Метрология как наука: Метрология как наука об измерениях

Метрология — наука об измерениях

Метрология (от греч. «метро» — мера, «логос» — учение) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности (здесь и далее толкование терминов соответствует МИ-2247-93 «Рекомендация. Метрология. Основные термины и определения»).

Современная метрология включает три составляющие: законодательную метрологию, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию.

Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерений, а они, в свою очередь были заимствованы в древней Греции и Риме. Естественно, что каждая система мер отличалась своими особенностями, связанными не только с эпохой, но и с национальным менталитетом.

Наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений «подручными» способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, на Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной древнерусской мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица — аршин — пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления.

Мера локоть пришла к нам из Вавилона и означала расстояние от сгиба локтя до конца среднего пальца руки (иногда — сжатого кулака или большого пальца).

С XVIII в, в России стали применяться дюйм, заимствованный из Англии (назывался он «палец»), а также английский фут. Особой русской мерой была сажень, равная трем локтям (около 152 см) и косая сажень (около 248 см).

Указом Петра I русские меры длины были согласованы с английскими, и это по существу — первая ступень гармонизации российской метрологии с европейской.

Метрическая система мер введена во Франции в 1840 г. Большую значимость ее принятия в России подчеркнул Д.И. Менделеев, предсказав большую роль всеобщего распространения метрической системы как средства содействия «будущему желанному сближению народов»,

С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что стимулировало в свою очередь совершенствование фундаментальной и прикладной метрологии.

Первоначально прототип единиц измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секундой стали считать часть периода обращения Земли вокруг оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень, В результате уточнялись «старые» единицы (меры) и появились новые. Так, в 1983 г. было принято новое определение метра: это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Это стало возможным после того, как скорость света в вакууме (299792458 м/с) метрологи приняли в качестве физической константы. Интересно отметить, что теперь с точки зрения метрологических правил метр зависит от секунды.

В 1988 г. на международном уровне были приняты новые константы в области измерений электрических единиц и величин, а в 1989 г. принята новая Международная практическая температурная шкала МТШ-90.

На этих нескольких примерах видно, что метрология как наука динамично развивается, что, естественно, способствует совершенствованию практики измерений во всех других научных и прикладных областях.

Качеством и точностью измерений определяется возможность разработки принципиально новых приборов, измерительных устройств для любой сферы техники, что говорит в пользу опережающих темпов развития науки и техники измерений, т.е. метрологии.

Вместе с развитием фундаментальной и практической метрологии происходило становление законодательной метрологии.

Законодательная метрология — это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Расчет
стоимостиГарантииОтзывы

Законодательная метрология служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу и метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц. К области законодательной метрологии относятся испытания и утверждение типа средств измерений и их поверка и калибровка, сертификация средств измерений, государственный метрологический контроль и надзор за средствами измерений.

Метрологические правила и нормы законодательной метрологии гармонизованы с рекомендациями и документами соответствующих международных организаций. Тем самым законодательная метрология способствует развитию международных экономических и торговых связей и содействует взаимопониманию в международном метрологическом сотрудничестве.

Рассмотрим содержание основных понятий фундаментальной и практической метрологии.

Измерения как основной объект метрологии связаны как с физическими величинами, так и с величинами, относящимися к другим наукам (математике, психологии, медицине, общественным наукам и др.). Далее будут рассматриваться понятия, относящиеся к физическим величинам.

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. Так, свойство «прочность» в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как степень (количественное значение) прочности — величина для каждого из них совершенно разная.

Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину. Полученное значение величины и есть результат измерений. Интересно отметить соответствие в целом этой современной трактовки с толкованием данного термина философом П. А. Флоренским, которое вошло в «Техническую энциклопедию» издания 1931 г.: «Измерение — основной познавательный процесс науки и техники, посредством которого неизвестная величина количественно сравнивается с другою, однородною с ней и считаемою известной».

Одна из главных задач метрологии — обеспечение единства измерений — может быть решена при соблюдении двух условий, которые можно назвать основополагающими:

• выражение результатов измерении в единых узаконенных единицах;

• установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины. При этом следует иметь в виду, что истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях; действительное значение физической величины устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат эксперимента (измерения) в максимальной степени приближается к истинному значению. Погрешности измерений приводятся обычно в технической документации на средства измерений или в нормативных документах. Правда, если учесть, что погрешность зависит еще и от условий, в которых проводится само измерение, от экспериментальной ошибки методики и субъективных факторов человека в случаях, где он непосредственно участвует в измерениях, то можно говорить о нескольких составляющих погрешности измерений либо о суммарной погрешности.

Единство измерений, однако, не может быть обеспечено лишь совпадением погрешностей. Требуется еще и достоверность измерений, которая говорит о том, что погрешность не выходит за пределы отклонений, заданных в соответствии с поставленной целью измерений. Есть еще и понятие точности измерений, которое характеризует степень приближения погрешности измерений к нулю, т.е. к истинному значению измеряемой величины.

Обобщает все эти положения современное определение понятия единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

Как выше отмечалось, мероприятия по реальному обеспечению единства измерений в большинстве стран мира установлены законами и входят в функции законодательной метрологии, к рассмотрению которых обратимся позже.

А сейчас перейдем к содержанию основного объекта метрологии — измерений.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

• Реферат

  Метрология — наука об измерениях

  От 250 руб

• Контрольная
  работа

  Метрология — наука об измерениях

  От 250 руб

• Курсовая работа

  Метрология — наука об измерениях

  От 700 руб

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

это наука, изучающая.

.. Метрология: практическое использование

Каждый объект в мире несет определенную информацию. Он наделен своими свойствами и характеристиками. Все эти данные необходимо изучать, измерять и сохранять. Объекты имеют определенную классификацию, а те, которые относятся к одному типу, нужно приводить к определенным стандартам и сравнивать с эталоном. Этим занимается наука под названием «метрология».

Суть, предмет и задачи

Извлечение достоверных и точных количественных данных о свойствах процессов и объектов – это суть предмета метрологии. Совокупность стандартов и средств измерений в этой области, обеспечение их рационального использования называется средствами метрологии.

По определению, метрология — это наука, изучающая способы и методы точных измерений свойств объекта: физические величины, единицы физической величины, погрешности, средства измерений.

Задачами науки являются:

• единство измерений;
• унификация величин, их узаконивание;
• разработка способов, установление точности и верности измерений;
• передача эталонных размеров и средств измерений в работу.

Происхождение термина, основные направления и требования

Исходя из того, что метрология — это наука, изучающая методы точных измерений, можно сказать, что это крайне важная отрасль в любой сфере производства и исследований. Сам термин имеет греческое происхождение. Слова μετρον и λογοξ обозначают: мера, учение, слово.

Основные направления – это теория измерений, единицы и системы физических величин, средства и методы определения точности, обеспечение единства и единообразия в измерениях, создание эталонов и образцов, передача размеров эталонных единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

В современном понимании метрология — это наука, изучающая частично научные направления, а частично комплексы взаимообусловленных и взаимосвязанных правил. Они соответствуют нормам и требованиям, которые нужно регламентировать и контролировать государству. Это необходимо в целях обеспечения единства измерений и единообразия средств, необходимых для этого. Таковы требования в законодательной метрологии, характер которой определяет стандартизацию определений и терминов.

Основные термины и понятия

Таким образом, метрология — это наука, изучающая различные физические явления и объекты с точки зрения измерений и стандартов. Соответственно, она, как наука, имеет определенный набор терминов и определений, установленных ГОСТом.

К таковым относятся: физическая величина, измерение, единица физической величины, единство и средства измерений, мера, измерительный прибор и преобразователь, измерительная установка и система, вспомогательное средство.

МО (метрологическое обеспечение) — это комплекс организационных, научно-технических мероприятий, а также деятельность специалистов и учреждений, нацеленных на обеспечение точности и единства измерений.

Цель МО — достижение требуемого функционирования ТУ (технических устройств).

Направления деятельности

НТО (научно-техническая основа) МО – это системы единых эталонов государственного образца физических величин, их размеров, испытаний средств измерений, включая поверку и калибровку. В обязательном порядке должна быть государственная поверка стандартных образцов, материалов и свойств. Необходимо проводить регулярную метрологическую аттестацию средств измерений, свойств материалов, предназначенных для воспроизведения единиц величин и характеризующих состав, свойства веществ. Кроме того, обязательно должна быть проверка эксплуатации и ремонта.

Тенденции развития, на которые направлено метрологическое обеспечение, – это переход к качественным измерениям с характерным набором свойств, способных обеспечить в установленный срок получение нужной точности результатов. Погрешность при этом может находиться в допустимых пределах.

Широкое и узкое понимание

Понятие МО трактуется как в широком, так и узком смысле.

В широком это:

• Теория и методы измерений, обеспечение точности, которую требует метрология, поверка единства и контроля измерений.
• Организационно-технические вопросы, нормативные документы, к которым относятся Госстандарты, МУ (методические указания), ТУ, правила для выполнения работ.

В узком смысле: надзор, касающийся применения законодательной системы, обеспечения единства, точности и передачи эталонных размеров, которые получают средства измерения. Метрология также включает в себя разработку поверочных государственных схем и надзор за их функционированием. После разработки методов измерений, уровень которых имеет наивысшую точность, создаются сами эталоны. В узком смысле МО подразумевает контроль состояния, которое имеют ведомственные средства измерения.

Метрология и ТУ

Задачи МО на разных этапах цикла жизни технического устройства включают в себя:

• исследование и изучение характеристик с различными параметрами ТУ с целью определения требований по качеству, объему и номенклатуре проводимых измерений, наряду с контролем;
• выбор серийных средств для измерения с контролем. Если нет подходящего, то технолог или конструктор выдает задание на разработку новых средств по заданным параметрам;
• калибровку, поверку, номенклатурный анализ ТП (технологических процессов), установление метрологических характеристик средств и обеспечение их серийного производства, а также своевременное обновление;
• совершенствование методик и проведение метрологической экспертизы.

Как видно, практическая деятельность, которую подразумевает техническая метрология, охватывает очень широкий круг вопросов. Конечная цель всего этого – создание эталонных образцов для работы с разными объектами, физическими явлениями и величинами.

Некоторые понятия

Что же подразумевается под физической величиной? Это свойство, являющееся общим в качественном отношении для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальным для каждого из них.

Под измерением подразумевается поиск значения физической величины путем опытов с использованием специальных технических средств. Другими словами, измерение – это экспериментальный процесс сравнения данной физической величины с однородной, значение которой принято за узаконенную единицу.

Средства измерений — это прежде всего технические специальные средства, которые используют при измерениях. Они имеют свойства, нормированные для метрологии. По назначению бывают разные: от мер до измерительных систем.

Управление

Научные государственные центры метрологии являются держателями таких единиц физических величин, необходимых в качестве вспомогательного аппарата при изучении разных природных объектов.

Единство измерений подразумевает выражение результатов измерений в тех самых узаконенных единицах с учетом погрешности заданной вероятности.

Комплексы метрологических стандартов зависят от сферы деятельности и формы руководства. Это может быть Международная, Государственная и Национальная стандартизация.

Региональное управление метрологии ведет деятельность в поле одного экономического, политического или географического региона мира. Например, Центральная и Восточная Европа. Задачи региональных центров аналогичны всем задачам метрологических служб: создание и аттестация эталонов, изготовление соответствующих средств, проверка измерений.

Государственные органы власти проводят государственную стандартизацию и разрабатывают перспективные планы в этой области.

Национальная стандартизация тоже проводится в масштабе государства, но органы власти не ведут прямого влияния и руководства.

Специальные международные организации осуществляют международную стандартизацию. Они создаются на базе нескольких стран с целью решения совместных вопросов в торговой и производственной сфере. Стандартом являются основные нормативные, технические документы и ТУ.

Все нормативные документы утверждаются уполномоченными органами. В ТУ изложены конкретные требования к продукту.

