Реферат по "Метрология"

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение  ……………………………………………………………. 3

2. Мера в метрологии  ………………………………………………… 6

3. Мера в измерительной технике  …………………………………… 9

4. Метрологический контроль  ……………………………………….. 23

5. Заключение  …………………………………………………………. 27

6. Список используемой литературы …………………………………. 28            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                         ВВЕДЕНИЕ.

   Проблема  обеспечения единства измерений  имеет возраст, сопоставимый с  возрастом человечества. Как только  человек стал обменивать или  продавать результаты своего  труда, возник вопрос - как велик  эквивалент этого труда и как  велик продукт, представленный  на обмен или продажу. Для  характеристики этих величин  использовались различные свойства  продукта - размеры,- как линейные, так  и объемные,- масса или вес,  позднее цвет, вкус, состав и т.  д. и т. п. Естественно, что  в давние времена еще не  существовало развитого математического  аппарата, не было четко сформулированных  физических законов, позволяющих  охарактеризовать качество и  стоимость товара. Тем не менее проблема справедливой сбалансированной торговли была актуальна всегда. От этого зависело благосостояние общества, от этого же возникали войны.

   Первыми средствами  обеспечения единства измерений  были объекты, которые имеются  в распоряжении человека всегда. Так появились первые меры  длины, опирающиеся на размеры  рук и ног человека. На Руси  использовались локоть, пядь, сажень, косая сажень. На Западе - дюйм, фут,  сохранившие свое название до сих пор. Поскольку размеры рук и ног у разных людей были разными, то должное единство измерений не всегда удавалось обеспечить. Следующим шагом были законодательные акты различных правителей, предписывающие, например, за единицу длины считать среднюю длину стопы нескольких людей. Иногда правители просто делали две зарубки на стене рыночной площади, предписывая всем торговцам делать копии таких «эталонных мер». В настоящее время такую меру можно видеть на Вандомской площади в Париже в том месте, где когда-то располагался главный рынок Европы.

    По мере  развития человечества и науки,  особенно физики и математики, проблему обеспечения единства  измерений стали решать более  широко. Появились государственные  службы и хранилища мер, с  которыми торговцам в законодательном  порядке предписывалось сравнивать  свои меры. Для определения размеров  единиц выбирались размеры объектов, не изменяющиеся со временем. Например, для определения размера  единицы длины измерялся меридиан  Земли, для определения единицы  массы измерялась масса литра  воды. Единицы времени с давних  времен до настоящего момента  связывают с вращением Земли  вокруг Солнца и вокруг собственной  оси.

   Дальнейший  прогресс в обеспечении единства  измерений состоял уже в произвольном  выборе единиц, не связанных с  веществами или объектами. Это  связано с тем фактом, что изготовить  копию меры (передать размер единицы  какой-либо величины) можно с гораздо  более высокой точностью, чем  повторно независимо воспроизвести  эту меру. В самом деле, точность  определения длины меридиана  и деления его на 40 миллионов  частей оказывается очень невысокой.  Подробно к этому мы вернемся  при определении основных понятий  и категорий метрологии. Здесь  в кратком историческом экскурсе  интересно вспомнить, что программа  измерения длины парижского меридиана  оказалась более полезной в  составлении подробных карт перед  наполеоновскими войнами, чем  в точном определении единицы  длины.

   Гигантский  скачок в точности измерений  механических величин был совершен  при внедрении лазеров в измерительную  технику. Образно говоря, точность  средств измерения стала определяться  параметрами отдельного атома.  Если выбрать определенный тип  атома, определенный изотоп элемента, поместить атомы в резонатор  лазера и использовать все  преимущества, присущие лазерному излучению, то реально достижимая погрешность воспроизведения единицы длины может сказываться в тринадцатом-четырнадцатом знаках.

   История развития  науки об обеспечении единства  измерений может быть прослежена  не только на совершенствовании  точности и единообразия определения  какой-то одной единицы. Важным  моментом является количество  единиц физических величин, их  отнесение к основным или производным,  а также исторический аспект  образования дольных и кратных  единиц.

   По мере  совершенствования физики и математики  появилась проблема измерения  нового класса физических величин.  Так при развитии теории электричества  встал вопрос - как быть с единицами  электромагнитных величин? С одной  стороны, новый класс явлений  подсказывал необходимость введения  новых единиц и величин. С другой - исходно была установлена связь между электромагнитными явлениями и эффектами механическими - законы Кулона и Био-Савара-Лапласа. Точки зрения наиболее авторитетных ученых по этому поводу также разделились. Некоторые считали, что «рассмотрение (электромагнитных явлений) будет более плодотворным, если ввести четвертую, не зависящую от механических единицу» (А. Зоммерфельд). Другие, напротив, считали различные проявления свойств материи единым целым и были противниками введения независимых электрических величин и единиц. В результате в практике появились системы единиц физических величин, имеющие различное число основных, т. е. произвольно выбранных, физических величин.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                    Мера в метрологии

Мерой физической величины называют СИ, предназначенное для  воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых известны с необходимой точностью. Примерами  мер являются штриховая мера длины, нормальный элемент (мера ЭДС с номинальным  значением 1 В), кварцевый генератор (мера частоты электрических колебаний), источник микропотоков газов и паров (ампула с веществом, выделяющимся в газообразном виде, являющаяся мерой скорости преобразования в газ целевого вещества). Меры подразделяют на однозначные (мера, хранящая один размер величины, например, плоскопараллельная концевая мера длины или конденсатор постоянной емкости) и многозначные (мера, хранящая несколько размеров величины, например, штриховая мера длины и конденсатор переменной емкости). В измерительной практике широко применяют не только отдельные меры, но и наборы мер (комплект мер разного размера одной и той эюе величины, например, набор плоскопараллельных концевых мер длины), а также магазины мер (набор мер, конструктивно объединенных в одно устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, например, магазин электрических сопротивлений).

   Воспроизводя  или храня размер величины, которому  присвоено определенное значение, мера тем самым хранит единицу  этой величины. Иначе говоря, мера  выступает в качестве носителя  единицы величины и поэтому  служит основой измерения.

   Особый класс  мер представляют собой стандартные  образцы. Стандартный образец—  мера одной или нескольких величин, характеризующих состав или свойства вещества (материала), в виде образца этого вещества (материала). Примерами стандартных образцов свойств являются стандартные образцы бензойной кислоты — меры теплоты сгорания, стандартные образцы специальной стали — меры свойств ферромагнитных материалов, стандартные образцы из кварца — меры относительной диэлектрической проницаемости. Примерами стандартных образцов состава являются различные вещества, например, металлы и сплавы с точно определенными значениями определяющего компонента и имеющихся примесей. Основной областью применения стандартных образцов является калибровка СИ при проведении аналитических измерений. Кроме того, из однородных стандартных образцов, так же как и из обычных эталонных мер, создают иерархические (по мере убывания точности) цепочки передачи размеров единиц. В этих цепочках стандартные образцы используются для передачи размеров единиц менее точным СИ, в том числе и другим стандартным образцам.

   Особое место  в системе мер занимают специфические  стандартные образцы, очень широко  применяемые в газоаналитических  измерениях, которые называют поверочными  газовыми смесями (ПГС). Поверочная  газовая смесь — это баллон  с чистым газом или газовой  смесью, аттестованный метрологической  службой в качестве однозначной  меры содержания компонентов  в газовой смеси. ПГС имеют  некоторые отличия от стандартных  образцов в виде твердых объектов. Главное из них заключается  в ТОМ, что в процессе измерений  они расходуются. Это обстоятельно  часто приводит к существенному  увеличению стоимости многократных  измерений.

   Как правило,  стандартные образцы выпускаются  и рассылаются измерительным  лабораториям по их заказам  специализированными фирмами или  метрологическими лабораториями.  Но бывают и исключения. Так,  некоторые стандартные образцы  измеритель может приготовить  и сам, если будет строго  соблюдать условия приготовления,  указанные в спецификации на  них. Например, стандартный образец  содержания железа в воде можно  приготовить, растворив стандартный  образец порошкового железа в  определенном количестве дистиллированной  воды. Такие стандартные Образцы  часто называют калибровочными  смесями.

   В заключение  рассмотрения мер и особенностей  их использования упомянем возможность  использования в качестве мер  некоторых природных явлений.  Например, при точных измерениях  углов широко применяется опора  на естественный эталон — полный  угол (плоский или телесный). При  метрологическом обеспечении фотометров  использовался свет определенной  звезды на небосводе. Было тщательно измерено относительное спектральное распределение энергии в спектре этой звезды, наблюдаемое в различных точках СССР. После того как установили факт постоянства энергетических характеристик излучения звезды, соответствующая методика была узаконена для поверки ультрафиолетовых фотометров.

   Последний  пример показывает, каким способом  можно проводить калибровку приборов  с помощью таблиц стандартных  справочных данных.

   К ним относятся:

•  в механических измерениях — механические характеристики различных веществ (например, плотность  чистых веществ при заданных температуре, влажности и давлении);

•  в температурных  измерениях — константы, характеризующие  фазовые 

переходы (плавление—отвердевание или кипение—конденсация), ЭДС различных  термопар и др.;

•  в электрических  измерениях — характеристики различных  стабильных электрических явлений (например, ЭДС различных гальванических пар);

•  в оптических измерениях — различные атомные  константы, т. к. вся физическая оптика опирается на излучательные и поглощательные свойства атомов и молекул.

   Особенно  широко применяются стандартные  справочные данные в аналитических  измерениях. Это данные о всевозможных  свойствах чистых веществ, различные  зависимости свойств сплавов и газовых смесей от состава, коэффициенты поглощения и показатели преломления прозрачных веществ, гигрометрические и психрометрические таблицы и т. д.

Категория стандартных  справочных данных является в метрологии одной из

самых важных. Научные  исследования в этой области проводятся во всех крупных метрологических  институтах мира и многих физических лабораториях различных стран. Ведущие  позиции занимает метрологический  центр США — Национальный институт стандартов и технологий (NIST), одним  из главных направлений деятельности которого является разработка и утверждение стандартных справочных данных. В России координацией исследований в этой области занимается НИИ стандартных справочных данных (НИИССД) Ростехрегулирования РФ. Координацию исследований в мире осуществляет международный Комитет по сбору и оценке численных данных для науки и техники (КОДАТА). 

                                       Мера в измерительной технике

Средства измерительной  техники – обобщающее понятие, охватывающее технические средства, специально предназначенные  для измерений. Примечание. К средствам  измерительной техники относят  средства измерений и их совокупности (измерительные системы, измерительные  установки), измерительные принадлежности, измерительные устройства.

   Средство  измерений (англ. measuring instrument) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

   Образцовое  средство измерений – средство  измерений, предназначенное для  хранения и передачи размера  единицы одной или размеров  единиц нескольких величин от  эталонов рабочим средствам измерений.  Примечания:

Образцовые средства измерений при необходимости  подразделяют на разряды: 1-й, 2-й,..., k-й  разряд. В этом случае передачу размера  единицы от эталона по поверочной схеме осуществляют через цепочку  соподчиненных по разрядам ОСИ. При этом от последнего ОСИ в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений.

В метрологической  практике наряду с термином "образцовое средство измерений k-го разряда" используют термин "эталон k-го разряда". Оба этих термина равнозначны и определяют, по сути, один и тот же метрологический объект. (пп. 6.2а введен Изменением N 2, введенным Приказом Росстандарта от 04.08.2010 N 203-ст)

   Рабочее средство  измерений (англ. ordinary measuring instrument) – средство измерений, предназначенное для измерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений.

   Основное  средство измерений – средство  измерений той физической величины, значение которой необходимо  получить в соответствии с  измерительной задачей.

   Вспомогательное  средство измерений (англ. auxiliary measuring instrument) – средство измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности. Пример. Термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа.

   Стандартизованное  средство измерений (англ. legal measuring instrument) – средство измерений, изготовленное и применяемое в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта. Примечание. Обычно стандартизованные средства измерений подвергают испытаниям и вносят в Госреестр.

   Нестандартизованное средство измерений – средство измерений, стандартизация требований к которому признана нецелесообразной.

   Автоматическое  средство измерений – средство  измерений, производящее без непосредственного  участия человека измерения и  все операции, связанные с обработкой  результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой  управляющего сигнала. Примечание. Автоматическое средство измерений,  встроенное в автоматическую  технологическую линию, нередко  называют измерительный автомат  или контрольный автомат. Применяют  также понятие измерительные  работы, под которыми нередко  понимают разновидность контрольно-измерительных  машин, отличающихся хорошими  манипуляционными свойствами, высокими  скоростями перемещений и измерений.

   Автоматизированное  средство измерений – средство  измерений, производящее в автоматическом  режиме одну или часть измерительных  операций.

Примеры:

Барограф (измерение  и регистрация результатов)

Электрический счетчик  электроэнергии (измерение и регистрация  данных нарастающим итогом).

   Мера физической  величины (англ. material measure) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Примечания:

Различают следующие  разновидности мер: однозначная  мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг); многозначная мера - мера, воспроизводящая  физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины); набор  мер - комплект мер разного размера  одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины); магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).

При оценивании величин  по условным (неметрическим) шкалам, имеющим реперные точки, в качестве «меры» нередко выступают вещества или материалы с приписанными им условными значениями величин. Так, для шкалы Мооса мерами твердости являются минералы различной твердости. Приписанные им значения твердости образуют ряд реперных точек условной шкалы.

   Измерительный  прибор (англ. measuring instrument) – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Примечания:

По способу индикации  значений измеряемой величины измерительные  приборы разделяют на показывающие и регистрирующие.

По действию измерительные  приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы сравнения, аналоговые и цифровые приборы, самопишущие и печатающие приборы.

   Измерительная  установка (англ. measuring installation) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Примечания:

Измерительную установку, применяемую для поверки, называют поверочной установкой. Измерительную  установку, входящую в состав эталона, называют эталонной установкой.

