Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Сводные сведения о шкалах



Сводные сведения о шкалах

Шкалу интервалов иногда называют шкалой равных или равномерных интервалов. Правильнее говорить о шкале закономерных интервалов (они могут быть построены не только равномерно, но и прогрессивно, экспоненциально, логарифмически). Принципиальное отличие от предыдущей шкалы в том, что положение на любой ступени шкалы интервалов жестко определено и соотношения точек шкалы поддаются точному расчету. Недостатком такой шкалы является неопределенность ее начала, которое устанавливают условно. Такой условностью является момент начала суток, отличающийся в разных часовых поясах, момент начала летоисчисления (1999 год от рождества Христова одновременно приходится на 5760 год по иудейскому календарю). Тем не менее, в сутках у всех 24 часа, а в году 365 суток, если год не високосный.

Каждая из представленных в таблице шкал является более мощной, чем расположенные выше, и вбирает в себя свойства всех предыдущих.

Шкала отношений имеет фиксированный ноль и полностью соответствует шкале чисел по определенности ступеней и возможностям оперирования элементами шкалы.

Что касается не включенной в таблицу " абсолютной" шкалы, по сути она является частным случаем шкалы отношений, но кроме фиксированной нулевой точки (" естественного нуля" ) имеет еще и " естественную единицу". Примерами таких шкал являются шкала количества целочисленных объектов, шкала коэффициента полезного действия, шкала относительной влажности и другие им подобные.

Для того, чтобы некоторое свойство объекта можно было оценить по той или иной шкале, необходимо чтобы на множестве однотипных по данному свойству объектов соблюдались определенные отношения. Поскольку мы предпочитаем объективную оценку свойства числом, то отношения на множестве объектов логичнее всего сопоставлять с аксиоматикой числа. Анализ соответствующих отношений позволит определить, какой тип шкалы применим для оцениваемых свойств объектов.

Аксиоматику числа можно представить в виде трех групп аксиом:

                       АКСИОМЫ ТОЖДЕСТВА

1. Либо А = В, либо А ≠ В.

2. Если А = В, то В = А.

3. Если А = В, и В = С, то А = С.

                       АКСИОМЫ РАНГОВОГО ПОРЯДКА

4. Если А > В, то В < А

5. Если А > В и В > С, то А > C.

                       АКСИОМЫ АДДИТИВНОСТИ

6. Если А = С и В > 0, то А + В > С.

7. А + В = В + А.

8. Если А = С и В = D, то А + В = C + D.

9. (А + В) + С = А + (В + С).

Если на множестве объектов, которые характеризуются однородными рассматриваемыми свойствами, соблюдаются отношения этих свойств, определяемые аксиомами тождества, то эти объекты уже можно оценивать по шкале наименований. Если на множестве объектов соблюдаются отношения, определяемые аксиомами тождества и рангового порядка, эти объекты можно оценивать по шкале порядка. Если на множестве объектов соблюдаются отношения, определяемые полным набором аксиом, объекты можно оценивать по шкале интервалов или по шкале отношений. Разница в свойствах последних множеств, которая окончательно определяет вид применяемой шкалы, зависит от наличия или отсутствия фиксированного нуля на шкале.

В метрологии, как и в любой другой научной области, используют все виды шкал. Шкалами наименований ограничиваются при классификации физических величин, составляя шкалы их наименований и обозначений, включая размерности, сюда же относятся шкалы единиц физических величин (со всеми наименованиями и условными обозначениями) и множество других. Примерами применения шкалы наименований в метрологии можно считать наименования средств измерений, физических величин, их размерности и единицы, виды погрешностей и многое другое.

Применяемые классификации иногда находят топологическое развитие. В этом случае мы можем говорить о ранговых шкалах, например о шкалах точности эталонов и эталонных (образцовых) средств измерений, о шкалах условных классов точности приборов (классы нулевой, первый, второй и т.д.), о более и (или) менее точных методиках выполнения измерений. Относительные уровни точности (классы, разряды) используются для реализации шкалы порядка, поскольку полное наименование позволяет ранжировать объекты по точности. Очевидно, что прибор второго класса менее точен, чем первого, но точнее, чем однотипный прибор третьего класса.

Для полноценных измерений физических величин фактически подходят только две последние шкалы (интервалов и отношений). Есть физические величины с фиксированным нулем (масса, длина), а есть величины, которые никогда не будут иметь такого нуля (время, разность потенциалов). Однако, для математической обработки результатов измерений существенно важно, что интервалы физических величин после фиксации нуля " естественного" или условного полностью равноценны для приложения математического аппарата.

При оценке свойств индикаторами используется частный случай шкалы наименований, представляющий собой шкалу, состоящую из двух градаций, обозначающих наличие или отсутствие того или иного свойства, либо переход через заданное пороговое значение (альтернативная шкала). Например, индикатор электрической фазы дает ответ о " фазовом" или " нулевом" проводе, омметр при использовании в качестве индикатора показывает наличие или отсутствие обрыва электрической цепи, металлодетекторы – наличие или отсутствие металла и т.д. Используемый в качестве индикатора будильник, сигнализирует о переходе за установленный момент времени, " размерное реле" – о выходе детали за настроенный размер, температурные краски – о превышении температуры объекта, по сравнению с фиксируемой индикатором.

Для физических величин иногда применяют и шкалы порядка.

 Пример такой шкалы – используемая в минералогии шкала твердости Моос.

Минералы условно разделяются на десять групп, расположенных в порядке возрастания твердости – от первой до десятой. Коэффициент твердости определяется так: если какой-либо минерал царапает, например, кальцит (твердость 3) и не царапает флюорит (твердость 4), то его твердость обозначается коэффициентом 3, 5 (или между 3 и 4). Применяемые сегодня шкалы твердости Роквелла, Бринелля, Виккерса тоже фактически являются окультуренными шкалами порядка, о чем свидетельствует отсутствие математических формул для перевода твердости из одних единиц в другие. Подобные трудности встречаются и при использовании разных шкал светочувствительности фотоматериалов.

Очевидно, что совершенствование знаний о физической величине или повышение строгости ее определения сопровождается построением более мощной шкалы. Примером эволюции шкал можно считать температурные шкалы. Температура, которая когда-то оценивалась чисто топологически по шкале порядка (холодное-теплое-горячее), затем приобрела множество интервальных шкал с несовпадающими нулями и единицами (шкалы Реомюра, Фаренгейта, Цельсия), и, наконец пришла к логически завершенной шкале Кельвина с абсолютным нулем.

Облагороженная к сегодняшнему дню " шкала силы ветра" в баллах (шкала Бофорта) рассматривается как шкала скорости ветра, а на место условных баллов пришли аппаратурно измеряемые скорости.