Метрология как наука — презентация онлайн

Метрология
2
Метрология (метрон–мера, логос–учение (греч.)) –
наука об измерениях, методах и средствах
обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности.
3
Основные задачи метрологии
установления единиц измерений физических величин
разработка и производство государственных и рабочих эталонов
и рабочих средств измерений
контроль технического состояния средств измерений
обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений
разработка методов оценки погрешности средств измерений
воспроизводство, хранение и передача размеров
единиц измерений от рабочих эталонов рабочим средствам измерений
разработка стандартных образцов состава и свойств веществ и
материалов
создание стандартных справочных данных о физических константах
и свойствах веществ и материалов и некоторые
4
М
Е
Т
Р
О
Л
О
Г
И
Я
Научная (теоретическая,
фундаментальная)
Прикладная (практическая)
законодательная
5
НАУЧНАЯ (теоретическая)
Научная метрология занимается вопросами
фундаментальных исследований,
созданием систем единиц измерений,
физических постоянных,
разработкой новых методов измерений.
Она является основной базой для
создания измерительной техники.
6
ПРИКЛАДНАЯ (практическая)
Прикладная метрология занимается вопросами
практического применения в различных
сферах деятельности человека
результатов теоретических исследований,
разработкой, созданием, производством
и практическим
применением средств измерений.
7
ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ
Законодательная метрология включает в себя совокупность
взаимообусловленных правил и норм,
направленных на обеспечение единства измерений,
которые возводятся в ранг правовых положений,
имеют обязательную силу и находятся под контролем государства.
Все эти нормы, правила и требования
устанавливаются в законодательном порядке
техническими регламентами, государственными и
иными регламентами, а также подтверждением соответствия
Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ),
Федеральным законом «Об основах технического регулирования в
Российской Федерации» и другими обязательными к
применению нормативно-техническими документами.
Специалист должен
8
знать общие метрологические
правила и нормы
освоить методы и
средства измерений
освоить основные принципы
построения измерений (СИ)
физических величин (ФВ)
9
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
Основные термины и определения
Основные термины и определения к ним
даны в официально задействованном на
территории нашей страны и стран СНГ
с 1 января 2001 г. нормативном документе,
называемом
«РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной
стандартизации ГСИ.
Метрология. Основные термины и определения».
10
Предметом метрологии является
извлечение количественной информации
о свойствах физических объектов и процессов
с заданной точностью и достоверностью.
Средствами метрологии являются
совокупность СИ и метрологических НТД,
обеспечивающих их рациональное
практическое использование.
НТД — нормативно-техническая документация
11
Все физические объекты окружающего нас
материального мира отличаются друг от друга
характерными им свойствами.
Свойство
есть
категория
философская,
отражающая такую сторону объекта (процесса,
вещества, работы, услуги и др.), которая
обуславливает его различие или общность с
другими объектами
и обнаруживается в его
отношениях к ним.
Свойство – категория качественная.
12
Для количественного описания различных
свойств физических объектов вводится
понятие величина.
Величина есть свойство чего-либо, что может
быть выделено среди других свойств и оценено
тем или иным способом, в том числе, количественно.
Она не может существовать сама по себе,
может иметь место лишь постольку, поскольку
существует объект со свойствами,
выраженными данной величиной.
реальными
физические
измеряемые
оцениваемые
нефизические
идеальными
величины
13
оцениваемые
математические
величины
14
Физическая величина определяется как величина,
свойственная материальным объектам
(веществам, изделиям, услугам, процессам и т. д.),
изучаемым в естественных и технических науках.
Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно
в виде определенного числа установленных
единиц измерений
Физические величины, для которых отсутствует
единицы измерения,могут быть только оценены.
15
К нефизическим величинам относят величины,
характеризующие общественно-гуманитарные науки
(философия, филология, социология, история и т.д.)
Нефизические величины в принципе не могут
иметь единицы измерения, и поэтому,
они могут быть только оценены.
Изучение свойств нефизических величин и
их оценивание в задачи метрологии не входит
К идеальным относятся математические величины,
и они являются обобщением конкретных
реальных понятий.
16
По рекомендации РМГ 29-99 физической величиной
называется одно из свойств физического объекта
(вещества, изделия, процесса, работ, услуг и др.),
общее в качественном отношении для многих
физических объектов, но в количественном
отношении, — индивидуальное для каждого из них.
17
Согласно МИ 2247 – 93
Измерение ФВ – совокупность операций
по применению технического средства,
хранящего единицу измерения ФВ, и
обеспечивающих нахождения соотношения
измеряемой величины с ее единицей измерения
и получение значения этой величины.
МИ — методика измерений
18
ИЗМЕРЯЕМАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
Физическая величина, подлежащая измерению,
измеряемая или измеренная в соответствии
с основной целью измерительной задачи
19
РАЗМЕР ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
Количественная определенность
физической величины, присущая
конкретному материальному объекту,
системе, явлению или процессу
20
ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ Q
это оценка ее размера в виде
некоторого числа принятых для
нее единиц измерений.
21
ЧИСЛОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ q
отвлеченное число,
выражающее отношение значения величины
к соответствующей единице измерения
данной физической величины.
22
Выражение вида Q= q[Q]
называют основным уравнением измерения.
q – число, полученное измерением;
[Q] – ЕИ измеренной физической величины.
ЕИ — единица измерения
23
ИСТИННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
Значение физической величины, которое идеальным
образом характеризует в качественном
и количественном отношении
соответствующую физическую величину.
Примечание — Истинное значение физической
величины может быть соотнесено
с понятием абсолютной истины.
Оно может быть получено только в результате
бесконечного процесса измерений с бесконечным
совершенствованием методов и средств измерений
24
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
25
ВЛИЯЮЩАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
Физическая величина, оказывающая влияние
на размер измеряемой величины и
(или) результат измерений
26
СИСТЕМА ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Совокупность физических величин,
образованная в соответствии с
принятыми принципами, когда
одни величины принимают за независимые,
а другие определяют как функции
независимых величин.
27
С целью изучения метрологических особенностей
физические величины подразделяют на
вещественные энергетические
величины,
характеризующие
протекание процессов
во времени.
28
вещественные
описывающие физико-механические
и физико-химические свойства веществ,
материалов, изделий из них.
Например, масса, плотность, электрические сопротивления
энергетические
описывающие энергетические свойства процессов
преобразования, передачи и использование энергии
(мощность, напряжение, ток, крутящий момент, угловая скорость и др.).
Это активные величины и они могут быть измерены
непосредственно без преобразования
29
величины, характеризующие
протекание процессов во времени.
к ним относятся корреляционные функции,
показатели спектрального анализа веществ и др.
30
По принадлежности к видам протекающих
процессов физические величины бывают
пространственно-временные
магнитные
механические
пневматические
тепловые
химические
световые
биологические
акустические
физические
электрические
ионизирующих излучений
гидравлические
атомной и ядерной физики
31
По взаимной зависимости физические величины
подразделяются
Основные
(условно независимые)
дополнительные
Производные
(условно зависимые)
32
ОСНОВНАЯ ФВ
Физическая величина, входящая в систему
величин и условно принятая в качестве
независимой от других величин этой системы
длина — L
масса — M
время — T
силы электрического тока — I
термодинамическая температура — ,
количества вещества — N
сила света — J
33
ПРОИЗВОДНАЯ ФВ
Физическая величина, входящая в систему
величин и определяемая через основные
величины этой системы.
скорость v поступательного движения, определяемая
(по модулю) Уравнением v = dl / dt, где l — путь,
t — время; сила F, приложенная к материальной точке,
определяемая (по модулю) уравнением
F = ma, где m — масса точки,
a — ускорение, вызванное действием силы F
34
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
Термин «дополнительная единица»
был введен в 1960 г.
Дополнительными единицами являлись
«радиан» и «стерадиан».
XIX ГКМВ это понятие упразднено
ГКМВ — Генеральная конференция по мерам и весам
35
РАЗМЕРНОСТЬ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
Выражение в форме степенного одночлена,
составленного из произведений символов
основных физических величин в различных
степенях и отражающее связь
данной физической величины с физическими
величинами, принятыми в данной
системе величин за основные с коэффициентом
пропорциональности, равным 1.
36
Примечания
1. Степени символов основных величин,
входящих в одночлен, в зависимости
от связи рассматриваемой физической величины
с основными, могут быть целыми, дробными,
положительными и отрицательными.
Понятие размерность распространяется
и на основные величины.
Размерность основной величины
в отношении самой себя равна единице, т.е.
формула размерности основной величины
совпадает с ее символом.
37
2. В соответствии с международным
стандартом ИСО 31/0, размерность величин
следует обозначать знаком dim (dimension).
В системе величин
LMT размерность величины x будет:
dim x = Ll Mm Tt, где L, M, T — символы величин,
принятых за основные
(соответственно длины, массы, времени)
38
ПОКАЗАТЕЛЬ РАЗМЕРНОСТИ
ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
Показатель степени, в которую возведена
размерность основной физической величины,
входящая в размерность производной
физической величины.
Показатели степени l, m, t в формуле,
называют показателями размерности
производной физической величины x.
Показатель размерности основной физической
величины в отношении самой себя равен единице
39
По наличию размерности физические величины
размерные
безразмерные
40
РАЗМЕРНАЯ
Физическая величина, в размерности
которой хотя бы одна из основных
физических величин
возведена в степень, не равную нулю.
Сила F в системе LMTI NJ
является размерной величиной:
dim F = LMT-2
41
БЕЗРАЗМЕРНАЯ
Физическая величина, в размерность
которой основные физические величины
входят в степени, равной нулю.
Безразмерная величина в одной системе величин
может быть размерной в другой системе.
Например, электрическая постоянная
0 в электростатической системе является
безразмерной величиной, а в системе величин СИ
имеет размерность dim 0 = L-3 M-1 T4 I2
42
Совокупность, основных, дополнительных и
производных единиц измерений ФВ,
образованная в соответствии с принятыми
принципами называется
системой единиц измерений ФВ.
43
До настоящего времени во всех странах мира
cоздавались и применялись различные
системы измерений ФВ
(СГС, МКГСС, СГСЭ, СГСМ, МКСА, МТС, SY и др.).
В настоящее время в РФ используется
система единиц измерений SY,
введенная ГОСТ 8.417-81.
В ней в качестве основных единиц
измерений приняты: метр, килограмм,
секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.
44
• Генеральные конференции по мерам и весам,
международные конференции представителей странучастниц Метрической конвенции , созываемые не
реже 1 раза в шесть лет и имеющие целью
«обсуждение и принятие необходимых мер по
распространению и усовершенствованию метрической
системы».
• На конференциях заслушиваются отчёты о
деятельности Международного комитета мер и весов и
о работе Международного бюро мер и весов за период
между конференциями, принимаются решения по
метрологическим вопросам и производится
переизбрание половины состава Международного
комитета мер и весов.
45
• К 1970 состоялось 13 конференций, на них был
принят ряд важных решений.
• 1-я конференция (1889) установила международные
прототипы метра и килограмма .
• 2-я конференция (1895) на основе работ,
выполненных в Международном бюро мер и весов
американским учёным А. Майкельсоном и
французским учёным Р. Бенуа, утвердила значение
метра в длинах световых волн.
• 3-я конференция (1901) провела чёткое
разграничение понятий массы и веса и приняла
значение для нормального ускорения свободного
падения.
• На 6-й конференции (1921) пересмотрена
Метрическая конвенция 1875, и деятельность
Международного бюро мер и весов была
значительно расширена.
46
• На 7-й конференции (1927) установлено
соотношение между метром и длиной световой
волны красной линии кадмия и
введена температурная международная
практическая шкала ,
• 8-я конференция (1933) поручила Международному
комитету мер и весов установить срок для перехода
от международных электрических единиц к
абсолютным, что и было осуществлено с 1 января
1948.
• 9-я конференция (1948) приняла новое определение
единицы силы света — канделы — через свечение
полного излучателя при температуре затвердевания
платины.
• На 10-й конференции (1954) установлены
термодинамическая температурная шкала с одной
реперной точкой и основные
единицы Международной системы единиц (СИ),
47
• 11-я конференция (1960) утвердила
Международную систему единиц — СИ,
приняла определение метра через длину
световой волны и астрономическое
определение секунды как определённой доли
тропического года .
• 13-я конференция (1967) приняла
определение секунды через число периодов
излучения атома цезия 133Cs.
48
ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Упорядоченная совокупность значений
физической величины,
служащая исходной основой для
измерений данной величины
Международная температурная шкала, состоящая
из ряда реперных точек,
значения которых приняты по соглашению
между странами Метрической Конвенции
и установлены на основании точных измерений,
предназначена служить исходной основой
для измерений температуры
49
ШКАЛЫ ИЗМЕРЕНИЙ
УСЛОВНЫЕ
НАИМЕНОВАНИЙ
ПОРЯДКА
МЕТРИЧЕСКИЕ
(ФИЗИЧЕСКИЕ)
ИНТЕРВАЛОВ
ОТНОШЕНИЙ
АБСОЛЮТНАЯ
50
УСЛОВНАЯ ШКАЛА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
(неметрическая шкала)
Шкала физической величины,
исходные значения которой выражены
в условных единицах
Шкала твердости минералов Мооса,
шкалы твердости металлов
(Бринелля, Виккерса, Роквелла и др.)
51
ШКАЛА НАИМЕНОВАНИЙ
характеризуется только отношением
эквивалентности различных качественных свойств ФВ.
Такие шкалы не имеют начала отсчета, которым,
как правило, является нуль шкалы.
Она также не имеет единицы измерения,
в них отсутствуют отношения сопоставления
типа «больше-меньше».
шкала цветов, представляемая в виде атласа цветов.
При этом измерение заключается в простом сравнении
визуальным наблюдением эквивалентности
цвета испытуемого объекта с одним из
эталонных образцов из состава атласа цветов.
52
ШКАЛА ПОРЯДКА
описывает свойства физических величин, как отношением эквивалентности,
так и отношением порядка по возрастанию или убыванию
количественного проявления свойства объекта измерения.
В таких шкалах в ряде случаев может быть нуль – начало отсчета,
но принципиальным для них является отсутствие единицы
измерения, поскольку невозможно установить, в какое число
раз больше или меньше проявляется свойства величины.
Эта шкала позволяет упорядоченно расположить (ранжировать)
объект измерения относительно определенного его свойства,
т. е. расположить в порядке убывания или возрастания
данного свойства. Результаты же оценивания по шкале порядка
не могут подвергаться никаким арифметическим действиям. Но, все-таки,
небольшое усовершенствование этой шкалы позволит
применить ее для числовых операций величин в тех случаях,
когда отсутствует ее единица измерения.
53
Отправным (реперным) точкам ранжированного
ряда могут быть поставлены цифры,
называемые баллами и тогда появится возможность
оценки, «измерения» данного свойства объекта
в баллах, по натуральной шкале.
Например в 1805 г. английским гидрографом
картографом Бофортом была
предложена натуральная
шкала скорости ветров в «баллах Бофорта».
В ней всего 12 баллов от «штиль, тихий,
легкий, и т.д. до урагана».
54
По таким шкалам до сих пор оцениваются
интенсивность
сейсмических
волн
при
землетрясениях, морское волнение, твердость
минералов, сложность пожаров, оценка знаний
студентов и учеников и т. д.
Основным недостатком этой шкалы является полное
отсутствие уверенности, что интервалы между
выбранными реперными
точками являются
эквидистантными (равновеликими).
В такой шкале невозможно установить единицу
измерения и оценить величину погрешности
измерения.
55
ШКАЛА ИНТЕРВАЛОВ (РАЗНОСТЕЙ)
описывает свойства ФВ не только
с помощью отношений эквивалентности и порядка,
но и с применением суммирования и
пропорциональности интервалов между
количественными проявлениями свойств.
Эти шкалы могут иметь
условные нули – реперты и единицы измерения.
На шкале интервалов откладывается разность
значений физических величин.
56
Примерами шкал интервалов являются
шкалы температур. На температурной шкале Цельсия
за начало отсчета разности температур принята
температура таяния льда.
Для удобства интервал между температурой
таяния льда и температурой кипения воды
разделен на 100 равных интервалов – градусов.
Деление шкалы интервалов на равные
части – градации, устанавливает единицу ФВ,
что позволяет не только выразить результат
измерения в числовой мере, но и оценить
погрешность измерения.
57
Результаты измерений по шкале интервалов
можно складывать друг с другом и вычитать
друг из друга, т.е. определять, на сколько
одно значение физической величины
больше или меньше другого.
Однако определить по этой шкале,
во сколько раз одно значение величины
больше или меньше другого, невозможно,
поскольку на шкале не определено
начало отсчета ФВ.
58
ШКАЛА ОТНОШЕНИЙ
представляет собой интервальную шкалу
с естественным началом.
Если, например, за начало температурной шкалы
принять абсолютный нуль (более низкой
температуры в природе быть не может),
то по такой шкале уже можно отсчитывать
абсолютное значение температуры и определять
не только, насколько температура Т1 одного тела
больше температуры Т2 другого, но и во сколько
раз больше или меньше, т. е. Т1/Т2=n
59
В общем случае, при сравнении между собой двух
величин значения п образуют шкалу отношений.
Она охватывает интервал значений п от 0 до ∞ и,
в отличие от шкалы интервалов, не содержит
отрицательных значений. Эта шкала является
самой совершенной и наиболее информативной.
Результаты измерений по этой шкале можно
складывать между собой, вычитать, перемножать
или делить. Шкала отношений описывается
основным уравнением измерения.
60
АБСОЛЮТНАЯ ШКАЛА.
Она обладает всеми признаками шкал отношений,
но дополнительно имеет естественное однозначной
определение единицы измерения и не зависит
от принятой системы единиц измерения.
Такие шкалы соответствуют относительным
величинам: коэффициенту усиления, ослабления и др.
Для образования многих производных
единиц в системе SI используются и
счетные единицы абсолютных шкал.
61
Практическая реализация шкал измерений
осуществляется путем стандартизации
самих шкал и единиц измерений.
62
ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Измерения, как экспериментальные процедуры,
разнообразны и классифицируются
по разным признакам (РМГ 29-99):
63
64
С точным оцениванием погрешности
С приближенным оцениванием погрешности
Многократные
Однократные
Статические
Динамические
Статистические
По числу
измерений
величины
По
характеру
изменения
измеряемой
величины
По характеру
результата
измерений
Абсолютные
Относительные
По точности
оценки
погрешностей
Виды
измерений
По условиям
измерений
Равноточные
Неравноточные
По связи с
объектом
По методу
По способу
получения
результата
Бесконтактные
Контактные
Непосредственной оценки
Сравнения с мерой
Противопоставления
Дифференциальный
Нулевой
Замещения
Совпадений
Прямые (непосредственные)
Косвенные
Совокупные
Совместные
65
По способу нахождения значения измеряемой
физической величины различают измерения
прямые
косвенные
совместные
совокупные
66
ПРЯМОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
это измерение, при котором искомое
значение физической величины находят
непосредственно по показаниям СИ.
67
КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
измерение, при котором искомое
значение физической величины находят расчетом
на основании известной
функциональной зависимости между
этой величиной и величинами, связанными
с искомой, и определяемыми посредством
прямых измерений.
Например, мощность рассеяния на резисторе можно вычислить
измерив величины тока и сопротивления
резистора прибором и использовав
формулу закона Ома
68
СОВМЕСТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
одновременные измерения
двух или нескольких разнородных физических
величин для установления функциональной
зависимости между ними.
Например,
одновременное измерение электрического
сопротивления проводника и его температуры
для установления зависимости сопротивления от температуры.
69
СОВОКУПНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
производимые одновременно нескольких
одноименных величин, при которых искомые
значения физической величины находят
решением системы уравнений, получаемых
при прямых измерениях различных
сочетаний этих величин.
70
ПО ЧИСЛУ ИЗМЕРЕНИЙ БЫВАЮТ
однократные
простые
статические измерения
многократные
71
ПО РЕЖИМУ РАБОТЫ СИ РАЗЛИЧАЮТ
статические
динамические
Любое СИ, как материальная система,
обладает определенной инерционностью
(механической, тепловой, электрической и т.д.) и,
следовательно, не может мгновенно реагировать
на изменение измеряемой физической величины.
72
Поэтому при измерении переменной физической
величины инерционность СИ приводит
к некоторому отставанию показаний СИ
от истинного значения ФВ
в каждый момент времени.
73
Очевидно, что это отставание будет зависеть
не только от инерционных свойств СИ,
но и от скорости изменения
самой физической величины.
В этом случае, когда показания
СИ не зависят от динамических свойств, говорят СИ
работает в статическом режиме, а
самоизмерением называют статическим.
В противном случае измерение относят
к динамическим.
74
По характеристике точности измерения бывают
равноточными
измерения какой-либо
физической величины,
выполненные одинаковыми
по точности СИ и в
одних и тех же условиях
неравноточными
это измерения какой-либо
физической величины,
выполненные одинаковыми
по точности СИ и
(или) в различных условиях.
Методики обработки равноточных и
неравноточных измерений отличаются друг от друга.
75
По зависимости от метрологического назначения
измерения
ТЕХНИЧЕСКИЕ
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ
76
Технические измерения выполняют
с помощью рабочих СИ
Метрологические измерения выполняют с помощью
эталонных СИ с целью воспроизведения
единицы измерения физической величины
для передачи их размеров рабочим СИ.
При реализации таких измерений обязательно
производят учет погрешности измерения,
а при технических измерениях принимается
наперед заданная погрешность, достаточная
для решения данной практической задачи.
77
ПО ХАРАКТЕРУ РЕЗУЛЬТАТА ИЗМЕРЕНИЯ
БЫВАЮТ
абсолютные
относительные
78
АБСОЛЮТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
есть измерение, основанное на прямых
измерениях одной или нескольких
основных величин и (или)
использовании значений физических констант.
Например, измерение силы F основано
на измерении основной величины – массы (m)
вещества и использовании
физической постоянной g=9. 81 .
79
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
измерение отношения величины к
одноименной величине,
играющей роль единицы измерения,
или измерения величины по отношению
