Метрология лекции М.Л.

Основы метрологии« Основные понятия и задачи метрологии. Области и виды измерений.  Шкалы измерений»Лекция № 1Измерения являются одним из важнейших путей раз¬вития научно-технического прогресса, познания природы и общества человеком. В практической деятельности мы постоянно имеем дело с измерениями, они имеют первостепенное значение во всех сферах производства и потребления, оценки качества товаров, внедрения новых технологий и управления ими.Наука, изучающая измерения, называется метроло¬гией. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» — мера и «логос» — учение. Дословный перевод слова «метрология» — учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной (эмпирической) наукой о различных мерах и соотноше¬ниях между ними. Метрология как наука об измерениях наиболее интенсивно стала развиваться в XX в. благодаря открытиям в области математических и физических наук. Сегодня можно считать, что уровень развития современно¬го государства, включая его торговлю, промышленность, медицину, науку, оборону, строительство, экологию и услу¬ги, в значительной мере определяется состоянием и дина¬мичным развитием метрологического обеспечения.Основные понятия и задачи метрологииТеоретическая метрология занимается фундаменталь¬ными вопросами теории измерений, разработкой новых методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных.Прикладная метрология изучает вопросы практичес¬кого применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах де¬ятельности.Законодательная метрология устанавливает обязатель¬ные правовые, технические и юридические требования по применению единиц величин, эталонов, стандартных образцов, методов и средств измерений, направленные на обеспечение единства и точности измерений в интересах общества.Предметом метрологии является получение количес¬твенной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.Главными задачами метрологии являются:•    обеспечение единства измерений (ОЕИ);•    унификация единиц величин и признание их закон¬ности;     •    разработка систем воспроизведения единиц величин и передача их размеров рабочим средствам измерений.         Основное понятие метрологии — измерение. Изме¬рение — это нахождение значения величины опытным путем с помощью специальных технических средств или, другими словами, совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины.Значимость измерений выражается в трех аспектах: фи¬лософском, научном и техническом.Философский аспект заключается в том, что измерения являются основным средством объективного познания окружающего мира, важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. Научный аспект измерений состоит в том, что с помощью изме¬рений осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки. Технический аспект измерений — это получение количес¬твенной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение условий проведения технологического процесса, качества продукции и эффек¬тивного управления процессом.        Величи¬на — одно из свойств объекта (системы, явления, процес¬са), которое может быть выделено среди других свойств и оценено (измерено) тем или иным способом, в том числе и количественно. Если свойство объекта (явления, процесса) является качественной категорией, так как ха¬рактеризует отличительные особенности в различии или общности его с другими объектами, то понятие величины служит для количественного описания одного из свойств этого объекта. Величины подразделяются на идеальные и реальные, последние из которых бывают физичес¬кие и нефизические. Пример физических величин и их классификация приведены на рис. 5.1. Рис. 5.1 Классификация физических величинКоличественное содержание ин¬дивидуального свойства объекта является размером вели¬чины, а числовую оценку ее размера называют значением величины. Например, разные вещества обладают той или иной плотностью, но каждое из них имеет вполне оп¬ределенное значение: у воды плотность при 20 °С равна 0,998 г/см3, а ртути — 13,540 г/см3. Отсюда следует, что одна и та же величина как вполне определенное свойство будет при одинаковых единицах измерения для разных веществ, фаз и систем отличаться размером.Единица величины — это фиксированное значение ве¬личины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения одно¬родных с ней величин. Различают истинное значение величины, идеально отражающее свойство объекта, и дейс¬твительное — найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению величины и которое можно использовать вместо него.Основное  уравнение измерения:Q=q[Q],    (5.1)где Q — значение величины — это оценка ее размера в ви¬де некоторого числа принятых для нее единиц; q — числовое значение величины Q — отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной величины; [Q] — выбранная единица измерения величины Q. Например, за единицу измерения напряжения элек¬трического тока принят 1 В, тогда значение напряжения электрической сети U= q • [U] = 220 • [1 В] = 220 В. Здесь числовое значение q = 220. Но если за единицу напряже¬ния принять [1 кВ], то U= q • [U] = 0,22- [1 кВ] = 0,22 кВ, т.е. числовое значение q - 0,22. Таким образом, примене¬ние различных единиц (1 В и 1 кВ) приводит к изменению числового значения результата измерения.Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах ве¬личин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты из¬мерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.Лекция № 2Области и виды измеренийОбласть измерений — совокупность измерений вели¬чин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Вид измерений — часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.Принято различать следующие области и виды изме¬рений:1.    Измерение геометрических величин: длин, отклонений формы поверхностей, параметров сложных поверхнос¬тей, углов.2.    Измерение механических величин: массы, плотности, силы, количества движения, мощности, энергии, вяз¬кости, напряжений.3.    Измерение параметров потока, расхода, уровня, объема веществ.    4.    Измерение давления: избыточного давления; абсолют¬ного давления, переменного давления, вакуума.5.    Физико-химические измерения.6.    Теплофизические и температурные измерения: темпе¬ратуры, теплофизических величин.7.    Измерения времени и частоты.8.    Измерения электрических и магнитных величин: силы электрического тока, электрического заряда, электрического напряжения, потока электрического смещения, электрической емкости, магнитодвижу¬щей силы, магнитной индукции, магнитного потока,   индуктивности, электрического сопротивления, элек¬трической проводимости,   магнитной      проводимости, активной мощности, энергии.   9.   Радиотехнические измерения.10.    Измерения акустических величин: периода, частоты периодического процесса, длины волны, звукового давления, скорости звука, звуковой мощности, вре¬мени реверберации.11.    Оптические и оптико-физические измерения.12.    Измерения ионизирующих излучений: поглощенной дозы ионизирующего излучения; активности радио¬нуклидов; эквивалентной дозы ионизирующего излу¬чения.Объектом измерения являются система, процесс, явле¬ние и т.д., которые характеризуются одной или нескольки¬ми измеряемыми величинами. Примером объекта измере¬ний может быть технологический химический процесс, во время которого измеряют температуру, давление, энергию, расход веществ и материалов и другие параметры.Шкалы измеренийИзмерения различных величин, характеризующих свой¬ства систем, явлений и других процессов, занимают важное место в повседневной жизни. Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства обра¬зуют множества, отображения элементов которых образуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений коли¬чественного свойства является шкалой величины. Шкала величины — это упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерений данной величины.В метрологии установлены различные типы шкал измерений.Шкалы наименований характеризуются оценкой (отно¬шением) эквивалентности различных качественных про¬явлений свойства. Эти шкалы не имеют нуля и единицы измерений, в них отсутствуют отношения сопоставления типа «больше — меньше». Это самый простой тип шкал.Пример шкалы наименований: шкалы цветов, представля¬емые в виде атласов цветов. При этом процесс измерений заключается в достижении (например, при визуальном на¬блюдении) эквивалентности испытуемого образца с одним из эталонных образцов, входящих в атлас цветов.Шкалы порядка описывают свойства величин, упоря¬доченных по возрастанию или убыванию оцениваемого свойства, т.е. позволяют установить отношение боль¬ше/меньше между величинами, характеризующими это свойство. В этих шкалах в ряде случаев имеется нулевая отметка, но принципиальным для них является отсутствие единицы измерения, поскольку невозможно установить, в какое число раз больше или меньше проявляется свойс¬тво величины. Шкалы порядка: шкалы измерения твердо¬сти, баллов силы ветра, землетрясений, цветности воды, степени волнения моря. Например, для оценки степени волнения моря применяется условная 9-балльная шкала, в которой установлены соотношения между баллами и элементами волн (высота, длина, период). Шкала скорости ветра (шкала Бофорта) устанавливает соотношение между баллами и скоростью ветра (17-балльная шкала).Шкалы интервалов (разностей) описывают свойства величин не только с помощью отношений эквивалент¬ности и порядка, но также и с применением отношений суммирования и пропорциональности интервалов (раз¬ностей) между количественными проявлениями свойс¬тва. Шкалы интервалов могут иметь условно выбранное начало — нулевую точку и единицы измерений. К таким шкалам, например, относятся летосчисление по различ¬ным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово, либо температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта, Реомюра.Шкала интервалов величины Q описывается уравне¬ниемQ=Qo + q [Q],    (5.3)где q — числовое значение величины; Qo  — начало отсчета шкалы; [Q]- единица рассматриваемой величины.Такая шкала определяется заданием начала отсчета Qo шкалы и единицы величины [Q].      Шкалы отношений описывают свойства величин, для множества количественных проявлений которых применимы логические отношения эквивалентности, порядка и про¬порциональности. В шкалах отношений существует естест¬венный нуль и устанавливается единица измерения.Шкалы отношений описываются уравнением  Q= q [Q],где Q — величина, для которой строится шкала;[Q] — единица измерения величины;q — числовое значение величины.