Предмет метрологии. Физические свойства и величины. Качественная характеристика измеряемых величин

1 Метрология 1.1 Предмет метрологии Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Основное понятие метрологии – измерение. Получение количественной информации о характеристиках свойств объектов и явлений окружающего мира опытным путём (т.е. экспериментально) называется измерением. В отличие от количественной информации, получаемой теоретическим путём, т.е. посредством вычислений и расчётов, такая информация называется измерительной. Во время измерений проявляются некоторые объективные законы природы. Кроме того, при получении измерительной информации должны соблюдаться определённые правила и нормы, устанавливаемые законодательным путём. Всё это составляет предмет науки об измерениях – метрологии (от др.-греч. metron – мера и logox – речь, слово, учение или наука). Базисное положение этой науки определил основоположник отечественной метрологии Д.И. Менделеев в словах: «… наука начинается … с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры». Ему же принадлежит и другое важное замечание: «В природе мера и вес суть главные орудия познания». Предметом метрологии является извлечение измерительной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. В зависимости от предмета различают три раздела метрологии: теоретическая (фундаментальная), законодательная и практическая (прикладная) метрология. Теоретическая (фундаментальная) метрология – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества. Практическая (прикладная) метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. 1.2 Физические свойства и величины Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обуславливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина – это свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. Анализ величин позволяет разделить их на два вида: величины материального вида (реальные) и величины идеальных моделей реальности (идеальные), которые относятся главным образом к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические. Физическая величина в самом общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках. К нефизическим величинам следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т.п. Объектами измерений являются физические величины (ФВ). Физическая величина – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Так, все тела обладают массой и температурой, но у каждого из них они различны в количественном отношении. 1.2.1. Качественная характеристика измеряемых величин Формализованным отражением качественного различия между измеряемыми физическими величинами служит их размерность. Размерность обозначается символом dim, происходящим от слова dimension. Размерность физической величины dim Q – выражение в форме степенного многочлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной ФВ с ФВ, принятыми в данной системе за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1: dimQ = LαMβTγIη, где L, M, T, I … – размерности соответствующих основных ФВ; α, β, γ, η … – показателем размерности. Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным числом, нулём. Если все показатели размерности равны нулю, то такую величину называют безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноимённых величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), или логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений). Размерность является качественной характеристикой измеряемой величины. Она отражает её связь с основными ФВ и зависит от выбора последних. Как указывал М. Планк, вопрос об истинной размерности любой величины «имеет не более смысла, чем вопрос об истинном названии какого-нибудь предмета». По этой причине во многих гуманитарных науках, где номенклатура и связь основных и производных измеряемых величин ещё не определены, теория размерностей не находит пока эффективного применения. В физике, напротив, методами теории размерностей удается получать важные самостоятельные результаты. Применение анализа симметрий размерностей физических величин позволяет иногда определить неизвестную зависимость между ФВ. 1.2.2 Количественная характеристика измеряемых величин Для того чтобы можно было установить для каждого объекта различия в количественном содержании свойства, отображаемого физической величиной, в метрологии введены понятия ее размера и значения. Количественной характеристикой любого свойства служит размер. Размер физической величины – это ее количественная определенность, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас ФВ. Размер является объективной количественной характеристикой, не зависящей от выбора единиц измерений. Например, 1000 мг; 1 г; 0,001 кг – три варианта представления одного и того же размера. Каждый из них является значением физической величины (в данном случае – массы) – выражением размера в тех или иных единицах измерений. Значение физической величины – это выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Значение физической величины Q можно представить в виде произведения: Q = q[Q] (1.1) где q – отвлечённое число, называемое числовым значением, а [Q] – размер единицы измерения данной ФВ. Значение ФВ находится путем измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения (1.1). Из приведённых примеров видно, что значение, как и размер, от выбора единиц не зависит, в отличие от числового значения. Для одного и того же размера числовое значение тем меньше, чем больше единица измерения (и наоборот), так что произведение в правой части основного уравнения измерения (1.1) остается постоянным. Единица физической величины – это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице. Она применяется для количественного выражения однородных ФВ. Размер единицы физической величины – количественная определенность единицы физической величины, воспроизводимой или хранимой средством измерений. Не следует для выражения количественных соотношений применять словосочетания типа «величина массы», «величина длины», т.к. масса и длина сами являются величинами. Не принято говорить «размер массы (длины, силы, …)», «значение массы (длины, силы, …)», говорят просто «масса (длина, сила, …)». Из-за зависимости числовых значений от размеров единиц ФВ, роль последних очень велика. Если допустить произвол в выборе единиц, то результаты измерений будут несопоставимы между собой, т.