Физические величины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по метрологии, стандартизации и сертификации

ТЕМА

«Физические величины»



1. Физические величины

Объектом измерений являются физические величины, которые принято делить на основные и производные.

Основные величины не зависимы друг от друга, но они могут служить основой для установления связей с другими физическими величинами, которые называют производными от них. Основная единица -- масса, а энергия -- это производная единица, зависимость между которой и другими единицами определяет данная формула. Основным величинам соответствуют основные единицы измерений, а производным -- производные единицы измерений.

Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц физических величин.

Первой системой единиц считается метрическая система, где за основную единицу длины был принят метр, за единицу веса -- вес 1 см3 химически чистой воды при температуре около +4°С -- грамм (позже -- килограмм). В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих двух единиц метрическая система в своем первоначальном варианте включала еще и единицы площади (ар -- площадь квадрата со стороной 10 м), объема (стер, равный объему куба с ребром 10 м), вместимости (литр, равный объему куба с ребром 0,1 м).

Таким образом, в метрической системе еще не было четкого подразделения единиц величин на основные и производные.

Понятие системы единиц как совокупности основных и производных впервые предложено немецким ученым К.Ф. Гауссом в 1832 г. В качестве основных в этой системе были приняты: единица длины -- миллиметр, единица массы -- миллиграмм, единица времени -- секунда. Эту системы единиц назвали абсолютной.

В 1881 г. была принята система единиц физических величин СГС, основными единицами которой были: сантиметр -- единица длины, грамм -- единица массы, секунда -- единица времени. Производными единицами системы считались единица силы -- килограмм-сила и единица работы -- эрг. Неудобство системы СГС состояло в трудностях пересчета многих единиц в другие системы для определения их соотношения.

В начале XX в. итальянский ученый Джорджи предложил еще одну систему единиц, получившую название МКСА (в русской транскрипции) и довольно широко распространившуюся в мире. Основные единицы этой системы: метр, килограмм, секунда, ампер (единица силы тока), а производные: единица силы -- ньютон, единица энергии -- джоуль, единица мощности -- ватт.

Были и другие предложения, что указывает на стремление к единству измерений в международном аспекте. В то же время даже сейчас некоторые страны не отошли от исторически сложившихся у них единиц измерения. Известно, что Великобритания, США, Канада основной единицей массы считают фунт, причем его размер в системе "британских имперских мер" и "старых винчестерских мер" различен.

Наиболее широко распространена во всем мире Международная система единиц СИ. Рассмотрим ее сущность.

Принципы построения систем единиц физических величин

Проблема выбора системы единиц физических величин совсем недавно не могла полностью относиться к нашему произволу. С точки зрения материалистической философии нам непросто было убедить кого-либо в том, что большой раздел естественных наук, относящийся к обеспечению единства измерений, в основе своей опирается на зависимость основных моментов от нашего сознания. Можно обсуждать, хорошо или плохо составлена система единиц физических единиц, но факт, что в основе своей любая система величин и единиц имеет произвол, связанный с человеческим сознанием, остается бесспорным.

В данном разделе на различных примерах мы рассмотрим возможности построения систем единиц физических величин, чтобы в дальнейшем при описании системы единиц СИ или каких-либо других систем можно было бы оценить положительные и отрицательные моменты каждой из них.

Прежде всего начнем с определений.

Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. До 1995 г. имели место еще дополнительные единицы - единицы плоского и телесного угла, радиан и стерадиан,- но с целью упрощения системы эти единицы были переведены в категорию безразмерных производных единиц.

Основными физическими величинами являются величины, выбранные произвольно и независимо друг от друга.

Основные единицы выбираются так, чтобы пользуясь закономерной связью между величинами можно было бы образовать единицы других величин. Соответственно, образованные таким образом величины и единицы называются производными.

Самый главный вопрос при построении систем единиц состоит в том, сколько должно быть основных единиц или, более точно, какими принципами нужно руководствоваться при построении той или иной системы? Частично в метрологической литературе можно найти утверждение, что главный принцип системы должен состоять в минимальном количестве основных единиц. На самом деле такой подход является неверным, так как следуя этому принципу такая величина и единица может быть одна.