А переход одной шкалы отношений к другой осущест¬вляется через уравнениеq1=q2 Примерами шкалы отношений являются шкалы массы и термодинамической температуры, электромагнитных волн.Абсолютные шкалы, кроме всех признаков шкал отно¬шений, обладают дополнительным признаком: в них при¬сутствует однозначное определение единицы измерения. Эти шкалы присущи таким относительным единицам, как коэффициенты усиления, ослабления, полезного действия и т.д. Ряду абсолютных шкал, например, коэффициентов полезного действия, присущи границы, заключенные между нулем и единицей.Условные шкалы — шкалы величин, в которых не определена единица измерения. К ним относятся шкалы наименований и порядка.Шкалы интервалов, отношений и абсолютные назы¬ваются обычно метрическими (физическими), а шкалы наименований и порядка — неметрическими. Практи¬ческая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и способов и условий их однозначного воспроизве¬дения.«Система метрологического обеспечения вРоссийской Федерации»Лекция № 3Нормативная база законодательной метрологииЗаконодательная метрология — это раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных нормативно-правовых, технических и юридических требо¬ваний по применению единиц величин, средств и мето¬дов измерений, эталонов, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества. Она распространяется на такие законодательно регулируемые сферы деятельности, существующие в лю¬бом государстве, как торговля, здравоохранение, безопас¬ность, охрана окружающей среды.Законодательная метрология служит средством госу¬дарственного регулирования метрологической деятельнос¬ти посредством законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через метрологические службы государственных органов управления и юриди¬ческих лиц.В настоящее время создана система законодательного управления метрологической деятельностью на базе:—    Конституции Российской Федерации;—    Федерального закона № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»;—    Других федеральных законов, регулирующих отноше¬ния в области обеспечения единства измерений;—    других нормативных и правовых документов по обес¬печению единства измерений (рис. 6.1). Рис. 6.1. Законодательная база метрологической деятельностиЦелями Закона являются:—    установление правовых основ обеспечения единства измерений в РФ;—    защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недос¬товерных результатов измерений и обеспечение их потребности в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений;—    содействие развитию экономики РФ и научно-техни¬ческому прогрессу.В Законе установлено, что сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распро¬страняется на:—    здравоохранение;—    ветеринарную деятельность;—    охрану окружающей среды;—    обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуа¬циях;—    обеспечение безопасных условий и охраны труда;—    производственный контроль за соблюдением установ¬ленных законодательством требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производствен¬ного объекта;—    торговлю и товарообменные операции, расфасовку товаров;—    выполнение государственных учетных операций;—    оказание услуг почтовой связи и электросвязи;—    оборону и безопасность государства;—    геодезическую и картографическую деятельность;—    гидрометеорологию;—    проведение банковских, налоговых и таможенных операций;—    оценку соответствия продукции обязательным требо¬ваниям;—    проведение официальных спортивных соревнований, обеспечение подготовки спортсменов высокого класса;—    выполнение поручений суда, органов прокуратуры, государственных органов исполнительной власти;—    осуществление мероприятий государственного конт¬роля (надзора).Основные задачи государственной системы измерений:•    разработка оптимальных принципов управления де¬ятельностью по обеспечению единства измерений;•    организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров;•    установление системы единиц величин и шкал изме¬рений, допускаемых к применению;•    установление основных понятий метрологии, унифи¬кации их терминов и определений;•    установление экономически рациональной системы государственных эталонов;•    создание, утверждение, применение и совершенство¬вание государственных эталонов;•    установление систем (по видам измерений) передачи размеров единиц величин от государственных эталонов средствами измерений, применяемыми в стране;•    создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплектных поверочных установок и ла¬бораторий;•    установление общих метрологических требований к эталонам, средствам измерений, методикам выпол¬нения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений;•    осуществление государственного метрологического надзора за состоянием и применением средств изме¬рений, эталонами единиц величин, соблюдением мет¬рологических правил и норм, количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;•    аттестация методик выполнения измерений;•    калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора;•    аккредитация метрологических служб и иных  юридических или физических лиц по различным видам метрологической деятельности;•    аккредитация поверочных, калибровочных, измери¬тельных, испытательных и аналитических лаборато¬рий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в РФ систем аккре¬дитации.