е. нарушится единство измерений. Чтобы этого не произошло, единицы измерений устанавливаются по определённым правилам и закрепляются законодательным путём. Наличие законодательной метрологии отличает метрологию от других естественных наук (физики, химии и др.) и направлено на обеспечение единства измерений. 1.3 Измерительные шкалы 1.3.1 Способы получения измерительной информации Измерение физической величины – это совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. В этом определении учтена техническая сторона (совокупность операций), раскрыта метрологическая суть измерений (сравнение с единицей) и показан гносеологический аспект (получение значения величины). В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая и не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам. Суть измерения заключается в сравнении. Не существует иного способа получения информации о размере ФВ, кроме как путем сравнения его с другим размером такой же физической величины, т.е. имеющей такую же размерность. Измерение суть сравнение размеров опытным путем. Сравнение размеров опытным путем является единственным способом получения измерительной информации. При этом не уточняется, каким образом происходит сравнение размеров одноименных физических величин, с помощью каких приспособлений или даже может быть без них. Просто утверждается, что другого способа нет. Вариантов сравнения между собой двух размеров Qi и Qj всего три: Qi >< Qj (1.2) Qi – Qj = ΔQij (1.3) (1.4) Первый из них – самый простой. Экспериментальное решение неравенства (1.2) позволяет ответить на вопрос: какой из двух размеров больше другого (либо они равны), но ничего не говорит о том, на сколько больше, или во сколько раз. Это наименее информативное измерение. Однако более полная измерительная информация иногда даже не требуется. Так, например, на рис. 1.1 показан вариант сравнения массы двух изделий с помощью равноплечего коромысла. Результат измерения убедительно свидетельствует о том, что первое изделие тяжелее второго. В некоторых случаях этого вполне достаточно. Рис. 1.1 Более информативно сравнение по правилу (1.3). Оно позволяет получить ответ на вопрос о том, на сколько один размер больше или меньше другого (в частном случае они могут оказаться равными). Так, например, подсыпая песок на правую чашку весов (см. рис. 1.1), можно добиться того, что коромысло уравновесится. Тогда можно будет сказать, что масса первого изделия больше массы второго на массу песка Δm в правой чашке. А вот сказать, во сколько раз больше, по-прежнему будет нельзя. Для того, чтобы ответить на вопрос, во сколько раз один размер больше или меньше другого (в частном случае они могут оказаться и равными), нужно сравнить размеры между собой по правилу (1.4), т.е. посмотреть, сколько раз j-й размер укладывается в i-м. Это будет означать, что j-й размер выступает в качестве единицы измерения, а к единицам измерений предъявляются совершенно определённые требования. В частности, для обеспечения единства измерений они должны быть установлены по определённым правилам и закреплены законодательным путём. Следовательно, измерение по правилу (1.4) представляет собой сравнение неизвестного размера Qi = Q с узаконенной единицей измерения Qj = [Q], с целью определения числового значения q измеряемой физической величины, которое показывает, во сколько раз неизвестный размер больше размера единицы, или на сколько единиц он больше нуля. Таким образом, последняя разновидность способа сравнения является самой информативной. Она позволяет определить значение измеряемой физической величины Q, т.е. выразить её размер в общепринятых (узаконенных) единицах в кратном или дольном отношении, и отвечает на вопрос, во сколько раз или на сколько (единиц) один размер больше (меньше) другого. Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения. В практической деятельности необходимо проводить измерения различных величин, характеризующих свойства тел, веществ, явлений и процессов. Некоторые свойства проявляются только качественно, другие – количественно. Многообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства образуют множества, отображения элементов которых на упорядоченное множество чисел или в более общем случае условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений количественного свойства является шкалой физической величины. Шкала физической величины представляет собой упорядоченную совокупность значений этой величины, принятую по соглашению на основании результатов точных измерений. Согласно теории измерений измерение трактуется как отображение элементов эмпирической системе с отношениями (совокупность объектов, их свойств и отношений) на элементы абстрактной системы с отношениями (совокупность оценок и правил их образования), осуществляемое по определенной системе правил соотнесения эмпирической и абстрактной систем (совокупность правил и процедур оценивания). Совокупность правил, позволяющих выполнить такое сопоставление эмпирической системы отношений в числовую систему отношений, называется шкалой. В соответствии с логической структурой проявления свойств в теории измерений различают пять основных типов шкал измерений: две – неметрические шкалы (шкала наименований и шкала порядка) и три – метрические шкалы (шкала интервалов, отношений и абсолютные шкалы). 1.3.2 Неметрические шкалы Шкала наименований (шкала классификации). Такие шкалы используются для классификации эмпирических объектов, свойства которых проявляются только в отношении эквивалентности (совпадения или несовпадения). Эти свойства нельзя считать физическими величинами, поэтому шкалы такого вида не являются шкалами физических величин. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. Условные номера в качестве имен присваиваются по следующему правилу: нельзя присваивать одно имя (число) двум разным объектам. Поскольку числа характеризуются только отношениями эквивалентности, то в них отсутствует понятие нуля, «больше» или «меньше» и единицы измерения. Номинальное измерение является качественным измерением. Единственный факт, существенный при номинальных измерениях, заключается в том, что одинаковым характеристикам, состояниям и явлениям присваиваются одни и те же метки, а различным характеристикам – разные. Сущностью такого измерения является безусловный смысл равенства и неравенства. Процедура присвоения ограничена лишь тем, что одно имя можно присвоить лишь одному объекту (классу). Примером номинального измерения в технических науках служит целый класс измерений, осуществляемых системами обнаружения. Эти системы конструируются так, чтобы результат их действия был двоичным. Системы пожарной сигнализации вырабатывают сигнал «пожара нет», когда температура ниже определенного значения, и сигнал «пожар», когда температура превышает это значение. В этом случае отношение в эмпирической системе для номинального измерения – тождество. Номинальное измерение не может указать, какое из событий или явлений больше или меньше. Все, что можно определить, это «случилось» или «не случилось». Если число возможных исходов больше двух, то номинальное измерение может указать, какое именно событие произошло. Например, цвет любой вещи можно определить по названию подходящего цвета в атласе цветов, предназначенном для идентификации цвета. Кроме того, с помощью номинального измерения осуществляют классификацию, которая существует во многих разновидностях: например, с помощью диагностических средств классифицируют болезнь, также классифицируют флору, фауну, проводят контроль изделий (классификация на годные и бракованные), осуществляют сложную процедуру распознавания образов и т.д. Номинальная шкала, используемая для классификации, называется шкалой классификации. При классификации существенно лишь то, что единственное отношение в системе объектов, передаваемое шкалой классификации, – это отношение эквивалентности. Так, все годные изделия эквивалентны в том смысле, что могут быть использованы. Шкала порядка (шкала рангов). Результат экспериментального решения неравенства (1.2) может быть представлен на шкале порядка, являющейся упорядоченной последовательностью опорных (реперных) точек, обозначаемых буквами, цифрами или символами и соответствующих размерам Q1 < Q2 < Q3 < Q4 ... < Qn, о каждом из которых известно, что он больше предыдущего, но меньше последующего, хотя сами размеры неизвестны (рис. 1.2.). Шкала является монотонно изменяющейся и позволяет установить отношение «больше – меньше» между величинами, характеризующими это свойство. Если для обозначения реперных точек используются цифры, то они называются баллами. Обозначения нельзя ни складывать, ни вычитать, ни делить, ни перемножать. Рис. 1.2 На шкале порядка не определены никакие математические операции. В то же время, если один размер по шкале порядка меньше другого, а последний в свою очередь меньше третьего, то и первый размер меньше третьего. Т.е. для любых чисел a ,b и c таких, что a < b и b < c , справедливо соотношение a < c (транзитивность). Эти свойства транзитивности означают, что на шкалах порядка определены (т.е. могут выполняться) логические операции. Так как размеры, которым соответствуют реперные точки, неизвестны, то бессмысленно говорить о масштабе на шкале порядка. По шкалам порядка не только нельзя определить, чему равен измеряемый размер Qi , но и невозможно сказать, на сколько (или во сколько раз) он больше или меньше размера Qj. В шкалах порядка принципиально невозможно ввести единицы измерения, так как для них не установлено отношение пропорциональности. Хотя нуль может и существовать. Тем не менее, в областях, где к измерительной информации не предъявляются высокие требования, шкалы порядка применяются довольно широко. В промышленности, например, для измерений по шкалам порядка используются шаблоны. В образовательных учреждениях по шкале порядка измеряются знания учащихся (рис. 1.3). Рис. 1.3 При одномерной шкале порядок должен быть линейным: все объекты должны поддаваться выстраиванию в цепочку по какому-либо признаку (некоторые из них могут занять одно и то же место в цепочке – быть эквивалентными). Так, студенты после экзамена разбиваются на классы получивших оценки 2, 3, 4 и 5 в порядке роста их знаний, но для экзаменатора и внутри этих классов есть различия. Здесь существенно, что более знающему студенту присваивается большее число, и переставлять эти числа уже нельзя. Правда, можно договориться о другом порядке оценок, но это изменит всю систему. Так, суждения о студентах не изменились бы, если бы вместо оценок 2, 3, 4 и 5 ставились 5, 10, 20 и 35 (мог бы измениться средний балл, но это потому, что средний балл является так называемой неадекватной статистикой для шкалы порядка). Группа допустимых преобразований для шкалы порядка должна уничтожать пропорциональность (ведь знания, оцененные на 4, нельзя считать вдвое более обширными или глубокими, чем знания, оцененные на 2) и отношение «быть суммой» (получить 2 и 3 – не то же, что получить 5), сохраняя лишь отношения большего и меньшего. Итак, порядковое измерение занимает нижнюю ступень в количественных измерениях. Упорядочение в шкале порядка может осуществляться по внешним признакам – нумерация – или по внутренним свойствам – ранжирование. Пример первой процедуры – нумерация мест в театре, домов, исследуемых образцов, промышленных изделий и т.д. Примеры второй процедуры – ранжирование силы ветра (волнения) на море (12-балльная шкала Бофорта для силы морского ветра) (табл. 1.1), ранжирование силы землетрясений (шкала Рихтера), шкала вязкости Энглера, ранжирование твердости минералов (шкала Мооса). Таблица 1.1 Балл Название Признак Штиль Дым идёт вертикально 1 Тихий Дым идёт слегка наклонно 2 Легкий Ощущается лицом, шелестят листья 3 Слабый Развеваются флаги 4 Умеренный Поднимается пыль 5 Свежий Вызывает волны на воде 6 Сильный Свистит в вантах, гудят провода 7 Крепкий На волнах образуется пена 8 Очень крепкий Трудно идти против ветра 9 Шторм Срывает черепицу 10 Сильный шторм Вырывает деревья с корнем 11 Жесткий шторм Большие разрушения 12 Ураган Опустошительное действие Широкое распространение получили шкалы порядка с нанесенными на них реперными точками. К таким шкалам относится шкала Мооса для определения твердости минералов (табл. 1.2). В ней определенным стандартным минералам от талька до алмаза в порядке возрастания их твердости присвоены целые числа от 1 до 10. Таблица 1.2 Балл Твердость Меньше твёрдости талька 1 Равна или больше твёрдости талька, но меньше твёрдости гипса 2 Равна или больше твёрдости гипса, но меньше твёрдости известкового шпата 3 Равна или больше твёрдости известкового шпата, но меньше твёрдости плавикового шпата 4 Равна или больше твёрдости плавикового шпата, но меньше твёрдости апатита 5 Равна или больше твёрдости апатита, но меньше твёрдости полевого шпата 6 Равна или больше твёрдости полевого шпата, но меньше твёрдости кварца 7 Равна или больше твёрдости кварца, но меньше твёрдости топаза 8 Равна или больше твёрдости топаза, но меньше твёрдости корунда 9 Равна или больше твёрдости корунда, но меньше твёрдости алмаза 10 Равна твёрдости алмаза или больше её Определение значений величин с помощью шкал порядка нельзя считать измерениями, так как на них отсутствуют единицы измерения. Операцию по приписыванию числа требуемой величине следует считать оцениванием. Оценивание по шкалам порядка является неоднозначным и весьма условным. 