к одноименной величине,
принимаемой за исходную.
80
КОНТАКТНЫЙ
основан на том, чувствительный элемент
прибора приводится в контакт
с объектом измерения.
Например, контроль температуры термометром.
81
БЕСКОНТАКТНЫЙ ВИД
основан на том, что чувствительный
элемент прибора
приводится в контакт с объектом измерения.
Например, измерение температуры пирометром.
82
Выбор того или иного метода измерений
определяется
назначением их результатов,
требованиями к точности и быстроте
реализации самого измерения.
83
Могут быть применены еще и нетрадиционные
виды измерений в случаях,
когда приходится использовать уникальные
наблюдения за неизвестной
физической величиной,
существующей пока только в
теоретических предположениях.
84
Такие методы используют при физико-химических
исследованиях
быстропротекающих процессов взаимодействия
элементарных частиц в ядерной реакции
составляет около ,
при котором использовать традиционные
методы измерений практически невозможно.
Применяя нетрадиционные методы измерений
выдающиеся ученые мира Гей-Люссак, Авагадро,
Вандер-Ваальс, Томсон и Миллекен
определили величины массы покоя
электрона и его заряда.
85
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Методом измерений называется прием или
совокупность использованных
приемов сравнения измеряемой физической
величины с ее единицей измерения
в соответствии с реализованным принципом
измерения.
86
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ
непосредственной оценки
сравнения с мерой
87
Использование метода непосредственной оценки
позволяет определить
значения физической величины непосредственно
по отсчетному устройству показывающего СИ
(амперметр, вольтметр, термометр др. )
88
Метод сравнения с мерой предусматривает
измеряемую физическую величину
сравнивать с величиной, воспроизводимой мерой.
МЕТОД СРАВНЕНИЯ С МЕРОЙ
нулевой метод
метод замещения
метод совпадений
дифференциальный метод
89
НУЛЕВОЙ МЕТОД
(МЕТОД ПОЛНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ)
метод сравнения с мерой, в котором
результирующий эффект
воздействия измеряемой физической величины и
встречного воздействия меры на
сравнивающее устройство сводят к нулю.
Например, измерение массы вещества на равноплечих весах,
когда воздействие на весы массы уравновешивается массой гирь .
90
ПРИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМ МЕТОДЕ
ПОЛНОЕ УРАВНОВЕШИВАНИЕ
НЕ ПРОИЗВОДЯТ,
А РАЗНОСТЬ МЕЖДУ ИЗМЕРЯЕМОЙ
ВЕЛИЧИНОЙ И ВЕЛИЧИНОЙ,
ВОСПРОИЗВОДИМОЙ МЕРОЙ,
ОТСЧИТЫВАЕТСЯ ПО ШКАЛЕ СИ.
91
Например, измерение массы
на равноплечих весах,
когда воздействие массы mx
на весы частично уравновешивается массой гирь m0,
а разность их отсчитывается по шкале весов,
градуированной в единицах массы.
В этом случае значение измеряемой
mx т0 тп
величины равно
,
где тп
-показания весов.
92
МЕТОД ЗАМЕЩЕНИЯ
метод сравнения с мерой,
в котором измеряемую величину замещают
известной величиной, воспроизводимой мерой.
Например, взвешивание массы вещества на пружинных весах.
93
В МЕТОДЕ СОВПАДЕНИЙ
разность между измеряемой величиной
и величиной,
воспроизводимой мерой,
определяют, использую совпадения
отметок шкал.
Например, измерение числа оборотов вала
с помощью стробоскопа –
на вал, казалась наблюдателю неподвижной.
94
ПОГРЕШНОСТИ
Погрешность измерения – отклонение результата
измерения, которым является измеренное значение
физической величины,
от истинного (действительного) значения.
Следовательно, количественной характеристикой
качества любого измерения является величина ПИ,
определяемая как разность между измеренным Хиз
истинным Хист значениями измеряемой
физической величины. .
ПИ – погрешности измерения
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ
ИЗМЕРЕНИЙ
95
Погрешности измерений
По форме числового
выражения
По закономерности
появления
Случайные
Систематические
Грубые промахи
Абсолютные
Предельные
По виду источника
По характеру
проявления
Относительные
Стандартные
Методические
Постоянные
Переменные
Инструментальные
Условно
постоянные
Прогрессирующие
Безусловно
постоянные
Периодические
Приведенные
Вероятные
Средние
Средние
арифметические
Субъективные
Изменяющиеся
по сложному
закону
Динамические
96
Абсолютная погрешность – погрешность измерения,
выраженная в единицах измеряемой величины:
Х Х изм Х ист Х изм Х д
97
Точность измерения СИ лучше характеризует
относительная ПИ
Относительная погрешность -ПИ, выраженная
в процентах отношением абсолютной ПИ
к действительному значению
физической величины
Х
100%
Х
Относительную ПИ выражают принятыми в
системе SI относительными величинами: безразмерным числом или %%.
98
Приведенная ПИ есть отношение
абсолютной ПИ к нормирующему значению
Х
100%
Хн
Нормирующее значение измеряемой
физической величины есть значение,
равное верхнему пределу измерения СИ.
При наличии двухсторонней шкалы измерения,
имеющей деления вправо и влево от нуля,
нормирующее значение равняется сумме
двух диапазонов измерений.
99
Практически используемой при производстве
измерений и наиболее точно характеризующей
несовершенство СИ является точность измерения.
Точность измерения и ПИ связаны обратной
зависимостью, т.е. чем точнее
измерение, тем меньше ПИ.
С 1
Количественно точность измерения выражается числом,
равным обратному значению относительной ПИ
10
0
Будучи важнейшей характеристикой
результата измерения,
определяющей степень доверия к нему,
ПИ должна быть обязательно оценена.
В соответствии с этим утверждением
различают точные,
приблизительные и предварительные
оценивания ПИ.
10
1
СЛУЧАЙНАЯ ПИ
есть составляющая ПИ, изменяющаяся случайным
образом, причем, случайно
в вероятностно-статистическом смысле,
при повторных измерениях одной и
той же физической величины.
Они не поддаются исключению
из результатов измерений
10
2
Основными источниками случайных ПИ являются
конструктивное несовершенство СИ, применяемого
при измерении, принятие определенных числовых
значений измеренных физических величин,
изменение условий измерений, использованного
метода измерений, погрешностей,
допускаемых оператором
при измерении и многих других.
10
3
МЕТОДИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
составляющая погрешности измерений,
Обусловленная несовершенством метода
измерений.
К ней относят погрешности, обусловленные
отличием принятой модели объекта измерения
от реального объекта,
несовершенством способа воплощения принципа
измерений, неточностью формул, применяемых
при нахождении результата измерений,
и другими факторами, не связанными
со свойствами СИ.
10
4
Примерами методических погрешностей
измерений являются:
• погрешности изготовления цилиндрического
тела (отличие от идеального круга) при
измерении его диаметра;
• несовершенство определения диаметра
круглого тела как среднего из значений
диаметра в двух его заранее выбранных
перпендикулярных плоскостях;
10
5
• погрешность измерений вследствие
кусочно-линейной аппроксимации нелинейной
калибровочной зависимости СИ при вычислении
результата измерений;
• погрешность статического косвенного
метода измерений массы нефтепродукта
в резервуаре вследствие неравномерности
плотности нефтепродукта по высоте резервуара.
10
6
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
составляющая погрешности измерения,
обусловленная несовершенством применяемого СИ:
отличием реальной функции преобразования прибора
от его калибровочной зависимости,
неустранимыми шумами в измерительной цепи,
запаздыванием измерительного сигнала
при его прохождении в СИ,
внутренним сопротивлением СИ и др
.
10
7
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
Основную
дополнительную
(погрешность измерений
при применении СИ
в нормальных условиях)
(составляющая погрешности измерений и,
возникающая вследствие отклонения
какой-либо значения или ее выхода
за пределы из влияющих величин от ее
номинального нормальной области значений).
10
8
Субъективная (личная) погрешность измерения
составляющим погрешности измерения,
обусловленная индивидуальными
особенностями оператора, т. е. погрешность
отсчета оператором показаний по шкалам СИ.
Они вызываются состоянием оператора,
несовершенством органов чувств,
эргономическими свойствами СИ.
10
9
Характеристики субъективной погрешности
измерений определяют с учетом способности
«среднего оператора» к интерполяции
в пределах цены деления шкалы
измерительного прибора.
Наиболее известная и простая оценка
этой погрешности
— ее максимальное возможное значение в виде
половины цены деления шкалы.
11
0
ПРОГРЕССИРУЮЩАЯ (ДРЕЙФОВАЯ) ПОГРЕШНОСТЬ
это непредсказуемая погрешность,
медленно меняющаяся во времени.
Отличительные особенности прогрессирующих
погрешностей: они могут быть скорректированы
поправками только в данный момент времени,
а далее вновь непредсказуемо изменяются;
изменения прогрессирующих погрешностей
во времени —нестационарный случайный процесс,
и поэтому в рамках хорошо разработанной теории
стационарных случайных процессов они могут быть
описаны лишь с известными оговорками.
11
1
Прогрессирующая погрешность — это понятие,
специфичное для нестационарного
случайного процесса изменения погрешности
во времени, оно не может быть
сведено к понятиям случайной
и систематической погрешностей.
Прогрессирующая погрешность может
возникнуть вследствие
как непостоянства во времени текущего
математического ожидания нестационарного
случайного процесса, так и изменения во времени
его дисперсии или формы закона распределения.
11
2
ДИНАМИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ
это погрешность, численное значение которой
вычисляется как разность
между погрешностью, возникающей при измерении
непостоянной (переменной во времени) величины,
и статической погрешностью
(погрешностью значения измеряемой величины
в определенный момент времени).
11
3
СТАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ
это погрешность,
которая возникает в процессе измерения постоянной
(не изменяющейся во времени) величины.
11
4
ПРОМАХИ
Промахами (грубыми ПИ) называют ПИ,
существенно превышающие ожидаемые
при данных условиях систематические
и случайные ПИ.
Они, как правило, не учитываются, т.е.
их в расчет не берут.
Основная причина таких ПИ –
ошибки оператора,
производящего измерение,
резкое изменение условий измерения,
неисправность СИ и др.
11
5
Вольтметром со шкалой (0…100) В, имеющим
абсолютную погрешность ∆V =1 В,
измерены значения напряжения 0; 10; 20; 40;
50; 60; 80; 100 В.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы
и графиков.
11
6
Решение.
Для записи результатов формируем таблицу (табл. 1.1),
в столбцы которой будем записывать
измеренные значения V, абсолютные ∆V,
относительные δV и приведённые γV погрешности.
В первый столбец записываем заданные
в условии задачи измеренные значения
напряжения: 0; 10; 20; 40; 50; 60; 80; 100 В.
Значение абсолютной погрешности известно
из условий задачи (∆V = 1 В) и считается одинаковым
для всех измеренных значений напряжения;
это значение заносим во все ячейки второго столбца.
Значения относительной погрешности
будем рассчитывать по формуле
11
7
V
V
100%
V
При V = 0 В получаем
1
V 100%
0
При V = 10 В получаем
1
V 100% 10%
10
11
8
Значения относительной погрешности для
остальных измеренных
значений напряжения рассчитываются аналогично.
Полученные таким образом значения относительной
Погрешности заносим в третий столбец.
Для расчёта значений приведённой погрешности
будем использовать формулу:
V
V
100%
VN
11
9
Предварительно определим нормирующее
значение VN.
Так как диапазон измерений вольтметра – (0…100) В,
то шкала вольтметра содержит нулевую отметку,
следовательно, за нормирующее
значение принимаем размах шкалы прибора, т.е.
VN = 100 В — 0 В =100 В.
Так как величины ∆V и VN постоянны при любых
измеренных значениях напряжения, то величина
приведённой погрешности так же постоянна и
составляет
12
0
1
V
100% 1%
100
Это значение заносим во все ячейки четвёртого
столбца. По данным табл. строим графики
зависимостей абсолютной ∆V,
относительной δV и приведённой γV погрешностей
от результата измерений V (рис.)
В данном случае графики зависимостей абсолютной
и приведённой погрешностей сливаются друг с другом
и представляют собой горизонтальные
прямые линии. График зависимости относительной
погрешности представляет собой гиперболу.
12
1
так как диапазон измерений прибора – (0…100) В,
то за пределы этого диапазона
построенные
графики не должны выходить.
12
2
V, В
0
∆V, В
1
δV,%
∞
γV,%
1
10
1
10,00
1
20
1
5,00
1
40
1
2,50
1
50
1
2,00
1
60
1
1,67
1
80
1
1,25
1
100
1
1,00
1
12
3
Графики зависимостей абсолютной, относительной
и приведённой погрешностей от результата измерений
12
4
Задача 1. Омметром со шкалой (0…1000) Ом
измерены значения
0; 100; 200; 400; 500; 600; 800; 1000 Ом.
Определить значения абсолютной
и относительной погрешностей,
если приведённая погрешность равна 0,5.
Результаты представить в
виде таблицы и графиков.
12
5
Задача 2. Амперметром со шкалой (0…50) А,
имеющим относительную погрешность δI = 2%,
измерены значения силы тока 0; 5; 10; 20; 25;
30; 40; 50 А.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и
приведённой погрешностей от результата
измерений.
Результаты представить
в виде таблицы и графиков.
12
6
Задача 3. Вольтметром со шкалой (0…50) В,
имеющим приведенную
погрешность γV = 2%, измерены
значения напряжения 0; 5; 10; 20; 40; 50 В.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде
таблицы и графиков.
12
7
Задача 4. Кислородомером со шкалой (0…25) %
измерены следующие
значения концентрации кислорода:
0; 5; 10; 12,5; 15; 20; 25%.
Определить значения абсолютной и
относительной погрешностей,
если приведённая погрешность равна 2%.
Результаты представить в виде таблицы и
графиков.
12
8
Задача 5. Расходомером со шкалой (0…150) м3/ч,
имеющим относительную погрешность δQ = 2%,
измерены значения расхода 0; 15; 30; 45;
60; 75; 90; 105; 120; 135; 150 м3/ч.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
12
9
Задача 6. Уровнемером со шкалой (5…10) м,
имеющим приведенную погрешность γH = 1%,
измерены значения уровня 5; 6; 7; 8; 9; 10 м.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
0
Задача 7. Омметром со шкалой (0…20) кОм
измерены значения 0; 1;
4; 5; 10; 12; 17; 20 кОм.
Определить значения абсолютной
и относительной погрешностей, если приведённая
погрешность γR равна 1%.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
1
Задача 8. Амперметром со шкалой (0…150) А,
имеющим относительную погрешность δI = 4%,
измерены значения силы тока 0; 20; 50; 70;
100; 120; 140; 150 А.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
2
Задача 9. Вольтметром со шкалой (0…100) мВ,
имеющим приведённую погрешность γV = 2%,
измерены значения напряжения 0; 10; 20; 40;
50; 70; 90; 100 мВ.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и
приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде
таблицы и графиков.
13
3
Задача 10. Кислородомером со шкалой (0…50) %
измерены следующие
значения концентрации кислорода:
0; 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50%.
Определить значения абсолютной
и относительной погрешностей, если приведённая
погрешность равна 0,5%.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
4
Задача 11. Расходомером со шкалой (0…230) м3/ч,
имеющим относительную погрешность δQ = 6%,
измерены значения расхода 0; 30; 40;
60; 90; 100; 150; 180; 200; 230 м3/ч.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой
погрешностей от результата измерений.
Результаты представить
в виде таблицы и графиков.
13
5
Задача 12. Уровнемером со шкалой (1…20) м,
имеющим приведённую погрешность γH = 1%,
измерены значения уровня 1; 6; 8; 10; 14; 16;18; 20 м.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в
виде таблицы и графиков.
13
6
Задача 13. Мегомметром со шкалой (0…150) МОм
измерены следующие значения сопротивления:
0; 15; 30; 45; 60; 75; 90; 105; 120; 135;150 МОм.
Определить значения абсолютной
и приведённой погрешностей,
если относительная погрешность
равна 2,5%.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
7
Задача 14. Амперметром со шкалой (0…50) А,
имеющим приведённую погрешность γI = 0,2%,
измерены
значения силы тока 0; 5; 10; 20; 25;30; 40; 50 А.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить
в виде таблицы и графиков.
13
8
Задача 15. Вольтметром со шкалой (–50…50) В,
имеющим приведенную погрешность γV = 2%,
измерены
значения напряжения –50; –40;–20; 0; 20; 40; 50 В.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и
приведённой погрешностей
от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
13
9
Задача 16. Кислородомером со шкалой (0…25) %
измерены следующие значения
концентрации кислорода: 0; 5; 10; 12,5; 15; 20; 25%.
Определить значения абсолютной
и приведённой погрешностей,
если относительная погрешность δс равна 4%.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
14
0
Задача 17. Расходомером со шкалой (0…50) м3/ч,
имеющим абсолютную погрешность ∆Q = 1 м3/ч,
измерены значения расхода 0; 5; 10; 15;20; 25; 30; 40; 50 м3/ч.
считать зависимости абсолютной, относительной и приведённ
погрешностей от результата измерений. Результаты
представить в виде таблицы и графиков.
14
1
Задача 18. Уровнемером со шкалой (0…10) м,
имеющим приведённую погрешность γH = 4%,
измерены значения уровня 0; 5; 6; 7; 8; 9; 10 м.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой
погрешностей от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
14
2
Задача 19. Омметром со шкалой (0…5000) Ом
измерены значения
0; 500; 800; 1000; 1500; 2500; 3500; 4500; 5000 Ом.
Определить значения
приведённой и относительной погрешностей,
если абсолютная погрешность DR равна 25 Ом.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
14
3
Задача 20. Термометром со шкалой (–50…70) °С,
имеющим абсолютную погрешность DТ = 1 °С,
измерены
значения температуры –50;–40; –20; –10; 0; 10; 20; 50; 70 °С.
Рассчитать зависимости абсолютной,
относительной и приведённой
погрешностей от результата измерений.
Результаты представить в виде таблицы и графиков.
14
4
Средства измерений.
Классификация средств измерений
техническое средство, предназначено
для измерений,
имеющее нормированные метрологические
характеристики,
воспроизводящее или хранящее единицу ФВ,
размер которой принимается неизменным
в течение
известного интервала времени.
14
5
Под метрологической характеристикой СИ
понимают такие показатели,
которые позволяют судить об их пригодности
для измерений
в заданном диапазоне с заданной точностью.
В отличие от СИ приборы или вещества,
не имеющие нормированных
метрологических характеристик,
называют индикаторами.
СИ являются технической основой метрологического
обеспечения единства измерений.
14
6
Средства измерений
элементарные
меры
комплексные
Устройства сравнения
(компараторы)
однозначные
Измерительные
преобразователи
Измерительный
системы
Измерительные
приборы
первичный
ИВК
АНАЛОГОВЫЕ
многозначные
промежуточный
Набор мер
масштабный
Магазин мер
аналоговый
установочные
Аналого-цифровой
ввозимые
Цифро-аналоговый
встроенные
ЦИФРОВЫЕ
Измерительные
установки
ПОКАЗЫВАЮЩИЕ
РЕГИСТРИРУЮЩИЕ
14
7
Мера — это средство измерений,
предназначенное для воспроизведения физической
величины заданного размера.
Однозначная мера
Мера, воспроизводящая физическую
величину одного размера.
Многозначная мера
Мера, воспроизводящая ряд одноименных
величин различного размера.
14
8
Набор мер
Специально подобранный комплект мер,
применяемый не только по отдельности,
но и в различных сочетаниях с целью
воспроизведения
ряда одноименных ветчин различного размера.
14
9
Магазин мер
это набор мер, конструктивно
объединенных в единое устройство,
в котором имеются приспособления
для их соединения в различных комбинациях.
15
0
Установочная мера физической величины
мера физической величины, предназначенная:
— для приведения показания или
выходного сигнала средства измерений
в соответствие с ее известным значением; или
— для контроля неизменности чувствительности
средства измерений или выходных сигналов
к показаниям, соответствующим чувствительности
средств измерений при первичной градуировке.
15
1
Средство сравнения
Техническое средство
или специально созданная среда, посредством
которых возможно выполнять сравнение
друг с другом мер однородных величин
или показания измерительных приборов.
Компаратор
Средство сравнения, предназначенное
для сличения мер однородных величин.
15
2
Измерительный прибор — средство измерения,
предназначенное для выработки сигнала
измерительной информации в форме,
доступной для непосредственного
восприятия наблюдателем.
Аналоговый измерительный прибор
Измерительный прибор,
показания которого являются непрерывной функцией
изменения измеряемой величины.
15
3
Измерительный преобразователь
— средство измерения, предназначенное
для выработки сигнала измерительной
информации в форме, удобной
для передачи, дальнейшего преобразования,
обработки и (или) хранения, но не поддающейся
непосредственному восприятию наблюдателем.
Первичный
Измерительный преобразователь,
к которому подведена измеряемая величина,
т. е. первый в измерительной цепи.
15
4
Первичный измерительный преобразователь
конструктивно оформленный как обособленное
средства измерений с нормированной функцией
преобразования, называется датчиком
Датчик в большинстве случаев предназначен
для преобразования неэлектрической ФВ
в электрическую ФВ
15
5
АЦП служит для измерения напряжения,
т.е. преобразования аналоговой
информации в цифру.
ЦАП представляет собой преобразователь
входной цифровой информации в выходной
аналоговый сигнал управления.
15
6
Цифровой измерительный прибор
Измерительный прибор, автоматически
вырабатывающий дискретные сигналы
измерительной информации,
показания которого представлены
в цифровой форме.
15
7
Масштабный преобразователь
-измерительный преобразователь,
-предназначенный для изменения величины
в заданное число раз.
15
8
Измерительная установка
— совокупность функционально
объединенных средств измерений
(мер, измерительных приборов,
измерительных преобразователей)
и вспомогательных устройств,
предназначенных для выработки сигналов
измерительной информации в форме,
удобной для непосредственного
восприятия наблюдателем и расположенная
на одном месте.
15
9
Измерительная система
— совокупность средств измерений
и вспомогательных устройств,
соединенных между собой каналами связи,
предназначенная для выработки сигналов
Измерительной информации в форме,
удобной для автоматической обработки,
передачи и (или) использования
в автоматических сигналах управления.
16
0
Измерительно – вычислительный комплекс
Функционально объединённая совокупность
средств измерений,
ЭВМ и вспомогательных устройств,
предназначенная для выполнения
в составе измерительной системы
конкретной измерительной задачи.
16
1
Виды эталонов и их свойства
Эталон
Первичный эталон
Вторичный
(или специальный) эталон
Государственный
или национальный
Эталон-копия
Эталон-свидетель
Рабочий эталон
Эталон сравнения
Рабочий эталон
16
2
Первичный эталон — эталон, обеспечивающий
воспроизведение единицы с
наивысшей в стране (по сравнению
с другими эталонами той же единицы) точностью
•Вторичный (или специальный) эталон
•воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет
•при этих условия первичный эталон.
•Он создается и утверждается в тех случаях,
•когда это необходимо
•для обеспечения наименьшего
• износа государственного эталона.
•.
16
3
Вторичные эталоны
по своему назначению делятся на
эталоны-копии
эталоны сравнения
эталоны-свидетели и
рабочие эталоны
16
4
Государственный или национальный
— это первичный или специальный эталон, официально
утвержденный в качестве исходного для страны.
Государственные эталоны
создаются, хранятся и применяются центральными
метрологическими научными институтами страны.
Точность воспроизведения единицы должна
соответствовать уровню лучших
мировых достижений и удовлетворять
потребностям науки и техники.
16
5
Эталон-копия
предназначен для передачи размеров единиц
рабочим эталонам.
Он не всегда является физической копией
государственного эталона.
Эталон-свидетель
предназначен для проверки сохранности
государственного эталона и для замены его
в случае порчи или утраты.
16
6
Эталон сравнения
применяют для сличения эталонов,
которые по тем или иным причинам не
могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.
Рабочий эталон
воспроизводит единицу от вторичных эталонов
и служит для передачи размера эталону
более низкого разряда.

