В круг объектов метрологии входят. Международная система единиц измерений физических величин (СИ). Перечислите основные физические величины и единицы их измерения. Косвенный метод измерений

Объектом метрологии являются физические величины. Под понятием «физическая величина» в метрологии, как и в физике, понимается свойство физических объектов (систем), общее в качественном отношении многим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта, т. е. свойство, которое может быть для одного объекта в то или иное число раз больше или меньше, чем для другого (например, длина, масса, плотность, температура, сила, скорость). Количественное содержание свойства, соответствующего понятию «физическая величина», в данном объекте – размер физической величины.

Совокупность величин, связанных между собой зависимостями, образует систему физических величин. Объективно существующие зависимости между физическими величинами представляют рядом независимых уравнений. Число уравнений mвсегда меньше числа величин n. Поэтому mвеличин данной системы определяют через другие величины, а п – mвеличин – независимо от других. Последние величины принято называть основными физическими величинами, а остальные – производными физическими величинами.

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В России действует ГОСТ 8.417-2002, предписывающий обязательное использование СИ. В нем перечислены единицы измерения, приведены их русские и международные названия и установлены правила их применения. По этим правилам в международных документах и на шкалах приборов допускается использовать только международные обозначения. Во внутренних документах и публикациях можно использовать либо международные либо русские обозначения (но не те и другие одновременно).

Производные единицы Международной системы единиц образуются с помощью простейших уравнений между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Так, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости равномерного движения v = l/ t.

При длине пройденного пути (в метрах) и времени t, за которое пройден этот путь (в секундах), скорость выражается в метрах в секунду (м/с). Поэтому единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время t с перемещается на расстояние 1 м.

Субъекты метрологии:

– государственная метрологическая служба;

– метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц;

– метрологические организации.

41. Определение, виды и методы измерений

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, называемых средствами измерений. Получаемая при этом информация называется измерительной информацией.

Измерения базируются на определенных принципах. Принцип измерений – это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Совокупность приемов использования принципов и средств измерений определяется как метод измерений. Метод измерений является основной характеристикой конкретных измерений. Различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. В НТД и литературе этот метод иногда называют методом прямого преобразования.

Метод сравнения – метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения реализуется на практике в виде следующих модификаций: нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (его называют также компенсационным); дифференциальный метод, при котором образуют и измеряют разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой; метод совпадений, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов; метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Основные свойства состояния измерений:

– точность результатов измерений;

– воспроизводимость результатов измерений;

– сходимость результатов измерений;

– быстрота получения результатов;

– единство измерений.

При этом под воспроизводимостью результатов измерений понимается близость результатов измерений одной и той же величины, полученные в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, однако в одних и тех же условиях измерений (температуре, давлении, влажности и т. д.).

Сходимость результатов измерений – это близость результатов измерений одной и той же величины, проведенных повторно с применением одних и тех же средств, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с той же тщательностью.

Измерение – это отображение эмпирической системы в числовую систему, сохраняющую порядок отношений между объектами. Классическая концепция измерения как способа приписывания объектам значений переменных называется оцениванием. Отображение свойства объекта на шкалу осуществляется здесь в условных единицах.

Собственно измерение требует определения единицы – эталона шкалы. В этом случае измерению поддаются лишь пространственные и временные признаки, а также численность – аддитивные величины. Однако в социальных и поведенческих науках получил признание более широкий взгляд на измерение как на приписывание объектам значений в соответствии с заданной системой отношений на различных уровнях.

Субъекты метрологии - юридические и физические лица, осуществляющие метрологическую деятельность К ним отно­сятся международные и региональные организации по метрологии, а также метрологические службы (государственные и юри­дических лиц).

Метрологическая служба - организующие и/или выполняю­щие работы и/или оказывающие услуги по обеспечению един­ства измерений структурное подразделение центрального аппа­рата федерального органа исполнительной власти и/или его тер­риториального органа, юридическое лицо или структурное под­разделение юридического лица либо объединения юридических лиц, работники юридического лица, индивидуальный предпри­ниматель .

Различают три уровня субъектов метрологии: международ­ный, региональный и национальный (рис. 2.4).

Международный уровень представлен международными мет­рологическими организациями, в состав которых входят пред­ставители национальных организаций по метрологии, а регио­нальный - метрологическими организациями стран определен­ного региона земного шара. Национальный уровень метрологии имеет два подуровня:

Государственный;

Службы юридических лиц.

Государственный подуровень метрологии включает Ростехре-гулирование, научные метрологические центры (НМЦ) и центры стандартизации и метрологии (ЦСМ). Каждая группа субъектов национального подуровня обладает определенными функциями и областью компетентности.

Ростехрегулирование (Федеральная служба по техническому регулированию и метрологии) осуществляет государственное управление обеспечением единства измерений. К его компетен­ции относится:

Представление Правительству РФ предложений по едини­цам величин, допускаемым к применению;

Установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

Определение общих метрологических требований к сред­ствам, методам и результатам измерений;

Осуществление государственного метрологического конт­роля и надзора,

Осуществление контроля за соблюдением условий между­народных договоров Российской Федерации о признании результатов испытаний и поверки средств измерений;

МКМВ - Международный комитет мер и весов, МБМВ - Международное бюро мер и весов, МОЗМ - Международная организация законодательной метрологии, ИСО - Международная организация по стандартизации, ТК - технический комитет, ГНМЦ - государственные научные метрологи­ческие центры, РКС - Российская калибровочная служба, МСО - метро­логическая служба отраслей, МСП - метрологическая служба предприятий, ЦСМ - центр стандартизации и метрологии

Руководство деятельностью Государственной метрологи­ческой службы и иных государственных служб обеспече­ния единства измерений;

Участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

Государственная метрологическая служба находится в веде­нии Ростехрегулирования и включает:

Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ);

Органы Государственной метрологической службы в регио­нах России.

ГНМЦ представлены Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов, состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной служ­бой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД). Руководство и коор­динацию их деятельности осуществляет Ростехрегулирование.

ГНМЦ несут ответственность за создание, совершенствова­ние, хранение и применение государственных эталонов единиц величин, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений

В состав органов Государственной метрологической службы входят ЦСМ, осуществляющие государственный метрологичес­кий контроль и надзор во всех регионах России.

Метрологическая служба юридических лиц представлена мет­рологическими службами федеральных органов управления и предприятий (МСП), являющихся юридическими лицами (Закон об обеспечении единства измерений). Метрологические службы в государственных органах управления и на предприятиях созда­ются при необходимости в установленном порядке для выполне­ния работ по обеспечению единства и требуемой точности изме­рений, а также для осуществления метрологического контроля и надзора. При выполнении работ в сферах, где необходима поверка средств измерения, создание метрологических служб и иных организационных структур по обеспечению единства изме­рений является обязательным.

Метрологические службы юридических лиц осуществляют метрологический контроль путем калибровки средств измере­ний, надзора за состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками измерений, эталонами единиц величин, применяемыми для калибровки средств измерений, а также за соблюдением установленных метрологических правил и норм. Кроме того, они осуществляют проверки своевремен­ности представления средств измерений на испытания в целях утверждения типа средств измерений, а также на поверку и калибровку.

Объекты и субъекты метрологии

Вопросы:

Объекты метрологии. Величины, их классификация и характеристика

Классификация физических величин и единиц их измерения

Виды измерений

Субъекты метрологии, их классификация и краткая характеристика

1. Объекты метрологии: величины, их классификация и характеристики

Основными объектами метрологии являются величины и измерения.

Величина - свойство измеряемого объекта, общее в качественном отношении для всех одноименных объектов, но индивидуальное - в количественном.

Величины подразделяются на физические и нефизические.

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

Не физические величины - свойства экономических, психологических и тому подобных объектов, не относящихся к физическим объектам. Их измерение производится опосредовано, через физические величины.

Например, экономическая характеристика - цена - имеет денежное выражение относительно определенных единиц измерения (килограмм, метр и т.п.). Такое психологическое свойство личности, как быстрота реакции выражается в единицах времени (например, время принятия решений).

Долгое время считалось, что объектами метрологии могут быть лишь физические величины. Однако в последнее время возникла необходимость измерения и нефизических величин, в основном через физические величины. Таким образом, сфера применения метрологии значительно расширилась.

Вместе с тем необходимо отметить, что отдельные авторы (М.Н. Селиванов, И.М. Лифиц) считают, что к нефизическим величинам целесообразно применять термин не «измерение», а «оценивание». В то же время в новом ФЗ ОЕИ применяется только термин «измерение».

Из определения термина «величина» следует, что она имеет две характеристики: качественную , или размерность , определяемую как наименование, и количественную , или размер , определяемую как значение измеряемой величины.

Получение информации о размере физической и нефизической величины является целью и конечным результатом любого измерения.

Совокупность наименований физических величин и единиц их измерений составляют систему измерений .