 

 

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ВЕТРА (ПО ШКАЛЕ БОФОРТА)

Шкала физической величины может воспроизводиться двояко:

– воспроизведение единицы величины, ее кратных или дольных частей для обеспечения возможности построения шкалы на любом участке (мультипликация единицы);

– воспроизведение реперных точек величины, известные разности между которыми делят на пропорциональные части, из которых формируют единицу физической величины (построение шкалы по реперам).

И один и другой методы используются для воспроизведения единицы и шкалы физической величины с помощью индивидуальных эталонов, либо эталонных установок.

Шкала значений физической величины или ее отдельные точки воспроизводятся с помощью средств измерений. Однозначные меры предназначены для хранения и воспроизведения одного значения физической величины – одной точки шкалы. Прибор снабжен шкалой измеряемой физической величины в некотором диапазоне. Эта шкала заложена в прибор опосредованно, и воспроизводится с помощью масштабной шкалы аналогового прибора или логической пороговой схемы прибора с дискретным выходом.

Шкала измерительного прибора или штриховой меры является конструктивным элементом средства измерений, отображающим ограниченный участок теоретической шкалы измеряемой физической величины. В отличие от шкалы физической величины шкала средства измерений конкретна и характеризуется верхним и нижним пределами, ценой деления и длиной деления. Она, как правило, имеет прямолинейную или круговую линию теоретического построения отметок, равномерные или неравномерные деления. Операция нанесения шкалы на средство измерений называется градуировкой и может осуществляться на основании теоретических расчетов, либо по результатам измерений физических величин, соответствующих наносимым отметкам шкалы.

 

 

Основные единицы SI

Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц SI

Кроме физических величин в практике приходится использовать множество других, которые тоже требуют оценки, включая и количественную. Например, счетом оценивают деньги, штучные товары, существуют методы оценивания работы, знаний, художественных произведений, природных проявлений и многое другое. Те свойства, которые не подлежат аппаратурной оценке из-за недостаточно корректного представления физической сути или из-за того, что не имеют объективного содержания, относят к «нефизическим величинам». Оценка (измерение) значений таких величин может быть корректной в пределах принятых правил (счет денег, перевод их в иную валюту, определение объема книги в печатных знаках) или откровенно субъективной (экспертной). Научная область, которая занимается экспертными оценками и повышением их объективности называется квалиметрией.

Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины или угла, эталонные резисторы и т.д. В случае, когда используют высокоточные меры, можно уменьшить инструментальную составляющую погрешность не только за счет точности меры, но и за счет существенного (по сравнению с измерением методом непосредственной оценки) уменьшения применяемого диапазона преобразований используемого прибора, что обычно приводит к снижению значения погрешности этого прибора.

Метод сравнения с мерой реализуется, среди которых различают:

- дифференциальный и нулевой методы измерений,

- метод совпадений,

- метод измерений замещением и метод противопоставления,

- метод измерений дополнением.

Дифференциальный и нулевой методы отличаются друг от друга в зависимости от степени приближения размера, воспроизводимого мерой, к измеряемой величине.

Дифференциальный метод измерений (дифференциальный метод) – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами

Фактически дифференциальный метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0 в выражении

Q = х + Хм.

Нулевой метод измерений (нулевой метод) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (х ≈ 0 в том же выражении Q = х + Хм  из чего следует, что Q ≈ Хм ).

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины оценивают, используя совпадение ее с величиной, воспроизводимой мерой (т.е. с фиксированной отметкой на шкале физической величины). Для оценки совпадения используют прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при достижении фиксированной температуры и другие физические эффекты).

В зависимости от одновременности или не одновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно. Метод противопоставления метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Метод измерений дополнением (метод дополнения) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению. Метод дополнения может быть реализован как при замещении, так и при противопоставлении измеряемой величины и меры.

Для анализа МВИ использование классификации методов измерений имеет практическое значение, поскольку они прямо связаны с поиском источников погрешностей и оценкой их характера. Так метод непосредственной оценки может характеризоваться прогрессирующей составляющей погрешности, которая увеличивается с увеличением измеряемой величины. У всех разновидностей методов сравнения с мерой обязательно присутствуют не только погрешности приборов, но и погрешности мер, причем механизмы их проявления несколько различаются в соответствии с разновидностью метода.

Деление методов измерений на контактные и бесконтактные имеет определенный смысл для анализа погрешностей, которые возникают из-за взаимодействия прибора с объектом измерений. При этом необходимо учитывать контактные взаимодействия (деформация измерительных наконечников, колебание переходных сопротивлений и др.), либо особенности " бесконтактного съема" измерительной информации – оптические искажения в воздухе, ослабление сигнала на расстоянии и т.д.

Контактный метод измерений (контактный метод) – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: измерение диаметра вала индикаторной скобой, измерение температуры тела термометром.

Бесконтактный метод измерений (бесконтактный метод) – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами могут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта радиолокатором.

 

Классификация измерений

Видом измерений названа часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Приведены примеры видов измерений: измерения электрического сопротивления, электродвижущей силы, электрического напряжения, магнитной индукции, относящиеся к области электрических и магнитных измерений. Дополнительно выделены подвиды измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.) и примеры подвидов (измерения больших длин, имеющих порядок десятков, сотен, тысяч километров или измерения сверхмалых длин — толщин пленок как подвиды измерений длины).

Более широкая трактовка видов измерений (с использованием различных оснований классификации) позволяет отнести к ним также приведенные в НД, но не сформированные в классификационные группы измерения, характеризуемые следующими альтернативными парами терминов:

· прямые и косвенные измерения,

· совокупные и совместные измерения,

· абсолютные и относительные измерения,

· однократные и многократные измерения,

· статические и динамические измерения,

· равноточные и неравноточные измерения.

Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений. Прямое измерениеизмерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. В примечании отмечено, что при строгом подходе существуют только прямые измерения и предлагается применять термин прямой метод измерений. Это предложение нельзя назвать удачным (см. далее классификацию методов измерений). Как примеры прямых измерений приведены: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах.

В ходе прямых измерений искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением

Q = х,

где Q – измеряемая величина,

х – результат измерения.

Косвенное измерение определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Там же сказано, что вместо термина косвенное измерение часто применяют термин косвенный метод измерений (это вариант явно неудачный).

При косвенных измерениях значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения

Q = F ( X, Y, Z, …),

где X, Y, Z, … – результаты прямых измерений.

С различением прямых и косвенных измерений связаны дискуссии и ряд недоразумений. Например, споры о том, являются ли косвенными измерения радиального биения (b = Rmax – Rmin) или высоты детали при настройке прибора на отличное от нулевого деление. Некоторые метрологи отказываются от признания косвенных измерений как таковых (" существуют только прямые измерения, а все остальное – математическая обработка результатов" ). Можно предложить компромиссное решение: признать за косвенными измерениями право на существование, поскольку специфика математической обработки результатов таких измерений и оценки их погрешностей никем не оспаривается.

Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Приведенный пример – определение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь подтверждает, что определению соответствуют не измерения, а специальные исследования, направленные на поиск погрешностей ряда мер массы.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. В более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами таких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортного средства (скорость, запас горючего, температура двигателя и др.).

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.

Это крайне неудачное определение сопровождается примером (измерение силы F = mg основано на измерении основной величины — массы т и использовании физической постоянной g в точке измерения массы), который подтверждает нелепость предложенной трактовки. В примечании сказано, что понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В таком понимании это понятие находит все большее и большее применение

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений.

Многократные измерения проводят или для страховки от грубых погрешностей или для последующей математической обработки результатов (расчет средних значений, статистическая оценка отклонений и др.). Многократные измерения называют также «измерения с многократными наблюдениями». В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух измерений до нескольких десятков и даже сотен).

Статическое измерение измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Примеры (измерение длины детали при нормальной температуре и измерение размеров земельного участка) скорее запутывают, чем проясняют ситуацию.

Динамическое измерение измерение изменяющейся по размеру физической величины.

При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные динамические погрешности, связанные со слишком быстрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, измерение диаметров тел качения (постоянных физических величин) в подшипниковой промышленности осуществляется с использованием контрольно-сортировочных автоматов. При этом скорость изменения измерительной информации на входе может оказаться соизмеримой со скоростью измерительных преобразований в цепи прибора. Измерение температуры с помощью ртутного термометра несоизмеримо медленнее измерений электронными термометрами, следовательно, применяемые средства измерений могут в значительной степени определить режим измерений.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

В примечаниях к двум последним определениям предлагается до обработки ряда измерений, убедиться в том, что все измерения являются равноточными, а неравноточные измерения обрабатывать с учетом веса отдельных измерений, входящих в ряд.

Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых оценки погрешностей Di и Dj можно считать практически одинаковыми

(D1 » D2),

а к неравноточным  относят измерения с различающимися погрешностями

(D1 ¹ D2).

Измерения в двух сериях считают равно рассеянными (D1 » D2), или при (D1 ¹ D2)

неравно рассеянными (в зависимости от совпадения или различия оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравниваемых серий 1 и 2).

В зависимости от планируемой точности измерения делят на технические и метрологические. К техническим следует относить те измерения, которые выполняют с заранее установленной точностью. Иными словами, при технических измерениях погрешность измерения D не должна превышать заранее заданного значения [D]:

D £ [D],

где [D] – допустимая погрешность измерения.

Именно такие измерения наиболее часто осуществляются в производстве, откуда и взято их наименование.

Метрологические измерения выполняют с максимально достижимой точностью, добиваясь минимальной (при имеющихся ограничениях) погрешности измерения D, что можно записать как

D® 0.

Такие измерения имеют место при эталонировании единиц, при выполнении уникальных исследований.

В тех случаях, когда точность результата измерений не имеет принципиального значения, а цель измерений состоит в приблизительной оценке неизвестной физической величины прибегают к ориентировочным измерениям, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах, поскольку любая реализуемая в процессе измерений погрешность D, принимается за допустимую [D]

[D] = D.

Общность метрологического подхода ко всем этим видам измерений состоит в том, что при любых измерениях определяют значения D реализуемых погрешностей, без чего невозможна достоверная оценка результатов.

В нормативном документе есть ряд частных понятий, определяющих разновидности метода измерений, но они не покрывают всех разновидностей методов. В частности НД содержит определения следующих терминов:

· Метод непосредственной оценки;

· Метод сравнения с мерой;

· Нулевой метод измерений;

· Дифференциальный метод измерений;

· Метод измерений замещением;

· Метод измерений дополнением;

· Контактный метод измерений;

· Бесконтактный метод измерений.

Анализ метода измерений следует начинать с выяснения основных признаков: является он методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Принципиальные различия между этими двумя методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры. Меры в явном виде воспроизводят с выбранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений

Метод сравнения с мерой (метод сравнения) – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера " заложена" в измерительный прибор опосредовано. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.

Формальное выражение для описания метода непосредственной оценки может быть представлено в следующей форме:

Q = х,

где Q – измеряемая величина,

х – показания средства измерения.

Метод сравнения с мерой характеризуется тем, что измеряемая величина сравнивается с известной величиной, воспроизводимой мерой.

Примерами этого метода являются измерения массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы), измерения напряжения постоянного тока прибором-компенсатором путем сравнения с известной ЭДС нормального элемента.

Формально метод сравнения с мерой может быть описан следующим выражением:

Q = х + Хм,

где Q – измеряемая величина,

х – показания средства измерения.

    Хм  – величина, воспроизводимая мерой.

Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины или угла, эталонные резисторы и т.д. В случае, когда используют высокоточные меры, можно уменьшить инструментальную составляющую погрешность не только за счет точности меры, но и за счет существенного (по сравнению с измерением методом непосредственной оценки) уменьшения применяемого диапазона преобразований используемого прибора, что обычно приводит к снижению значения погрешности этого прибора.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях, среди которых различают:

- дифференциальный и нулевой методы измерений,

- метод совпадений,

- метод измерений замещением и метод противопоставления,

- метод измерений дополнением.

Дифференциальный метод измерений (дифференциальный метод) – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами

Нулевой метод измерений (нулевой метод) – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля (х ≈ 0 в том же выражении Q = х + Хм  из чего следует, что Q ≈ Хм ).

В зависимости от одновременности или не одновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).

В другой интерпретации рассматривают альтернативную пару: методы замещения и противопоставления. В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно.

Метод противопоставления метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Деление методов измерений на контактные и бесконтактные имеет определенный смысл для анализа погрешностей, которые возникают из-за взаимодействия прибора с объектом измерений. При этом необходимо учитывать контактные взаимодействия (деформация измерительных наконечников, колебание переходных сопротивлений и др.), либо особенности " бесконтактного съема" измерительной информации – оптические искажения в воздухе, ослабление сигнала на расстоянии и т.д.

Контактный метод измерений (контактный метод) – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Примеры: измерение диаметра вала индикаторной скобой, измерение температуры тела термометром.

Бесконтактный метод измерений (бесконтактный метод) – метод измерений, основанный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами могут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта радиолокатором.

Для оценки метода измерений предлагается ответить на следующие вопросы:

- применяется ли мера для воспроизведения физической величины в явном виде?

- измеряются ли значения отклонений физической величины от известного значения меры?