Метрология как наука | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Шертайлаков, Г. М. Метрология как наука / Г. М. Шертайлаков, Ф. А. Рахманов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 5 (85). — С. 204-207. — URL: https://moluch.ru/archive/85/15690/ (дата обращения: 29.09.2022).

В статье рассматриваются вопросы изучения основных понятий метрологии: измерение, поверка и способы обеспечения единства измерения.

Problems of studying the main conception of metrology: determination, calibration and means of guaranteeing the identity of calibration.

В наше время значение метрологии и технического регулирования при любых условиях хозяйствования трудно переоценить. Понимание задач метрологии могут обеспечить и приобретенные учеными материалы: изучение основных понятий в области метрологии, таких как измерение, поверка, изучение способов обеспечения единства измерений и методов оценки их точности, роли и значения метрологии в международных экономических и научных связях; изучение законодательных основ метрологической деятельности; привитие навыков в использовании технических регламентов и стандартов различных видов при освоении новшеств и развитии экономической деятельности организаций.

Метрологией (от греч. слова metron—мера, logos—учением) называется извлечение количественной информации с помощью средств измерений о свойствах объектов и процессов, измерение свойств объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Иными словами, метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданного уровня точности. Современная метрология включает в себя три составляющие: [1]

1. Законодательная метрология.

2. Фундаментальная метрология.

3. Практическая метрология.

Результаты измерений выражаются в узаконенных величинах. Одна из главных задач метрологии — обеспечение единства измерений. Она может быть решена при соблюдении двух основополагающих условий:

1. Выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах.

2. Установление допускаемых погрешностей результатов измерений — пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Основной задачей метрологии является обеспечение единства измерений путем установления единиц физических величин, государственных эталонов и эталонных (образцовых) средств измерений, обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений, разработка методов оценки погрешности средств измерений, контроля и испытаний, а также системы передачи размеров единиц от эталонов, эталонных (образцовых) средств измерений рабочим средствам измерений. Решение этой задачи невозможно без установления единых правил, требований и норм, применяемых на всех этапах метрологического обеспечения. В метрологии наиболее точные средства измерений получили название эталонных или образцовых. [2]

Эталоны, хранящие и воспроизводящие единицы измерений с наивысшей точностью, называются государственными первичными и официально утверждаются в качестве исходных для страны.

Единство измерений поддерживают путем передачи единицы величины от исходного эталона к рабочим средствам измерений, осуществляемой по ступенькам с помощью рабочих эталонов и эталонных (образцовых) средств измерений. Точность указанных мер понижается от ступеньки к ступеньке, как правило, в 2–4 раза. Метрологии средства измерений (СИ) в соответствии с поверочной схемой периодически подвергаются поверке, которая заключается в определении метрологическим органом погрешности средств измерений и установлении его пригодности к применению при условии, что эта погрешность не превысила допустимую.

Работы по обеспечению единства измерений проводят специализированные организации, специальные службы организаций и даже частные лица. Сеть метрологических органов называется метрологической службой. Деятельность этих органов направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений путем проведения поверки, ревизии и экспертизы средств измерений.

Все измерения, проводимые в стране, должны выполняться на средствах измерений, прошедших специальные испытания, называемые испытаниями на соответствие типу, и внесенных в специальный Государственный реестр средств измерений. Средства измерений, применяющиеся в сфере действия государственного метрологического контроля и надзора, подлежат поверке. По желанию собственника средства измерений, применяемые вне указанной сферы, могут быть подвергнуты или поверке, или калибровке.

Поверка средства измерений — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям. Как следует из приведенного определения, поверка – это операция экспериментальной проверки соответствия метрологических характеристик средств измерений установленным значениям, т. е., по сути, операция допускового контроля. Если характеристики средства измерений входят в установленный диапазон возможных значений, то средство измерений признается годным; если не входят (выходят), то оно по результатам поверки признается непригодным к дальнейшему применению (выбраковывается).

Калибровка средств измерений — совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Первое отличие калибровки от поверки, как это следует из их определений, неустановленность ее исполнителя. Второе отличие состоит в том, что поверка должна дать однозначный ответ о соответствии или несоответствии средства измерений установленным требованиям, а калибровка предусматривает определение действительных значений метрологических характеристик и пригодности его к применению. На основе результатов калибровки средство измерений может быть признано пригодным к применению в данном конкретном технологическом процессе, даже если его реальные метрологические характеристики вышли за допусковые значения, установленные при испытаниях и утверждении типа, но удовлетворяют требованиям к конкретному измерительному процессу. Кроме указанных различий, поверка и калибровка во многом схожи, так как основаны на передаче размера единицы измеряемой величины от одних и тех же эталонов по одним и тем же методикам. Поэтому в задачи ГСИ входит правовая, организационная и техническая поддержка работ по калибровке средств измерений, выполняемая специальным органом. [3]

Некоторые примеры определенияправил образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц Международной системы единиц образуют с помощью множителей и приставок, указанных в таблице.           

Таблица «Множители и приставки», используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц SI.

I. Присоединение к наименованию и обозначению единицы двух или более приставок подряд не допускается. Например, вместо наименования единицы «микрофарад» следует писать «пикофарада». Примечания:

1.         В связи с тем, что наименование основной единицы массы — килограмм содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используют дольную единицу массы — грамм (0,001 kg), и приставки присоединяют к слову «грамм», например миллиграмм (mg) вместо микрокилограмм (µkg) или (mkkg).

2.         Дольную единицу массы-грамм допускается применять, не присоединяя приставку (обозначение единицы — g).

3.         Если единица образована как произведение или отношение единиц, приставку или ее обозначение присоединяют к наименованию или обозначению первой единицы, входящей в произведение или в отношение.

II. Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ. Существуют также внесистемные единицы измерения: микрон, равный 1 мкм, и ангстрем (Å), равный 0,1 нм, но их применение не рекомендуется.

III. По историческим причинам, название «килограмм» уже содержит десятичную приставку «кило», поэтому кратные и дольные единицы образуют, присоединяя стандартные приставки СИ к названию или обозначению единицы измерения «грамм» (которая, в системе СИ, сама является дольной: 1 г = 10⁻³ кг).

Вместо мегаграмма (1000кг), как правило, используют единицу измерения «тонна».

В определениях мощности атомных бомб вместо гигаграмма применяется килотонна, вместо тераграмма — мегатонна.

IY. С единицей измерения «секунда», как правило, используются только дольные приставки СИ (кроме деци- и санти-). Для измерения больших интервалов времени используются единицы «минута», «час», «сутки», «месяц», «год» и т. д.

Используя вышеуказанную таблицу с такими условиями можно определить других десятичных кратных и дольных единиц SI.

Литература:

1.      Мишина В. М. Метрология Cтандартизация Сертификация. M.: 2009.– 10 с.

2.      Ершова И. Г., С. И. Дмитриев. Метрологическое обеспечение производства. Псков ППИ.: 2010. — 9 с.

3.      Исматуллаев П. Р., Тургунбоев А. и Усманова Х. «Единицы измерения в международной системе СИ» методические пособие. Т.: 2012.

Основные термины (генерируются автоматически): средство измерений, обеспечение единства измерений, величина, единица, кратное, обозначение, поверка, приставка, государственный метрологический контроль, десятичный множитель.

Метрология наука об измерениях. Составные части метрологии. Основные цели и задачи метрологии. — КиберПедия

Метрология наука об измерениях. Составные части метрологии. Основные цели и задачи метрологии.

Слово «метрология» по своему образованию состоит из греческих слов «метро» — мера и «логос» — учение и означает учение о мерах. Слово «мера» в общем смысле означает средство оценки чего-либо.

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Под единством измерений понимается такое их состояние, когда результаты измерений выражаются в узаконенных единицах величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

Метрология состоит из следующих основных разделов:

теоретическая (фундаментальная) метрология, предметом которой является разработка фундаментальных основ метрологии;

законодательная метрология, которая представляет собой совокупность обязательных для применения метрологических правил и норм по обеспечению единства измерений, которые функционируют в ранге правовых положений и находятся под контролем государства;

практическая (прикладная) метрология, которая решает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

К целям и задачам метрологии относятся:

· создание общей теории измерений;

· образование единиц физических величин и систем единиц;

· разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;

· создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений, методики выполнения измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант;

· установление единиц физических величин (ФВ).

Физическая величина. Единицы физических величин системы СИ.

Меры и эталоны.

Физическая величина – это характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Единица физической величины – физическая величин фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Кроме основных и производных физических величин различают кратные, дольные, когерентные, системные и несистемные единицы.

Единица длины (метр) – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/ 299792458 долю секунды.

Единица массы (килограмм) – масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени (секунда) – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Единица силы электрического тока (ампер) – сила неизменяющего тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2*10-7 Н на каждый метр длины.

Единица термодинамической температуры (Кельвин) – 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия.

Единица силы света (кандела) – силы света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Единица количества вещества (моль) – количество веществ системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0, 012 кг.

Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: для плоского угла – радиан и для телесного угла – стерадиан.

Радиан (рад0 – единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57017’44, 8”.

Стерадиан (ср) – единица, равная телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Различают следующие виды эталонов.

Первичный эталон – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью.

Специальный эталон — обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима, и служит для этих условий первичным эталоном.

Вторичный эталон – хранит размеры единицы физической величины, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей физической величины. По своему метрологическому назначению вторичные эталоны подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы физической величины рабочим эталоном при большом объеме поверочных работ.

Эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом.

Эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты.

Рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы физической величины рабочим средством измерения.

Эталоны основных единиц СИ.

Эталон единицы времени.

Государственный первичный эталон единицы времени, состоящий из комплекса измерительных средств, обеспечивает воспроизведение единиц времени со средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1*10-14 за три месяца.

Эталон единицы длины. Погрешность сличения между собой платино-иридиевых штриховых метров составляет + 1,1*10-7м (+0,11 мкм), а так как штрихи имеют значительную ширину, существенно повысить точность этого сличения нельзя.

Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:

1) однозначные меры;

2) многозначные меры;

3) наборы мер.

К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:

1) стандартные образцы состава;

2) стандартные образцы свойств.

Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.

Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).

Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:

1) межгосударственные СО;

2) государственные СО;

3) отраслевые СО;

4) СО организации (предприятия).