1.3.3 Метрические шкалы Шкала интервалов (шкала разностей). Данные шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и относятся уже к метрическим шкалам. Шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало – нулевую точку. На шкалах интервалов по сравнению с неметрическими шкалами установлен масштаб. Шкала интервалов представляет собой результат экспериментального сравнения i-го размера с j-м, проведенный по правилу (1.3). К шкалам интервалов относится летоисчисление по различным календрарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира (юлианский календарь), либо рождество Христово (григорианский календарь). Температурные шкалы также являются шкалами интервалов. Так, например, по температурным шкалам Цельсия и Реомюра первая опорная точка или начало отсчета – температура таяния льда, по шкале Фаренгейта – температура смеси льда с солью и нашатырём, по шкале Кельвина – температура, при которой прекращается тепловое движение молекул (рис. 1.4). Рис. 1.4 Градации являются единицами измерений интервалов между размерами, но не самих размеров физических величин. В качестве градаций могут использоваться и узаконенные единицы измерений физических величин. Выражение интервала в тех или иных единицах измерений называется его значением. Интервалы можно сравнивать между собой двумя способами, во-первых, по принципу, на сколько один интервал больше или меньше другого, во-вторых, по принципу – во сколько раз. Что же касается размеров физических величин, то по шкале порядка можно получить только информацию о том, на сколько один размер больше или меньше другого. Если, например, второй размер больше первого на семь градаций, а третий меньше второго на две, то первый меньше третьего на пять градаций. На шкале интервалов определены только аддитивные математические операции. Получить информацию о том, во сколько раз один размер больше другого, по шкале интервалов невозможно. Для этого нужно знать сами размеры, сведений о которых на шкале интервалов нет. Шкала отношений. Шкала отношений служит для представления результатов измерений, полученных посредством экспериментального сравнения i-го размера с j-м по правилу (1.4). В этих шкалах существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и единица измерений, установленная по соглашению. С формальной точки зрения эта шкала является шкалой интервалов с естественным началом отсчета. К значениям, полученным по шкале отношений, применимы все арифметические действия, что имеет важное значение при измерении физических величин. Шкалы отношений являются самыми совершенными. Они описываются уравнением Q = q[Q], где Q – физическая величина, для которой строится шкала, [Q] – ее единица измерения, q – числовое значение физической величины. Шкалы отношений являются самыми совершенными, самыми информативными и самыми распространёнными. На них представлена информация о самих размерах физических величин, в частности – об их значениях. Это позволяет решать и на сколько, и во сколько раз один размер больше или меньше другого. На шкалах отношений определены любые математические операции. Переход от одной шкалы отношений к другой происходит в соответствии с уравнением 1.4 Системы физических величин и единиц. Международная система единиц (система СИ) По степени условной независимости от других величин данной группы ФВ делятся на основные (условно независимые), производные (условно зависимые). Основные величины выбираются обосновано, но в общем произвольным образом. Производные величины выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними. Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц ФВ. Единица основной ФВ в данной системе является основной единицей системы. Действующая в настоящее время «Международная система единиц» (сокращенное обозначение система СИ (SI) «система интернациональная») была принята ХI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Система СИ – единственная система единиц ФВ, которая принята и используется в большинстве стран мира. Система Си состоит из 7 основных, и ряда производных единиц. Наименования основных единиц ФВ приведены в табл. 1.3. Таблица 1.3 № п/п Физическая величина Единица измерения ФВ Наименование Размерность Наименование Обозначение русское международное 1 Длина L метр м m 2 Масса M килограмм кг kg 3 Время T секунда с s 4 Сила электрического тока I ампер А A 5 Термодинамическая температура Θ кельвин К K 6 Количество вещества N моль моль mol 7 Сила света J кандела кд cd В названии системы ФВ применяют символы величин, принятых за основные. Например, система величин механики, в которой в качестве основных используются длина (L), масса (М) и время (Т), называется системой LMT. Действующая международная система единиц СИ должна обозначаться символами LMTIΘNJ, обозначающими соответственно символы основных величин: длины (L), массы (М) и времени (Т), силы электрического тока (I), температуры (Θ), количества вещества (N) и силы света (J). Производная единица системы единиц – это единица производной ФВ системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или же с основными и уже определенными производными единицами. Примеры производных единиц системы СИ, имеющие специальное название, приведены в табл. 1.4. Таблица 1.4 Величина Единица Наименование Размерность Наименование Обозначение Выражение через единицы СИ Частота T-1 герц Гц s-1 Сила, вес LMT-2 ньютон Н mkgs-2 Давление, механическое напряжение L-1MT-2 паскаль Па m-1kgs-2 Энергия, работа, количество теплоты L2MT-2 джоуль Дж m2kgs-2 Мощность L2MT-3 ватт Вт m2kgs-3 Количество электричества TI кулон Кл sA Электрическое напряжение, потенциал, электродвижущая сила L2MT-3I-1 вольт В m2kgs-3A-1 Электрическая емкость L-2M-1T4I2 фарад Ф m-2kg-1s4A2 Электрическое сопротивление L2MT-3I-2 ом Ом m2kgs-3A-2 Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. Когерентной называется производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1. Различают кратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица – это единица ФВ, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. Дольная единица – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИ приведены в табл. 1.5. Таблица 1.5 Множитель Приставка Обозначение приставки Множитель Приставка Обозначение приставки Межд. Русское Межд. Русское 1018 экса E Э 10-1 деци d д 1015 пета P П 10-2 санти c с 1012 тера T Т 10-3 милли m м 109 гига G Г 10-6 микро μ мк 106 мега M М 10-9 нано n н 103 кило k к 10-12 пико p п 102 гекто h г 10-15 фемто f ф 101 дека Da да 10-18 атто a а Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица – это единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. Внесистемные единицы разделяют на четыре вида: 1. Допускаемые наравне с единицами СИ, например: единица массы – тонна; единицы плоского угла – градус, минута, секунда; единица объема – литр и др. 2. Допускаемые к применению в специальных областях, к которым относятся: единицы длины (в астрономии) – астрономическая единица, парсек, световой год; единица оптической силы (в оптике) – диоптрия; единица энергии (в физике) – электрон-вольт. 3. Временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: в морской навигации – морская миля; в ювелирном деле единица массы – карат и др. Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями. 4. Изъятые из употребления, к ним относятся единицы давления – миллиметр ртутного столба; единица мощности – лошадиная сила и др. 1.5 Классификация погрешностей Качество средств и результатов измерений принято характеризовать, указывая их погрешности. Введение понятия «погрешность» требует определения и четкого разграничения трех понятий: истинного и действительного значения измеряемой ФВ и результата измерения. Истинным называется значение ФВ, идеальным образом характеризующее свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Оно не зависит от средств нашего познания и является той абсолютной истиной, к которой мы стремимся, пытаясь выразить её в виде числовых значений. На практике это абстрактное понятие приходится заменять понятием «действительное значение». Действительным называется значение ФВ, найденное экспериментально и настолько близкое к истинному, что в поставленной измерительной задаче оно может быть использовано вместо него. Результат измерения представляет собой значение величины, полученное путем измерения. Погрешность результата измерения – это отклонение результата измерения X от истинного (или действительного) значения Q измеряемой величины: ΔХ = Х – Q (1.5) Она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Близость к нулю погрешности результата измерения отражает точность результата измерений, которая является одной из характеристик качества измерения. Считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность. Погрешность средства измерений – разность между показанием СИ и истинным (действительным) значением измеряемой ФВ. Она характеризует точность средства измерений (характеристику качества СИ, отражающую близость его погрешности к нулю). Понятия погрешности результата измерения и погрешности средства измерений во многом близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам. По характеру проявления погрешности делятся на случайные, систематические, прогрессирующие и промахи, или грубые погрешности. Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера ФВ, проведенных с одинаковой тщательностью в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей, изображенных на рис. 1.5.а, не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения, однако их можно существенно уменьшить, увеличив число наблюдений. Описание случайных погрешностей возможно только на основе теории случайных процессов и математической статистики. Для получения результата, минимально отличающегося от истинного значения измеряемой величины, проводят многократные измерения требуемой величины с последующей математической обработкой экспериментальных данных. а б Изменение: а – случайной, б – постоянной и переменной систематических погрешностей от измерения к измерению Рис. 1.5 Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно меняющаяся при повторных измерениях одной и той же ФВ. Постоянная и переменная систематические погрешности показаны на рис. 1.5.б. Их отличительный признак заключается в том, что они могут быть предсказаны, обнаружены и благодаря этому почти полностью устранены введением соответствующей поправки. Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Прогрессирующие погрешности могут быть скорректированы поправками только в данный момент времени, а далее вновь непредсказуемо изменяются. Их изменение во времени представляет собой нестационарный случайный процесс, поэтому в рамках хорошо разработанной теории стационарных случайных процессов они могут быть описаны лишь с известными оговорками. Прогрессирующая погрешность – это понятие, специфичное для нестационарного случайного процесса изменения погрешности во времени, оно не может быть сведено к понятиям случайной и систематической погрешностей. Последние характерны лишь для стационарных случайных процессов. Грубая погрешность (промах) – это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений; для данных условий она резко отличается от остальных результатов этого ряда. Промахи, обнаруженные в процессе измерения обычно отбрасывают и увеличивают число измерений. По способу выражения различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности. Абсолютная погрешность описывается формулой (1.5) и выражается в единицах измеряемой величины. Однако она не может в полной мере служить показателем точности измерений, так как одно и то же ее значение, например, Δx=0,05 м при x=100 м, соответствует достаточно высокой точности измерений, а при x=1 м – низкой. Поэтому и вводится понятие относительной погрешности. Относительная погрешность есть отношение абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины: или (1.6) Из этих отношений находят относительную погрешность в долях измеряемой величины или процентах. Эта наглядная характеристика точности результата измерения (считают, что чем меньшее погрешность измерения, тем больше его точность) не годится для нормирования погрешности СИ, так как при изменении значений x, относительная погрешность принимает различные значения вплоть до бесконечности при x=0. В связи с этим для указания и нормирования погрешности СИ используется еще одна