Отрицательный ответ на первый вопрос означает, что мы имеем дело с методом непосредственной оценки. Положительный ответ на этот вопрос позволяет утверждать, что применяется метод сравнения с мерой. Если при этом значение разности измеряемой величины и меры доводится до нуля, реализуется нулевой метод измерений (иногда называемый методом полного уравновешивания), а если разность этих значений алгебраически суммируется со значением меры – дифференциальный метод.

Если в ходе измерения мера и измеряемый объект последовательно воздействуют на вход средства измерений (СИ), " замещая" друг друга, реализуется метод замещения. Например, измерительная головка на стойке настраивается по плоскопараллельной концевой мере длины, после чего мера убирается и замещается контролируемой деталью.

Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обеспечивают возможность одновременного воздействия на них меры и измеряемой физической величины. С помощью таких приборов реализуется метод противопоставления.

Поверка средств измерений

Поверка средств измерений совокупность операций, выполняемых Органами государственной метрологической службы (ГМС) и субъектами хозяйствования с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным требованиям.

Поверку СИ проводят органы Госстандарта или субъекты хозяйствования с целью установления их соответствия метрологическим и техническим требованиям, установленным в нормативных документах (НД), и признания СИ пригодными к применению.

В зависимости от того, какой метрологической службой выполняется поверка, она подразделяется на государственную и ведомственную.

Обязательной государственной поверке подлежат СИ, используемые в торговле, здравоохранении, обеспечении защиты и безопасности государства, промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, гидрометрии, связи, коммунальном хозяйстве, на транспорте и других сферах деятельности при:

1)проведении торгово-коммерческих, таможенных, почтовых и налоговых операции;

2)диагностике и лечении заболевания человека;

3)контроле за медикаментами;

4)контроле за состоянием окружающей среды;

5)хранении, перевозке и уничтожении токсичный, легких на возгорание, взрывчатых и радиоактивных веществ;

6)контроле за безопасностью и условиями труда;

7)определении безопасности и качества продукции, соответствия ее реальных характеристик заданным;

8)контроле за всеми видами сырья и продуктов питания;

9)проведении испытаний, поверке и метрологической аттестации СИ;

10) проведении измерений, результаты которых служат основанием для регистрации национальных и международных спортивных рекордов.

Предельный срок нахождения СИ, поступивших на государственную поверку при условии представления их в соответствии с графиком государственной поверки, составляет 15 дней.

Процедура поверки регламентируется специальной НД: стандартами на методы и средства поверки, инструкциями по поверке, методическими указаниями и т.д.

В зависимости от целей и назначения результатов поверки различают первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную и экспертную поверку СИ.

Первичную поверку проводят при выпуске СИ из производства или ремонта, а также при ввозе по импорту СИ, прошедших государственные приемочные испытания по СТБ 8001-93. Импортные СИ не подлежат первичной поверке в случае, когда результаты поверки, проведенной в других странах, признаны Госстандартом РБ в соответствии с международными соглашениями о взаимном признании результатов испытаний и поверки. Допускается выборочная первичная поверка СИ.

Периодическая поверка СИ проводится через межповерочные интервалы, установленные с учетом обеспечения пригодности СИ к применению в период между поверками в соответствии с МИ 2187-92. Эту поверку проводят при эксплуатации и хранении СИ согласно графику поверки.

Межповерочные интервалы устанавливаются при проведении государственных приемочных испытаний или метрологической аттестации СИ, исходя из показателей надежности. Они должны гарантировать метрологическую исправность СИ в период между поверками. Годовые календарные графики периодической поверки утверждаются руководством предприятия. Графики составляются отдельно для СИ, представленных на поверку в Государственную метрологическую службу и метрологическую службу субъектов хозяйствования.

СИ, находящиеся на хранении, срок которого превышает межповерочный интервал, не подвергаются периодической поверке при условии соблюдения нормативных требований к их консервации, условий хранения, вида консервации и упаковки, такие СИ подвергаются поверке перед началом эксплуатации.

В метрологической практике имеются сигнализирующие средства (индикаторы), которые не относятся к СИ и не поверяются. Право перевода СИ в разряд индикаторов предоставлено метрологическим службам субъектов хозяйствования. Согласно НД на лицевой стороне таких средств должно быть нанесено обозначение «И».

Средства измерений, используемые в учебных целях, периодической поверке не подвергаются, и на них наносится обозначение «У», использовать такие средства для измерений запрещено.

Внеочередная поверка СИ проводится органами ГМС и МС субъектов хозяйствования при эксплуатации и хранении СИ независимо от срока периодической поверки в следующих случаях:

1)При необходимости подтверждения годности СИ к применению;

2)При вводе СИ в эксплуатацию после длительного хранения;

3)При корректировке межповерочных интервалов;

4)При контроле результатов периодической поверки;

5)При повреждении поверительного клейма, пломбы или утере документа, подтверждающего, СИ прошло необходимую поверку;

6)При применении СИ в качестве комплектующих, передаче на длительное хранение или отправке потребителю по истечении половины межповерочного интервала на них.

Внеочередную поверку рекомендуется проводить перед началом эксплуатации новых СИ и средств, поступивших из ремонта, со склада, после хранения и после транспортировки.

Инспекционная поверка проводится выборочно при осуществлении государственного метрологического надзора и контроля со стороны субъектов хозяйствования за состоянием и применением СИ для выявления их пригодности к применению, оценки качества поверочных работ и правильности назначения межповерочных интервалов согласно условиям эксплуатации. Результаты инспекционной поверки указываются в акте поверки состояния и применения СИ.

При неудовлетворительном состоянии СИ, поверительные клейма погашают, свидетельства аннулируют, а в паспортах или эксплуатационной документации делают запись о непригодности СИ к применению.

Экспертную поверку осуществляют при проведении метрологической экспертизы средств измерений органами государственной метрологической службы. Эту поверку проводят с целью обоснования заключения о пригодности СИ к применению по письменному требованию милиции, судебно-следственных органов и Госарбитража, а также по заявкам предприятий и организаций с указанием причины.

Если данные экспертной поверки свидетельствуют о злоупотреблениях, руководитель органа государственной метрологической службы обязан сообщить об этом в следственные органы.

Результаты экспертной поверки отражаются в заключении, которое утверждается руководителем органа государственной метрологической службы.

 

Поверочные схемы.

Поверку осуществляют по поверочным схемам, которые устанавливают систему передачи размера единицы физической величины от государственного эталона к рабочим СИ.

Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от эталона или исходного образцового СИ рабочим СИ. Требования к содержанию и построению схем установлены ГОСТ 8.061-80.

 Схемы подразделяются на государственные, ведомственные и локальные. Государственные поверочные схемы разрабатываются Главным центром государственных эталонов, являющимся хранителем государственного эталона единицы данной величины и утверждаются в качестве государственного стандарта. Нижестоящие поверочные схемы разрабатываются субъектами хозяйствования.