КВАЛИМЕТРИЯ

СТАНДАРТИЦАЗИЯ

10. Цели и задачи стандартизации.

Стандартизация – деятельность, которая устремлена на определение и разработку требований, норм и правил, гарантирующая право потребителя на покупку товаров за устраивающую его цену, должного качества, а также право на благоустроенность и безопасность труда.

Единой задачей стандартизации является охрана интересов потребителей в вопросах качества услуг и продукции. Беря за основу Закон Российской Федерации «О стандартизации», стандартизация имеет такие задачи и цели, как:

1) безвредность работ, услуг и продукции для жизни и здоровья человека, а также для окружающей среды;

2) безопасность различных предприятий, организаций и других объектов с учетом возможности возникновения чрезвычайных ситуаций;

3) обеспечение возможности замены продукции, а также ее технической и информационной совместимости;

4) качество работ, услуг и продукции с учетом уровня достигнутого прогресса техники, технологий и науки;

5) бережное отношение ко всем имеющимся ресурсам;

6) целостность измерений.

Методы стандартизации

Метод стандартизации – это совокупность средств достижения целей стандартизации. Рассмотрим основные методы стандартизации.

1. Упорядочение объектов стандартизации является универсальным методом стандартизации товаров, работ и услуг. Данный метод систематизирует разнообразие продукции.

Систематизация объектов стандартизации — представляет собой последовательное, научно обоснованное классифицирование и ранжирование конкретных объектов стандартизации.

Селекция объектов стандартизации – это отбор целесообразных для дальнейшего производства и применения объектов стандартизации.

Симплификация – деятельность, выявляющая объекты стандартизации, которые нецелесообразно применять для производства.

Типизация объектов стандартизации – это разработка и утверждение типовых объектов или образцов.

Оптимизация объектов стандартизации – деятельность, определяющая оптимальные главные параметры и значения остальных показателей, необходимых для данного уровня качества.

2. Параметрическая стандартизация – стандартизация, направленная на фиксирование оптимальных численных значений параметров, определяющихся строгой математической закономерностью.

3. Унификация продукции – рациональное сокращение до оптимального уровня числа типов объектов одного функционального назначения. Унификация включает в себя: классификацию и ранжирование, селекцию и симплификацию, типизацию и оптимизацию объектов стандартизации. Одним из показателей унификации является коэффициент применяемости:

где n 0 – количество оригинальных деталей;

n – суммарное число деталей.

Данный коэффициент может применяться к одному изделию или к совокупности изделий, а также для унифицированного ряда.

4. Агрегатирование. Данный метод заключается в конструировании машин и приборов из определенного числа унифицированных деталей, связанных между собой функционально и геометрически.

5. Комплексная стандартизация. При данном методе стандартизации целенаправленно и планомерно утверждается и используется комплекс взаимосвязанных требований к объекту стандартизации и его составляющим для получения оптимального решения проблемы.

6. Опережающая стандартизация заключается в установлении прогрессивных по отношению к достигнутому уровню требований, которые, согласно прогнозам, будут оптимальными в последующее время.

Метрология наука об измерениях. Составные части метрологии. Основные цели и задачи метрологии.

Слово «метрология» по своему образованию состоит из греческих слов «метро» — мера и «логос» — учение и означает учение о мерах. Слово «мера» в общем смысле означает средство оценки чего-либо.

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Под единством измерений понимается такое их состояние, когда результаты измерений выражаются в узаконенных единицах величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

Метрология состоит из следующих основных разделов:

теоретическая (фундаментальная) метрология, предметом которой является разработка фундаментальных основ метрологии;

законодательная метрология, которая представляет собой совокупность обязательных для применения метрологических правил и норм по обеспечению единства измерений, которые функционируют в ранге правовых положений и находятся под контролем государства;

практическая (прикладная) метрология, которая решает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии.

К целям и задачам метрологии относятся:

· создание общей теории измерений;

· образование единиц физических величин и систем единиц;

· разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;

· создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений, методики выполнения измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант;

· установление единиц физических величин (ФВ).

Метрология как наука. Её значение, цель, задачи, функции презентация, доклад

МЕТРОЛОГИЯ

MENEH, TEKEL, UPHARSIN

Метрология как наука и её значение

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
кроме того:

это ещё и деятельность предусматривающая изучение физических величин, их воспроизведение и передачу, применение эталонов, основных принципов и методов создания средств измерений, оценку их погрешности, а также метрологический контроль и надзор.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ…

Цель метрологии заключается в обеспечении единства измерений, т.е. сопоставимости и согласуемости их результатов, причем независимо от того, где, когда и кем были эти результаты получены.
Основные задачи метрологии

А есть еще и ФУНКЦИИ…

Можно выделить три главные функции метрологии:

МЕТРОЛОГИЯ подразделяется на…

Основные понятия метрологии

Физическая величина – характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношений для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.
Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и применяемое для количественного выражения однородных физических величин. Например: 1 м – единица длины, 1 с – времени, 1А – силы электрического тока.
Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для заданной системы физических величин. Например: Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г.

Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей с целью получения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в количественном и качественном отношениях соответствующее свойство объекта

Результат любого измерения отличается от истинного значения физической величины на некоторое значение, зависящее от точности средств и методов измерения, квалификации оператора, условий, в которых проводилось измерение, и т. д. Отклонение результата измерения от истинного значения физической величины называется погрешностью измерения.

Погрешность измерений

Абсолютная погрешность измерения – это разность между результатом измерения и действительным (истинным) значением физической величины: Δ = хи — х
Относительная погрешность измерения – это отношение абсолютной погрешности к действительному (истинному) значению измеряемой величины (часто выраженное в процентах): δ = (Δ/ хи) 100%

Кроме того можно вспомнить и:

Систематическая погрешность
Методические погрешности
Инструментальные погрешности
Субъективные погрешности
Случайная погрешность

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПО СПОСОБУ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗМЕНЕНИЯ ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ПРОЦЕССЕ ИЗМЕРЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПО ВЫРАЖЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПО ХАРАКТЕРИСТИКЕ ТОЧНОСТИ

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ПО ЧИСЛУ ИЗМЕРЕНИЙ И РЯДУ ИЗМЕРЕНИЙ

ОДНОКРАТНЫЕ

МНОГОКРАТНЫЕ

Понятие о методах измерений

Метод измерений — совокупность используемых приемов (способов) сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с выбранным принципом измерений.

Исходя из этого методы измерений делятся на:

Методы сравнения

Скачать презентацию

Метрология является ключом к воспроизведению результатов

Ученые всех мастей должны работать с экспертами по измерениям, чтобы можно было сравнивать исследования, призывают Мартин Сене, Ян Гилмор и Ян-Теодор Янссен

Можно использовать наземные измерения света, отражающегося от пустынь для калибровки спутниковых наблюдений отражательной способности и улучшения моделирования климата.
Фото: любезно предоставлено Национальной физической лабораторией Великобритании

Представьте, что вы — политический деятель, которому нужно знать, сколько углерода содержится в лесах Южной Америки. Наземных данных в этой области мало. Поэтому, когда вы сталкиваетесь с двумя недавно опубликованными картами поверхностной биомассы, сделанными с использованием одних и тех же спутниковых данных, вы думаете, что это ваш счастливый день. К сожалению, эти карты различаются в своих оценках биомассы примерно на 20% по всему континенту и еще больше на локальном уровне. Какой карте можно доверять ¹ ?

Многие колонки были посвящены обсуждению этого «кризиса воспроизводимости» в научных исследованиях. Исследователей редко мотивируют пытаться воспроизвести результаты, а когда они это делают, результаты часто не совпадают ² .

В этих дискуссиях мало внимания уделялось тому, как метрология может помочь. Метрология — это наука об измерениях: специалисты-практики разрабатывают согласованные на международном уровне контрольные точки, чтобы можно было сравнивать измерения — от длины и массы до доз радиации или активности генов — со стандартами с известной неопределенностью. Метрологи (как и мы) также работают с учеными, проводящими измерения, для разработки и распространения передового опыта. Чтобы помочь исследователям воспроизвести результаты, необходимо уделить больше внимания этим стандартам и передовым методам, а также разработать новые.

Сегодняшняя наука становится все более междисциплинарной и динамичной, объединяя ученых с самыми разными знаниями, использующих разные технические языки и методы. Это может привести к тому, что измерения будут выполняться без возможности или возможности проверить их должным образом.

Измерительные технологии становятся все более мощными и сложными. Программное обеспечение часто стоит между необработанными данными и пользователем: числа обрабатываются, а наборы данных объединяются автоматически. Отслеживание и количественная оценка неопределенности конечного результата могут потеряться среди всей этой обработки данных. Исследователи часто относятся к таким инструментам как к «черному ящику», который выдает ответы, которым они доверяют, и им труднее интуитивно понять, когда ответы неверны.

Новое внимание к тому, как данные собираются, аннотируются и анализируются, может помочь решить эту часть головоломки воспроизводимости ³ . В примере с лесами Южной Америки различия в калибровке приборов, неточность наземных справочных данных и различия в методах моделирования привели к несоответствию между картами ¹ . Серьезное исследование того, как именно и почему результаты отличаются, может выявить систематические ошибки или, по крайней мере, дать количественную оценку неопределенности измерений. Без такой работы такие карты никогда не смогут совпадать.

Международные усилия

Наше учреждение, Национальная физическая лаборатория (NPL) в Теддингтоне, Великобритания, является одним из десятков национальных метрологических институтов по всему миру, которые находятся в центре международной системы измерений. Эта система обеспечивает структуру, средства и опыт, позволяющие достоверно воспроизводить измерения и с количественной неопределенностью по всему миру.

Преимущества хорошей метрологии пожинались веками. В 1800-х годах последовательная, согласованная система измерения длины и массы помогла странам быть уверенными в том, сколько они покупают и продают в мировой торговле, а также в точности своих карт. Прототипы метра и килограмма были изготовлены и заперты в хранилище во Франции, чтобы никто не мог оспорить их истинные значения. Промышленная революция началась, потому что люди договорились об общих производственных стандартах, таких как тип используемой винтовой резьбы. Спустя примерно два века Глобальная система позиционирования опирается на спутники, на которых установлены точно синхронизированные атомные часы, обеспечивающие точные измерения времени. Хотя Альберт Эйнштейн сказал, что скорость света постоянна, именно метрологическое сообщество измерило эту скорость и установило согласованное число.

Эти весы Киббла точно измеряют постоянную Планка, которая помогает дать новое определение килограмма.
Предоставлено: Дженнифер Лорен Ли/NIST

Сегодня Международное бюро мер и весов (BIPM), базирующееся в Париже, координирует надежную метрологическую основу для всех семи основных единиц измерения, от метра до кельвина. Прогресс продолжается. Например, в ноябре 2018 года будет изменено определение килограмма и некоторых других единиц, что завершит долгосрочный проект по привязке всех единиц к фундаментальным, неизменным свойствам Вселенной, которые исследователи измерили с большой точностью (в случае килограмма, связывая его с постоянной Планка). Если исследователи должным образом обучены использованию лучших метрологических практик, следуя четким процедурам и калибруя свои измерения по стандартам, которые напрямую связаны с согласованными базовыми единицами, мы все можем быть уверены в результатах.

Система может работать очень хорошо даже для очень сложных проектов, производящих огромные объемы данных с помощью различных приборов. Обнаружение бозона Хиггса в 2012 году и гравитационных волн в 2016 году, например, было сделано с таким вниманием к деталям, что они дали количественные результаты, в которых мир может быть уверен.

Проблемные зоны

Однако во все большем числе областей исследований отсутствует метрологическая база. Это особенно относится к таким областям, как биология и наука об окружающей среде, которые не имеют долгой истории метрологической практики, характерной для физики и техники. Определение единиц измерения в науках о жизни — сложная задача. Можно считать, что каждый электрон имеет одинаковую массу и заряд, в то время как живые существа имеют широкий диапазон естественной изменчивости, что затрудняет разработку и определение стандартов. Прежде чем мы начнем бороться с такой изменчивостью, мы должны убедиться, что измерения, которые мы знаем, как проводить, и инструменты, которые мы можем охарактеризовать, имеют прочную основу.

Одной из проблемных областей является лучевая терапия — практика использования ионизирующего излучения для уничтожения рака или иного воздействия на клетки. Хотя существуют строгие правила в отношении того, как измерять доставляемую дозу для пациентов в клинических условиях, аналогичных правил не существует для исследовательских лабораторий, изучающих воздействие радиации на клетки. В отчете Национального института стандартов и технологий США (NIST) за 2013 год было обнаружено, что за год исследований в журнале Radiation Research только 7% цитировали письменные дозиметрические стандарты или руководства. Опрос NIST пришел к выводу, что радиобиологические измерения «часто неадекватны, что снижает надежность и воспроизводимость результатов» 9.0007 4 . Это создает барьер для перевода доклинических исследований в клиническую практику и излишне увеличивает количество животных, используемых в исследованиях.

В ответ на это в США в ряде центров ведутся работы по стандартизации дозиметрии. В Соединенном Королевстве NPL лидирует в предоставлении услуг, специально предназначенных для доклинических исследований.

Наблюдение за Землей тоже имеет проблемы. Например, свет, отражающийся от поверхности планеты, можно достаточно хорошо откалибровать, глядя на отражения от полярных регионов и пустынь. Хотя этот эффект достаточно изучен, чтобы можно было получать согласованные воспроизводимые результаты с разных спутников, эта информация недостаточно надежна для использования в исследованиях изменения климата или таких мерах, как лесной покров.

Гранты должны оценивать «пути к воспроизводимости» наряду с «путями к воздействию».

Возьмем, к примеру, четыре разных спутника, отслеживающих индекс листовой поверхности — показатель, пропорциональный проценту земли, покрытой зелеными фотосинтетически активными листьями. Все четыре спутника (CYCLOPES, GEOLAND, GLOBCARBON и MODIS) имеют разрешение 1 км. Тем не менее их ежемесячные данные за два года сильно отличаются друг от друга, иногда более чем в семь раз. Причины этого, вероятно, будут сложными: например, спутники проходят немного в разное время, поэтому измеряемое свойство может меняться. Но есть и различия в том, как калибруются спутники и анализируются данные. Исследователи работают над созданием строгой системы долгосрочных исследований проверки и сравнения, чтобы выявить систематические неопределенности и создать более надежные данные.

Другим примером такой работы является Версальский проект по передовым материалам и стандартам (VAMAS). Основанная в 1982 году, она была разработана для разработки передового международного опыта и стандартов для изготовления и измерения новых материалов. Он хорошо помогает сообществу для измерения ультраплоских двумерных материалов, таких как графен, — метрологи усовершенствовали методы измерения чистоты и толщины вплоть до атомарного уровня.

Сегодня Национальные метрологические институты возглавляют усилия по стандартизации многих биологических показателей, таких как количественное определение небольших количеств белка в сложных сыворотках.

Такие усилия сообщества невероятно важны, но они остаются гораздо менее гламурными, чем научные открытия.

пути вперед

Что же делать? Одним из простых шагов для финансирующих органов было бы привлечение большего числа метрологов к отбору и оценке проектов. Это поощрит финансирование повторных исследований, поможет гарантировать, что финансируемые исследования используют передовую метрологическую практику, и настроит исследования, чтобы сделать возможными будущие попытки повторения. Гранты должны оценивать «пути к воспроизводимости» наряду с «путями к воздействию».

Финансирующие организации часто требуют, чтобы необработанные данные исследований были собраны и доступны. Это требование следует расширить, включив в него информацию о качестве данных. Должно быть ясно, как и насколько тщательно исследователи работали над тем, чтобы их измерения были связаны с международно признанным стандартом и для количественной оценки неопределенности. Если эта информация будет постоянно храниться вместе с данными, будет намного проще отслеживать неопределенности при обработке и объединении наборов данных.

Некоторые организации предпринимают шаги в этом направлении. Например, у Австралийской сети исследований наземных экосистем (TERN) есть структура и руководство по передовой практике для сбора такого рода метаданных. NPL играет ведущую роль в разработке систем контроля качества наборов данных наблюдения Земли, представляемых в Европейскую службу по изменению климата Copernicus (C3S). Это гарантирует, что все данные в хранилище данных C3S полностью отслеживаемы и хорошо задокументированы.

Количественное определение неопределенности в сложных задачах почти само по себе становится областью. Метрологическому сообществу необходимо подойти к решению этой задачи, в частности, привлекая больше статистиков, экспертов по данным и исследователей из проблемных областей, таких как клеточная биология. Метрология должна быть встроена в научную подготовку на всех уровнях, чтобы выработать приверженность прецизионным измерениям во всей науке.

Тем временем исследователи должны в полной мере использовать возможности своих национальных метрологических институтов. Удивительно, как много ученых никогда не слышали о нас. Лаборатории, у которых возникли проблемы с воспроизведением своих измерений, могут просто позвонить нам: мы работаем в сотрудничестве, чтобы дать совет, а также улучшить или разработать новые методы. Мы измеряем практически все мыслимые физические и химические параметры, от времени с точностью лучше, чем одна секунда за время жизни Вселенной, до количества и локализации поглощения лекарств отдельными клетками. Общение с нами часто может сэкономить время и повысить точность результатов.