разновидность погрешности – приведенная. Приведенная погрешность средства измерений – это относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность СИ отнесена к условно принятому значению xN , постоянному во всем диапазоне измерений или его части: или (1.7) По влиянию внешних факторов различают основную и дополнительную погрешности. Основная погрешность – погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях. Для каждого средства оговариваются условия эксплуатации, при которых нормируется его погрешность. Дополнительная погрешность – погрешность, которая возникает в условиях несоответствия значений влияющих величин их нормальным значениям, или если влияющая величина переходит границы области нормальных значений. Температура меры отличается от нормальной – это приведет к погрешности настройки прибора на нуль и соответствующей погрешности измерения. От влияния характера изменения измеряемых величин различают статическую и динамическую погрешности. Статическая – это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины. Динамической называется погрешность СИ, возникающая дополнительно при измерении ФВ изменяющейся (в процессе измерений). Динамическая погрешность СИ обусловлена несоответствием его реакции на скорость (частоту) изменения измеряемого сигнала. От места (источника) возникновения можно выделить инструментальную, методическую и субъективную (личную) погрешности. Инструментальная – это погрешность, возникающая из-за допущенных ошибок в процессе изготовления функциональных частей средств измерения. Методическая – погрешность, обусловленная несовершенством метода измерений, неверным применением СИ и выбором формул, по которым проводились вычисления результатов измерения. Субъективная (личная) погрешность обусловлена неточностью отсчета оператором показаний по шкалам СИ или по диаграммам регистрирующих приборов. Они могут быть вызваны: • состоянием оператора; • несовершенством органов чувств; • эргономическими свойствами СИ (характеризуют удобство и комфорт эксплуатации СИ). 1.6 Виды измерений Измерение (величины) – процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине. Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью измерения, необходимой скоростью измерения, условиями и режимом измерений и т.д. Наиболее часто используют классификацию видов измерений по способу получения числового значения измеряемой величины. В этом случае все измерения делят на четыре основных вида: • прямые измерения; • косвенные измерения; • совокупные измерения; • совместные измерения. Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям СИ. Простейшие примеры прямых измерений: измерение длины линейкой, температуры – термометром, электрического напряжения – вольтметром и пр. Уравнение прямого измерения: y = C x, где С – цена деления СИ. Прямые измерения – основа более сложных видов измерений. Косвенными называют измерения, результат которых определяют на основе прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью y = f1(x1, x2,…, xn) , где x1, x2 ,…, xn – результаты прямых измерений, y – измеряемая величина. Примеры: объем прямоугольного параллелепипеда определяется по результатам прямых измерений длины в трех взаимно перпендикулярных направлениях; электрическое сопротивление – по результатам измерений падения напряжения и силы тока и т.д. Находить значения некоторых величин легче и проще путем косвенных измерений, чем путем прямых. Иногда прямые измерения невозможно осуществить. Нельзя, например, измерить плотность твердого тела, определяемую обычно по результатам измерений объема и массы. Косвенные измерения некоторых величин позволяют получить значительно более точные результаты, чем прямые. Абсолютное измерение – это косвенное измерение, для осуществления которого используется прямое измерение массы, длины и времени. Совокупными называют измерения, одновременно нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Пример: калибровка набора гирь по одной эталонной гире, проводимая путем измерений различных сочетаний гирь этого набора, и решения полученных уравнений. Совместными называют одновременные измерения двух или нескольких одноименных величин для установления зависимости между ними. Пример: проведение ряда одновременных прямых измерений электрического сопротивления проводника и его температуры для установления зависимости сопротивления от температуры. По точности измерения бывают равноточными (измерения, выполненные одинаковыми по точности СИ в одинаковых условиях и неравноточными (измерения, выполненные либо СИ разной точности, либо в разных условиях измерений). По числу измерений величины бывают однократными (выполнены один раз) и многократными (измерения одного и того же размера величины, следующие друг за другом). По отношению к изменению измеряемой величины измерения бывают статическими (относят измерения величины, которая остается неизменной на протяжении времени измерения) и динамическими (измерения величины, изменяющейся по размеру на протяжении измерений). По назначению измерения бывают метрологическими (воспроизведение единиц и шкал физических величин первичными эталонами и передачу их размеров менее точным эталонам) и техническими (выполняются РСИ). 1.7 Классификация средств измерений Средство измерений – это техническое средство (или комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и (или) хранящие единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Данное определение раскрывает метрологическую сущность СИ, заключающуюся в умении хранить (или воспроизводить) единицу ФВ и в неизменности размера хранимой единицы во времени. Первое обуславливает возможность выполнения измерения, суть которого, как известно, состоит в сравнении измеряемой величины с ее единицей. Второе принципиально необходимо, поскольку при изменении размера хранимой единицы ФВ с помощью данного СИ нельзя получить результат с требуемой точностью. Средство измерения является обобщенным понятием, объединяющим разнообразные конструктивно законченные устройства, которые реализуют одну из двух функций: • воспроизводят величину заданного (известного) размера, например, гиря – заданную массу, магазин сопротивлений – ряд дискретных значений сопротивления; • вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о значении измеряемой величины. Показания СИ либо непосредственно воспринимаются органами чувств человека (например, показания стрелочного или цифрового приборов), либо