Поверочная схема должна включать не менее двух ступеней передачи размера единицы. В поверочной схеме должна быть представлена передача размера только одной физической величины. Схемы должны состоять из текстовой части и чертежа.

Текстовая часть схемы состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы, несущим дополнительную информацию. Вводная часть охватывает назначение ГПЭ и ГПС, основные МХ эталона и порядок передачи размера единицы физической величины от первичного эталона при помощи вторичных эталонов и образцовых СИ рабочим средствам.

В тексте приводится научно-техническое обоснование поверочных схем с позиций оптимальности структуры схемы, т.е. образцовых СИ, числа ступеней передачи размера и др. Это обоснование должно проводится с учетом следующего:

· Оптимальных соотношений погрешности поверяемого и образцового СИ;

· Допускаемой вероятности признания годным метрологически неисправного СИ;

· Допускаемого отношения числа метрологически исправных, но забракованных СИ к общему числу метрологически исправных СИ.

 Далее в текстовой части приводятся разделы: эталонов, образцовых СИ, рабочих СИ. Каждый раздел начинается с перечня СИ, которые могут быть использованы как эталонные и образцовые. Указываются МХ, доверительные вероятности при определении погрешностей. Приводятся наименования СИ, которые могут быть поверены эталонами или образцовыми СИ с указанием метода поверки и его погрешности.

Графическая часть поверочной схемы должна состоять из нескольких горизонтальных полей, соответствующих ступеням передачи размера единицы физической величины от государственного эталона к рабочим СИ. В левой части чертежа указывается наименование полей (эталоны, образцовые СИ 1 разряда, СИ 2 разряда и т.д., рабочие СИ). В верхнем поле чертежа поверочной схемы указываются наименования эталонов в порядке их соподчиненности. Под полем эталонов располагается поле образцовых СИ 1 разряда, 2 разряда и т.д. Под полем образцового СИ низшего разряда помещаются поля рабочих СИ, слева направо в порядке убывания точности: наивысшей, высшей, высокой, средней и низшей точности.

Наименования эталонов, образцовых и рабочих СИ заключают в прямоугольники с указанием номинальных значений или диапазонов измерений и погрешностей. Наименование методов поверки заключают в круги или горизонтальные овалы, которые располагаются между прямоугольниками с наименованием СИ. Здесь же указывается допускаемая погрешность метода поверки.

Метрологические характеристики средств измерений в схемах должны быть представлены следующим образом:

1)погрешности эталонов по ГОСТ 8.057-80:

а) не исключенной систематической погрешностью;

б) случайной погрешностью;

в) нестабильностью;

2)погрешности образцовых СИ, выраженные:

3)а) пределом допускаемой погрешности - соответственно для абсолютной и относительной формы);

б) доверительной погрешностью (соответственно для абсолютной и относительной формы);

4)погрешность рабочих СИ, выражающаяся пределом допускаемой погрешности.

Доверительная вероятность выбирается из ряда: 0, 90; 0, 95; 0, 99.

Наименования средств измерений, их номинальные значения и диапазоны значений физических величин, погрешности в поверочных схемах должны соответствовать стандартам и техническим условиям.

Методы поверки на схемах должны соответствовать одному из следующих общих методов:

1)непосредственное сличение (без средств сравнения);

2)сличение при помощи компаратора или других средств сравнения;

3)поверка СИ по образцовой мере путем измерения им величины, воспроизведенной мерой;

4)прямое измерение образцовым СИ величины воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;

5)косвенное измерение величины воспроизводимой мерой или измеряемым прибором, которые подвергаются поверке.

В метрологической практике существует независимая (автономная) поверка, т.е. поверка без применения образцовых средств измерения. Эта поверка возникла при разработке особо точных СИ, которые не могут быть поверены традиционными методами ввиду отсутствия еще более точных СИ с соответствующими пределами измерений.

Сущность метода заключается в сравнении величин, воспроизводимых отдельными элементами схемы поверяемого СИ с величиной, выбранной в качестве опорной и конструктивно воспроизводимой в самом поверяемом СИ. Например, при поверке m-ой декады потенциометра необходимо убедиться в равенстве падений напряжений на каждой n-ой степени этой декады. При этом выбрав в качестве опорной величины сопротивление первой ступени декады, можно с помощью компаратора поочередно сравнивать падения напряжения на этом сопротивлении.

Соотношение допускаемых погрешностей образцовых и поверяемых средств измерений устанавливается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей и других факторов. Обычно это соотношение принимается равным 1: 3 при условии введения поправок на показания образцовых средств измерений. При отсутствии поправок исходят из соотношения 1: 5.

 

Требования к нормальным условиям измерений при поверке.

Нормальные условия нормируют пределами нормальных областей влияющих величин, указывая при необходимости их номинальные значения.

Условия считаются нормальными для определения основной погрешности поверяемого СИ, если составляющая погрешности поверяемого СИ от действия совокупности влияющих величин не превышает 35% предела его допускаемой основной погрешности. 

Если образцовое и вспомогательное средство и его нормальные условия отличаются от установленных по НД для поверяемых, то величины составляющей погрешности результата измерений других величин должна быть не более 50% предела основной погрешности образцового их средства измерений.

Нормальные условия при проверке должны соблюдаться в рабочем пространстве, внутри которого нормальная область влияющих величин лежит в установленных пределах.

НД допускается устанавливать интегральные характеристики влияющих величин, например, параметры вибрации, показатели преломления нормального воздуха или его плотности.

Номинальные значения влияющих величин, таких как напряженность магнитного и электростатического полей должны соответствовать характеристикам этих полей Земли в данном географическом районе.

 

 

Общие требования к помещениям поверочных подразделений.

 

1. Помещения поверочных подразделений МС и их оборудование должны соответствовать требованиям НД, действующим строительным и санитарным нормам. Помещения должны быть сухими, чистыми и изолированными от производственных участков, откуда могут проникать пыль, агрессивные пары и газы. Через помещения не должны проходить паро-газопроводные и фановые трубы. Отопление помещений должно быть калориферным.

2. Согласно рекомендациям поверочные помещения размещаются в специальном здании, на 1-2 этажах общего здания или в помещениях, расположенных вдали от высоковольтных линий электропередач, контактной электросети, электротранспорта (электрички, трамвай, троллейбус), источников вибрации, шума (не более 90 дБ), радиопомех (электросварочного и другого высокочастотного электрооборудования). Поверочные помещения не следует размещать вблизи объектов, создающих сильные магнитные или высокочастотные поля (преобразовательные станции, установки индукционного нагрева и т.д.). Допускаемый уровень помех устанавливается НД на соответствующие методики поверки.