Государственная система обеспечения единства изме¬рений состоит из трех подсистем:1)    правовой;2)    технической;3)    организационной.Лекция № 4Организационная структура обеспечения единства измеренийЗаконодательство и другие нормативно-правовые акты, метрологическая наука в сочетании с метрологическими службами и метрологическим надзором составляют систе¬му обеспечения единства измерений в стране. Обеспечение единства измерений в Российской Федерации выполняют следующие службы:—    федеральные органы исполнительной власти, осуществляющие установленные Правительством РФ функциив области метрологии;—    государственные научные метрологические институты;  —_государственные региональные центры метрологии;  — метрологические службы;  — организации, осуществляющие деятельность по обес¬печению единства измерений. Основными задачами федеральных органов исполни¬тельной власти являются:•    разработка государственной политики и норматив¬но-правового регулирования в области обеспечения единства измерений;•    организация взаимодействия с международными ор¬ганизациями в области обеспечения единства изме¬рений;•    реализация государственной политики в области обес¬печения единства измерений;•    координация деятельности в области обеспечения единства измерений;•    осуществление государственного метрологического надзора.В систему метрологического обеспечения входит ряд государственных научных метрологических центров и на¬учно-исследовательских институтов. Наиболее крупные из них — Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС, г. Москва), Всерос¬сийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ, г. Санкт-Петербург), Все¬российский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Московская область), Уральский научно-исследователь¬ский институт метрологии (УНИИМ, г. Екатеринбург), Всероссийский научно-исследовательский институт оп¬тико-физических измерений (ВНИИОФИ, г. Москва), Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (СНИИМ, г. Новосибирск), Всерос¬сийский научно-исследовательский институт расходометрии (ВНИИР, г. Казань).Основные задачи государственных научных метроло¬гических институтов:—    проведение фундаментальных и прикладных научных исследований, экспериментальных разработок в об¬ласти обеспечения единства измерений;—    разработка, совершенствование, содержание, сличение и применение государственных первичных эталонов единиц величин;—    передача единиц величин от государственных первич¬ных эталонов;—    участие в разработке проектов нормативных докумен¬тов;—    проведение метрологической экспертизы нормативных и правовых документов;—    создание и ведение Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений;—    участие в международном сотрудничестве в области метрологии.Для целей обеспечения единства измерений в Россий¬ской Федерации созданы:1)    Государственная служба времени, частоты и опре¬деления параметров вращения Земли;2)    Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах ве¬ществ и материалов;3)    Государственная служба стандартных образцов со¬става и свойств веществ и материалов.«Основные понятия об измерениях и средствах измерений»Лекция № 5Классификация измеренийВсе измерения классифицируют (рис. 8.2):•    по способу получения информации;•    по характеру изменения получаемой информации в процессе измерения;•    по количеству измерительной информации;•    по отношению к основным единицам. Рис. 8.2 Классификация измеренийПо способу получения информации измерения разделя¬ются на следующие виды:      1. Прямые измерения, при которых искомое значение измеряемой величины получают непосредственно (пу¬тем сравнения величины с ее единицей). При прямых измерениях объект исследования приводят во взаимо¬действие со средством измерений и по его показаниям отсчитывают значение измеряемой величины.К прямым измерениям относятся измерение массы при помощи весов и гирь, силы тока — амперметром, температуры — термометром, измерение длины — ли¬нейкой.        2. Косвенные измерения, при которых искомое значение величины определяют на основании прямых измере¬ний других величин, функционально связанных извест¬ной зависимостью с искомой величиной. Например, плотность тела можно определить по результатам измерений массы т и объема V:ρ     (8.1)а скорость при равномерном движении — по результатам измерений пройденного пути S и времени τ:                                                                                          (8.2)3.    Совокупные измерения, при которых одновремен¬но проводятся измерения нескольких одноименных величин и искомое значение величины, определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях, при этом число уравнений должно быть не меньше числа величин. Например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь.4.    Совместные измерения, при которых одновременно проводятся измерения двух или нескольких не од¬ноименных величин для определения зависимости между ними, например, зависимость длины объекта от температуры.