они недоступны восприятию человеком и используются для преобразования другими СИ. По техническому назначению СИ подразделяют на меры и измерительное оборудование (рис. 1.6). Рис. 1.6 Меры – тела или устройства, предназначенные для воспроизведения одного или нескольких значений измеряемой величины заданного размера. Однозначная мера – мера, хранящая один размер величины. Пример: плоскопараллельная концевая мера длины или конденсатор постоянной емкости. Многозначная мера – мера, хранящая несколько размеров величины. Пример: штриховая мера длины и конденсатор переменной емкости. Набор мер – комплект мер разного размера одной и той же величины. Пример: набор плоскопараллельных концевых мер длины. Магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в одно устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях. Пример: магазин электрических сопротивлений. Стандартный образец – мера одной или нескольких величин, характеризующих состав или свойства вещества (материала), в виде образца этого вещества (материала). Примерами стандартных образцов состава являются различные вещества, например, металлы и сплавы с точно определенными значениями определяющего компонента и имеющихся примесей. Примерами стандартных образцов свойств являются стандартные образцы бензойной кислоты – меры теплоты сгорания, стандартные образцы специальной стали – меры свойств ферромагнитных материалов, стандартные образцы из кварца – меры относительной диэлектрической проницаемости. Основной областью применения стандартных образцов является калибровка СИ при проведении аналитических измерений. Измерительные принадлежности – вспомогательные СИ, используемые для вычисления поправок к результатам измерений, если необходима их высокая точность, а условия измерений не соответствуют нормальным. Пример: психрометр (СИ влажности). Измерительные приборы – СИ, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Пример: вольтметр, амперметр. Измерительный преобразователь – СИ, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, удобной для ее передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателя. Пример: датчик давления, температуры. Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в удобной для непосредственного восприятия наблюдателя форме и расположенных в одном месте. Измерительная система – совокупность СИ и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в удобной, для автоматической обработки, передачи и использования в системах управления, контроля, диагностирования форме. По метрологическому назначению (рис. 1.7) СИ подразделяют на: • рабочие (РСИ) – используют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, состояния окружающей среды и т.п.; • эталоны – предназначены для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины. Лабораторные РСИ предназначены для научных исследований. Производственные РСИ предназначены для обеспечения контроля заданных характеристик технологических процессов. Рис. 1.7 Полевые РСИ предназначены для определения параметров в сложных условиях, постоянно изменяющихся в широких пределах внешних воздействий. Эталон – средство измерений (или их комплекс), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Перечень эталонов не повторяет перечня принятых ФВ. Для ряда единиц эталоны не создаются. Это происходит в том случае, когда нет возможности непосредственно сравнивать соответствующие ФВ. Например, нет необходимости в эталоне площади, так как она не поддается непосредственному сравнению. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной ФВ и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, а все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания «естественных эталонов» различных величин, основанных на естественных физических постоянных. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения введением соответствующих поправок. Сличаемость – возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерения, нижестоящих по поверочной схеме, и в первую очередь вторичных эталонов с наивысшей точностью для данного уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличений. Первичный эталон – уникальное СИ, созданное с учетом новейших достижений науки и техники, которое является основой государственной системы ОЕИ. Специальный эталон предназначен для воспроизведения единицы величины в особых условиях. Вторичный эталон – эталон, который хранит размер единицы величины путем ее сличения с первичным эталоном. Кроме того, он контролирует условия хранения и передает размер единицы. Фактически вторичный эталон – главное СИ в технике. Вторичные эталоны подразделяются на: • эталоны-копии; • эталоны-сравнения; • эталоны-свидетели; • рабочие эталоны (0, 1, 2, 3, 4 разрядов). Эталоны-копии используют при поверочных работах, чтобы предотвратить первичный и специальный эталоны от преждевременного износа. Эталон-сравнения необходим, если непосредственное сличение эталонов друг с другом невозможно. Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Рабочий эталон предназначен для передачи размера единицы величины рабочим средствам измерений. По уровню автоматизации СИ подразделяют на: • неавтоматические (ручные); • автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции; • автоматические, производящие без непосредственного участия человека измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов (регистрацией), передачей данных или выработкой управляющих сигналов. По уровню стандартизации СИ подразделяют на: • стандартизированные, изготовленные в соответствии с требованиями национального или отраслевого стандарта); • нестандартизированные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. По отношению к измеряемой ФВ СИ подразделяют на: • основные – предназначены для измерения той величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей; • вспомогательные – это СИ той величины, влияние которой на основное СИ или объект измерения необходимо учесть, чтобы получить результат измерения требуемой точности. 