3. При размещении поверочного оборудования рекомендуется соблюдать следующие нормы: ширина проходов должна быть не менее 1, 5 м; ширина незанятого пространства около отдельных поверочных установок, компонентов средств поверки или стационарных их элементов – не менее 1 м; расстояние от шкафов и столов, где размещаются СИ до стен и отопительных систем должно составлять не менее 0, 2 м; расстояние между рабочими столами, если за столом работает один поверитель, должно составлять не менее 0, 8 м; а если за столом работаю два поверителя – не менее 1, 5 м. При определении площади помещений исходят из расчета 10-12 м2 на одного работающего. В случае неодновременного обслуживания 2-3 установок исходят из расчета 4-6 м2 на одну установку.

4. В поверочных помещениях должна поддерживаться постоянная температура воздуха +200С и относительная влажность (60 +-15)%. Допускаемые отклонения устанавливаются в соответствии с НД методики поверочных работ. Если отклонение от нормальной температуры (200С) не должно превышать (30С), тогда в помещениях устанавливают терморегулирующие устройства.

5. Коэффициент естественной освещенности на поверхности стола поверителя допускается в пределах 1-1, 5. Освещенность на уровне рабочего места должна быть не менее 300 Люкс. Свет должен быть рассеянным не давать бликов, для чего на окнах должны быть шторы. Окна в помещениях, где поверяют СИ линейно-угловых величин, массы, объема и расхода жидкостей и газов, рекомендуется располагать на северной стороне здания. Рекомендуется, чтобы искусственное освещение поверочных помещений, к которым не предъявляется особых требований, было люминесцентным, рассеянным. В помещениях, где поверяются стробоскопические СИ, применяют для освещения лампы накалывания.

6. Стены помещения на 3/4их высоты окрашивают масляной краской светлых тонов, а на остальную часть стен и потолков наносят белую прозрачную краску под протирку. Полы помещений, при отсутствии специальных требований, рекомендуется покрывать линолеумом, ренином или пластиком. В помещениях для особо точных измерений необходимо производить развязку полов от стен помещения.

7. Операции, связанные и применением агрессивных, токсичных или взрывоопасных веществ или с подготовкой СИ к поверке (расконсервация, очистка и т.д.) рекомендуется проводить в специальных помещениях. Рабочие места в этих помещениях оборудуют вытяжными шкафами, местными отсосами и другими устройствами для удаления вредных и огнеопасных жидкостей, паров и газов.

8. Для ослабления электромагнитных полей необходимо экранировать поверочные помещения с помощью металлических листов или сеток. Толщину листа определяют по зависимости

           L - мощность затухания, дБ;

           F - частота электромагнитного поля, Гц.

  9. В поверочных помещениях должна быть шина заземления, умывальник с горячей и холодной водой и э/полотенце.

Организацию и проведение поверки обеспечивают органы ГМС, аккредитованные поверочные лаборатории и МС субъектов хозяйствования.

Метрологические службы субъектов хозяйствования, поверяющие собственные СИ, должны быть зарегистрированы в органах Госстандарта в установленном порядке. При поверке СИ для других организаций эти службы должны быть аккредитованы в системе аккредитации поверочных и испытательных лабораторий согласно положениям СТБ 941.2 – 93.

Поверку средств измерений органы метрологической службы могут производить в стационарных и передвижных поверочных лабораториях, непосредственно на предприятиях и в сельскохозяйственных организациях путем командирования поверителей.

Результаты поверки оформляются протоколом по форме, установленной в НД по поверке. В протокол вносят наименование и МХ применяемых ОСИ и результаты измерений. Все материалы, содержащиеся в протоколе, подвергаются анализу и обработке, на основании которых делается вывод о годности или негодности СИ к применению. Вывод фиксируется в протоколе, имеющем статус основного юридического документа. На поверенные СИ ГМС выдаются свидетельства, а ведомственными МС – аттестаты.

Положительный результат поверки может быть удостоверен государственным поверительным клеймом или клеймом субъектов хозяйствования, которое наносится на СИ или эксплуатационные документы (паспорта, свидетельства, аттестаты) в соответствии с требованиями НД на методы и средства поверки.

Правила изготовления, хранения и применения поверительных клейм представлены в РД РБ 50.8104-92 «Клейма поверительные. Правила применения и хранения». Поверительные клейма подразделяются на:

1)государственные;

2)субъектов хозяйствования;

3)клейма-гасители.

Государственные поверительные клейма изготавливаются круглой формы. Эту форму клейма могут иметь и МС, имеющие разрешение Госстандарта на поверку СИ, подлежащих государственной поверке.

Клейма субъектов хозяйствования изготавливаются квадратной формы. Прямоугольная форма клейма указывает на проведение первичной поверки метрологической службой предприятий (при выпуске СИ из производства).

Клейма могут изготавливаться из следующих материалов: каучука, дерева, стали, цветных металлов.

Государственные поверительные клейма должны содержать следующую информацию:

1)две последние цифры года применения клейма;

2)шифр регионального органа Госстандарта;

3)индивидуальный знак государственного поверителя.

Поверительные клейма субъектов хозяйствования содержат:

1)номер регистрационного удостоверения;

2)две последние цифры года применения клейма;

3)индивидуальный знак поверителя.

Рабочую документацию на государственные поверительные клейма (ГПК) разрабатывают органы Госстандарта, Изготовление поверительных клейм осуществляется в централизованном порядке на ПО «Эталон» по заявкам. После изготовления клейма должны быть приняты ОТК и экспертной комиссией по клеймам. Оттиски ГПК и один экземпляр акта их приемки направляется в Госстандарт, где они хранятся в течении срока действия клейма.

Прием ГПК у заказчика осуществляем приемочная комиссия с составлением акта, где отражается сохранность и соответствие клейм описи вложений. После чего назначается ответственной лицо, отвечающее за работы по хранению, учету и выдаче ГПК.

С полученных клейм делают оттиски, которые хранят в течение срока действия клейм. С стальных круглых и фигурных клейм размером 6 мм делают по два оттиска на алюминиевую фольгу; с плашек размером 8 и 12 мм – по два оттиска на пломбы, для которых они предназначены; с каучуковых клейм размером 18 мм – по одному оттиску на плотную бумагу.

Все поверительные клейма должны храниться в несгораемых сейфах под печатью ответственного лица. При отсутствии ответственного лица выдачу и прием клейм осуществляет комиссия, назначаемая руководителем ГМС, с составлением соответствующего акта.

Ежеквартально со стороны руководства осуществляется контроль за учетом и состоянием клейм с занесением результатов проверки в журнал выдачи и получения ГПК. Журнал должен быть пронумерован, прошнурован и скреплен печатью.