По характеру изменения получаемой информации в про¬цессе измерений измерения подразделяются на статичес¬кие и динамические.Статические измерения — это такие измерения, ког¬да измеряемая величина принимается за неизменную на протяжении времени измерения, например, измерение размеров земельного участка.Динамическое измерение — это измерение, в процессе которого измеряемая величина изменяется.Развитие средств измерений и повышение их чувс¬твительности позволяет сегодня обнаружить изменение величин, ранее считавшихся постоянными, поэтому раз¬деление измерений на динамические и статические можно считать условным.По количеству измерительной информации измерения делятся на однократные и многократные.Однократные измерения выполняются один раз, а мно¬гократные позволяют получить результат из нескольких следующих друг за другом измерений одного и того же объекта. При однократных измерениях показания средств измерений являются результатом измерений, погрешность используемого средства измерений определяет погреш¬ность результата измерения. Применение многократных измерений позволяет повысить точность измерения до определенного предела.По отношению к основным единицам измерения делятся на абсолютные и относительные.Абсолютные измерения основаны на прямых изме¬рениях одной или нескольких основных величин или использовании значений физических констант. Например, определение массы в килограммах, количества вещест¬ва—в молях, частоты — в герцах.Относительные измерения — это измерения отноше¬ния величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отно¬шению к одноименной величине, принимаемой за исход¬ную. Например, относительная влажность определяется как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре, и выражается в процентах.Лекция № 6Основные характеристики и критерии качества измерений        К основным характеристикам измерений, которые определяют и качество измерений, относятся: принцип, метод, погрешность результатов измерения, точность, пра-вильность, сходимость и воспроизводимость результатов измерений, предел и границы обнаружения.Приведем определения основных характеристик из¬мерений.Принцип измерений — явление, закон или эффект, по¬ложенные в основу измерений. Например, применение эффекта Доплера для измерения скорости движения звезд, вращения небесных тел.Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соот¬ветствии с реализованным принципом измерений. Методы измерений классифицируются по различным признакам. Один из них — это физический принцип, лежащий в основе измерений. Например, проведение измерений с помощью ядерного магнитного резонанса (магнитные измерения), электронной спектроскопией (оптические измерения) и др. Наиболее распространенное деление методов измерений — это на методы непосредственной оценки и методы сравнения. Метод непосредственной оценки позволяет определить значение величины по по-казанию средства измерения, которое заранее проградуировано в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых она зависит. Метод сравнения предусматривает сопоставление измеряемой величины с величиной, воспроизводимой мерой. Особенностью этого метода является непосредственное участие мер в процессе измерения. Методы сравнения подразделяются на дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений. Каждый метод измерений характеризуется определенной погрешностью измерений.Погрешность измерений — отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения из¬меряемой величины. Погрешность измерений представ¬ляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину.          Сходимость—  близость друг к другу результатов из¬мерений одной и той же величины, полученных по одной методике, выполненных одним и тем же средством измерений, одним и тем же оператором в одинаковых условиях, в одной и той же лаборатории.Воспроизводимость — близость результатов измере¬ний одной и той же величины, полученных по единой методике, выполненной в разных лабораториях, разными экземплярами средств измерений, разными операторами, в разное время. Воспроизводимость результатов измерений зависит также от однородности и стабильности характе¬ристик испытуемого образца.Точность — характеристика качества измерений, от¬ражающая близость к нулю погрешности результатов измерений. Высокая точность измерений соответствует малым величинам погрешностей измерения.        В 2002 г. в России введены в действие национальные стандарты ГОСТ Р ИСО 5725-2002 часть 1-6 под общим заголовком «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений», которые являются прямым применением шести частей основополагающего международного стандарта ИСО 5725. Эти стандарты ис¬пользуются в практической деятельности при разработке, аттестации и применении методик выполнения изме¬рений, стандартизации методик контроля (испытаний, измерений, анализа), испытаниях продукции, в том числе для целей подтверждения соответствия, оценки компетен¬тности испытательных лабораторий согласно требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006. Стандарты ИСО 5725 могут применяться для оценки точности выполнения измерений различных величин, характеризующих изме¬ряемые свойства того или иного объекта, в соответствии со стандартизованной процедурой. Следует отметить, что в отечественной метрологии точность и погрешность результатов измерений, как правило, определяются срав¬нением результатов измерений с истинным или дейст¬вительным (условно истинным) значением измеряемой величины. Часто за действительное значение принимают общее среднее значение (математическое ожидание) установленной совокупности результатов измерений. В ИСО 5725 вместо термина «действительное значение» введен термин «принятое опорное значение», который и рекомендуется для использования в практике. Термины «правильность» и «прецизионность» в отечественных нор¬мативных документах по метрологии до введения серии стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 не использовались.