Используя Закон сохранения энергии, можно определить любую физическую величину, независимо оттого, к каким явлениям она относится - к механическим, электрическим, оптическим или тепловым.

Для того чтобы сказанное выглядело более убедительно, рассмотрим основные механические единицы, принятые в большинстве систем - единицы длины, времени и массы. Эти величины являются основными, т. е. выбраны произвольно и независимо друг от друга. Число основных единиц может быть изменено как в меньшую, так и в большую сторону, т. е. полностью зависит от нашего выбора, определяемого удобством практического использования системы.

Естественно, что выбрав произвольно какую-либо единицу в качестве основной, мы произвольно выбираем размер этой единицы. В механических измерениях длину, время и массу мы имеем возможность сравнивать с любыми выбранными в качестве исходных одноименными величинами. По мере развития метрологии определения размера величин основных единиц неоднократно изменялись, тем не менее ни на физических законах, ни на единстве измерений это не отразилось.

Произвол выбора размера единицы имеет место не только для основных, произвольно выбранных величин, но и для величин производных, т. е. связанных с основным каким-либо физическим законом.

Следующий вопрос в проблеме выбора единиц системы состоит в определении целесообразности введения новых основных единиц при рассмотрении нового класса физических явлений. Начнем с электромагнитных явлений. Хорошо известно, что электрические явления опираются на закон Кулона, связывающий механические величины - силу взаимодействия и расстояния между зарядами - с электрической величиной - зарядом.

В законе Кулона, как и в других законах, где упоминаются векторные величины, мы опускаем единичный вектор с целью упрощения. В законе Кулона коэффициент пропорциональности равен 1. Если принять это за основу, что и сделано в некоторых системах единиц, то электрическая основная единица не нужна. Все остальные единицы электрических величин определяются из законов электростатики и электродинамики. Тем не менее в большинстве систем единиц, в том числе и в системе СИ, для электрических явлений вводится произвольно своя электрическая основная единица. В системе СИ это Ампер.

В результате одна и та же физическая величина определяется дважды. Такая неоднозначность заставляет ввести в закон Кулона дополнительный коэффициент, получивший название «диэлектрическая проницаемость вакуума».

О физическом смысле диэлектрической постоянной вакуума часто задают вопросы, когда хотят выяснить степень понимания сущности закона Кулона. С метрологической точки зрения все просто и понятно: вводя произвольно основную единицу электричества - ампер - мы должны принять меры к тому, чтобы имелось соответствие механических единиц, введенных ранее, их новому возможному выражению с использованием ампера.

Точно такая же ситуация может быть прослежена в температурных измерениях с введением произвольно основной единицы - Кельвина, а также в оптических измерениях с введением канделы.

Здесь подробно рассмотрена ситуация с выбором единиц основных физических величин и с выбором их размера для того, чтобы доказать суть главного принципа построения систем единиц физических единиц.

Этот принцип - удобство практического использования. Только эти ми соображениями определяется число основных единиц, выбор их размера, и все дополнительные, вторичные принципы отталкиваются от этого как от основного. Таковым, например, является известный принцип, гласящий, что в качестве основной величины нужно выбрать такую, единица которой может быть воспроизведена с наивысшей возможной точностью. Однако это желательно, но в ряде случаев нецелесообразно. В частности в механических измерениях единица частоты - Герц - воспроизводится с наивысшей точностью, тем не менее в разряд основных единиц частота не попала.

В электрических измерениях точнее Ампера может быть воспроизведен Вольт - единица разности потенциалов. В оптике достигнута предельная точность в измерениях энергии путем счета квантов. По указанным причинам общепризнанность выражения величин и единиц становится преобладающей над стремлением выбрать за основную единицу ту, которая точнее всего воспроизводится.

Окончательным подтверждением выбора системы единиц на основе принципа удобства использования являются два момента.

Первый - это факт присутствия в Международная система двух основных единиц количества вещества - килограмма и моля. Ничем, кроме удобства использования в химических процессах введение еще одной основной единицы - моля, - этот факт не объяснишь.

Второй - это факт использования в целом ряде случаев систем единиц, отличных от системы СИ. Многие годы и десятилетия метрологи пытаются оставить одну единственную систему единиц. Тем не менее, в расчетах атомных и молекулярных структур система СИ неудобна, и люди продолжают использовать атомную систему единиц, в которой основными являются величины, определяемые размерами атома и процессами, происходящими в атоме. При рассмотрении различных систем единиц мы подробно остановимся на построении этой системы. Точно также система СИ оказывается неудобной при измерениях расстояний до космических объектов. В этой области сложилась своя специфическая система единиц и величин.

Обобщая, выбор в Метрология системы единиц физических величин в основном связан с удобством их использования и в большой степени опирается на традиции в решении проблемы обеспечения единства измерений.

Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения

После выбора Единица системы основных единиц системы единиц и выбора Единица системы производных единиц возникает проблема создания эталонов Единица физической величины и специальной измерительной аппаратуры для поверки рабочих средств измерений, получивших название образцовых средств измерений. Эталоны, как правило, предназначены для воспроизведения размера единицы физической величины. Кроме эталонов в отечественной метрологии единицы физических величин воспроизводятся на установках высшей точности (УВТ) и на исходных образцовых средствах измерений (ИОСИ).

Однозначного толкования разграничений между этими тремя понятиями до сих пор не существует. Возможные версии неоднозначны. Например, одна из точек зрения состоит в том, что если средство измерения высшей точности создано в Госстандарте РФ, то это эталон. Если в каком-либо министерстве или ведомстве, то УВТ или ИОСИ. Другая точка зрения состоит в том, что если точность измерения на средстве высшей точности сопоставима с точностью других эталонов, то его можно считать эталоном. И, наконец, третья точка зрения - считать все, что создается в столице эталоном, а все, что создается в регионах - УВТ или ИОСИ. Последнее, несмотря на разумность основного посыла, все-таки смысла лишено, т. к. Главная палата мер и весов России традиционно находится в Санкт-Петербурге и именно там находится большинство эталонов РФ. На самом деле статус средства высшей точности определяется каждый раз индивидуально. Во внимание принимается престижность. Эталон - более престижное образование, чем УВТ или ИОСИ. Кроме того, учитываются массовость вида измерений, распространенность рабочих приборов по территории страны или по различным ведомствам. Приборы узкого круга использования, например озонометры, вполне можно метрологически обеспечить установкой высшей точности. Напротив, приборы массового использования, например термометры, желательно обеспечивать используя эталон. С этим же фактором связана простота или сложность утверждения средства измерения высшей точности. Сложнее всего по процедурным соображениям создать и утвердить эталон. Проще всего - установку высшей точности.

Образцовые средства измерений представляют собой меры и измерительные приборы, предназначенные для поверки и градуировки других средств измерений. На такие приборы выдаются свидетельства на право проведения поверки. Образцовые средства измерений особенно необходимы в массовых видах измерений. Метрологические правила предписывают поверять средство измерения другим средством, погрешность показаний которого в 2-3 раза ниже, чем у поверяемого прибора.

Метрологическая цепь передачи размера единицы от эталона к рабочим средствам измерения, принятая сначала в СССР, а теперь в России, получила название поверочной схемы.

Несколько лет назад поверочная схема на средства измерений имела законодательный характер. В настоящее время многие поверочные схемы составляются как документ рекомендательный.

Структура поверочной схемы состоит из нескольких полей, соответствующих ступеням передачи размера единиц. В верхнем поле указывают название эталона. В этом же поле помещают название вторичных эталонов, специальных эталонов, рабочих эталонов. Подполем эталонов располагают поле образцовых средств измерений различных разрядов. Под полем образцовых средств располагается поле рабочих средств измерений. Наименование средств измерений и эталонов указывают на поверочной схеме в прямоугольниках. Метод передачи размера единицы от эталона через образцовые средства к рабочим приборам указывают на поверочной схеме между полями в овалах или кружках.

В период существования СССР в нашей стране поверочные схемы имели статус государственного стандарта, т. е. были обязательными к исполнению по всей территории. В отсутствие рыночного регулирования качества продукции, в том числе и измерительной техники, такая мера были и оправдана и необходима. На самом деле такая практика обладала целым рядом недостатков. Самый главный из них - это создание препятствий на пути внедрения новой техники. Если создавался какой-либо измерительный прибор высокого класса точности, то применение его затруднялось до внесения его в поверочную схему. Поскольку эта процедура непростая и занимает много времени, часто хорошие приборы долгое время оказывались как бы вне закона, т. е. их использование и поверка были затруднены.

Еще один недостаток жесткой системы соблюдения предписаний поверочной схемы - это необходимость иметь во всех центрах поверки большое количество образцовых приборов. Нельзя, например, было поверять рабочие приборы непосредственно по рабочим эталонам.

С другой стороны, практика использования поверочных схем у нас в стране и в странах СЭВ сыграла и большую положительную роль в метрологии. При составлении поверочных схем тщательно анализировались различные методы и средства измерения какой-либо физической величины, а результат представлялся в лаконичной доступной форме.

Средства измерения высшей точности - эталоны - подразделяются на несколько категорий. Эталон, воспроизводящий единицу с наивысшей в стране точностью, называется государственным первичным эталоном. Для воспроизведения единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от существующих эталонов технически неосуществима с требуемой точностью, создаются Эталон специальный специальные эталоны. Это могут быть измерения в условиях повышенного или пониженного давления, высокой влажности, измерения в крайних областях диапазона, например оптические измерения в инфракрасной и ультрафиолетовой областях, и т.д.

В метрологической практике широко используются вторичные эталоны, рабочие эталоны и эталоны-копии. Эти эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. Существуют также следующие категории эталонов:

- Эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друге другом;

- Эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты.

- Эталон-копия - представляет собой вторичный эталон, предназначенный для передачи размера рабочим эталонам. Он не всегда может быть точной физической копией государственного эталона. Рабочий эталон - это вторичный эталон, применяемый для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам или наиболее точным рабочим средствам измерений.

Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эталона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплекса средств измерений и в виде эталонного набора. Пример одиночного эталона - эталон массы в виде платино-иридиевой гири. Пример группового эталона - эталон-копия вольта, состоящая из 20 нормальных элементов.

Пример комплекса средств измерений - эталон единицы молярной доли концентрации компонентов в газовых смесях. В этом виде измерений различные компоненты, различные диапазоны концентраций, различные газы-разбавители создают огромное количество измерительных задач с одной общей идеологией. По этой причине один эталон состоит из нескольких десятков измерительных установок. И, наконец, пример эталонного набора - набор средств измерения плотности жидкостей для различных участков диапазона.

По мере рассмотрения различных видов измерений мы не раз будем сталкиваться с той или иной разновидностью общего определения категорий и понятий, так как метрологический терминологический набор достаточно жестко определен, а в технике иногда пренебрегают требованиями к терминам.

В международной метрологической практике такого широкого набора разновидностей эталонов не обозначено. Международные эталоны, хранящиеся в Международном бюро по мерам и весам, воспроизводят ограниченное число единиц физических величин. Обычно это либо основные единицы системы СИ, либо единицы, которые могут быть воспроизведены на уровне точности, равной или даже превосходящей точность эталона основной единицы. Пример такого эталона - эталон Вольта на эффекте Джозефсона. Меньшее в сравнении с отечественным число международных эталонов объясняется тем, что во многих странах понятие эталон и образцовое средство измерения не имеют четкого разграничения. Существует емкое понятие - стандарт (standart) - что по смыслу может быть переведено как вторичный стандарт (образцовое средство измерения) или как эталон (исходное образцовое средство измерения).

Измерительные приборы и установки.

Измерения физических величин выполняются с помощью устройств, называемых измерительными приборами или измерительными установками.

Измерительным прибором называют измерительное устройство, представляющее собой более или менее единое целое и градуированное по большей части непосредственно в единицах измеряемой физической величины. Измерительная установка обычно включает в себя несколько приборов и вспомогательных устройств. Четкую грань между прибором и установкой провести трудно. Так, если температура измеряется при помощи термопары и вольтметра, можно говорить о термоэлектрической установке, а можно то же самое назвать электрическим термометром.

Кроме измерительных приборов и вспомогательных устройств в состав измерительных установок часто входят меры или наборы мер. Сюда относятся гири, катушки, магазины сопротивлений и индуктивностей, нормальные гальванические элементы и т. д. К специфическим мерам относят стандартные образцы свойств и состава веществ и материалов.

Измерительные приборы и установки характеризуются пределами измерений, чувствительностью, ценой деления и точностью.

Чувствительность. Всякое измерение есть последовательность действий оператора и физических процессов в установке, результатом которых является перемещение какого-либо указателя на шкале. Такая форма сигнала, пропорциональная измеряемой физической величине, называется аналоговой. В более современных приборах аналоговая форма выходного сигнала преобразуется в цифровую форму и результат высвечивается на цифровом табло. И наконец, у приборов современного поколения часто имеются каналы сочленения с компьютером. В этом случае измерительная информация может быть представлена в графическом виде.

Чувствительностью прибора называют отношение перемещения указателя или изменения показания цифрового табло к вызвавшему его изменению измеряемой величины X. Перемещение обычно измеряется в единицах длины, в делениях шкалы, нанесенной на приборе. Иногда бывает полезно вводить вместо линейного перемещения угол поворота указателя. Особенно часто это имеет место в электроизмерительных приборах.

Иногда понятие чувствительности трактуют иначе, определяя ее как отношение сигналов на входе и на выходе преобразователя. В зависимости от вида функции I = F(x) чувствительность может быть либо постоянной величиной, либо величиной, зависящей от х. В первом случае говорят, что прибор имеет линейную шкалу, во втором случае - нелинейную. Уместно указать сразу, что линейность шкалы зависит не только от характеристик преобразователя, но и от выбора единиц физических величин .

Наряду с чувствительностью при многих видах измерений важное значение имеет порог чувствительности, т. е. минимальное изменение измеряемой величины, которое может быть отмечено данным прибором. Порог чувствительности тем ниже, чем больше чувствительность, но он зависит еще и от конкретных условий наблюдения, например возможности, различать малые отклонения, стабильности показаний, величины застойного трения и т. д.

Цена деления шкалы для приборов, шкала которых градуирована в произвольных делениях, например в миллиметрах или в градусах, есть величина, обратная чувствительности Е.

Приборы, имеющие нелинейную зависимость отсчета от измеряемой величины, часто снабжаются неравномерной шкалой, деления которой пропорциональны х. Эта шкала может быть оцифрована непосредственно в единицах х или в каких-либо произвольных единицах.

Точность прибора - характеристика прибора, отражающая погрешность измерений, которую можно обеспечить с пользованием данного прибора. Часто в метрологии используется понятие «класс точности» прибора или меры. Во многих случаях приборы градуируются так, чтобы цена деления шкалы несколько превышала максимальную погрешность градуировки. В этом смысле между точностью и чувствительностью существует определенное соответствие. Однако, этого принципа градуировки придерживаются не всегда, и поэтому путать точность и чувствительность прибора не следует.

В зависимости от класса точности приборы разделяются на классы: первый, второй и т.д. Допускаемые погрешности для разных типов приборов регламентируются государственными стандартами.

Градуировка прибора чаще всего производится на заводе изготовителе. Однако часто пользователю приходится самостоятельно переградуировать прибор. Как правило, такая необходимость возникает, если мы хотим провести более точные измерения, чем это гарантировано паспортными данными, или когда используется какое-либо дополнительное оборудование, влияющее на показания прибора. Например, в спектрофотометре на пропускание может быть установлена приставка, позволяющая работать на отражение. Такая приставка может повлиять на метрологические характеристики спектрофотометра, поэтому проверка градуировки прибора оказывается необходимой.