Работать с ГПК имеют право только работники системы Госстандарта, прошедшие специальное обучение и имеющие квалификацию государственного поверителя. Категорически запрещается передавать клейма другим лицам.

Согласно НД практикуется следующий порядок выдачи и регистрации ГПК: клейма ежедневного пользования сдают в конце рабочего дня; при выполнении поверочных работ более недели – в последний рабочий день каждой недели; при командировках в другие пункты республики, области, районы – в первый день по возвращении поверителя.

Поверитель при получении ГПК должен убедиться в сохранности нанесенных на них символов и знаков, проверить прочность соединения каучуковых клейм, исправность пломбиров и состояние специальных сумок для их переноски. В случае порчи или потери клейма государственный поверитель в письменной форме сообщает руководству о случившемся. Руководитель назначает служебное расследование и по его результатам издаем приказ, копию которого направляет в Госстандарт и БелГИМ. В журнале выдачи и приемки производится запись номера и даты приказа о принятых мерах.

Государственный поверитель, дважды нарушивший правила пользования клеймами, лишается права поверки СИ.

В случае обнаружения значительных материальных потерь или умышленного нарушения правил пользования ГПК, материалы служебного расследования передаются в следственные органы.

При увольнении поверителя закрепленные за ним клейма с индивидуальным знаком изымаются из употребления приказом и гасятся в установленном порядке.

Порядок оформления и сдача клейм для гашения осуществляется согласно НД.

В случае отрицательных результатов поверки СИ бракуется, заказчику выдается извещение о его непригодности с указанием причин. При этом оттиск поверительного клейма подлежит погашению, а свидетельство аннулируется.

 

 

Структура системы

Различают функциональную и организационную структуру системы.

Функциональная структура включает законодательные, теоретические, технические и организационные основы и представлена на рис. 1.

Законодательные основы определяются:

· Законом «Об обеспечении единства измерений» и другими взаимосвязанными законами;

· Указами Президента РБ;

· Постановлениями Правительства РБ;

· Международными соглашениями;

· Постановлениями и НД ГОССтандарта;

Теоретические основы системы определяются:

· Теорией измерений;

· Системой единиц величин;

· Терминами, определениями;

· Теорией и методами математической статистики;

· Методами оценки МХ;

· Научными основами построения системы воспроизведения и передачи размера единиц величин.

Технические основы системы определяются:

· Воспроизведением единиц величин;

· Передачей размера единиц величин при проведении поверки, МА и калибровки СИ;

· Разработкой и производством СИ и СО;

· Государственными испытаниями и утверждением типа СИ и СО;

· Деятельностью служб времени и частоты, СО состава и свойств веществ и материалов, стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

Организационные основы системы определяются:

· Принципами построения МС РБ;

· Научно-методическим руководством МС органов государственного управления и субъектов хозяйствования;

· Правилами государственного метрологического надзора и метрологического контроля за соблюдением метрологических норм и правил;

· Подготовкой и повышением квалификации кадров;

· Взаимодействием системы с другими системами РБ: Государственной системой стандартизации РБ, Системой аккредитации РБ, Национальной системой сертификации РБ;

· Международным сотрудничеством в области создания эталонов и СО, сличений, признанием результатов Государственных испытаний, поверки СИ и МА СО, а также по другим проблемам сотрудничества.

Органы метрической конвенции – ГКМВ, Международный комитет мер и весов (МКМВ) и Международное бюро мер и весов (МБМВ), дают возможность совершенствовать национальные методики воспроизведения единиц физических величин. Национальные лаборатории многих стран участвуют в работе консультативных комитетов МКМВ по электричеству, фотометрии и радиометрии, термометрии, по определению метра, по определению секунды, по эталонам для измерений ионизирующих излучений, по единицам величин.

Следует подчеркнуть, что резолюции ГКМВ по утверждению международных эталонов и уточнению определений единиц следует рассматривать как акты законодательной метрологии на международном уровне.

Наряду с организацией и проведением сличений национальных эталонов, что имеет важнейшее значение для единства измерений в международной практике, МБМВ принимает участие в работе консультативных комитетов МКМВ наряду с крупными национальными метрологическими лабораториями.

Новое определение света дало возможность значительно уменьшить погрешность его воспроизведения и создать единый эталон единиц времени, частоты и длины.

Одним из важнейших вопросов законодательной метрологии, которым занималось МБМВ последние годы, был вопрос об унификации способов выражения погрешностей результатов измерений. Необходимость в этом особенно ощущалась при международных сличениях национальных эталонов, когда различные организации разработали свои, но противоречивые рекомендации. На основе опроса более 30 национальных лабораторий по стандартизации и пяти международных организаций и обсуждения материалов опроса на рабочей группе МБМВ была подготовлена рекомендация С-1 «Определение экспериментальных погрешностей»(1980 г.), одобренная МКМВ на 70-й сессии (1981 г.). Одновременно МКМВ принял рекомендацию 1 (МК – 1981) «Выражение погрешностей измерений», в которой предлагалось МБМВ применять новые подходы при обработке результатов международных сличений эталонов.

В 1984 г. по линии МБМВ, МЭК, ИСО и МОЗМ разработан международный словарь основных и общих терминов в области метрологии, в обсуждении которого принимали участи многие страны.

 

Сводные сведения о шкалах

Шкалу интервалов иногда называют шкалой равных или равномерных интервалов. Правильнее говорить о шкале закономерных интервалов (они могут быть построены не только равномерно, но и прогрессивно, экспоненциально, логарифмически). Принципиальное отличие от предыдущей шкалы в том, что положение на любой ступени шкалы интервалов жестко определено и соотношения точек шкалы поддаются точному расчету. Недостатком такой шкалы является неопределенность ее начала, которое устанавливают условно. Такой условностью является момент начала суток, отличающийся в разных часовых поясах, момент начала летоисчисления (1999 год от рождества Христова одновременно приходится на 5760 год по иудейскому календарю). Тем не менее, в сутках у всех 24 часа, а в году 365 суток, если год не високосный.

Каждая из представленных в таблице шкал является более мощной, чем расположенные выше, и вбирает в себя свойства всех предыдущих.

Шкала отношений имеет фиксированный ноль и полностью соответствует шкале чисел по определенности ступеней и возможностям оперирования элементами шкалы.

Что касается не включенной в таблицу " абсолютной" шкалы, по сути она является частным случаем шкалы отношений, но кроме фиксированной нулевой точки (" естественного нуля" ) имеет еще и " естественную единицу". Примерами таких шкал являются шкала количества целочисленных объектов, шкала коэффициента полезного действия, шкала относительной влажности и другие им подобные.