Дадим определение этих терминов.Правильность характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному (действительному) или принятому опорному значению. Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности.Прецизионность — степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в кон¬кретных регламентированных условиях. Мера прецизион¬ности обычно вычисляется как стандартное отклонение результатов измерений. Крайние показатели прецизион-ности — повторяемость (сходимость) и воспроизводимость широко используются в отечественных нормативных документах, в том числе в большинстве национальных стандартов на методы контроля. Термин «точность» в со¬ответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1—2002 определяется как степень близости результата измерений к применяемому опорному значению.Внедрение стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 направлено на более эффективную реализацию требований националь¬ной системы стандартизации при разработке стандартов на методы контроля продукции различных отраслей промышленности.Таким образом, при правильном выборе метода из¬мерений, повышая такие показатели, как точность, пра¬вильность, уменьшая погрешности измерений, можно достигать высокого качества измерений.Лекция № 7Средства измеренийИзмерения выполняются с помощью специальных технических средств, имеющих нормированные метроло¬гические характеристики, воспроизводящие и хранящие единицу измеряемой величины, размер которой принима¬ется неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени, Такие техничес¬кие средства являются средствами измерений. Данное оп¬ределение раскрывает метрологическую сущность средства измерения, заключающуюся, во-первых, в «умении» хра¬нить (или воспроизводить) единицу измеряемой величины и, во-вторых, в неизменности размера хранимой единицы. К средствам измерений относятся меры, компараторы, измерительные преобразователи и приборы, измеритель¬ные установки, системы и комплексы (рис. 8.3). Рис. 8.3. Классификация средств измерений  Меры предназначены для воспроизведения и (или)хранения величины одного или нескольких заданныхразмеров. К мерам, например, относятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы. Меры, воспроизводящие измеряемую величину одного размера, называются однозначными. Меры, воспроизводящие измеряемую величину разных размеров, называются многозначными. Примером многозначной меры является миллиметровая линейка, воспроизводящая, наряду с миллиметровыми, также и сантиметровые размеры длины. Применяются также меры в виде наборов и магазинов мер.       Часто к однозначным мерам относят стандартные образцы и стандартные вещества. Указанное на мере значение величины является номинальным значением меры. В специальном свидетельстве, придаваемом мере, указывается действительное значение, определенное при высокоточных измерениях с помощью соответствующего эталона. Разность между номинальным и действительным значениями называется погрешностью меры. Величина, обратная погрешности меры по знаку, представляет по¬правку к номинальному значению меры.            Измерительные преобразователи предназначены для преобразования измеряемой величины в другую вели¬чину или измерительный сигнал с целью представления измеряемой величины в форме, удобной для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Данные преобразователи входят в состав изме¬рительных приборов, установок, систем или применяются вместе с каким-либо средством измерений. Самым распро¬страненным по количеству видом средств измерений явля¬ются первичные измерительные преобразователи, которые служат для непосредственного восприятия измеряемой ве¬личины, как правило, неэлектрической, и преобразования ее в другую величину — электрическую.          По характеру преобразования измерительные пре¬образователи разделяются на аналоговые, аналого-цифровые (АЦП), Цифро-аналоговые (ЦАП). Указанные преоб¬разователи почти всегда являются промежуточными.Измерительные приборы предназначены для полу¬чения значений измеряемой величины в установленном диапазоне. Измерительные приборы представляют собой конструктивно объединенную совокупность первичных и промежуточных преобразователей. Измерительные приборы прямого действия преобразуют измеряемую величину, как правило, без изменения ее рода и отображают ее на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины (амперметры, вольтметры и др.).