Значения измеряемых величин, как отмечалось, индивидуальны и в определенной мере случайны, что обусловлено основным постулатом метрологии : «Любой отсчет является случайным».

Несмотря на это в метрологии принято различать следующие значения физических величин: истинное, действительное и результат наблюдения.

Истинное значение физических величин - значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующую физическую величину.

Действительное значение физических величин - значение физических величин, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может его заменить.

Результат наблюдения - однократное фактически измеренное значение физических величин.

Значения физических величин выражаются в установленных, принятых единицах измерения.

Единица величины - фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин.

Измерение конкретной физической величины производят путем ее сравнения с величиной, принятой за единицу этой величины. Результатом измерения будет определенное число, показывающее соотношение измеряемой величины с единицей физической величины.

2. Классификация физических величин и единиц их изменения

Классификация единиц измерения физических величин представлена на рис. 2.2.

Основная физическая величина - величина, условно принятая в качестве независимой от других физических величин. Примером основной физической величины могут служить длина, масса и т.п. (табл. 2.1).

Основная физическая величина - это физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы (табл. 2.1).

Производная физическая величина - физическая величина, определяемая через основные величины этой системы. К производным величинам относятся объем, площадь, скорость движения, относительная плотность и др.

Производная единица физической величины - единица производной физической величины. Производные физические величины могут быть получены из одноименных или разноименных физических величин. Примером одноименных величин могут служить дольные единицы массы грамм, миллиграмм или кратные - тонна (т), центнер (ц), а разноименных - метр в секунду (м/с), грамм на дециметр кубический (г/дм3) и т.п.

Система единиц физических величин - совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

Первой системой единиц физических величин была метрическая система, в которой вначале было две основные единицы: метр - единица длины и грамм - единица веса. Метрическая система сначала была принята во Франции (1840), затем в Германии (1849). В дальнейшем она была допущена наряду с национальными системами в Великобритании (1864), США (1866), России (1899). Однако наряду с метрической системой в других странах использовались и национальные, исторически сложившиеся системы, которые применяются и в настоящее время. Например, в Великобритании, США и Канаде до сих пор используются единицы, не имеющие целочисленного десятичного соотношения с метрической системой.

В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц, содержащую шесть основных физических величин и обозначаемую сокращенно SI , в русской транскрипции - СИ. В 1970 г. эта система была дополнена седьмой основной физической единицей - количеством вещества - молем. В 1980 г. СИ была принята в нашей стране. (см. табл. 2.1).

Единица длины - метр - длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 доли секунды.

Единица массы - килограмм - масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени - секунда - продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 не возмущенного внешними полями.

Единица силы электрического тока - ампер - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.

Единица термодинамической температуры - кельвин - 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается выражение термодинамической температуры в градусах Цельсия.

Единица количества вещества - моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углевода- 12 массой 0,012 кг.

Единица силы света - кандела - 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.

Как отмечалось, наряду с системными единицами СИ допускается применение внесистемных единиц. Примером внесистемных единиц массы, являющимися производными от килограмма, могут служить тонна, центнер, пуд, карат, золотник и др.

Производные единицы физических величин подразделяются на системные и внесистемные, а по отношению к основным единицам - на кратные и дольные.

Кратная единица физической величины - единица физической величины, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица физической величины - единица физической величины в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

Примером кратной единицы длины основной единице - метру - служат километр, а дольной - миллиметр, сантиметр, дециметр.

Для удобства применения единиц физических величин приняты приставки для образования кратных и дольных единиц, например, деци, санти и т.д.

К субъектам метрологии относятся: 1) Государственная метрологическая служба РФ (ГМС); 2) метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц (МС); 3) международные метрологические организации.

Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта и включает:

государственные научные метрологические центры (ГНМЦ);

органы ГМС в субъектах РФ (на территории республик, автономных областей, автономных округов, краев, областей), а также городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Государственные научные метрологические центры представлены такими институтами, как ВНИИ метрологической службы (ВНИИМС, г.Москва), ВНИИ метрологии им.Д. И.Менделеева (ВНИИМ, г.Санкт-Петербург); НПО “ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений” (ВНИИФТРИ, пос.Менделеево Московской обл.); Уральский НИИ метрологии (УНИИМ, г.Екатеринбург) и др. Указанные научные центры занимаются не только разработкой научно-методических основ совершенствования российской системы измерений, но и являются держателями государственных эталонов.

В России функционирует более 100 ЦСМ (соответственно их метрологических подразделений), которые выполняют функции региональных органов ГМС на территориях субъектов РФ, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Госстандарт осуществляет руководство тремя государственными справочными службами: Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД).

ГСВЧ осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени, частоты и определения параметров вращения Земли. Об этой службе рядовой житель страны узнает 2 раза в год - при переходе на летнее и зимнее время. Потребителями измерительной информации ГСВЧ являются службы навигации и управления самолетами, судами и спутниками, Единая энергетическая система и пр.

ГССО обеспечивает создание и применение сие- . темы стандартных (эталонных) образцов состава и свойств веществ и материалов - металлов и сплавов, нефтепродуктов, медицинских препаратов, образцов почв, образцов твердости различных материалов, образцов газов и газовых смесей и др. Практическое значение СО показано выше.

ГССД обеспечивает разработку достоверных данных о физических константах, о свойствах веществ и" материалов, в том числе конструкционных материалов, минерального сырья, нефти, газа и др. Потребителями информации ГССД являются организации, проектирующие изделия техники, к точности характеристик которой предъявляются особо жесткие требования. Конструкторы этой техники не могут полагаться на противоречивую информацию о показателях свойств, содержащуюся в справочной литературе.

Метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц могут создаваться в министерствах (ведомствах), организациях, на предприятиях и в учреждениях, являющихся юридическими лицами для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений, осуществления метрологического контроля и надзора.

При выполнении работ в сферах, предусмотренных ст. 13 Закона РФ, создание МС для обеспечения - единства измерений является обязательным. Так, MG созданы в Минздраве, Минатоме, Минприроде, Миноборонпроме и других федеральных органах исполнительной власти. МС функционируют в РАО ЕЭС России, РАО “Газпром”, НК ЮКОС, НК “Лукойл”.

Права и обязанности МС определяются положениями о них, утверждаемыми руководителями органов управления или юридических лиц.

Если на достаточно крупных предприятиях (в законодательно утвержденных сферах) организуются полноценные МС, то на небольших предприятиях Госстандарт рекомендует назначать лиц, ответственных за обеспечение единства измерений. Для ответственных лиц утверждается должностная инструкция, в которой устанавливаются их функции, права, обязанности и ответственность.

Международные метрологические организации действуют с конца XIX в. Как уже отмечалось выше, в 1875 г. 17 государств, в число которых входила Россия, подписали в Париже. Метрическую конвенцию, которая, по существу, явилась первым международным стандартом. При этом было создано первое международное метрологическое учреждение - Международное бюро мер и весов (МБМВ), которое до сих пор активно функционирует, координируя деятельность метрологических организаций более чем 100 стран. МБМВ располагается во Франции, в г.Севр. МБМВ хранит международные прототипы метра и килограмма и некоторые другие эталоны, а также организует периодическое сличение национальных эталонов с международными. Руководство деятельностью МБМВ осуществляется Международным комитетом мер и весов (МКМВ), созданным одновременно с МБМВ.

В среднем раз в 4 года собирается Генеральная конференция по мерам и весам, принимающая общие, наиболее важные для развития метрологии и измерительной техники решения.

В 1956 г. была учреждена Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ), членами которой (на период 1998 г.) являются 85 стран мира. МОЗМ разрабатывает общие вопросы законодательной метрологии: установление классов точности СИ; обеспечение единообразия определенных типов, образцов и систем измерительных приборов; рекомендации по их испытаниям с целью установления единообразия метрологических характеристик СИ независимо от страны-изготовителя; порядок поверки и калибровки СИ и др.

В период 1996-1997 гг. метрологическими институтами Госстандарта осуществлялось ведение 3 ТК ”" 12 ПК МОЗМ и ИСО. Этими ТК и ПК осуществлен на разработка 16 проектов международных документов при авторстве России.

Россия участвует в Организации сотрудничества государственных метрологических учреждений страд Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ). Организации России ведут или участвуют в реализации 60% тем КООМЕТ.

Итоги многолетней деятельности международных организаций очень результативны. Благодаря их усилиям в большинстве стран мира принята Международная система единиц физических величин (SI) действует сопоставимая терминология, приняты рекомендации по способам нормирования метрологических характеристик СИ, по сертификации СИ, по испытаниям СИ перед выпуском серийной продукции.

ГМС России в своей деятельности приходится учитывать документы региональных международных метрологических организаций, а также зарубежных У национальных метрологических организаций США, Великобритании и пр.

Шпаргалка по метрологии, стандартизации, сертификации Клочкова Мария Сергеевна

40. ОБЪЕКТЫ И СУБЪЕКТЫ МЕТРОЛОГИИ