Тема: Введение. Основные понятия.
Метод проведения: Лекция – беседа.
Вопросы для обсуждения:
1.Основные понятия, связанные с объектами измерения: свойство, физическая величина. Как вы понимаете эти понятия?
2. В чем заключаются количественные и качественные проявления свойств объектов измерений?
3.Единица физических величин. Какие единицы измерения физических величин вы знаете?
4.Основной принцип измерения. В чем заключается?
5.Результат измерения, погрешность результата измерения. Истинное и действительное значение измеряемой величины. Вспомните из курса аналитической химии от чего зависят эти величины?
План лекции:
1.Краткий исторический очерк развития метрологии.
2.Определение метрологии как науки.
3.Теоретические основы метрологии.
Краткое содержание:
Теоретической основой любой измерительной техники является – метрология.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданного уровня точности. В переводе с греческого метрон – мера, логос – учение, понятие, т.е. учение о мерах.
Д. И. Менделеев, выполнивший исключительно важные работы в области метрологии, говорил – «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять». Организованная им в 1893 г. Палата мер и весов ныне является центральным метрологическим учреждением России и называется Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологии (ВНИИМ) им. Д.И. Менделеева.
Метрология делится на три самостоятельных и взаимодополняющих раздела.
Теоретическая метрология, в которой излагаются общие вопросы теории измерений.
Прикладная метрология рассматривает комплексы общих правил, требований и норм, а так же другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.
Законодательная метрология рассматривает комплексы общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (СИ).
К основным задачам метрологии относятся:
1. Общая теория измерений.
2. Единицы физических величин и их системы.
3. Методы и средства измерений.
4. Методы определения точности измерений.
5. Основы обеспечения единства измерений и единообразия СИ.
6. Эталоны и рабочие эталоны.
7. Методы передачи размеров единиц от эталонов или рабочих
эталонов рабочим СИ.
Рассмотрим ряд понятий относящихся к измерениям, используемых в метрологии.
Физической величиной (параметром) называют свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.
Размер физической величины – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию физическая вели-чина (ФВ).
Размер служит для отображения количественного различия между физическими объектами по рассматриваемому свойству. В результате формируется заключение о сравниваемых объектах: длиннее или короче, тяжелее или легче, теплее или холоднее и т.п.
Единица физической величины – это физическая величина, которой, по определению, приписано значение, равное единице. Единицу физической величины определяют путем пропорционального деления основного интервала шкалы физической величины.
[ S ] =(S1-S0)/n, (1.1)
где: [ S ] – некоторый размер ФВ, называемый единицей ФВ;
S1 – верхний размер ФВ (конечный);
S0 – нижний размер ФВ (начальный);
n – доля интервала ФВ
(S1-S0) – интервал между размерами S1 и S0, называемый основным
интервалом шкалы ФВ.
Измеряемая величина – это ФВ, выбранная для измерения.
Измерение – это нахождение физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств.
В более широком смысле измерение – это процесс приема и пре-образования информации об измеряемой величине с целью получения сравнительного результата; сравнения её с принятой шкалой или единицей измерения и выдачи её в форме пригодной для дальнейшего использования человеком или ЭВМ.
Измерительное преобразование – отражение размера одной ФВ размером другой ФВ, функционально с ней связанной.
Процесс решения любой задачи измерения включает в себя три этапа: подготовку, проведение измерения (эксперимента) и обработку результатов.
Процесс измерения включает в себя ряд составных элементов. Объект измерения – это сложное явление или процесс, характеризующийся множеством отдельных ФВ (параметров), каждая из которых
может быть измерена в отдельности, но в реальных условиях действует на измерительное устройство совместно со всеми остальными параметрами. В теплоэнергетике основными объектами измерения являются котел, турбина и их вспомогательное оборудование.
В процессе измерения на СИ, оператора и объект измерения воз-действуют внешние факторы – влияющие физические величины ВФВ.
ВФВ называют ФВ, которая не измеряется данным СИ, но оказывает влияние на результат измерения, проведённым этим средством (температура окружающей среды, атмосферное давление, влажность и т.п.).
В общем случае СИ называется техническое средство (мера, измерительный прибор или преобразователь, измерительная система), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики (класс точности, вариация и т.п.).
Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Результат измерений величины Х можно записать в виде формулы, называемой основным уравнением измерения:
Х = Y [ Х ], (1.2)
где Y – отвлеченное число, называемое числовым значением ФВ;
[ Х ]-единица ФВ.
Результат измерения – это значение физической величины, найденное путём её измерения.
Различают истинное и действительное значение измеряемой величины.
Истинное значение ФВ – значение ФВ, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта.
В философском аспекте истинное значение всегда остается неизвестным, а совершенствование измерений позволяет приближаться к истинному значению физической величины. Tп.в.=1000C=99,9740C.
В метрологическом аспекте истинным значением измеряемой величины называется её значение свободное от погрешности измерения, т.е. не содержащее погрешности:
Yu = φ (Xu ), если М = Мu
Истинное значение измеряемой величины практически получить
Невозможно, поэтому уравнение перепишем так:
Yu ± ΔY = φ(Xu± ΔХ),
(1.4)
где ΔY – погрешность результата
ΔХ – погрешность измеряемой величины; ΔМ – погрешность меры. Если эти погрешности минимально возможные, которые можно получить при современном уровне измерительной техники, то данный результат измерений можно назвать действительным значением ФВ. Действительное значение ФВ – это значение ФВ, найденное экспериментальным путём и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него. Следовательно, для оценки точности измерения на практике при-нимается вместо истинного значения измеряемой величины действительное значение измеряемой величины, т.е. значение измеряемой величины, полученное с наибольшей точностью. Его получают в результате измерения с минимально допускаемой погрешностью, как правило, с помощью рабочих эталонов, Чтобы составить представление о выполненном или предстоящем
измерении, необходимо знать его основные характеристики: принцип измерения, метод измерения и погрешность измерения. Принцип измерения – совокупность физических явлений, на которых основано измерение.
Метод измерения – совокупность приёмов использования принципов и средств измерений.
Метод измерения – совокупность приёмов использования принципов и средств измерений. Погрешность (или ошибка) измерения- отклонение результата измерения Y от истинного значения Yu измеряемой величины:
±Δ = Y – Yu. (1.5)
Погрешность, определяемая формулой (1.5), выражается в единицах измеряемой величины и называют абсолютной погрешностью.
Относительная погрешность измерения – отношение абсолютной
погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины.
