Основные позиции закона РФ «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102 – ФЗ. 1 страница

Метрология

1.1 Основные понятия метрологии

1.1.1 Задачи метрологии. Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданной точности.

Измерения в современном обществе играют важную роль. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.

Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования.

Основными задачами метрологии в соответствии с рекомендациями по международной стандартизации (РМГ 29-99) являются:

- установление единиц физических величин (ФВ), государственных эталонов и образцовых средств измерений (СИ).

- разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

- обеспечение единства измерений;

- разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

- разработка методов передачи единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

1.1.2 Краткая история развития метрологии. Потребность в измерениях возникла давно, на заре цивилизации примерно 6000 лет до н.э.

В первых документах из Месопотамии и Египта указывается, что система измерения длины базировалась на футе, равном 300 мм (при строительстве пирамид). В Риме фут равнялся 297,1734 мм; в Англии – 304, 799978 мм.

Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего обращения Земли вокруг своей оси (суток) получила название секунда.

 

В Вавилоне во II веке до н.э. время измерялось в минах. Мина равнялась промежутку времени (примерно равному двум астрономическим часам). Затем мина сократилась и превратилась в привычную для нас минуту.

Многие меры имели антропометрическое происхождение. Так, в Киевской Руси в обиходе применялся вершок, локоть, сажень.

Важнейшим метрологическим документом в России является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины (104,95 л).

Метрологической реформой Петра I в России к обращению были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и кораблестроении: дюймы (2,54 см) и футы (12 дюймов).

В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер.

Идея построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г.Мутону, жившему в 17 веке.

Позже было предложено принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе единственной единицы – метра – строилась вся система, получившая название метрической.

 

В России в 1835 г. Указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень и платиновый фунт.

В 1875 г. 17 государствами, в число которых входила и Россия, была принята метрологическая конвенция «для обеспечения единства и усовершенствования метрической системы» и было решено учредить Международное бюро мер и весов (МБМВ), которое располагается в городе Севр (Франция).

В этом же году Россия получила платиноиридиевые эталоны массы №12 и №26 и эталоны единицы длины №11 и №28.

В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д.И.Менделеев, которое он в 1893 г. преобразует в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно – исследовательских учреждений метрологического типа.

Величие Менделеева как метролога проявилось в том, что он первым в полной мере осознал прямую зависимость между состоянием метрологии и уровнем развития науки и промышленности. «Наука начинается... с тех пор, как начинают измерять... Точная наука немыслима без меры», – утверждал знаменитый русский ученый.

Метрическая система в России была введена в 1918 г. декретом Совета Народных Комиссаров «О введении Международной метрической системы мер и весов».

 

 

В 1956 г. была подписана межправительственная конвенцияоб учреждении Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ), которая разрабатывает общие вопросы законодательной метрологии (классы точности, СИ, терминологию по законодательной метрологии, сертификацию СИ).

Созданный в 1954 г. Комитет стандартов мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, после преобразований, становится Комитетом РФ по стандартизации - Госстандартом России.

В связи с принятием ФЗ «О техническом регулировании» в 2002г. и реорганизации органов исполнительной власти в 2004г. Госстандарт стал Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (в настоящее время сокращенно Росстандарт).

Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых средств измерений, а они в свою очередь стимулировали развитие наук, становясь все более мощным средством исследования.

 

1.1.3 Современная метрология - это не только наука об измерениях, но и соответствующая деятельность, предусматривающая изучение физических величин (ФВ), их воспроизведение и передачу, применение эталонов, основных принципов создания средств и методов измерения, оценку их погрешностей, метрологический контроль и надзор.

Метрологии базируется на двух основных постулатах (а и б):

а) истинное значение определяемой величины существует и оно постоянно;

б) истинное значение измеряемой величины отыскать невозможно.

Отсюда следует, что результат измерения связанс измеряемой величиной математической зависимостью (вероятностной зависимостью).

Истинным значением ФВ называют значение ФВ, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину (ФВ).

Действительное значение ФВ – значение ФВ, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленой измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Для действительного значения величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение ФВ.

1.1.4 Количественные и качественные проявления материального мира

Любой объект окружающего нас мира характеризуется своими специфическими

 

свойствами.

Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (процесса, явления), которая обуславливает его общность или различие с другими объектами (процессами, явлениями) и обнаруживается в его отношении к ним.

По своей сути свойство – категория качественная. Одно и то же свойство может быть обнаружено у многих объектов или быть присущим только некоторым из них. Например, массой, температурой или плотностью обладают все материальные тела, а кристаллической структурой только некоторые из них.

Поэтому каждое из свойств физических объектов, прежде всего, должно быть обнаружено, затем описано и классифицировано, и только после этого можно приступить к его количественному изучению.

Величина – количественная характеристика размеров явлений, признаков, показателей их соотношения, степени изменения, взаимосвязи.

Величина не существует сама по себе, а имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными этой величиной.

Различные величины можно разделить на идеальные и реальные величины.

Идеальная величина – является обобщением (моделью) субъективных конкретных реальных понятий и в основном относятся к области математики. Их вычисляют различными способами.

Реальные величины отражаютреальные количественные свойства процессов и физических тел. Они в свою очередь делятся на физические и нефизические величины.

Физическая величина (ФВ) может быть определена как величина, свойственная некоторым материальным объектам (процессам, явлениям, материалам), изучаемым в естественных (физика, химия) и различных технических науках.

К нефизическим относят величины, присущие общественным наукам – философия, культура, экономика и др.

Для нефизических величин единица измерения не может быть введена в принципе. Их можно оценить с использованием экспертных оценок, бальной системы, набора тестов и др. Нефизические величины, при оценке которых неизбежно влияние субъективного фактора, так же, как и идеальные величины, не относятся к области метрологии.

1.2 Физические величины

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы,

явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Энергетические (активные) ФВ – величины, которые не требуют для измерения приложения энергии извне. Например, давление, электрическое напряжение, сила.

Вещественные (пассивные) ФВ - величины, которым необходимо приложение энергии извне. Например, масса, электрическое сопротивление.

 

Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше, чем для другого.

Качественная сторона понятия «физическая величина» определяет «род» величины, например, масса как общее свойство физических тел.

Количественная сторона – их «размер» (значение массы конкретного физического тела).

Род ФВ – качественнаяопределенность величины. Так, постоянная и переменная скорости – однородные величины, а скорость и длина – неоднородные величины.

Размер ФВ – количественная определенность, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу.

Значение ФВ – выражениеразмера ФВ в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.

Влияющая физическая величина – ФВ, оказывающая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений.

Размерность ФВ – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных ФВ в различных степенях и отражающая связь данной величины с ФВ, принятые в этой системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.

dim x = L^l M^m T^t.

Постоянная физическая величина – ФВ, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее время измерения.

Размерная ФВ – ФВ, в размерности которой, хотя бы одна из основных ФВ возведена в степень, не равную 0. Например, сила F в системе LMTIθNJ есть размерная величина: dim F = LMT^-2.

При измерении выполняют сравнение неизвестного размера с известным размером, принятым за единицу.

Уравнение связи между величинами – уравнение, отражающее связь между величинами, обусловленную законами природы, в которых под буквенными символами понимают ФВ. Например, уравнение v = l / t отражает существующую зависимость постоянной скорости v от длины пути l и времени t.

Уравнение связи между величинами в конкретной измерительной задаче называют уравнением измерений.

 

Аддитивная ФВ – величина, разные значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент, разделены друг на друга.

Считается, что аддитивная (или экстенсивная) физическая величина измеряются по частям, кроме того, их можно точно воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании размеров отдельных мер. Например, к аддитивным физическим величинам относят длину, время, силу тока и др.

При измерении различных ФВ, характеризующих свойства веществ, объектов, явлений и процессов, некоторые свойства проявляются толькокачественно, другие – количественно.

Размеры ФВ как измеряются, так и оцениваются при помощи шкал, т.е. количественные или качественные проявления любого свойства отражаются множествами, которые образуют шкалы ФВ.

Практическая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации единиц измерений, самих шкал и условий их однозначного применения.

1.3. Единицы физических величин

1.3.1 Единица измерения ФВ – ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Числовое значение ФВ q – отвлеченное число, входящее в значение величины или отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к принятой для нее единице данной ФВ. Например, 10 кг – значение массы, причем число 10 – это и есть числовое значение.

Система ФВ – совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

Система единиц ФВ – совокупность основных и производных ФВ, образованная в соответствии с принципами для заданной системы ФВ.

Основная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная ФВ – ФВ, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.

1.3.2 Международная система единиц (система СИ) в России была введена 1 января 1982г. По ГОСТ8. 417 – 81, в настоящее время действует ГОСТ8. 417 – 2002 (таблицы 1 -4).

Главный принцип создания системы - принцип когерентности, когда производные единицы могут быть получены с помощью определяющих уравнений с численными коэффициентами, равными 1.

Таблица1 - Основные величины и единицы СИ

Величина	Единица
Наименование	Размерность	Наименова- ние	Обозначение
международное	русское
Длина	L	метр	m	м
Масса	M	килограмм	kg	кг
Время	T	секунда	s	с
Сила электри-ческого тока	I	Ампер	A	А
Термодинами-ческая темпе-ратура	θ	Кельвин	K	К
Количество вещества	N	моль	mol	моль
Сила света	J	кандела	cd	кд

 

Основные ФВ системы СИ:

- метр (metre) есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 с;

- килограмм (kilogram) равен массе международного прототипа килограмма (МБМВ, г. Севр, Франция);

- секунда (second) есть время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;

- ампер (ampere) есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную

2·10^-7 Н (ньютон);

- кельвин (kelvin) есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Температура тройной точки воды – это температура точки равновесия воды в твердой (лед), жидкой и газообразной (пар) фазах на 0,01 К или 0,01°С выше точки таяния льда;

- моль (mole) есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12 массой 0,012 кг;

- кандела (candela) есть 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 (ср – стерадиан).

Радиан – угол между двумя радиусами окружности, длинадуги между которыми равна этому радиусу.

Стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, радиусу сферы.

Системная единица ФВ – единица ФВ, входящая в принятую систему единиц. Основные, производные, кратные и дольные единицы СИявляются системными, например, 1 м; 1 м/с; 1 км.

Внесистемная единица ФВ - единица ФВ, не входящая в принятую систему единиц, например, полный угол (оборот на 360°), час (3600 с), дюйм (25,4 мм) и другие.

1.3.3 Для выражения звукового давления, усиления, ослабления и др. применяют логарифмические ФВ.

Единица логарифмической ФВ – бел (Б):

- энергетические величины 1Б = lg (Р₂/Р₁) при Р₂ = 10Р₁;

- силовые величин 1Б = 2 lg(F₂/F₁) при F₂ = .

Дольная единица от бела – децибел (д Б): 1 д Б = 0,1Б.

 

Широкое применение получили относительные ФВ – безразмерные отношения

двух одноименных ФВ. Они выражаются в процентах и безразмерных единицах.

 

1.3.4 Одним из важнейших показателей современной цифровой измерительной техники является количество (объем) информации бит и байт (Б). 1 байт = 2³ = 8 бит.

Таблица 2 - Единицы количества информации

Величина	Единица
Наименование	Обозначение
международное	русское
Количество информации	бит	bit	бит
байт	B (byte)	Б (байт)

 

Используют приставки СИ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т.д. При этом обозначение Кбайт начинают с прописной (заглавной) буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 10³.

Исторически сложилось такая ситуация, что с наименованием «байт» некорректно (вместо 1000 = 10³ принято 1024 = 2¹⁰) используют приставки СИ: 1Кбайт = 1024 байт, 1 Мбайт = 1024 Кбайт, 1 Гбайт = 1024 Мбайт и т.д. При этом обозначение Кбайт начинают

 

с прописной (заглавной) буквы в отличие от строчной буквы «к» для обозначения множителя 10³.

Некоторым единицам СИ в честь ученых присвоены специальные наименования, обозначения которых записывают с прописной (заглавной) буквы, например, ампер – А, паскаль - Па, ньютон – Н. Такое написание обозначений этих единиц сохраняют в обозначении других производных единиц СИ.

1.3.5 Кратные и дольные единицы ФВ применяют с множителями и приставками. Кратные и дольные единицы СИ не являются когерентными.

Кратные единица ФВ - единица ФВ, в целое число раз бóльшая системной или внесистемной единицы. Например, единица мощности мегаватт (1 МВт = 10⁶ Вт).

Дольная единица ФВ – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы. Например, единица времени 1 мкс = 10^-6 с является дольной от секунды.

Наименования и обозначения десятичных кратных и дольных единиц системы СИ образуются с помощью определенных множителей и приставок (таблица 4).

Кратные и дольные единицы от системных единиц не входят в когерентную систему единиц ФВ.

Когерентная производная единица ФВ – производная единица ФВ, связанная с другими единицами системы единиц уравнением, в котором числовой коэффициент принятровным 1.

Когерентная система единиц ФВ – система единиц ФВ, состоящая из основных единиц и когерентных производных единиц.

Приставки «гекто», «деци», «дека», «санти» должны использоваться, когда применение других приставок неудобно.

Присоединение к наименованию единицы двух и более приставок подряд недопустимо. Например, вместо микромикрофарад следует писать пикофарад.

В связи с тем, что наименование основной единицы «килограмм» содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используется дольная единица «грамм», например, миллиграмм (мг) вместо микрокилограмм (мккг).

Дольную единицу массы «грамм» применяют без присоединения приставки.

Кратные и дольные единицы ФВ пишут слитно с наименованием единицы СИ, например, килоньютон (кН), наносекунда (нс).

Некоторым единицам СИ в честь ученых присвоены специальные наименования, обозначения которых записывают с прописной (заглавной) буквы, например, ампер – А,

ом – Ом, ньютон – Н.

Таблица 3 - Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования и обозначения

Величина	Единица
Наименование	Размер-ность	Наимено-вание	Обозначение
международное	русское
Плоский угол		Радиан	rad	рад
Телесный угол		Стерадиан	sr	ср
Частота	Т-1	Герц	Hz	Гц
Сила	LMT-2	Ньютон	N	Н
Давление	L-1MT-2	Паскаль	Pa	Па
Энергия, работа, количество теплоты	L2MT-2	Джоуль	J	Дж
Мощность	L2MT-3	Ватт	W	Вт
Электрический заряд, количество электричества	TI	Кулон	C	Кл
Электрическое напряжение, потенциал, ЭДС	L2 MT-3 I-1	Вольт	V	В
Электрическая емкость	L-2 M-1T4 I2	Фарад	F	Ф
Электрическое сопротивление	L2M1T-3I-2	Ом	Ω	Ом
Электрическая проводимость	L-2M-1T3I2	Сименс	S	См
Поток магнитной индукции, магнитный поток	L2M1T-2I-1	Вебер	Wb	Вб
Плотность магнитного потока, магнитная индукция	MT-2I-1	Тесла	T	Тл
Индуктивность, взаимная индукция	L2M1T-2I-2	Генри	H	Гн
Температура Цельсия	t	Градус Цельсия	°C	°C
Световой поток	J	Люмен	lm	лм
Освещенность	L-2J	Люкс	lx	лк
Активность радионуклида	T-1	Беккерель	Bq	Бк
Поглощенная доза ионизирующего излучения, керма	L2T-2	Грей	Gy	Гр
Эквивалентная доза ионизирующего излучения	L2T-2	Зиверт	Sv	Зв
Активность катализатора	NT-1	Катал	kat	кат

 

Такое написание обозначений этих единиц сохраняют в обозначении других производных единиц СИ и в других случаях.

1.3.6 Правила написания значений величин в единицах СИ. Значение величины записывают как произведение числа и единицы измерения, в которой число, умноженное на единицу измерения, есть численное значение величины этой единицы.

Таблица 4 - Множители и приставки десятичных кратных и дольных единиц СИ

Десятичный множитель	Наименование приставки	Обозначение приставки
международное	русское
1018	экса	Е	Э
1015	пета	Р	П
1012	тера	Т	Т
109	гига	G	Г
106	мега	M	М
103	кило	k	к
102	гекто	h	г
101	дека	da	да
10-1	деци	d	д
10-2	санти	c	с
10-3	милли	m	м
10-6	микро	µ	мк
10-9	нано	n	н
10-12	пико	p	п
10-15	фемто	f	ф
10-18	атто	a	а