Впереди стоит сложная задача, с которой метрологическое сообщество не может справиться в одиночку. Но это требует мышления метрологов: внимания к деталям и стремления к глобальной сопоставимости.

Метрология дисплеев: наука об измерении качества

Метрология — это «наука об измерениях, охватывающая как экспериментальные, так и теоретические определения при любом уровне неопределенности в любой области науки и техники», как это определено Международным бюро мер и весов. (Международное бюро мер и весов, BIPM).

Метрология дисплея означает использование научного подхода к измерению (количественному определению) визуального вывода дисплея. Основным выходом современных цифровых дисплеев является свет, который можно измерить с точки зрения яркости, цвета, контрастности и других визуальных качеств дисплея.

Экраны дисплея освещают современную жизнь.

Спектральное распределение мощности в зависимости от спектральной чувствительности

Однако существует несколько подходов к количественной оценке и характеристике источника света. Мы можем измерить абсолютные значения электромагнитного излучения света, называемого его спектральным распределением мощности (SPD). SPD источника света обычно отображается в виде графика, который представляет относительную интенсивность источника на каждой длине волны.

Нормированные спектральные распределения мощности (а) галогенного света, (б) флуоресцентного света, (в) дневного света и (г) другого типа флуоресцентного света. (Источник изображения)

Человеческий глаз, однако, не воспринимает ни каждую длину волны, ни чистую мощность света, излучаемого на каждой длине волны, в электромагнитном спектре. Таким образом, мы не воспринимаем всю SPD многих источников света. В наших глазах есть три типа колбочек (S, M и L), каждый из которых чувствителен к диапазону длин волн. Изображение ниже является грубой иллюстрацией нормализованного отклика каждой из колбочек нашего глаза, то есть того, насколько мощным мы воспринимаем каждую длину волны.

Спектральная чувствительность каждой колбочки в человеческом глазу.

Колбочки в наших глазах не могут определять отдельные длины волн. Они видят сумму общего света, к которому чувствительны все трое, что определяется площадью под каждой из кривых на графике. Понимание этой зрительной реакции человека — или нашей спектральной чувствительности — помогает нам понять, как мы воспринимаем различные SPD.

Измерение восприятия дисплеев людьми

Устройства отображения предназначены для использования людьми, поэтому при измерении и характеристике характеристик дисплея (с точки зрения светового и цветового вывода) в качестве критерия используется спектральная чувствительность человека. Сопоставление зрительной реакции человека важно по нескольким причинам:

• Зрительное восприятие человека в конечном счете определяет наше восприятие света, включая точность и отображение цветов в таких устройствах, как источники света или дисплеи.
• Тогда имеет смысл, что целью тестирования дисплеев является измерение света и цвета так же, как их воспринимает человек, чтобы гарантировать, что визуальное качество дисплея соответствует человеческому опыту.
• Только получив значения, стандартизированные для человеческого восприятия, мы можем выполнять метрологию автоматизированных дисплеев с значимыми результатами.

Чтобы оценить дисплеи, нам необходимо понять два основных аспекта света: световой поток, создаваемый дисплеем (SPD), и световой поток, который мы получаем через нашу зрительную систему человека.

Фотометрия — это раздел метрологии, который измеряет интенсивность излучаемого света (яркость) в восприятии человека. Точно так же колориметрия измеряет цвет (цветность) света, видимый человеческим глазом. Таким образом, существуют определенные типы измерений дисплея, которые зависят от фотометрических и колориметрических приборов.

Основные характеристики качества и производительности дисплеев

Современные производители дисплеев проводят широкий спектр измерений, испытаний и проверок устройств отображения, чтобы гарантировать, что качество и производительность соответствуют стандартам бренда и ожиданиям клиентов. В сложных глобальных цепочках поставок отрасль полагается на последовательную и объективную оценку дисплеев и компонентов на всех этапах производственного процесса.

Некоторые ключевые характеристики для оценки дисплея включают:

• Яркость и цветность
• Область цветового охвата
• Объем цвета
• Гамма
• Однородность
• Мура и дефекты
• Направленный вид
• Отражение
• Мерцание и другие характеристики во временной области

Приборы для метрологии дисплеев

Для измерения всех этих характеристик как в научно-исследовательской лаборатории, так и на производственной линии производители дисплеев используют множество различных метрологических инструментов, таких как точечные измерители, спектрорадиометры, фотометры и колориметры:

Тип прибора	Типовая измеряемая характеристика дисплея
Точечный измеритель	Цвет, яркость, контрастность, гамма, гамма, мерцание. ..
Система визуализации (фотометрическая или колориметрическая)	Цвет, яркость, контрастность, однородность, мура, дефекты, анализ на уровне пикселей, искажение…
Спектрорадиометр	Спектральные данные…
Другие	Время отклика, производительность в зависимости от угла обзора…

Фотометры ProMetric® серии Y и колориметры ProMetric серии I относятся к категории «системы визуализации». Системы обработки изображений превосходны в измерении устройств отображения, в частности, при измерении внешнего вида дисплея, как он воспринимается зрителями. Система измерения на основе изображений использует 2D-детектор для одновременного измерения нескольких световых точек. Это имитирует человеческий зрительный опыт, захватывая весь дисплей сразу, точно так же, как наши глаза охватывают всю сцену одним взглядом.

Снимая сразу полное изображение дисплея, система обработки изображений может одновременно оценивать и сравнивать миллионы точек данных. Эта возможность позволяет: 

• Контекстную оценку: однородность, градиент, контраст, мура, искажение
• Расположение, идентификация и серьезность дефектов (пикселей, линий, пятен)
• Одновременное измерение нескольких областей интереса (матрицы светодиодов, пиксели, субпиксели)
• Определение размеров, искажений и качества фокусировки (проекционные дисплеи)
• Выполнение расширенного анализа с возможностью нескольких анализов для каждого захваченного изображения

Более глубокое обучение: основы метрологии дисплеев

В этом сообщении в блоге только поверхностно рассмотрены вопросы измерения качества дисплеев. Чтобы узнать больше, послушайте выступления некоторых экспертов в этой области в рамках краткого курса «Основы метрологии дисплеев», первоначально представленного в рамках программы виртуальных мероприятий Display Week 2021, а теперь доступного в виде вебинара по запросу.

Представлено Йенсом Дженсеном, вице-президентом по разработке продуктов компании Radiant Vision Systems; д-р Рето Херинг, вице-президент по решениям для клиентов компании Instrument Systems GmbH; и Ютака Маэда, руководитель отдела развития бизнеса в Konica Minolta, курс охватывает эти темы менее чем за 4 часа:

• Наука о свете и цвете и количественная оценка зрительной реакции человека (например, SPD, стандартные функции CIE)
• Единицы измерения (например, яркость, цветовой охват), стандарты измерения (например, IEC, ISO) и метрологические системы от точечных измерителей до оборудования для обработки изображений
• Методы тестирования для определения параметров производительности дисплея, таких как мура, однородность пикселей и мерцание
• Новейшие метрологические решения для тестирования новых дисплеев, таких как microLED, устройства AR/VR и т. д.

Журналы по метрологии | Рецензирование

Журнал научной и промышленной метрологии представляет собой платформу с открытым доступом после тщательного рецензирования. Журнал принимает исследовательские статьи, обзоры и краткие сообщения, которые охватывают различные аспекты метрологии, включая: акустику, ультразвук, поток жидкости, электричество и магнетизм, метрологию длины, массу и производные величины, метрологическую медицину, радиометрию, время и частоту и т. д.

Открытый доступ — это инновационная издательская платформа, на которой все статьи, опубликованные в этом журнале, будут доступны онлайн любому человеку в любой точке мира совершенно бесплатно. Статьи, отправленные в журнал, тщательно рецензируются. После принятия статьи проходят корректуру для публикации.

копии часов

Метрология, наука об измерениях, включает в себя все аспекты, как теоретические, так и практические, связанные с измерениями, независимо от их неопределенности и в каких бы областях науки или техники они ни применялись.

Отправьте рукопись в виде приложения к электронному письму в редакцию по адресу [email protected]

Акустика

Акустика — это область материаловедения, связанная с исследованием звука. Между увлечениями акустиков и инженеров-акустиков регулярно существует много прикрытий и сотрудничества. Акустика — это наука, занимающаяся генерацией, контролем, передачей, сбором и воздействием звука.

Связанные журналы по акустике:

Журнал теоретических и вычислительных наук, Журнал геологии и геофизики, Прикладная акустика, Журнал звука и вибрации, Акустическая физика, Журнал вычислительной акустики, Журнал вибрации и акустики, Открытый журнал акустики, Достижения в области акустики и вибрации, Акустика Австралии, Прикладная акустика, Журнал теоретической и прикладной вибрации и акустики, Румынский журнал акустики и вибрации.

Ультразвук

Ультразвук — это звуковые волны с частотами выше, чем верхний предел слышимости человеческого слуха. Ультразвук защищен и прост, и производит фотографии внутри тела с использованием звуковых волн. Ультразвуковая визуализация, также называемая ультразвуковой фильтрацией или сонографией, включает в себя использование небольшого датчика (теста) и ультразвукового геля, наносимого специально на кожу. Высокочастотные звуковые волны передаются от тестируемого через гель в организм.

Ультразвук не отличается от «нормального» (слышимого) звука по своим физическим свойствам, только тем, что люди его не слышат. Этот предел варьируется от человека к человеку и составляет примерно 20 килогерц (20 000 герц) у здоровых молодых людей. Ультразвуковые аппараты работают с частотами от 20 кГц до нескольких гигагерц.

Ультразвук используется во многих областях. Ультразвуковые устройства используются для обнаружения объектов и измерения расстояний. Ультразвуковая визуализация или сонография часто используются в медицине. При неразрушающем контроле изделий и конструкций ультразвук используется для обнаружения невидимых дефектов. В промышленности ультразвук используется для очистки, перемешивания и ускорения химических процессов. Такие животные, как летучие мыши и морские свиньи, используют ультразвук для обнаружения добычи и препятствий. Ученые также изучают ультразвук, используя графеновые диафрагмы в качестве метода связи.

Связанные журналы ультразвука:

Журнал методов медицинской диагностики, Журнал клинической диагностики и исследований JBR, Журнал радиологии OMICS, Журнал сердечно-сосудистых заболеваний и диагностики, Журнал анестезии и клинических исследований, Журнал медицинского ультразвука, Критический Ультразвуковой журнал, Австралазийский журнал ультразвука в медицине, Журнал ультразвука, Исследования и отчеты в области сфокусированного ультразвука, Ультразвук сердечно-сосудистой системы, Применение ультразвука в химии материалов, Журнал ультразвука сосудов, Ультразвук в акушерстве и гинекологии.

Научная метрология

Научная метрология в области национальных эталонов имеет первостепенное значение для страны, так как является предпосылкой развития других отраслей метрологии, а также новых технологий и развития общества как целое. Основными задачами национального метрологического подразделения, которому эта область поручена во всем мире, является реализация и поддержание национальных эталонов измерений, а также проведение необходимых исследований и разработок, связанных с особыми измерительными потребностями отдельных секторов. Результатом этой работы является обеспечение прослеживаемости измерений до SI и передача знаний или помощь экспертов в выполнении наиболее сложных или важных измерений для широкого круга пользователей.

Связанные журналы по научной метрологии:

Исследования и обзоры: Журнал чистой и прикладной физики, Журнал физической химии и биофизики, Журнал физической химии и биофизики, Журнал управления прибрежной зоной, информационных технологий и разработки программного обеспечения.

Течение жидкости

Целью данной работы является предоставление гипотетических материалов для отображения двумерного течения жидкости через анизотропную проницаемую среду, содержащую сходящиеся искривленные трещины.

Связанные журналы Fluid Flow :

Журнал физической химии и биофизики, Международный журнал потоков тепла и жидкости, Международный журнал численных методов расчета потока тепла и жидкости, Открытый журнал динамики жидкости, теплопередачи и потока жидкости в Миниканалы и микроканалы, Журнал гидромеханики, Журнал тепломассообмена потока жидкости, Журнал гидротехники.

Промышленная метрология

Функцией отдела промышленной метрологии является предоставление услуг по калибровке, обеспечивающих контроль измерительного оборудования, используемого в процессе промышленного производства. Цель здесь состоит в том, чтобы гарантировать, что производимая продукция соответствует требуемым стандартам. Прикладная, техническая или промышленная метрология касается применения науки об измерениях к производственным и другим процессам и их использования в обществе, обеспечения пригодности средств измерений, их калибровки и контроля качества эталонов измерений.

Связанные журналы по промышленной метрологии:

Исследования и обзоры: Журнал чистой и прикладной физики, Журнал физической химии и биофизики, Журнал физической химии и биофизики, Журнал научных приборов, Журнал клинических и лабораторных исследований, Журнал микро- и нано-производства.

Электричество и магнетизм

В этой статье представлены ключевые идеи силы и притяжения, важные для анестезии. Прямые аналогии используются, чтобы прояснить текущую мощность и работу электронных частей при аналогичном использовании. Представлено представление об электрических и притягивающих полях с примерами их удобного применения.

Связанные журналы по электричеству и магнетизму :

Журнал дистанционного зондирования и ГИС, Журнал магнетизма и магнитных материалов, Американский журнал физики, Электрический контроль магнетизма, Нанотехнологии природы, Журнал химии материалов C, Международный журнал современной физики B, журнал нейрофизиологии.

Ионизирующее излучение

Ионизирующее излучение вызывает хромосомные перестройки, например, реверсию и аннулирование, и широко используется для стимулирования трансформаций.

Связанные журналы по ионизационному излучению:

Журнал клинической и экспериментальной офтальмологии, Бразильский журнал радиационных наук, Журнал радиационной онкологии, Журнал химического образования, Журнал радиационных исследований, Международный журнал радиации, Журнал воспаления, The Медицинский журнал Новой Англии, Журнал американского колледжа кардиологов, Центральный химический журнал, Журнал радиологической защиты, Журнал радиологической защиты.

Законодательная метрология

Законодательная метрология – это применение законодательных требований к измерениям и измерительным приборам. Законодательная метрология отвечает за поверку и калибровку мер и весов, топливных насосов и приборов для взвешивания, используемых на рынке и организациями, занимающимися импортом/экспортом.

Связанные журналы по метрологии Legel:

Исследования и обзоры: Журнал чистой и прикладной физики, Журнал физической химии и биофизики, Журнал физической химии и биофизики.

Метрология длины

Предпосылкой любой системы оценки размеров является признание единицы длины в системе СИ с помощью рекуррентно сбалансированных лазеров и интерферометрии. Используемые нововведения в области оценки включают в себя устройства с лазерным расширением, крупномасштабные машины для измерения направления (CMM), увеличительные линзы для оптического и яркого света, фильтрующие электронные увеличительные приборы (SEM), увеличительные приборы с ядерной энергией (AFM) и увеличительные линзы для исследования нор (STM). ).

Связанные журналы по метрологии длины:

Журнал астрофизики и аэрокосмических технологий, Журнал научных приборов, Журнал прикладной физики, Журнал биофизики, Наука и техника измерений, Международный журнал метрологии и инженерии качества, Журнал исследований Национальный институт стандартов и технологий, Журнал международных обществ точного машиностроения и нанотехнологий, Оптические методы в инженерной метрологии, Журнал Международной конфедерации измерений.

Масса и производные величины

Величины, такие как масса, длина, температура и т. д., могут быть измерены специально и не определяются с использованием различных величин. Подобную массу можно измерить по четности, а длину и температуру можно вычислить линейкой и термометром. Таким образом, они не считаются «предполагаемыми» суммами.

Связанные журналы массы и производных величин:

Журнал физической химии и биофизики, Журнал физики B: Атомная молекулярная и оптическая физика, Журнал Американского химического общества, Новозеландский журнал геологии и геофизики, Журнал внеклеточной Везикулы, Журнал геофизических исследований: Атмосфера, Журнал вирусологии, Международный журнал масс-спектрометрии.

Метрология в химии и свойствах веществ

Соображения, методологии и усовершенствования соответствующих стратегий для более высокого запроса. Составляющая экспертиза — это своего рода человеческая деятельность, направленная на получение данных о сложном синтезе тестов. Составными частями аналитического исследования являются диагностическая наука и логические управления.

Связанные журналы по метрологии в химии и свойствам веществ :

Журнал физической химии и биофизики, Журнал Бразильского химического общества, Журнал применения биоматериалов, Журнал опасных материалов, Тропический журнал фармацевтических исследований, Международный Журнал достижений в области фармацевтического анализа, Восточный журнал химии, Журнал хроматографических наук, Журнал исследований национального института стандартов и технологий, Международный химический журнал, Журнал измерительной науки.

Метрология в медицине

Восстановительные оценки доступны в повседневной жизни людей и являются важными процедурами в противодействии, заключении и лечении болезней. Таким образом, растущий интерес заключается в части метрологического выбора и оценки конгруэнтности, а именно в тех случаях, когда оценки обеспечивают благополучие.