1.8 Метрологические характеристики (МХ) средств измерений и их нормирование При использовании средств измерений принципиально важно знать степень соответствия информации об измеряемой величине, содержащейся в выходном сигнале, ее истинному значению. С этой целью для каждого СИ вводятся и нормируются определенные метрологические характеристики (МХ). Метрологическими называются характеристики свойств СИ, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики, устанавливаемые нормативными документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально – действительными. Метрологические характеристики СИ позволяют: • определять результаты измерений и рассчитывать оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерения в реальных условиях применения СИ; • рассчитывать МХ каналов измерительных систем, состоящих из ряда средств измерений с известными МХ; • производить оптимальный выбор СИ, обеспечивающих требуемое качество измерений при известных условиях их применения; • сравнивать СИ различных типов с учетом условий применения. При разработке принципов выбора и нормирования средств измерений необходимо придерживаться следующих положений: 1. Основным условием возможности решения всех перечисленных задач является наличие однозначной связи между нормированными МХ и инструментальными погрешностями. Эта связь устанавливается посредством математической модели инструментальной составляющей погрешности, в которой нормируемые МХ должны быть аргументами. 2. Нормирование МХ средств измерений должно производиться исходя из единых теоретических предпосылок. Это связано с тем, что в измерительных процессах могут участвовать СИ, построенные на различных принципах. 3. Нормируемые МХ должны быть выражены в такой форме, чтобы с их помощью можно было обоснованно решать практически любые измерительные задачи и одновременно достаточно просто проводить контроль СИ на соответствие этим характеристикам. 4. Нормируемые МХ должны обеспечивать возможность статистического объединения, суммирования составляющих инструментальной погрешности измерений. 5. Нормируемые МХ должны быть инвариантны к условиям применения и режиму работы СИ и отражать только его свойства. 6. Нормируемые МХ, приводимые в нормативной документации, отражают свойства не отдельно взятого экземпляра СИ, а всей совокупности СИ этого типа, т.е. являются номинальными. Метрологические характеристики погрешностей СИ, приведенные на рис. 1.8. Рис. 1.8 1.9 Поверка СИ Поверка СИ – установление органом государственной метрологической службы пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям Поверку СИ осуществляют аккредитованные в установленном порядке в области ОЕИ юр. лица и ИП (за исключением перечня СИ, поверка которых осуществляется государственными региональными центрами метрологии). Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными НД по поверке. Основной МХ СИ, определяемой при поверке является погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого СИ с образцовым (эталоном), т.е. путем передачи размера. Для обеспечения правильности передачи размера составляют поверочные схемы. Поверочная схема – это НД, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности при передаче. Элементы графического изображения поверочных схем при передаче размера представлены на рис. 1.9. Рис. 1.9 1 – эталон, 5, 6 – объект поверки, 3, 4 – метод поверки. На чертежах поверочной схемы должны быть указаны: • наименования СИ и методов поверки; • номинальные значения ФВ или их диапазоны; • допускаемые значения погрешностей СИ; • допускаемые значения погрешностей методов поверки. Если по результатам поверки СИ признано пригодным, то на него или на техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма или выдается «свидетельство о поверке». Если СИ признано непригодным, то оттиск поверительного клейма и «свидетельство о поверке» аннулируются и выписывается «извещение о непригодности» или делается соответствующая запись в технической документации, а СИ изымается и направляется на ремонт или списание. 1.10 Государственная система обеспечения единства измерений Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – государственная система управления субъектами, нормами, средствами и видами деятельности по обеспечению заданного уровня единства измерений в Российской Федерации. Основной целью ГСИ является создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений. ГСИ состоит из следующих подсистем: • правовой; • технической; • организационной. Правовая подсистема – комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконных актов (рис. 1.10), объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объектам деятельности по ОЕИ. Рис. 1.10 В ведении Российской Федерации находятся (статья 71р): метеорологическая служба, стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени; геодезия и картография; наименования географических объектов; официальный статистический и бухгалтерский учет. Цели ФЗ «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 г. №102-ФЗ: 1) установление правовых основ обеспечения единства измерений в РФ; 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 Техническую подсистему составляют совокупность: • эталонов и шкал измерений; • стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; • стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов; • СИ и испытательного оборудования, необходимых для осуществления метрологического контроля и надзора; • специальных зданий и сооружений для проведения высокоточных измерений в метрологических целях; • научно-исследовательских, эталонных, испытательных, калибровочных и измерительных лабораторий. Организационная подсистема ГСИ – совокупность подразделений Росстандарта России, осуществляющих функции по обеспечению единства измерений: • государственная метрологическая служба; • иные государственные метрологические службы; • метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц. Государственная метрологическая служба включает: • подразделения центрального аппарата Росстандарта России, осуществляющие функции планирования, управления, контроля деятельностью по ОЕИ на межотраслевом уровне; • государственные научно-метрологические центры; • органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, округов и городов. К иным государственным метрологическим службам относятся: • Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ); • Государственная служба стандартных образцов состава веществ и материалов (ГССО); • Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГССД). Формы государственного регулирования в области ОЕИ: 1) утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений; 2) поверка средств измерений; 3) метрологическая экспертиза; 4) федеральный государственный метрологический надзор; 5) аттестация методик (методов) измерений; 6) аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.