Лекция № 1

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. T_п.в.=100⁰C=99,974⁰C.

В метрологическом аспекте истинным значением измеряемой величины называется её значение свободное от погрешности измерения, т.е. не содержащее погрешности:

Y_u = φ (X_u ), если М = М_u

Истинное значение измеряемой величины практически получить

Невозможно, поэтому уравнение перепишем так:

Y_u ± ΔY = φ(X_u± 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 Y_u измеряемой величины:

±Δ = Y – Y_u. (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.