Для того, чтобы некоторое свойство объекта можно было оценить по той или иной шкале, необходимо чтобы на множестве однотипных по данному свойству объектов соблюдались определенные отношения. Поскольку мы предпочитаем объективную оценку свойства числом, то отношения на множестве объектов логичнее всего сопоставлять с аксиоматикой числа. Анализ соответствующих отношений позволит определить, какой тип шкалы применим для оцениваемых свойств объектов.

Аксиоматику числа можно представить в виде трех групп аксиом:

                       АКСИОМЫ ТОЖДЕСТВА

1. Либо А = В, либо А ≠ В.

2. Если А = В, то В = А.

3. Если А = В, и В = С, то А = С.

                       АКСИОМЫ РАНГОВОГО ПОРЯДКА

4. Если А > В, то В < А

5. Если А > В и В > С, то А > C.

                       АКСИОМЫ АДДИТИВНОСТИ

6. Если А = С и В > 0, то А + В > С.

7. А + В = В + А.

8. Если А = С и В = D, то А + В = C + D.

9. (А + В) + С = А + (В + С).

Если на множестве объектов, которые характеризуются однородными рассматриваемыми свойствами, соблюдаются отношения этих свойств, определяемые аксиомами тождества, то эти объекты уже можно оценивать по шкале наименований. Если на множестве объектов соблюдаются отношения, определяемые аксиомами тождества и рангового порядка, эти объекты можно оценивать по шкале порядка. Если на множестве объектов соблюдаются отношения, определяемые полным набором аксиом, объекты можно оценивать по шкале интервалов или по шкале отношений. Разница в свойствах последних множеств, которая окончательно определяет вид применяемой шкалы, зависит от наличия или отсутствия фиксированного нуля на шкале.

В метрологии, как и в любой другой научной области, используют все виды шкал. Шкалами наименований ограничиваются при классификации физических величин, составляя шкалы их наименований и обозначений, включая размерности, сюда же относятся шкалы единиц физических величин (со всеми наименованиями и условными обозначениями) и множество других. Примерами применения шкалы наименований в метрологии можно считать наименования средств измерений, физических величин, их размерности и единицы, виды погрешностей и многое другое.

Применяемые классификации иногда находят топологическое развитие. В этом случае мы можем говорить о ранговых шкалах, например о шкалах точности эталонов и эталонных (образцовых) средств измерений, о шкалах условных классов точности приборов (классы нулевой, первый, второй и т.д.), о более и (или) менее точных методиках выполнения измерений. Относительные уровни точности (классы, разряды) используются для реализации шкалы порядка, поскольку полное наименование позволяет ранжировать объекты по точности. Очевидно, что прибор второго класса менее точен, чем первого, но точнее, чем однотипный прибор третьего класса.

Для полноценных измерений физических величин фактически подходят только две последние шкалы (интервалов и отношений). Есть физические величины с фиксированным нулем (масса, длина), а есть величины, которые никогда не будут иметь такого нуля (время, разность потенциалов). Однако, для математической обработки результатов измерений существенно важно, что интервалы физических величин после фиксации нуля " естественного" или условного полностью равноценны для приложения математического аппарата.

При оценке свойств индикаторами используется частный случай шкалы наименований, представляющий собой шкалу, состоящую из двух градаций, обозначающих наличие или отсутствие того или иного свойства, либо переход через заданное пороговое значение (альтернативная шкала). Например, индикатор электрической фазы дает ответ о " фазовом" или " нулевом" проводе, омметр при использовании в качестве индикатора показывает наличие или отсутствие обрыва электрической цепи, металлодетекторы – наличие или отсутствие металла и т.д. Используемый в качестве индикатора будильник, сигнализирует о переходе за установленный момент времени, " размерное реле" – о выходе детали за настроенный размер, температурные краски – о превышении температуры объекта, по сравнению с фиксируемой индикатором.

Для физических величин иногда применяют и шкалы порядка.

 Пример такой шкалы – используемая в минералогии шкала твердости Моос.

Минералы условно разделяются на десять групп, расположенных в порядке возрастания твердости – от первой до десятой. Коэффициент твердости определяется так: если какой-либо минерал царапает, например, кальцит (твердость 3) и не царапает флюорит (твердость 4), то его твердость обозначается коэффициентом 3, 5 (или между 3 и 4). Применяемые сегодня шкалы твердости Роквелла, Бринелля, Виккерса тоже фактически являются окультуренными шкалами порядка, о чем свидетельствует отсутствие математических формул для перевода твердости из одних единиц в другие. Подобные трудности встречаются и при использовании разных шкал светочувствительности фотоматериалов.

Очевидно, что совершенствование знаний о физической величине или повышение строгости ее определения сопровождается построением более мощной шкалы. Примером эволюции шкал можно считать температурные шкалы. Температура, которая когда-то оценивалась чисто топологически по шкале порядка (холодное-теплое-горячее), затем приобрела множество интервальных шкал с несовпадающими нулями и единицами (шкалы Реомюра, Фаренгейта, Цельсия), и, наконец пришла к логически завершенной шкале Кельвина с абсолютным нулем.

Облагороженная к сегодняшнему дню " шкала силы ветра" в баллах (шкала Бофорта) рассматривается как шкала скорости ветра, а на место условных баллов пришли аппаратурно измеряемые скорости.

 

 

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ВЕТРА (ПО ШКАЛЕ БОФОРТА)

Шкала физической величины может воспроизводиться двояко:

– воспроизведение единицы величины, ее кратных или дольных частей для обеспечения возможности построения шкалы на любом участке (мультипликация единицы);

– воспроизведение реперных точек величины, известные разности между которыми делят на пропорциональные части, из которых формируют единицу физической величины (построение шкалы по реперам).

И один и другой методы используются для воспроизведения единицы и шкалы физической величины с помощью индивидуальных эталонов, либо эталонных установок.

Шкала значений физической величины или ее отдельные точки воспроизводятся с помощью средств измерений. Однозначные меры предназначены для хранения и воспроизведения одного значения физической величины – одной точки шкалы. Прибор снабжен шкалой измеряемой физической величины в некотором диапазоне. Эта шкала заложена в прибор опосредованно, и воспроизводится с помощью масштабной шкалы аналогового прибора или логической пороговой схемы прибора с дискретным выходом.

Шкала измерительного прибора или штриховой меры является конструктивным элементом средства измерений, отображающим ограниченный участок теоретической шкалы измеряемой физической величины. В отличие от шкалы физической величины шкала средства измерений конкретна и характеризуется верхним и нижним пределами, ценой деления и длиной деления. Она, как правило, имеет прямолинейную или круговую линию теоретического построения отметок, равномерные или неравномерные деления. Операция нанесения шкалы на средство измерений называется градуировкой и может осуществляться на основании теоретических расчетов, либо по результатам измерений физических величин, соответствующих наносимым отметкам шкалы.

 

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 68; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.317 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь