Метрология, стандартизация, сертификация

1.

Перечень учебников и учебных пособий:
1. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации,
метрологии. М.: Юнити. Второе издание. 2001 г.
2. Сергеев А.В, Латышев М.В, Тегерия В.В. Метрология,
стандартизация, сертификация. Учебное пособие.-М.: Логос, 2001.
3. Катенин В.А., Михальский В.А. Метрология в
судовождении. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007 – 20л.: ил.
4. Тартаковский Д. Ф., Ястребов А. С. Метрология,
стандартизация и технические средства измерений. Учебник
для вузов. – М.: Высшая школа. 2001
5. Метрология и электро / радиоизмерения в
телекоммуникационных системах. Под ред. В. И. Нефедова. –
М.: Высшая школа. 2001.
6. Сергеев А. Г., Крохин В. В. Метрология - М.: Логос, 2000.
7. Лифиц И. М. Основы стандартизации, метрологии и
сертификации. - М.: ЮРАЙТ, 1999.

2.

Историческая справка
• 21 декабря 1550 года. Двинская грамота Ивана Грозного о
новых печатных мерах сыпучих тел – «осминах».
• 1736 год. По решению Сената была образована комиссия
весов и мер под председательством графа Головкина,
главного директора Монетного двора.
• 1842 год. Было создано первое метрологическое
и
поверочное учреждение России – Депо образцовых мер и
весов.
• 1892 год. Д. И. Менделеев принял предложенную ему
должность ученого-хранителя Депо.
• 1931 год. Главная палата была переименована во
Всесоюзный научно-исследовательский институт по
метрологии и стандартизации (ВИМС).
2

3.

Метрология - наука об измерениях, методах достижения
их единства и требуемой точности.
Термин метрология произошёл от греческих слов:
μετρου - мера и λογοζ - учение, слово.
Объектами изучения метрологии являются:
- общая теория измерений;
- единицы физических величин и их системы;
- методы и средства измерений;
- методы и способы определения точности измерений;
- основы обеспечения единства измерений и единообразия
средств измерений;
- эталоны и образцовые средства измерений;
- методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых
средств измерений рабочим.

4.

Метрология обобщает практический опыт, создаёт и
совершенствует теоретические основы измерений и определяет
направления развития измерительной техники.
Метрология имеет дело, как правило, с измерениями
физических величин.
Измерение следует рассматривать с трёх точек зрения:
технической, метрологической и познавательной.
Техническая
сторона
измерения
заключается
в
совокупности операций по применению технических средств.
Метрологическая суть состоит в сравнении измеряемой
физической величины с ее единицей, размер которой передан
от эталона или образцового средства измерения.
Познавательный аспект говорит о том, что целью
измерения является получение значений измеряемой
величины с известной погрешностью предела.

5.

Теоретическая
метрология
занимается
вопросами
фундаментальных исследований, созданием системы единиц
измерений, физических постоянных, разработкой новых
методов измерения.
Прикладная (практическая) метрология занимается
вопросами практического применения в различных сферах
деятельности результатов теоретических исследований в
рамках метрологии.
Законодательная метрология включает совокупность
взаимообусловленных правил и норм, направленных на
обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг
правовых положений (уполномоченными на то органами
государственной власти), имеют обязательную силу и
находятся под контролем государства.

6.

Для метрологии характерны следующие направления:
• разработка современных методов измерений и приборов с
использованием новейших физических принципов или
нанотехнологий, необходимых для перспективных направлений
науки и техники;
• повышение точности измерений и расширение пределов
измеряемых величин;
создание
комплексных
полуавтоматических
и
автоматических измерительных систем, обладающих высокой
точностью, быстродействием и надёжностью.
В РФ ежедневно производится около 200 млрд измерений,
свыше 4 млн. человек считают измерения своей профессией.
Доля затрат на измерения составляет 10—15% затрат
общественного труда, а в отраслях промышленности,
производящих
сложную
технику
(электротехника,
станкостроение и др.), она достигает 50 - 70%.

7.

ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Шкала физической величины - это упорядоченная
последовательность значений физической величины,
принятая на основании результатов точных измерений.
Классификация шкал измерений

8.

Шкала наименований
Основана на приписывании объекту цифр (знаков),
играющих роль простых имён. Данное приписывание цифр
выполняет на практике ту же функцию, что и наименование.
Эти
шкалы
используются
для
классификации
эмпирических объектов, свойства которых проявляются
только в отношении эквивалентности.
Нумерация
объектов
по
шкале
наименований
осуществляется по принципу: «не приписывать одну и ту же
цифру разным объектам».
С цифрами нельзя проводить никаких арифметических
действий, могут быть использованы только для определения
вероятности или частоты появления данного объекта. В них
отсутствует понятия «больше» нуля или «меньше» и единицы
измерения.

9.

Шкала порядка (шкала рангов)
Шкала предполагает упорядочение объектов относительно
какого-то определённого их свойства, т.е. расположение их в
порядке убывания или возрастания данного свойства.
Полученный при этом упорядоченный ряд называют
ранжированным рядом, а саму процедуру - ранжированием.
Ряд может дать ответ на вопросы типа «что больше/меньше»
или «что лучше/хуже». Более подробную информацию - на
сколько больше или меньше, во сколько раз лучше или хуже шкала порядка дать не может.
В шкалах порядка может существовать или не
существовать нуль, но отсутствует единица измерения.
По шкале порядка сравниваются между собой однородные
объекты, у которых значения интересующих нас свойств
неизвестны. Результаты оценивания по шкале порядка также не
могут подвергаться никаким арифметическим действиям.

10.

Часто на практике используют условные (эмпирические)
шкалы порядка.
Условная шкала - это шкала физической величины, исходные
значения которой выражены в условных единицах.
Широкое распространение получили шкалы порядка с
нанесёнными на них реперными точками.
По условным шкалам до сих пор оценивают интенсивность
землетрясений, морское волнение, твёрдость минералов и
некоторые другие величины.
Шкала Бофорта — двенадцатибалльная шкала, принятая
Всемирной метеорологической организацией для приближенной
оценки скорости ветра по его воздействию на наземные
предметы или по волнению в открытом море. Средняя скорость
ветра указывается на стандартной высоте 10 м над открытой
ровной поверхностью.

11.

Баллы Словесное
Бофорт определение
а
силы ветра
Средняя скорость
ветра, м/с (км/ч)
Средняя
скорость
ветра,
узлов
0
Штиль
0—0,2 (< 1)
0—1
1
Тихий
0,3—1,5 (1—5)
1—3
2
Легкий
1,6—3,3 (6—11)
3,5—6,4
3
Слабый
3,4—5,4 (12—19)
6,6—10,1
4
Умеренный
5,5—7,9 (20—28) 10,3—14,4
5
Свежий
8,0—10,7 (29—38) 14,6—19,0
6
7
Действие ветра
Дым поднимается вертикально, листья деревьев
неподвижны. Зеркально гладкое море
Дым отклоняется от вертикального направления, на море
лёгкая рябь, пены на гребнях нет. Высота волн до 0,1 м
Ветер чувствуется лицом, листья шелестят, флюгер
начинает двигаться, на море короткие волны максимальной
высотой до 0,3 м
Листья и тонкие ветки деревьев колышутся, колышутся
лёгкие флаги, лёгкое волнение на воде, изредка образуются
маленькие "барашки". Средняя высота волн 0,6 м
Ветер поднимает пыль, бумажки; качаются тонкие ветви
деревьев, белые "барашки" на море видны во многих
местах. Максимальная высота волн до 1,5 м
Качаются ветки и тонкие стволы деревьев, ветер
чувствуется рукой, на воде видны белые "барашки".
Максимальная высота волн 2,5 м, средняя — 2 м
Сильный
Качаются толстые сучья деревьев, тонкие деревья гнутся,
гудят телефонные провода, зонтики используются с
10,8—13,8 (39—
19,2—24,1 трудом; белые пенистые гребни занимают значительные
49)
площади, образуется водяная пыль. Максимальная высота
волн — до 4 м, средняя - 3 м
Крепкий
Качаются стволы деревьев, гнутся большие ветки, трудно
13,9—17,1 (50—
24,3—29,5 идти против ветра, гребни волн срываются ветром.
61)
Максимальная высота волн до 5,5 м

12.

Словесное
Баллы определени
Бофорта е силы
ветра
8
9
10
Средняя
скорость
ветра, м/с
(км/ч)
Очень
крепкий
17,2—20,7
(62—74)
Шторм
20,8—24,4
(75—88)
Сильный
шторм
24,5—28,4
(89—102)
Средняя
скорость
ветра, узлов
Действие ветра
29,7—35,4
Ломаются тонкие и сухие сучья деревьев, говорить на ветру
нельзя, идти против ветра очень трудно. Сильное волнение на
море. Максимальная высота волн до 7,5 м, средняя — 5,5 м
35,6—41,8
Гнутся большие деревья, ветер срывает черепицу с крыш,
очень сильное волнение на море, высокие волны
(максимальная высота — 10 м, средняя — 7 м)
42,0—48,8
На суше бывает редко. Значительные разрушения строений,
ветер валит деревья и вырывает их с корнем, поверхность
моря белая от пены, сильный грохот волн подобен ударам,
очень высокие волны (максимальная высота — 12,5 м,
средняя — 9 м)
11
Жестокий
шторм
28,5—32,6
(103—117)
49,0—56,3
Наблюдается очень редко. Сопровождается разрушениями на
больших пространствах. На море исключительно высокие
волны (максимальная высота — до 16 м, средняя — 11,5 м),
суда небольших размеров временами скрываются из виду
12
Ураган
> 32,6 (> 117)
> 56
Серьёзные разрушения капитальных строений

13.

Обрабатываемость
Другие минералы
с аналогичной
твердостью
1
Царапается ногтем
Графит
2
Гипс
(CaSO4·2H2O)
3
Царапается ногтем
Галит, хлорит
3
Кальцит
(CaCO3)
9
Царапается медной
монетой
Биотит, золото,
серебро
4
Флюорит
(CaF2)
21
Царапается ножом,
оконным стеклом
Доломит,
сфалерит
5
Апатит
(Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))
48
Царапается ножом,
оконным стеклом
Гематит, лазурит
6
Ортоклаз
(KAlSi3O8)
72
Царапается напильником
Опал, рутил
7
Кварц
(SiO2)
100
Поддаётся обработке
Гранат, турмалин
алмазом, царапает стекло
8
Топаз
(Al2SiO4(OH-,F-)2)
200
Поддаётся обработке
Берилл, шпинель,
алмазом, царапает стекло
аквамарин
9
Корунд
(Al2O3)
400
Поддаётся обработке
алмазом, царапает стекло
10
Алмаз
(C)
1600
Режет стекло
Твёрдость
по Моосу
Эталонный минерал
Абсолютная
твёрдость
1
Тальк
(Mg3Si4O10(OH)2)
Изображение
Сапфир, рубин

14.

Сейсмическая шкала (схематизировано)
Балл
1
2
Название
землетрясения
Незаметное
Очень слабое
3
4
Слабое
Умеренное
5
Довольно сильное
6
Сильное
7
Очень сильное
8
Разрушительное
9
10
Опустошительное
Уничтожающее
11
Катастрофа
12
Сильная катастрофа
Краткая характеристика
Отмечается только сейсмическими приборами
Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии полного покоя
Ощущается лишь небольшой частью населения
Распознаётся по лёгкому дребезжанию и колебанию предметов, посуды и
оконных стёкол, скрипу дверей и стен
Общее сотрясение зданий, колебание мебели. Трещины в оконных стёклах и
штукатурке. Пробуждение спящих
Ощущается всеми. Картины падают со стен. Откалываются куски
штукатурки, лёгкое повреждение зданий.
Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные
постройки остаются невредимыми.
Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Меняется уровень воды в
колодцах. Памятники сдвигаются с места или опрокидываются. Падают
дымовые трубы. Сильно повреждаются капитальные здания.
Сильное повреждение и разрушение каменных домов.
Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных
построек. Искривление ж.-д. рельсов.
Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы.
Каменные дома совершенно разрушаются
Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные
трещины, обвалы, оползни. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах,
отклонение течения рек. Ни одно сооружение не выдерживает. На земной
поверхности видны волны.

15.

Шкала интервалов
На шкале интервалов откладывается разность значений
физической величины, сами же значения остаются
неизвестными.
Шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу
измерения и произвольно выбранное начало - нулевую точку.
На шкале интервалов можно суммировать или вычитать и
сравнивать, во сколько раз один интервал больше другого, но
складывать абсолютные значения величин невозможно.
Шкала имеет области положительных и отрицательных
значений.
Деление шкалы интервалов на равные части устанавливает
единицу физической величины, что позволяет не только
выразить результат измерения в числовой мере, но и оценить
погрешность измерения.

16.

К таким шкалам относятся, например, температурные шкалы
Цельсия, Фаренгейта и Реомюра.
На наиболее привычной для нас температурной шкале
Цельсия за начало отсчёта разности температур принята
температура таяния льда.
Для удобства пользования шкалой Цельсия интервал между
температурой таяния льда и температурой кипения воды
разделён на 100 равных интервалов - градусов.
Шкала Цельсия распространяется как в
отрицательных, так и положительных интервалов.
сторону

17.

Шкала отношений
Представляют собой интервальные шкалы с естественным
началом.
В шкалах существует однозначный естественный критерий
нулевого количественного проявления свойства и единица
измерений, установленная по соглашению.
К значениям, полученным по этой шкале, применимы все
арифметические действия.
По такой шкале уже можно отсчитывать абсолютное значение
величины и определять не только на сколько величина Т1
больше (меньше) величины Т2 другого, но и во сколько раз
больше или (меньше) по правилу: Т1 / Т2 = n.
В общем случае, при сравнении между собой двух ФВ по
такому правилу, значения n, расположенные в порядке
возрастания или убывания, образуют шкалу отношений.
Охватывает интервал значений n от 0 до ∞ и не содержит
отрицательных значений.

18.

Абсолютные шкалы
Под абсолютными шкалами понимают шкалы, обладающие
всеми признаками шкал отношений, но дополнительно
имеющие естественное однозначное определение единицы
измерения и не зависящие от принятой системы единиц
измерения.
Такие шкалы соответствуют относительным величинам:
коэффициенту усиления, ослабления (Дб, Неппер), радиан,
стеррадиан (рад, страд).

19.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЙ
Свойство - философская категория, выражающая такую
сторону объекта (процесса, явления), которая обусловливает его
общность или различие с другими объектами (процессами,
явлениями) и обнаруживается в его отношениях к ним. По своей
сути свойство - категория качественная.
Величина - свойство чего-либо, которое может быть
выделено среди других свойств и оценено тем или иным
способом, в том числе и количественно.
Анализ величин позволяет разделить их на два вида:
идеальные и реальные.
Идеальные величины главным образом относятся к области
математики и являются обобщением (моделью) конкретных
реальных понятий. Они вычисляются тем или иным способом.
Реальные величины, в свою очередь, делятся на: физические и
нефизические.

20.

Физическая величина
(ФВ) - величина, свойственная
материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в
естественных (физика, химия) и технических науках, общее в
качественном отношении для множества объектов, физических
систем, их состояний и происходящих в них процессов, но
индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.
К нефизическим следует отнести величины, присущие
общественным
(нефизическим)
наукам
философии,
социологии, экономике и т.д.
ФВ принято разделять на измеряемые и оцениваемые.
Измеряемые ФВ можно выразить количественно в виде
определённого числа установленных единиц измерения.
ФВ, для которых по каким-либо причинам не может быть
введена единица измерения, могут быть только оценены.
Оценивание - операция приписывания данной ФВ
определённого числа принятых для неё единиц, проведённая по
установленным правилам (шкала порядка).

21.

Нефизические величины, для которых единица измерения в
принципе не может быть введена, могут быть только оценены.
Значение ФВ - оценка физической величины в принятых
единицах измерения (например, пеленг на цель 10 градусов значение угла между направлением на NORD и пеленгуемым
объектом, причём само число 10 - это числовое значение).
При выбранной оценке физической величины её можно
охарактеризовать истинным, действительным и измеренным
значениями.
Истинным значением ФВ называется значение физической
величины, которое идеальным образом отражало бы в
качественном и количественном отношениях соответствующее
свойство объекта.
Определить экспериментально его невозможно вследствие
неизбежных погрешностей измерения.

22.

Погрешность - это отклонение результата измерения от
истинного значения измеряемой величины.
Действительным значением ФВ называется значение
физической величины, найденное экспериментальным путём и
настолько приближающееся к истинному значению, что для
данной цели может быть использовано вместо него.
Под измеренным значением понимается значение величины,
отсчитанное по отсчётному устройству средства измерения.
Измерение
представляет
собой
специфический
информационный процесс, результатом которого является
получение количественной информации об измеряемых
величинах - измерительной информации.

23.

Принцип измерений - совокупность физических принципов,
на которых основаны измерения.
Метод измерений - совокупность приёмов использования
принципов и средств измерений.
Объект измерения - это реальный физический объект,
свойства которого характеризуются одной или несколькими
измеряемыми физическими величинами. Он обладает многими
свойствами и находится в сложных и многосторонних связях с
другими объектами.
Достоверность измерений определяется степенью доверия к
результату измерения и характеризуется вероятностью того, что
истинное значение измеряемой величины находится в
указанных
пределах.
Данную
вероятность
называют
доверительной.
Правильность
измерений
это
метрологическая
характеристика, отражающая близость к нулю так называемых
систематических погрешностей результатов измерений.

24.

Единица физической величины - физическая величина,
которой по определению присвоено стандартное числовое
значение, равное 1.
Измерить физическую величину - значит найти отношение
ее размера к размеру той же величины, условно, обычно по
международному соглашению, принятому за единицу
измерения.
Другими словами, измерить величину - значит определить, во
сколько раз она больше единицы измерения или какую часть
единицы она составляет.