Более точными являются приборы сравнения, предна¬значенные для сравнения измеряемых величин с величи¬нами, значения которых известны. Например, измерение массы с помощью эталонных гирь на равноплечных ве¬сах или с помощью мостовых цепей. По способу отчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие, в том числе на аналоговые и цифровые, и регистрирующие. Регистрирующие приборы по способу записи делятся на самопишущие и печатающие. В самопи¬шущих приборах запись показаний представляется в гра¬фическом виде, в печатающих — в числовой форме.Измерительные установки и системы представляют со¬бой совокупность функционально объединенных средств измерений, мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств с целью измерений одной или нескольких величин объ¬екта измерений.В настоящее время большинство измерительных систем являются автоматизированными.  Несмотря на различные наименования (АИС — автоматизированная измеритель¬ная система, ИИС — информационно-измерительная система, ИВК — измерительно-вычислительный комп¬лекс), все они по существу обеспечивают автоматизацию процессов измерений, обработки и отображения резуль¬татов измерений. Измерительные системы и комплексы широко используются для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.Лекция № 8Принципы выбора средств измеренийВыбор средств измерений определяет качество изме¬рений. Измерения, выполняемые средствами измерений более низкого класса, чем требуемые, приводят к росту забракованной продукции, неверным выводам по качеству продукции.При выборе средств измерений необходимо учитыватьряд факторов:•    характеристику измеряемой величины и диапазонизмерений;•    метод измерения, реализуемый в средстве измерений;•    диапазон и погрешность средств измерений;•    условия проведения измерений;•    допускаемую погрешность измерений;•    стоимость средств измерений;•    простоту их эксплуатации;•    ресурс средств измерений;•    потери из-за погрешностей измерений.Отсутствие единого фактора, по которому можно срав¬нивать средства измерений, затрудняет решение задачи.Основными характеристиками средств измерений являются погрешности. Они наиболее существенно вли¬яют на качество измерений, поэтому при выборе средств измерений их рассматривают в первую очередь.      Существует три основных подхода выбора средств измерений.       Экономический подход (наиболее оптимальный, так как учитывает практически все показатели). При этом необходимо иметь в виду то, что:—    повышение точности измерений позволяет точнее регулировать производственный процесс;—    более точные измерения позволяют сократить допуск на изделия;—    повышение точности измерений приводит к уменьше¬нию доли необнаруженного брака.Как правило, с ростом погрешности изменений потери растут, а затраты на измерения снижаются.         Вероятностный подход заключается в выборе точности средств измерений по заданному допуску на контро¬лируемый параметр изделия и заданным значениям брака контроля I и II рода (необнаруженный и ложный брак).Если контроль осуществляется абсолютно точными средствами измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у кото¬рых измеряемый параметр превышает допуск, были бы признаны негодными.           Директивный подход позволяет установить соотноше¬ния между допуском на контролируемый параметр и предельно допускаемой погрешностью измерений. Однако такой подход не учитывает важности изме¬ряемого параметра и экономических последствий от недостоверного контроля. Лекция № 9-10Метрологические характеристики средств измеренийМетрологическая характеристика средств измерения- это  характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои мет¬рологические характеристики. Тип средств измерений — совокупность средств измерений, предназначенных для измерения одних и тех же величин, выраженных в одних и тех же единицах величин, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленные по одной и той же технической докумен¬тации. Перечень метро¬логических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования изложены в ГОСТ 8.009—84 «Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристи¬ки средств измерений».Погрешности измерений и средств измеренийВ настоящее время измерение является неотъемлемой частью практически любой деятельности человека. Фак¬тически измерения — это процесс, завершающим этапом которого является «результат измерения». Любой результат измерения содержит погрешность, которая складывается из ряда факторов.Погрешность результатов измерения является важной характеристикой измерения, она вычисляется или оцени¬вается, или приписывается полученному результату.Погрешность результата измерения — это отклонение результата измерений (Хизм) от истинного (действитель¬ного) значения (Хист(действ) измеряемой величины. Чаще всего она указывает границы неопределенности значения измеряемой величины. Погрешность средства измере¬ния — разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Она характеризует точность результатов изме¬рений, проводимых данным средством. Эти два понятия во многом близки друг другу и классифицируются по одинаковым признакам. По форме представления по¬грешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные.Погрешность измерений, как правило, представляют в виде абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины