения одной или нескольких физических величин

19.

Средства измерений
Меры
Однозначные
Многозначные
Наборы мер
Измерительные
преобразователи
Измерительные
приборы
Первичный,
промежуточный,
масштабный,
датчик и т.д.
Показывающие,
регистрирующие,
аналоговые
цифровые и т.д.
Измерительные системы;
Информационно-измерительные
системы;
информационно измерительные комплексы
Измерительные установки