Некоторые большие  измерительные установки называют измерительными машинами.

   Примеры:

Установка для измерений  удельного сопротивления электротехнических материалов.

Установка для испытаний  магнитных материалов.

   Измерительная  машина – измерительная установка  крупных размеров, предназначенная  для точных измерений физических  величин, характеризующих изделие.

Примеры:

Силоизмерительная машина.

Машина для измерения  больших длин в промышленном производстве.

Делительная машина.

Координатно-измерительная  машина.

   Измерительная  система (англ. measuring system) – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

Примечания:

В зависимости от назначения измерительные системы  разделяют на измерительные информационные, измерительные контролирующие, измерительные  управляющие системы и др.

Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости  от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС).

   Примеры:

Измерительная система  теплоэлектростанции, позволяющая  получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать  сотни измерительных каналов.

Радионавигационная  система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга.

   Измерительно-вычислительный  комплекс – функционально объединенная  совокупность средств измерений,  ЭВМ и вспомогательных устройств,  предназначенная для выполнения  в составе измерительной системы  конкретной измерительной задачи.

   Стандартный  образец (англ. certified reference material) – образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Примечания:

Различают стандартные  образцы свойства и стандартные  образцы состава.

Стандартные образцы  свойств веществ и материалов по метрологическому назначению выполняют роль однозначных мер. Они могут применяться в качестве рабочих эталонов (с присвоением разряда по государственной поверочной схеме).

   Примеры:

СО свойства: СО относительной диэлектрической проницаемости, СО высокочистой бензойной кислоты.

СО состава: СО состава углеродистой стали.

   Измерительный  преобразователь (англ. measuring transducer) – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. (в ред. Изменения N 2, введенного Приказом Росстандарта от 04.08.2010 N 203-ст)

Примечания:

ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

По характеру преобразования различают аналоговые, цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи. По месту в измерительной цепи различают  первичные и промежуточные преобразователи. Выделяют также масштабные и передающие преобразователи.

   Примеры:

Термопара в термоэлектрическом термометре.

Измерительный трансформатор  тока.

Электропневматический преобразователь.

   Первичный  измерительный преобразователь  (англ. sensor) – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора (установки, системы).

Примеры:

Термопара в цепи термоэлектрического термометра.

Ряд первичных преобразователей измерительной контролирующей системы, расположенных в разных точках контролируемой среды.

   Датчик –  конструктивно обособленный первичный  преобразователь, от которого  поступают измерительные сигналы  (он «дает» информацию). Пример. Датчики  запущенного метеорологического  радиозонда передают измерительную  информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах  атмосферы.

   Средство  сравнения – техническое средство  или специально создаваемая среда,  посредством которых возможно  выполнять сравнения друг с  другом мер однородных величин  или показания измерительных  приборов.

Примеры:

Рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается  эталонная гиря, а на другую поверяемая, есть средство для их сравнения.

Градуировочная жидкость для сравнения показаний эталонного и рабочего ареометров служит необходимой средой для градуирования рабочих ареометров.

Температурное поле, создаваемое термостатом для  сравнения показаний термометров, является необходимой средой.

Давление среды, создаваемое  компрессором, может быть измерено поверяемым и эталонным манометрами  одновременно. На основании показаний  эталонного прибора градуируется поверяемый прибор.

   Компаратор (англ. comparator) – средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин.

Примеры:

Рыжачные весы.

Компаратор для  сличения нормальных элементов.

   Узаконенное  средство измерений (англ. legal measuring instrument) – средство измерений, признанное годным и допущенное для применения уполномоченным на то органом.

Примеры

Государственные эталоны  страны становятся таковыми в результате утверждения первичных эталонов национальным органом по стандартизации и метрологии.

Рабочие средства измерений, предназначенные для серийного  выпуска, узакониваются путем утверждения  типа.

   Измерительные  принадлежности – вспомогательные  средства, служащие для обеспечения  необходимых условий для выполнения  измерений с требуемой точностью.

Примеры:

Термостат.

Барокамера.

Специальные противовибрационные  фундаменты.

Устройства, экранирующие влияние электромагнитных полей.

Тренога для установки  прибора по уровню.

   Измерительная  цепь (англ. measuring chain) – совокупность элементов средств измерений, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала одной физической величины от входа до выхода. Измерительную цепь измерительной системы называют измерительным каналом.

   Измерительное  устройство – часть измерительного  прибора (установки или системы), связанная с измерительным сигналом  и имеющая обособленную конструкцию  и назначение. Пример. Измерительным  устройством может быть названо  регистрирующее устройство измерительного  прибора (включающее ленту для  записи, лентопротяжный механизм  и пишущий элемент), измерительный  преобразователь.