Часть 1. Основы метрологии
Цель работы: изучение основ метрологии.
Справочный материал
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. Также, это вид деятельности связанный с измерениями.
Метрология состоит из трех основных разделов:
1) теоретической;
2) практической;
3) законодательной метрологии.
Главная задача метрологии – обеспечение единства измерений.
Единство измерений – это состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.
Объекты метрологии – единицы величин, средства измерений, эталоны и методики выполнения измерений.
Физическая величина –это характеристика физических свойств объекта. Физические величины подразделяются на основные и производные. Характеристиками физической величины являются размер и размерность.
Единица физической величины – это принятая количественная доля физического свойства объекта.
Система физических единиц – совокупность основных и производных единиц измерения.
Измерение – это совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины.
Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.
Эталон единицы величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее средствам измерений данной величины.
Погрешность измерений – отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.
Различают следующие виды погрешности:
1) абсолютная; 2) относительная; 3) основная; 4) дополнительная; 5) закономерная; 6) систематическая; 7) случайная.
Точность измерений – это степень приближения погрешности измерения к нулю, когда действительное значение в наибольшей степени совпадает с истинным.
Достоверность измерений характеризует такие измерения, при которых погрешность не выходит за приделы отклонений, заданных в соответствии с поставленной целью измерений.
Воспроизводимость результатов измерения – это повторяемость результатов измерения одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).
Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основано измерение.
Метод измерений – совокупность использования принципов и средств измерения.
По общим приемам получения результатов измерения различают прямой и косвенный метод измерения.
По условиям измерения различают контактный и бесконтактный метод измерения.
По способу сравнения измеряемой величины с ее единицей различают следующие методы измерения:
1) непосредственной оценки; 2) метод сравнения с мерой; 3) противопоставление; 4) дифференциальный (разностный) метод; 5) нулевой; 6) метод совпадения; 7) метод замещения.
Измерения бывают разных видов.
По характеристике точности различают – равноточные и неравноточные виды измерения.
По числу измерений – однократные и многократные.
По отношению к изменению измеряемой величи ны – статические и динамические.
По метрологическому назначению – технические и метрологические.
По выражению результата измерений – абсолютные и относительные.
По общим приемам получения результатов измерений – прямые, косвенные, совокупные и совместные виды измерений.
На результат измерения влияют следующие факторы:
1) объект измерения; 2) субъект (оператор); 3) метод измерения; 4) средство измерения; 5) условия измерения.
Государственная метрологическая служба России (ГМС) – это совокупность государственных метрологических органов, созданная для управления деятельностью по обеспечению единства измерений.
В составе ГМС действуют: Государственный метрологический контроль (ГМК) и Государственный метрологический надзор (ГМН).
ГМК осуществляет деятельность, включающую:
1) утверждение типа средств измерения; 2) поверку средств измерения; 3) лицензирование деятельности юридических и физических лиц на право изготовления, ремонта, продажи и проката средств измерений.
ГМН осуществляется:
1) за выпуском, состоянием и применением средств измерений, за аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;
2) за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;
3) за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.
Крупнейшими международными организациями по метрологии являются: Международная организация мер и весов (МОМВ), основанная на базе Метрической конвенции, принятой в 1875 году и Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ), созданная в 1956 году.
Задание 1. Проанализировать сферу применения единиц измерений (Приложение А) в швейной промышленности. Результаты представить в виде таблицы 1.
Таблица 1 - Применение единиц измерений в швейной промышленности
| Единицы измерений | Применение в швейной промышленности |
Задание 2. Дать определение погрешностей: 1) абсолютной, 2) относительной; 3) основной; 4) дополнительной; 5) закономерной; 6) систематической; 7) случайной. Пояснить о чем свидетельствует каждая из погрешностей, указать способы ее снижения[1]. Результаты представить в виде таблицы 2.
Таблица 2-Характеристика видов погрешностей
| Вид погрешности | Определение погрешности | О чем свидетельствует погрешность | Способ снижения погрешности |
Задание 3. Изучить классификацию методов измерения, четко представить их достоинства и недостатки при проведении измерений[1]. Результаты представить в виде таблицы 3.
Таблица 3 -Характеристика методов измерения
| Название метода измерения | Характеристика метода измерения | Достоинства и недостатки метода |
Контрольные вопросы:
1. Чем отличается метрологическая деятельность от производственной?
2. Объясните понятие «физическая величина», дайте описание ее количественной и качественной характеристик.
3. Какое действие лежит в основе измерения физической величины?
4. Какие факторы влияют на результат измерения?
5. Чем отличается ошибка от погрешности измерений?
6. Перечислите методы измерения и дайте их краткую характеристику.
7. Какие виды измерений вы знаете?
8. Что является главной задачей метрологии?
9. Перечислите основные виды государственного метрологического контроля и надзора.
10. Назовите международные организации по метрологии, их статус и функции.
Часть 2.Средства измерений
Цель работы: изучение и характеристика средств измерений.
Справочный материал
Средства измерений – технические средства или комплекс средств, которые используются при измерениях и имеют нормированные метрологические характеристики. Они позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным.
