Метрология, квалиметрия и стандартизация

ДИСЦИПЛИНА: «Метрология, квалиметрия и стандартизация» Лекция 1. Теоретические основы метрологии. Основные понятия и определения. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Содержание лекции: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Метрология. Цели и задачи метрологии. Физическая величина. Основные и производные физические величины. Физические величины. Качественная и количественная характеристики измеряемых величин. Размерность физической величины. Шкалы измерений физических величин. Международная система единиц физических величин. Принцип построения. Кратные и дольные единицы физических величин. Основные и дополнительные единицы системы SI. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Первый раздел «Метрология» рассматривает:  законодательные основы метрологической деятельности,  объект метрологии - измерение, роль и значение достижения единства измерений,  понятия о физических величинах и единицах их измерения,  виды и методы измерений,  погрешности измерений,  методы обработки измерений с однократными наблюдениями, прямых многократных равноточных измерений,  нахождение доверительных интервалов для средней квадратичной погрешности,  обработку результатов неравноточных, косвенных, совокупных и совместных измерений,  средства измерений,  Государственную метрологическую службу в Российской Федерации,  Российскую систему калибровки. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.  РФ ФЗ «Об обеспечении единства измерений» Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» теоретическая метрология (фундаментальная метрология) – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных Разделы технических и юридических требований по применению единиц метрологии физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимости точности измерений в интересах общества практическая (прикладная) метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Цели и задачи метрологии (по РМГ 29-2013): 1. установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений; 2. разработка теории, методов и средств измерений и контроля; 3. обеспечение единства измерений; 4. разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля; 5. разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Основные понятия и определения Предмет метрологии – измерения, их единство и точность. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Правовые основы метрологической деятельности в РФ Конституция РФ 102-ФЗ от 26 года «Об обеспечении единства измерений» ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПРАВИТЕЛЬСТВА РФ от 31 октября 2009 года N 879 Об утверждении Положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации РМГ 29-2013 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ Государственная система обеспечения единства измерений МЕТРОЛОГИЯ Основные термины и определения. ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Основные статьи Закона «Об обеспечении единства измерений» устанавливают:      основные понятия, применяемые в Законе; организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений; нормативные документы по обеспечению единства измерений; единицы величин и государственные эталоны единиц величин; средства и методики измерений. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Целями Федерального закона «Об обеспечении единства измерений» являются: 1) установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации; 2) защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; 3) обеспечение потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности; 4) содействие развитию экономики Российской Федерации и научно-техническому прогрессу. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»   Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется на измерения, к которым в целях, предусмотренных частью 1 настоящей статьи, установлены обязательные метрологические требования и которые выполняются при: ….(Закончить фразу) Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Связи основных элементов метрологии Объект измерения (процесс, явление) Физическая величина Единица физической величины Метод измерений Условия измерений Методика выполнения измерений Средства измерений Измерение Результат измерений Погрешности измерений Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Объект измерения Объект измерения – материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми и влияющими величинами. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Область измерения Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Области измерений:             1. Измерение геометрических величин. 2. Измерение механических величин. 3. Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема веществ. 4. Измерение давления, вакуумные измерения. 5. Физико-химические измерения. 6. Теплофизические и температурные измерения. 7. Измерения времени и частоты. 8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе. 9. Радиоэлектронные измерения. 10. Измерения акустических величин. 11. Оптические и оптико-физические измерения. 12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.). Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» 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. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Первая аксиома метрологии  БЕЗ АПРИОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ИЗМЕРЕНИЕ НЕВОЗМОЖНО Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Система физических величин  - совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Классификация физических величин         Основная величин Производная величина Измеряемая физическая величина Влияющая физическая величина Размерная физическая величина Безразмерная физическая величина Аддитивная физическая величина Неаддитивная физическая величина Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Классификация физических величин  Основная величина – одна из величин подмножества, условно выбранного для данной системы величин так, что никакая из величин этого подмножества не может выражаться через другие величины. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Производная величина – величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Измеряемая физическая величина физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи.  Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Влияющая физическая величина Физическая величина, оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Размерная физическая величина - Физическая величина, в размерности которой хотя бы одна из основных физических величин возведена в степень, не равную нулю.  Безразмерная физическая величина - Физическая величина, в размерность которой основные физические величины входят в степени, равной нулю.  Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Аддитивная физическая величина - Физическая величина, разные значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент, разделены друг на друга.  Неаддитивная физическая величина - Физическая величина, для которой суммирование, умножение на числовой коэффициент или деление друг на друга ее значений не имеет физического смысла.  Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Система единиц физических величин Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Система СИ  Система подчинена десятичному принципу: все кратные и дольные единицы получаются из основных единиц путем умножения или деления их на 10n. Наименования дольных и кратных единиц измерения образуются путем добавления приставок к наименованиям основных единиц. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Единица длины (метр) — длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Единица массы (килограмм) — масса, равная массе международного прототипа килограмма. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Единица времени (секунда) — продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Единица силы электрического тока (ампер) — сила неизменяющегося 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. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Единица термодинамической температуры (Кельвин) — 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Единица количества вещества (моль) — количество веществ системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0,012 кг. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Единица силы света (кандела) — сила света в заданном направле­нии источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Основные единицы СИ № Физическая величина Наименование Единица измерения Размерность Наименование Обозначение Русское Международ ное 1 Длина L метр м m 2 Масса М килограмм кг kg 3 Время Т секунда с s 4 Сила электрического тока I ампер А А 5 Термодинамическ ая температура Θ Кельвин К К 6 Сила света J кандела кд cd 7 Количество вещества N моль моль mol Классификация единиц физических величин       Основная единица Производная единица Системная единица физической величины Внесистемная единица физической величины Когерентная (производная) единица (величины) Кратная единица физической Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Классификация единиц физических величин Основная единица системы единиц физических величин – единица основной физической величины в данной системе единиц. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Производная единица Производная единица системы единиц физических величин – единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Важно правильное написание обозначений единиц Правильно:          100 kW; 100 кВт 80 % 20 °С (1/60)s . (100,0±0,1) kg; 100,0 g ±0,1 g; 50 г ±1 г 80 км/ч N·m; Н·м Неправильно:          100kW; 100кВт 80% 20°С 1/60/s 100,0±0,1 kg; 100,0±0,1 кг 50±1 g; 50±1 г 80 км/час Nm; Нм Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Системная единица физической величины – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Внесистемная единица физической величины – единица физической величины, не входящая в принятую систему единиц. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Внесистемные единицы (по отношению к единицам СИ) разделяются на четыре группы: 1 - допускаемые наравне с единицами СИ: Единица массы – тонна; Единица плоского угла – градус, минута, секунда; Единица объема – литр. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» 2 - допускаемые к применению в специальных областях: Единица длины в астрономии – астрономическая единица, парсек, световой год; Единица оптической силы в оптике – диоптрия; Единица энергии в физике – электронвольт. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» 3 - временно допускаемые: Морская миля – в морской навигации; Карат – единица массы в ювелирном деле. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» 4 - устаревшие (недопускаемые): Миллиметр ртутного столба – единица давления; Лошадиная сила – единица мощности. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Когерентная (производная) единица (величины) – Производная единица величины, которая для данной системы величин и для выбранного набора основных единиц, представляет собой произведение основных единиц, возведенных в степень, с коэффициентом пропорциональности, равным единице. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Кратная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Приставки для кратных единиц Приставка Десятичный Междунамножитель русская родная Обозначение русское Международное Пример 101 дека deca да da дал — декалитр 102 гекто hecto г h гПа — гектопаскаль 103 кило kilo к k кН — килоньютон 106 мега Mega М M МПа — мегапаскаль 109 гига Giga Г G ГГц — гигагерц 1012 тера Tera Т T ТВ — теравольт 1015 пета Peta П P Пфлопс — петафлопс 1018 экса Exa Э E ЭБ — эксабайт 1021 зетта Zetta З Z ЗэВ — зеттаэлектронвольт 1024 иотта Yotta И Y Иг — иоттаграмм Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Дольная единица физической величины – единица физической величины, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Приставки для дольных единиц Приставка Десятичный множитель русская Обозначение Международная русское Международное Пример 10−1 деци deci д d дм — дециметр 10−2 санти centi с c см — сантиметр 10−3 милли milli м m мH — миллиньютон 10−6 микро micro мк µ мкм — микрометр, микрон 10−9 нано nano н n нм — нанометр 10−12 пико pico п p пФ — пикофарад 10−15 фемто femto ф f фс — фемтосекунда 10−18 атто atto а a ас — аттосекунда 10−21 зепто zepto з z зКл — зептокулон 10−24 иокто yocto и y иг — иоктограмм Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Качественная характеристика измеряемой величины Качественная характеристика измеряемой величины это размерность. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Размерность физической величины 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. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Правила определения размерности производных величин : 1. Размерности левой и правой частей уравнений не могут не совпадать, т.к. сравниваться между собой могут только одинаковые свойства. Алгебраически суммироваться могут только величины, имеющие одинаковые размерности. 2. Алгебра размерностей мультипликативна, т.е. состоит из одного единственного действия — умножения. 2.1. Размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей. 2.2. Размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей. 2.3. Размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна ее размерности в той же степени. Количественная характеристика измеряемой величины Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения. Размер единицы физической величины – количественная определенность единицы физической величины, воспроизводимой или хранимой средством измерений. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  Размер величины – количественная определенность величины, присущая конкретному материальному объекту или явлению. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Значение величины – выражение размера величины в виде некоторого числа принятых единиц, или чисел, баллов по соответствующей шкале измерений. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Числовое значение физической величины – отвлеченное число, входящее в значение величины. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»  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. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Шкала физической величины Шкала физической величины – упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерений данной величины. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Типы шкал: 1. 2. 3. 4. 5. наименования, порядка, интервалов, отношений, абсолютная. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» Список литературы РМГ 29-2013 (РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ) Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. 1. Кафедра «Транспортно-технологические комплексы» СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Кафедра «Транспортно-технологические комплексы»