Связанные журналы по метрологии в медицине :

Журнал клинических и лабораторных исследований, Журнал Бразильского химического общества, Международный журнал метрологии и инженерии качества, Журнал Метрологического общества Индии, Журнал физики: Серия конференций , Международный журнал измерительных технологий и приборостроения, Скандинавский.

Фотометрия

Фотометрия — это наука об измерении света с точки зрения его яркости, воспринимаемой человеческим глазом. Он отличается от радиометрии, которая является наукой об измерении лучистой энергии (включая свет) с точки зрения абсолютной мощности.

Связанные журналы по фотометрии:

Журнал астрофизики и аэрокосмических технологий, Журнал химического образования, Астрофизический журнал, Журнал физики D: Прикладная физика, Журнал фотограмметрии и дистанционного зондирования ISPRS, Журнал Общества светотехники, Международный журнал фармацевтических и биологических наук, журнал химических и фармацевтических исследований.

Радиометрия

Радиометрия представляет собой набор методов измерения электромагнитного излучения, включая видимый свет. Радиометрические методы в оптике характеризуют распределение мощности излучения в пространстве, в отличие от фотометрических методов, характеризующих взаимодействие света с человеческим глазом.

Родственные журналы радиометрии :

Журнал дистанционного зондирования и ГИС, Европейский физический журнал, Прикладная физика, Канадский журнал физики, Журнал современной оптики, Журнал Оптического общества Америки, Журнал прикладной физиологии, Международный журнал прикладных наблюдений за Землей и геоинформации, Международный журнал геофизики, Журнал исследований в области естественных наук, Журнал медицинской микробиологии.

Термометрия

Термометрия — это наука и метод оценки температуры. Любое количественное изменение в термометрическом тесте может быть использовано для обозначения уровней температуры, которые позже должны быть сбалансированы с общепринятой единицей, если мера должна быть отождествлена ​​с другими термодинамическими переменными.

Связанные журналы по термометрии:

Исследования и обзоры: Журнал чистой и прикладной физики, Журнал медицинской инженерии и технологий, Новый журнал физики, Журнал педиатрии, Журнал химии материалов, Международный журнал экстренной медицины, Журнал инвазивной кардиологии, Журнал геофизических исследований, Журнал терапевтического ультразвука.

Время и частота

В последние два десятилетия серьезно изучалось исследование временного повторения, и его число расширилось. Был создан смешанный пакет повторяющихся во времени обращений, чтобы дать эффективное исследование знаков с периодом, колеблющимся потусторонней субстанцией. Большую часть времени исследования знаков в области совместного времени и повторения превосходят традиционные подходы к пространству повторений.

Связанные журналы времени и частоты:

Журнал дистанционного зондирования и ГИС, Журнал метода нейробиологии, Журнал физической химии, Журнал Международного общества спортивного питания, IETE Journal of Research, EuRASIP Journal on Advances в области обработки сигналов, Журнал нейронной инженерии, Журнал нейронауки, Международный журнал биоэлектромагнетизма.

Математика и метрологические информационные технологии

Арифметика занимает жизненно важное место в искусстве метрологии. Ожидается, что численные модели увидят, как спланировать привлекательные рамки оценки и разбить результаты, которые они дают. Научные процедуры используются для создания и разрушения романтизированных моделей физических явлений, подлежащих измерению, а численные расчеты важны для обнаружения идеальных параметров.

Связанные журналы по математике и метрологии информационных технологий:

Журнал исследований Национального института стандартов и технологий, Международный журнал передовых производственных технологий, Американский журнал инженерных и прикладных наук, метрологии и теории измерений, Американский журнал физики и приложений, Журнал информационных технологий и Разработка программного обеспечения, Журнал физики D: Прикладная физика.

Нанометрология

Нанометрология включает оценку геометрических элементов размера, формы и неприятности в наномасштабе. Несмотря на то, что эти геометрические составляющие не являются врожденной частью исследуемого примера, они часто измеряются относительно произвольно установленной системы координат, тем более в приложении к строительству.

Связанные журналы по нанометрологии:

Журнал дистанционного зондирования и ГИС, Журнал управления технологиями и инновациями, Журнал микро- и нано-производства, Журнал лазерной микро-/наноинженерии, Журнал нанотехнологий, Международный журнал нанопроизводства, Журнал управления технологиями и инновациями, Международный журнал интеллектуальной мехатроники и робототехники, Международный журнал наноматериалов, нанотехнологий и наномедицины.

История метрологии – Научная конференция по измерениям

ИСТОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

История измерений – это история человечества. С тех пор, как человек убил свое первое животное и разжег свой первый огонь, его прогресс основывался на измерении. Скорость его прогресса на протяжении всей истории была тесно связана с его прогрессом в науке об измерениях.

Однако человек еще в раннем возрасте обнаружил, что одной лишь способности измерять недостаточно. Чтобы наши измерения имели смысл, они должны были совпадать с измерениями других мужчин. Это универсальное соглашение о единицах измерения требовало принятия стандартов, из которых все люди могли бы вывести одни и те же единицы измерения. Проблема оказалась не простой. На протяжении всей истории существовала путаница, поскольку принятые стандарты изменялись, искажались или уничтожались.

Начало стандартов

Естественные стандарты длины, такие как кисть, пядь, ладонь и палец, использовались с самых ранних времен, но нет никаких записей о каких-либо попытках установить постоянный стандарт до строительства великой пирамиды Хуфу. в Египте около 2900 г. до н.э. Фараон Хуфу был первым, кто издал указ об установлении стандартной единицы длины. Выбранный штандарт был сделан из черного гранита и назывался Королевский египетский локоть. История отмечает, что его длина равнялась длине предплечья и кисти правящего фараона. (Длина от локтя до кончика 3-го пальца плюс ширина ладони) Также было постановлено, что все рабочие локти (сделанные из дерева) сравнивались с гранитным локтем каждое полнолуние, невыполнение этого условия наказывалось смерть.

Этот стандарт работал? Ответ должен быть однозначным «да», если учесть, что ни одна из сторон квадратного основания пирамиды не отклонялась от средней длины стороны в 9000 дюймов более чем на 1/20 процента. Хотя история египтян тоже знала немало об измерении углов, так как каждый из углов Великой пирамиды представляет собой совершенный прямой угол в пределах 3/1000 градуса. Добиться такой точности сегодня достаточно сложно даже со всеми нашими современными инструментами и методами.

Хотя египетские жрецы поклялись великим Ра сохранить священный локоть, они почему-то потерпели неудачу, потому что стали использоваться другие локти другой длины.

Египетский королевский локоть

Есть несколько интересных фактов, касающихся египетского королевского локтя, которые делают его похожим на наши современные стандарты. Этими признаками являются:

1. Определено и установлено постановлением правительства; то есть учреждение имело некоторую власть. Это означало, что по закону все ремесленники должны были использовать одну и ту же систему измерения.
2. Этот стандарт был воплощен в физическом объекте, пригодном для применения. Используя физический объект, а не абстрактное определение, все Ремесленники, использовавшие эту систему, получили точно такое же значение из стандарта, а не позволили неверно истолковать определение стандарта.
3. Устройство было изготовлено из очень прочного и прочного материала, одного из лучших доступных в то время. И, таким образом, будет поддерживать точность измерений в течение неопределенного периода времени.
4. Имелись вторичные эталоны, которые через равные промежутки времени сравнивались с этим первичным эталоном. Это гарантировало бы, что все РАБОЧИЕ СТАНДАРТЫ, измерительные инструменты, которые использовали Ремесленники, имели ПРОСЛЕЖИВАЕМЫЙ возврат к исходному стандарту.

Другие открытия стандартов

Римляне, как и их предшественники, египтяне и греки, также были великими архитекторами. Об этом свидетельствует обширная сеть дорог и акведуков, которые они построили. Поскольку история показывает, что эти проекты были завершены за относительно короткий промежуток времени, это означает, что строительство должно было начаться одновременно во многих точках вдоль маршрутов. Это могло бы быть практичным только в том случае, если бы существовала установленная стандартная система измерения для использования различными мастерами, работавшими над проектами.

Чтобы предотвратить образование небольших водоемов вдоль маршрута акведуков, они должны были быть построены с постоянным уклоном от отдаленных горных озер к прибрежным городам. Немыслимо думать, что разделенные команды могли бы так точно согласовать весь свой проект, если бы они не использовали измерительные приборы, которые сравнивались или соотносились с набором установленных стандартов.

Египтяне, греки и римляне на какое-то время частично преуспели в создании работоспособных систем измерения и стандартов, которые были приняты и соблюдались во всех их странах. Несмотря на все свои недостатки, эти системы были относительно прочными и работоспособными, но самое главное, они были приняты и уважаемы мастерами, которые их использовали.

Человечество только начало свою технологическую эволюцию, когда великие империи внезапно рухнули. Варварские племена вторглись в Европу, действие, которое позже покажет история, возможно, отбросило развитие человека на десять веков назад. Вступление человека в Средневековье задушило и уничтожило то существующее знание, которое было заработано с таким трудом.

Темные века = регресс

Темные века принесли регресс. Большинство систем измерения были забыты, за исключением нескольких попыток правящих монархов установить стандарты. В саксонские времена в Винчестере была дворовая барная стойка, которую король Эдгар своим указом назначил единственным официальным двором. Это, однако, мало что значило, поскольку системы измерения отсутствовали настолько, что само понятие стандарта было утеряно.

Разнообразие не связанных друг с другом юнитов поражает воображение! Почти все правители пытались исправить ситуацию, поскольку для установления стандартов, казалось, требовалось так мало мудрости и силы. Все, что нужно было сделать, это объявить, что ярд имеет такую ​​длину, что столько-то дюймов составляет фут, столько-то футов — ярд, и что все бочки, используемые для измерения всего, должны содержать 36 галлонов, того же размера, что и королевский галлон. Правители издавали указы, но редко удавалось добиться единства и порядка между своими мерками.

Правящий король посылал своих инспекторов с копиями своих стандартов, но торговцы продолжали использовать те случайные стандарты, которые они использовали раньше. Стандарты и их копии были так плохо исполнены и обладали такими скудными возможностями, что любая изложенная система быстро распадалась, и поэтому люди не доверяли ей.

Достижения в стандартах

Система арабских цифр, введенная Испанией в конце 10-го века, зажгла искру, но только в 14-м веке огонь научных достижений начал полыхать. Технологическое пробуждение человечества поначалу шло медленно. Порох вошел в обиход в 1346 г., механические часы были построены в 1360 г., Да Винчи сконструировал станок для нарезки винтов и изобрел печатный станок. Человек начал двигаться; был достигнут прогресс.

Ученым и небольшим деревенским предприятиям требовались измерительные приборы для исследования своих теорий и создания лучших часов и пушек. Вместе ученые и производители приборов разрабатывали все более совершенные измерительные инструменты.

• В 1631 году Пьер Вернье изобрел шкалу, которая увеличила считывающую способность приборов в 10 раз
• В 1642 году астроном Уильям Гаскойн изобрел микрометр с резьбой.

Даже несмотря на все эти превосходные измерительные инструменты и методы, ученые и производители все еще были в затруднении, потому что они не могли ссылаться на авторитетные стандарты равной или большей ценности. Что было необходимо, так это общий язык измерения, но не было достаточно развитой национальной или международной системы, чтобы обеспечить его.

Джеймс Уатт , шотландский изобретатель и производитель инструментов, который был близок к ученым Франции и активно работал в Королевском обществе в Англии, призвал всех ученых объединиться для продвижения совершенно новой системы измерения. Он предложил, чтобы эта система основывалась на стандартной единице длины, из которой производились бы все остальные измерения.

Во время Французской революции Принц Талейран , понимая, что единство весов и эталонов является одним из ключей к национальной единице, поручил Королевской академии наук построить новую систему, основанную на идеях, предложенных Уаттом. На помощь были вызваны ведущие французские ученые, такие как Лаплас и Лаойзер .

Не было вопроса о том, как должна быть устроена система, но каким должен быть фундаментальный стандарт?

Сначала они рассмотрели ВРЕМЯ, предложив вывести единство длины из качания маятника. Эта идея была отвергнута отчасти потому, что существующие методы для этого измерения не обеспечивали достаточной точности, а отчасти потому, что ее нельзя было воспроизвести с абсолютной уверенностью из-за различий в гравитационном притяжении Земли в разных местах.

Вместо этого они решили вывести единицу длины из измерения земли. Метр, от греческого слова METRON, что означает мера, должен был быть основным расстоянием от экватора до Северного полюса. Поскольку это расстояние уже было известно с достаточной точностью, сразу же была принята временная единица измерения. Соглашение и введение метрической системы должны были привести к унификации измерений по всей Европе, но это, как и его предшественники, не удалось.

Метрическая система

Метрическая система родилась во время Французской революции, и со смертью или тюремным заключением многих ее основателей она вышла из употребления.

США, завоевав независимость, унаследовали проблемы Европы. Основатели конституции признали необходимость приемлемых стандартов и с благими намерениями наделили Конгресс полномочиями «устанавливать стандарты мер и весов». Джордж Вашингтон призвал Конгресс действовать, но Конгресс ничего не добился. Соединенные Штаты были заражены той же болезнью, которая веками подтачивала прогресс Европы. В каждом штате была своя система измерения: Бушель овса весил

• 24 фунта в Коннектикуте
• 32 в Нью-Джерси
• 33 ½ в Кентукки
• 36 фунтов были нормой на территории Вашингтона.

В 1807 году Конгресс решил провести обследование побережья и сформировал Береговое обследование при Министерстве финансов. Фердинанд Р. Хасслер , который в то время был преподавателем математики в Вест-Пойнте, представил приемлемое предложение министру финансов и был избран первым суперинтендантом Береговой службы. Когда Хасслер прибыл в Вашингтон, он обнаружил впечатляющий титул, но не имел средств, поскольку Конгресс не позаботился выделить деньги на исследование. Хасслер решил действовать и без малейшего разрешения определил, какими должны быть его — или, скорее, наши — национальные стандарты, и начал изготавливать копии этих стандартов для распространения среди правительств штатов.

Стандартной единицей длины, которую выбрал Хасслер, был стержень, изготовленный Эдвардом Тротоном, английским производителем инструментов. Хотя он знал, что этот конкретный бар никогда не сравнивали с Парламентским двором, он решил, что, если какое-либо несоответствие будет обнаружено позже, Парламентский двор будет последней инстанцией. Однако у него не было возможности сравнить оригинал, потому что Парламентский двор был уничтожен пожаром в 1834 году.

Парламентский двор был в конечном счете восстановлен, и были сделаны надежные копии для безопасного хранения и распространения. Два слитка были отправлены в США. Один из них, бронзовый номер 11, сравнили со шкалой Хасслера Тротона и обнаружили, что он короче на 0,00087 дюйма. От шкалы Тротона отказались, и на какое-то время бронза № 11 стала общепринятым стандартом длины в Соединенных Штатах.

Метрическая система в Европе

Несмотря на то, что метрическая система не получила широкого признания в США, полная метрическая система постепенно внедрялась по всей Европе. В 1875 году семнадцать стран, включая США, провели Международную конференцию по мерам и весам и 20 мая того же года подписали «Метровый договор». Были назначены комитеты для разработки постоянных стандартов, которые технически превосходили бы стандарты, созданные во время Французской революции. Договор также предусматривал создание Международного бюро мер и весов на нейтральной территории в Севре, Франция.

Строительные работы были завершены в 1889 году, и лучший из нескольких прототипов метра и килограмма был выбран в качестве окончательного авторитета для метра и килограмма. Эти два экземпляра были в целях безопасности помещены в подземное хранилище под нейтральной землей, предусмотренной договором. Они были нетронутыми во время обеих мировых войн.

Другие прототипы метров и килограммов были распределены по жребию между странами-участницами договора. Метровый слиток № 27 и Килограмм № 20 были распакованы на церемонии в кабинете президента Бенджамина Харрисона, а в 1893 они были приняты Конгрессом Соединенных Штатов в качестве наших ОСНОВНЫХ национальных стандартов.

Эта церемония хоть и была впечатляющей, но на самом деле бессмысленной. Промышленность Соединенных Штатов начала готовиться к массовому производству, но история слишком хорошо показала, что массовое производство не может происходить в пределах одного завода. Каждая отрасль должна иметь возможность использовать рабочие продукты других заводов, если взаимозаменяемость и массовое производство должны стать реальностью.

В то время как недавно принятые стандарты метра и килограмма все еще находились в транспортировочных ящиках, в американских домах использовалось более 100 различных типов и размеров цоколей электрических ламп. Это несоответствие якобы одинаковых предметов было скорее правилом, чем исключением. Были предприняты попытки заключить соглашения между производителями и отраслями, но стандарты, на которых они стремились основываться, все еще оставались неопределенными. Имеющееся Управление мер и весов просто не могло справиться с задачей. В большинстве европейских стран были построены прекрасные национальные лаборатории для регулирования измерений и стандартов, а также для наблюдения за единообразием. Американец отставал.

Принятие стандартов в США

Проблема была неотложной, и Конгресс наконец принял меры. В 1901 году был принят закон о создании Национального бюро стандартов, ныне Национального института стандартов и технологий (NIST). Бюро должно было хранить существующие стандарты и создавать новые стандарты по мере необходимости. Сегодня NIST поддерживает более 800 различных стандартов в дополнение к проведению фундаментальных исследований во многих смежных областях.

Человеку потребовалось 5000 лет, чтобы развиться от египетского царского локтя до своего первого определенного стандарта, метра, который был принят около 1900. Задумайтесь на мгновение о скорости его прогресса с тех пор, как он вооружился этим новым оружием. Каждая эпоха истории считала свои стандарты окончательными в то время. Оправдана ли наша нынешняя уверенность в своих способностях, или будущие поколения будут оглядываться на двадцатый век как на темные века своей истории?

Ключевые принципы метрологии и анализа измерительных систем (MSA)

В этой статье я объясняю важные принципы метрологии и анализа измерительных систем (MSA). Метрология – это наука об измерениях, которая играет важную роль в таких областях, как наука, производство и торговля. Метрология позволяет нам знать точность измерений и обеспечивать использование общих стандартов. В науке это означает, что мы знаем, действительно ли эксперимент доказывает то, что кажется доказанным, или результат может быть результатом неточности измерения. В производстве это означает, что мы можем изготавливать детали, которые подходят друг к другу и работают так, как задумано. В торговле это означает, что мы знаем, сколько чего мы на самом деле покупаем. Я также кратко представляю MSA и рассказываю о том, как она связана с метрологией.

Принципы метрологии, представленные на этой странице , включают:

• Неопределенность измерений
• Уверенность в измерениях
• Калибровка и прослеживаемость
• Анализ систем измерения (MSA)
  • Точность, прецизионность и достоверность
  • Исследования Gage R&R
• Правила принятия решений

Эта страница является первой частью серии страниц, посвященных науке правильного измерения. За ней следуют Часть 2: Неопределенность измерения, Часть 3: Бюджеты неопределенностей, Часть 4: MSA и Gage R&R и Часть 5: Оценка неопределенности с использованием инструментов MSA.

Неопределенность измерения

Первое, что вы должны понять о метрологии, это то, что ни одно измерение не является точным или определенным. Если бы я показал вам болт и спросил, какой он длины, вы бы сказали: «Около 100 мм». Использование слова «около» подразумевает некоторую неопределенность в вашей оценке.

Все измерения имеют погрешность, и чем больше пределы, которые мы устанавливаем, тем более мы уверены в себе

Все измерения имеют погрешность; измерение на самом деле является просто оценкой, она может быть намного лучше, чем та, которую вы можете сделать, просто взглянув на что-то, но измерение никогда не может дать вам точное значение. В метрологии мы всегда должны учитывать эту неопределенность при проведении измерений.

Достоверность измерений

С неопределенностью связано понятие достоверности. Снова подумав о том, как посмотреть на болт и оценить его длину, мы могли бы сказать: «около 100 мм плюс-минус 5 мм». Это устанавливает пределы нашей неопределенности. Мы были бы более уверены, если бы сказали, что длина болта составляет 100 мм плюс-минус 10 мм, чем если бы мы сказали, что он находится в пределах 5 мм. Чем больше диапазон неопределенности, который мы присваиваем, тем выше становится наша уверенность в том, что он охватывает «истинное» значение. Я мог бы посмотреть на болт и сказать, что я на 70% уверен, что это 100 мм плюс-минус 5 мм и 90% уверен, что он находится в пределах +/- 10 мм. Неопределенность моей оценки составляет +/- 10 мм при доверительном уровне 90 %.

В метрологии мы должны очень четко понимать уровень нашей неопределенности на заданном уровне достоверности. Мы можем провести оценку неопределенности, которая включает анализ и эксперименты для определения неопределенности измерения. Большинство неопределенностей следуют нормальному распределению. Для нормального распределения у нас будет 67% уверенность, что истинное значение находится в пределах 1 стандартного отклонения от измеренного значения, т. е. 95% достоверность находится в пределах 2 стандартных отклонений и 99,7% достоверность находится в пределах 3 стандартных отклонений. Стандартные отклонения и нормальное распределение подробно описаны в Части 2: Неопределенность измерения.

Многие переменные величины распределяются нормально: 68,2 % значений находятся в пределах 1 стандартного отклонения от среднего среднего, 95,4 % — в пределах 2 стандартных отклонений и 99,7 % — в пределах 3 стандартных отклонений

Чем больше диапазон неопределенности, который мы присваиваем, тем выше становится наша уверенность в том, что он охватывает «истинное» значение.

Калибровка и прослеживаемость в метрологии

Очень важно, чтобы мы все использовали одни и те же стандарты измерения во всем мире. При изготовлении деталей станки настраиваются, а готовые детали проверяются с помощью замеров. Используя те же стандарты измерения, мы знаем, что гайка, изготовленная в Китае, подойдет к болту, произведенному в США. Калибровка — это способ передачи эталонов из одной страны в другую и с одного прибора на другой. Основные эталоны единиц измерения СИ хранятся во Франции, и каждая страна сравнивает с ними свои национальные эталоны. Калибровочные лаборатории сравнивают свои стандарты с национальными стандартами, а затем используют их для калибровки приборов.

Калибровка просто означает сравнение одного измерения с другим. Например, когда сделана линейка, ее можно сравнить с эталонной линейкой, чтобы определить, где расположены отметки. Это простая калибровка. Отметки не будут точно в тех же местах, что и на эталонной линейке; в процессе калибровки будет некоторая неопределенность. Сама эталонная линейка также не будет иметь отметок точно в нужных местах, поскольку при ее калибровке возникла некоторая неопределенность. Линейка имеет погрешность как от эталонного стандарта, используемого для ее калибровки, так и от процесса калибровки, поэтому инструмент всегда должен иметь большую погрешность, чем инструмент, который использовался для его калибровки. При калибровке прибора всегда следует оценивать неопределенность калибровки.

Измерение прослеживается, если существует непрерывная цепочка калибровок до первичного эталона

Прослеживаемое измерение – это измерение, имеющее непрерывную цепочку калибровок, восходящую к первичному эталонному стандарту, с расчетными неопределенностями для каждой калибровки. Неопределенность измерения наследуется по цепочке калибровок, так что неопределенность увеличивается по мере удаления от основного эталона. Прослеживаемость от первичного эталона через аккредитованные метрологические лаборатории и отделы промышленной метрологии гарантирует, что мы все работаем по единым стандартам и знаем неопределенность измерений.

Анализ систем измерений (MSA)

Анализ систем измерений (MSA) представляет собой альтернативный подход, который направлен на количественную оценку точности измерений, это эквивалентно оценке неопределенности измерений, но есть некоторые ключевые отличия, которые подробно объяснил позже.

Точность, прецизионность и правильность

В MSA точность определяется как сумма правильности и точности . Правдивость , также называемая «смещением», представляет собой разницу между средним значением многих измерений и эталонным значением. Точность описывает, насколько точно повторяющиеся измерения одной и той же величины дают одинаковые результаты.

Верно, но не точноТочно, но не верно (повторяющиеся ошибки)

Повторяемость и воспроизводимость измерений

Повторяемость и воспроизводимость — это две меры точности. Повторяемость измеряет, как изменяются результаты измерения, когда измерение повторяется в тех же условиях и в течение короткого периода времени. Воспроизводимость измеряет, как изменяются результаты измерения, когда измерение повторяется в измененных условиях и в течение длительных периодов времени. Исследования повторяемости и воспроизводимости манометра (Gage R&R) — это эксперименты, в которых различные величины измеряются несколько раз разными операторами, чтобы понять точность процесса измерения. Это будет подробно объяснено на следующих страницах.

Правила принятия решений для подтверждения соответствия

Если измерения неопределенны, как они могут что-то доказать? Например, доказывает ли измерение, что деталь выходит за пределы допуска? Есть несколько простых правил, которые позволяют нам с заданным уровнем статистической достоверности установить, подтверждает или опровергает измерение соответствие. Также возможно, что результат может быть неубедительным, и в этом случае мы можем захотеть провести дальнейшие измерения с меньшей неопределенностью.

Допуск размера определяет верхний предел спецификации (USL) и нижний предел спецификации (LSL). Например, если размер указан как 10 мм +/- 0,1 мм, тогда верхний предел равен 10,1 мм, а верхний предел — 9.0,9 мм. Чтобы доказать соответствие при заданном уровне достоверности, мы должны добавить расширенную неопределенность (U) на этом уровне достоверности к LSL и вычесть расширенную неопределенность из USL.

Правила принятия решений для доказательства соответствия или несоответствия (с доверительной вероятностью 95%)

В следующем разделе я объясню немного больше о неопределенности измерения, представляя виды неопределенности и принципы, которые необходимо понимать для оценки неопределенности.

Часть 2: Неопределенность измерения…

О метрологии

Toggle Nav

Помогая измерять мир

Наука об измерениях

«Метрология» — это наука об измерениях. Это довольно громкое заявление, если подумать. Можно измерять все, что угодно, например вес, объем, расход жидкости, давление, звук, электрические сигналы и так далее. Но мы специализируемся на измерении физических размеров, которые выявляют такие вещи, как форма, конфигурация и расположение компонентов относительно друг друга. Наша специализация, на самом деле, Портативная метрология больших объемов . Это очень специфическая (и интересная) область метрологии, где мы измеряем объекты, которые слишком велики, чтобы их можно было отправить в калибровочную лабораторию для измерения (например, крыло самолета, ускоритель частиц, фюзеляж ракеты или турбину, установленную на плотине гидроэлектростанции). ). Однако эти вещи часто требуют очень точных измерений с малым допуском . Итак, наша область специализации — помогать промышленности измерять очень большие объекты с очень малыми допусками, когда эти объекты слишком трудно перемещать.

Brunson обслуживает две взаимосвязанные, но разные области метрологии — Трехмерные измерения и Выравнивание . Давайте кратко рассмотрим эти две области. Цель обоих состоит в том, чтобы помочь в строительстве, осмотре и обслуживании довольно больших сооружений. Большинство проблем промышленной метрологии можно разделить на одну из этих двух областей. И, как и следовало ожидать, есть также несколько мест, где они пересекаются.

3D измерения

Трехмерное измерение, по крайней мере, в мире портативной промышленной метрологии больших объемов, включает характеристику поверхности объекта или других специфических особенностей с целью анализа его формы или положения в трехмерном пространстве путем захвата массива трехмерных данных. точки, определяющие этот объект. Это, конечно, означает, что мы преобразуем физические атрибуты объекта в точки данных x, y и z, используя какое-то измерительное устройство. Эти точки данных x, y, z могут представлять все виды вещей в реальном мире. Возможно, есть несколько точек, представляющих расположение отверстий, или, возможно, целое облако точек, представляющих сложную геометрическую поверхность.

Проведение физических 3D-измерений стало намного проще за последние несколько лет благодаря развитию таких технологий, как лазеры слежения, лазерные сканеры, световой радар, «руки» для измерения координат, внутренняя GPS, фотограмметрия и многие другие. Программные инструменты, использующие эти технологии, способны собирать точки трехмерных данных, число которых иногда исчисляется тысячами или миллионами, и выполнять сложный анализ собранных данных.

Вот несколько реальных примеров проблем с трехмерными измерениями:

• У вас есть робот, который собирается сварить для вас изделие. Вам нужно запрограммировать его перемещение в ряд точных мест, которые вам дали дизайнеры продукта, и убедиться, что он действительно перемещается в эти заданные положения.
• Вы строите спутниковую параболическую антенну. Теперь, когда это сделано, вам нужно знать, насколько это действительно близко к истинному параболоиду.
• Вы строите крыло самолета с уникальными составными кривыми на поверхности, а также различными точками крепления моторам, закрылками и соединениями с фюзеляжем. Вам нужно знать, соответствуют ли кривые «как спроектировано» и соответствуют ли они файлам проекта САПР. Вы также должны знать, все ли точки крепления находятся в нужном месте.
• У вас есть приспособление неправильной формы, предназначенное для удержания продукта и предоставления контрольных точек для измерений во время операций сборки и проверки. Вам нужно убедиться, что эти контрольные точки находятся в нужном месте. Более того, вы хотели бы избавиться от приспособления и построить деталь вообще без дорогостоящего физического приспособления, «удаленно» проверив расположение всех важных функций вашего продукта.

Инструменты и методы трехмерных измерений часто являются единственным вариантом при работе с множеством объектов произвольной формы и характеристик.

Каждый день промышленность сталкивается практически с тысячами подобных проблем. Но все они решаются одинаково — путем определения уникальных требований к измерениям, применения правильной технологии измерения и анализа полученных данных.

Технологии трехмерных измерений способны фиксировать тысячи точек данных, все в трех измерениях, которые затем используются для характеристики искривленных поверхностей, плоскостей, осей или точек в пространстве, которые важны — независимо от ориентации. Затем используется программное обеспечение для извлечения желаемых ответов, связывания захваченных «облаков» 3D-данных с моделями САПР или другими известными требованиями, сравнения параметров сопрягаемых компонентов, даже если они нигде не находятся близко друг к другу, помогая определить параметры объекта в процессе сборки. (реверс-инжиниринг) и так далее.

Таким образом, мы можем видеть, что измерение заключается в захвате трехмерных точек данных, часто в большом количестве, часто на объектах странной формы или изогнутых, а затем анализе этих точек данных с помощью программного обеспечения, чтобы узнать ответы о размере объекта, положении, ориентации или форма.

Выравнивание

Выравнивание включает в себя оценку геометрической ориентации различных компонентов системы путем захвата одно- или двухмерных точек данных, связанных с положением этих компонентов.

 Вот несколько реальных примеров проблем соосности:

• Длинный приводной вал поддерживается несколькими шейками подшипников. Вал заменяется, и вам нужно знать, все ли опорные точки находятся точно на прямой линии.
• У вас есть печатный станок с несколькими валками, все из которых должны быть параллельны. Чем ближе они к параллельности, тем быстрее вы сможете запустить свою машину и тем точнее будет совмещение печати. Вам нужно оценить, не параллельны ли валки и насколько.
• У вас длинный ствол, и вы хотите знать, прямой ли он внутри.
• Вы хотите знать, являются ли направляющие токарного станка прямыми, правильно ли вращается шпиндель и параллельна ли ось шпинделя направляющим или нет.

Инструменты и методы центровки часто являются лучшим решением, когда необходимо оценить положение компонента относительно прямых линий и плоскостей .

Эти проблемы выравнивания больше подходят для применения оптического инструментального оборудования. Сюда входят такие инструменты, как проходы, нивелиры, юстировочные телескопы и теодолиты, а также десятки аксессуаров, предназначенных для контроля положения каждого инструмента и обеспечения обратной связи относительно ориентации и местоположения рассматриваемого объекта. Принципы измерения в выравнивании относятся к созданию и контролю ортогонального пространства измерения. Оптические инструменты оптимизированы для облегчения этой задачи благодаря встроенным возможностям коллимации, поворота под прямым углом и оценки отклонений в двух измерениях от абсолютно прямой линии.

Одно из важных различий между 3D-измерением и выравниванием заключается в том, что все измерения, выполняемые с помощью оптических инструментов, являются 1- или 2-мерными. Кроме того, они практически всегда берутся относительно какого-либо эталона, а не как абсолютное измерение. Геометрические принципы, используемые для построения измерительного пространства, просты и легки для понимания, а потому очень гибки. То есть один и тот же набор оборудования легко использовать для выполнения ряда различных работ по центровке.

Таким образом, мы можем видеть, что выравнивание заключается в выполнении одно- или двухмерных относительных измерений, а не в трехмерных точках данных, а затем в анализе этих измерений для оценки взаимосвязи различных компонентов в отношении геометрических конструкций прямоугольности, плоскостности, уровень, прямолинейность, параллельность и отвес.

Узнайте больше об оптических инструментах

Роль Brunson в метрологии

Напомним (и, возможно, упрощая), трехмерное измерение — это процесс, который можно использовать для определения формы, размера и свойств различных яблок по сравнению с любое одно желаемое или стандартное яблоко. Выравнивание — это процесс, который вы использовали бы, чтобы узнать, все ли яблоки лежат на прямой линии. Конечно, между этими двумя методологиями есть определенное совпадение — бывают случаи, когда к реальным проблемам можно подойти с любого направления с очень удовлетворительными результатами. Брансон играет роль в обоих этих метрологических процессах.

Мы производим ряд продуктов, упрощающих и повышающих точность трехмерных измерений, в том числе широкий выбор штативов для инструментов, мишеней, держателей мишеней, масштабных линеек, калибровочных артефактов, OEM-продуктов под частными торговыми марками и продуктов, разработанных по индивидуальному заказу для конкретного клиента. Приложения. Эти продукты предназначены для работы с лазерными сканерами, трекерами, фотограмметрическими инструментами, «руками» для измерения координат и многими другими доступными 3D-инструментами.

Для тех, кто занимается выравниванием, мы производим и продаем комплексное решение для выравнивания, состоящее из оптического оборудования и принадлежностей, обучения и выездных услуг, предназначенных для того, чтобы сделать ваши работы по выравниванию проще и точнее.