По конструктивному исполнению они подразделяются на: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы и измерительные принадлежности.
По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на рабочие средства измерений и эталоны.
Нормируемые метрологические характеристики средств измерений – это характеристики средств измерений, предназначенные для обеспечения единства измерения с требуемой точностью и устанавливаемые нормативными или техническими документами.
К ним относятся: 1) отметка шкалы; 2) цена деления; 3) диапазон показаний; 4) диапазон измерений; 5) чувствительность; 6) порог чувствительности; 7) точность; 8) погрешность.
Величина погрешности является основанием для разделения средств измерения по классам точности.
Класс точности средства измерения – это обобщенная характеристика, выражаемая приделами допускаемых погрешностей (основной и дополнительной), а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерения. Обозначение класса точности наносится на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений и может быть представлено в различном виде.
Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в форме абсолютной погрешности:∆ Хn
∆ Хn = Хn – Хo,
где Хn – измеренное значение физической величины;
Хo – действительное значение физической величины), то класс точности выражается прописными (т.е. заглавными) буквами латинского алфавита. При этом классам точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых погрешностей, присваиваются буквы, находящиеся ближе к началу алфавита.
Если пределы допускаемой основной погрешности выражены в форме относительной погрешности:
δ (δ = 
),
то класс точности обозначается двумя способами:
1) численным значением относительной погрешности;
2) величиной, обратной численному значению относительной погрешности умноженной на дробь, выражающую процент: 1/0,01.δ.
Важнейшей формой надзора за измерительной техникой являются поверка и калибровка средств измерений.
Поверка средств измерений – это совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.
В процессе поверки осуществляется передача размера единицы величины от эталона к поверяемому средству измерения. Соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размеров, устанавливается в поверочных схемах средств измерений.
Поверочные схемы – это схемы, устанавливающие метрологические соподчинения государственного эталона, разрядных эталонов и рабочих средств измерений. В поверочной схеме за базу для сравнения принимают значение средства измерения, которое является вышестоящим по отношению к подчиненному средству измерения, подлежащему поверке.
Средства измерений подвергаются первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке. Поверку можно проводить путем непосредственного сличения двух средств измерений – поверяемого и образцового; с помощью приборов сравнения; по образцовым мерам.
Калибровка средств измерений – это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средств измерений, неподлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.
Задание 1. Дайте ответы на следующие вопросы:
1) Что является результатом поверки?
2) Кто может осуществлять поверку и калибровку средств измерений?
3) Какие существуют виды поверок средств измерений?
4) В каких случаях средства измерений проходят внеочередную поверку?
5) Укажите способы подтверждения соответствия средства измерения установленным требованиям.
Ответы оформите в виде таблицы 1.
Таблица 1 - Результаты работы
| № вопроса | Ответ | Обоснование ответа |
Задание 2. Пределы допускаемой основной погрешности средств измерений выражены в форме относительной погрешности и составляют: а) 1%; б) 0,1%; в) 0,01%; г) 0,001%. Рассчитайте и обозначьте класс точности данных средств измерений двумя возможными способами. Результаты занесите в таблицу 2.
Таблица 2 - Обозначение классов точности средств измерений
| Относительная погрешность, % | Класс точности средства измерения | |
| а. | 1) | 2) |
| б. | 1) | 2) |
| в. | 1) | 2) |
| г. | 1) | 2) |
Задание 3. Дайте краткую характеристику средств измерений различного конструктивного исполнения.Охарактеризуйте средства измерений исходя из их метрологического назначения.Используя ГОСТ и паспорта на приборы. Результаты занесите в таблицу3, заполнить на каждое средство измерений.
Таблица 3–Классификационные признаки средств измерений
| Классификационные признаки | Средство измерения (указать тип СИ) |
| По видам (по техническому назначению) | |
| По виду выходной величины | |
| По форме представления информации (только для измерительных приборов) | |
| По назначению | |
| По метрологическом назначению | |
| Нормирование метрологических характеристики |
Измерительные приборы и приспособления применяемые в швейной промышленности:
1. измерительная рулетка, сантиметровая лента, линейка
2. текстильная лупа
3. толщиномер
4. весы
5. секундомер
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные метрологические характеристики средств измерений.
2. Что такое поверочная схема?
3. Что понимается под выражением «поверка средств измерений»?
4. Какая разница между поверкой и калибровкой средств измерений?
5. Что означает точность измерений?
6. От чего зависит класс точности средства измерения?
7. Может ли измениться класс точности средства измерения по результатам поверки (калибровки)?
8. В связи с чем возникла необходимость использования шкал измерений? Какие шкалы вы знаете?
9. Является ли эталон средством измерений?
10. Какая разница между приборами прямого действия и приборами сравнения?
Литература
1. Радкевич, Я. М. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник для бакалав- ров / Я. М. Радкевич, А. Г. Схиртладзе. — 5 изд., перераб. и доп. — М.: Издательство Юрайт, 2014. — 813 с. — Серия: Бакалавр.
2. Бузов, Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства: Учебное пособие для студентов высш. учебн. заведений / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова, Д.Г. Петропавловский. – М.: Академия, 2004. – 416с.
