ГЛАВА 4. Метрология.

4.1. Общие понятия.

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

Основными задачами метрологии является:

1) установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;

2) разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

3) обеспечение единства измерений и единообразных средств 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.

Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Без точной и объективной измерительной информации невозможно обеспечить эффективность производства и высокое качество продукции. Под измерением понимается нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В результате измерения получают значение физической величины

, (4.1.)

где - числовое значение физической величины в принятых единицах;

- единица физической величины.

Единица физической величины – это физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1 (например, метр – единица длины, и т.п.).

К измерительной информации предъявляются следующие требования:

1) результаты измерения должны быть выражены в узаконенных единицах;

2) должна быть достаточно точно известна погрешность выполняемых измерений;

3) она не должна превышать пределов допускаемых значений.

Метрическая система мер и весов была создана в конце ХVIII века во Франции. В основе ее лежат единицы длины, массы, площади, объема, вместимости. Развитие науки и техники вызвало необходимость установления единиц измерения для ряда других физических величин. Так, для выражения электрических и магнитных единиц была создана система единиц СГС, основанная на метрической системе. В технике и механике получила распространение система единиц МКГСС и т.д. Перевод единиц из одной системы в другую затруднял расчеты, усложнял международный обмен научной информацией.

С целью унификации единиц измерения физических величин в октябре 1960 года ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила единую Международную систему единиц с сокращенным обозначением СИ (от начальных букв слов Systeme International).

Международная система СИ является универсальной охватывающей все области науки и техники.

В нашей стране система СИ принята с 1 января 1963 г. как предпочтительная во всех областях науки, техники, производства, а также в учебных заведениях.

Международная система единиц (СИ) принята в нашей стране в 1979 г.; она содержит 7 основных единиц, две дополнительные и свыше 50 производных, имеющих специальные назначения.

Основные физические единицы: метр – м (длина), килограмм – кг (масса), секунда – с (время), ампер – А (сила электрического тока), кельвин – К (термодинамическая температура), моль – количество вещества, кандела – кд (сила света).

СИ включает две дополнительные единицы: для плоского угла – радиан, для телесного – стерадиан.

К производным единицам, имеющим специальное назначение относятся, например: герц –Гц (частота)Ю, ньютон Н (сила, вес), паскаль – Па (давление, механическое напряжение, модуль упругости), джоуль – Дж (энергия, работа, количество теплоты), ватт – Вт (мощность, поток энергии), кулон – Кл (количество электричества, электрический заряд), вольт – В (электрическое напряжение, электрический потенциал, электродвижущая сила), фарада – Ф (электрическая емкость), Ом – Ом (электрическое сопротивление) т.д.

В этой системе, например, единица силы является производной – она называется ньютоном (Н) и равна ~ 0, 102 кгс.

Кратные и дольные единицы образуются умножением на число 10 в соответствующей степени. Им присвоены следующие наименования и обозначения: экса – Э (10¹⁸), пета – П (10¹⁵), тера – Т(10¹²), гига – Г (10⁹), мега – М (10⁶), кило –к(10³), гекто –г (10²), дека –да (10¹), деци – д (10^-1), санти – с (10^-2), милли – м (10^-30, микро – мк (10^-6), нано - н (10^-9), пико – п (10^-12), фенто – ф (10^-15), атто – а (10). Приставку или ее обозначение следует писать слитно с наименованием единицы, к которой она относится, или, соответственно, с ее обозначением.

Для воспроизведения и хранения единиц величин применяются эталоны, официально утвержденные в качестве исходных для страны.

В качестве эталона единицы длины утвержден метр, равный 1650763, 73 длин световых волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2_р10 и 5_d5 атома криптона 86 (ГОСТ 8.417-81). На XVII Генеральной конференции мер и весов принято новое определение единицы длины: метр – длина пути, проходимая светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. За единицу времени принята секунда, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия- 133. Эталон единицы массы (1 кг) представляет собой цилиндр из сплава платины (90%) и иридия (10%), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм). За эталон количества вещества принят моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12, 000 г углерода -12. В качестве эталона единицы силы света принята (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10¹² Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 В/ср. В качестве эталона единицы силы тока принят ампер – сила неизменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2·10^-7 Н. Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий 1/273, 16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология.

Организационной основой метрологического обеспечения является государственная и ведомственная службы.

Техническими основами:

­ система государственных эталонов единиц физических величин;

­ система разработки, поставки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений;

­ система государственных испытаний и метрологической аттестации средств измерений;

­ система государственной и ведомственной поверки средств измерений.

Основными задачами метрологического обеспечения являются:

1) определение основных направлений развития метрологии, разработка научно-методических и организационных основ метрологического обеспечения;

2) создание системы государственных эталонов физических величин;

3) планирование и проведение государственных испытаний средств измерений, утверждение типов средств измерения;

4) государственная поверка средств измерения, надзор за производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений и соблюдением метрологических правил;

5) развитие и совершенствование стандартизации в области метрологии;

6) организация работ по международному сотрудничеству.

Метрологическая экспертиза и контроль конструкторской и технологической документации.

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации – это анализ и оценка принятых технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий.

Основными задачами являются:

­ определение оптимальной номенклатуры измеряемых параметров;

­ оценка контролепригодности изделий;

­ установление соответствия показателей точности измерений требованиям эффективности и достоверности контроля и взаимозаменяемости;

­ установления соответствия показателей точности измерений требованиям обеспечения оптимальных режимов техпроцессов;

­ выявление возможности применения автоматизированных систем измерений и целесообразности обработки на ЭВМ результатов.

В отличии от метрологической экспертизы, метрологический контроль - это оценка принятых технических решений метрологических задач методом сравнения с конкретными требованиями к объекту экспертизы.

Средства измерения (СИ) - это средства, предназначенные для измерения, вырабатывающие сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины, или воспроизводящие величину заданного размера. Они представляют собой конструктивно законченные изделия, предназначенные для измерений.

СИ предназначены для воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров другим СИ являются образцовыми.

Все другие СИ используемые не для этих целей, являются рабочими. С их помощью выполняют измерения при контроле качества продукции.

Наиболее важными техническими характеристиками СИ являются их метрологические характеристики – такие, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений. Метрологические характеристики нормируются для нормальных условий или для рабочих условий применения СИ.

Для определения погрешности СИ и установления их пригодности проводят поверку. В состав средств поверки входят образцовые и вспомогательные средства.