При градуировке показания прибора сравнивают с показаниями другого более точного прибора или используют меру соответствующего класса точности. Результаты градуировки обычно представляют в одной из следующих форм:

- градуировочный график - зависимость истинного значения измеряемой величины от отсчета по шкале прибора. График должен строиться в масштабе, позволяющим находить истинное значение без потери точности;

- график поправок к показаниям прибора удобен, если прибор уже проградуирован в единицах измеряемой величины. Особенно этот метод удобен для неградуированных приборов;

- таблицы поправок или значений измеряемой величины в зависимости от показаний прибора в делениях его шкалы. Шаг таблицы должен быть достаточно малым, чтобы промежуточные значения без потери точности можно было бы находить линейной интерполяцией.

Измерительные приборы в большинстве своем состоят из датчика (измерительного преобразователя), преобразователя сигнала в аналоговую или цифровую форму и отсчетного устройства. В современных приборах, кроме того, используются различные запоминающие устройства - самописцы или магнитные накопители, а также устройства сочленения прибора с компьютером. В последнем случае появляются дополнительные возможности у пользователя, например статистическая обработка результатов, возможность проведения измерений в динамическом режиме, а также многие сервисные возможности в зависимости от программного обеспечения процедуры измерений. Компьютер может также управлять процессом измерений.

На первичных преобразователях, датчиках имеет смысл останавливаться при рассмотрении конкретных видов измерения. Это могут быть термопары, датчики давления, температуры, влажности, концентрационно чувствительные датчики, фотоприемники различных типов, микрофоны.

Преобразователи сигналов, также как и датчики, весьма разнообразны по принципу действия и по назначению. Это могут быть усилители, катодные повторители, амплитудно-частотные преобразователи, согласующие устройства и т. д. Соответствующие вопросы описаны в специальной литературе, посвященной электронной и усилительной технике. То же самое относится к возможностям использования компьютеров.

Основные понятия:

Измерение - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. (РМГ 29-99 Метрология. Основные термины и определения)

Измерение - совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины (ФЗ 102 «Об обеспечении единства измерений»)

Принцип измерений - физическое явление или эффект, положенное в основу измерений

Область измерений - совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой (механические, акустические, магнитные и т.д.)

Вид измерений - часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Например, механические измерения разделяют на измерения массы, скорости, силы и т.д.

Точность измерений - характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

Правильность измерения - характеристика измерения, отражающая близость к нулю систематической погрешности результата измерения

Достоверность измерений - важнейшая характеристика качества измерений, определяющая доверие к результатам измерения. Характеризуется вероятностью того, что истинное (действительное) значение измеряемой величины находится в указанных пределах.

Результат измерения - значение ФВ, найденное в процессе ее измерения.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины

Метрологическое измерение - измерения при помощи эталонов с целью воспроизведения единиц ФВ или передачи их размера СИ

Техническое измерение - измерения при помощи рабочих средств измерения (контроль качества продукции, научно-исследовательские испытания)

Метод измерений - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Методы измерений и измерительные приборы очень разнообразны, т. к. разнообразны сами физические величины, разнообразны диапазоны измеряемых величин, разнообразны классы точности, условия проведения измерений и предъявляемые к ним требования. Но во всем этом многообразии существуют общие принципы, которые позволяют оценить качество или класс точности измерений.

Во многих случаях процесс измерения сводится к простому считыванию результата по шкале или с цифрового индикатора. Такие методы называют методами непосредственной оценки, а приборы такого типа называют приборами прямого действия. Эти методы наиболее просты и занимают минимальное время. Однако их точность ниже, чем у других более трудоемких методов измерения.

Значительно более точными, но и более трудоемкими являются методы сравнения измеряемой величины с мерой. Такие методы называют иногда нулевыми методами, т. к. при их использовании фиксируется разность между измеряемыми величинами. Соответственно, при высокой чувствительности прибора точность измерения на нем будет определяться классом точности меры. При рассмотрении поверочных схем указывалось, что при передаче размера единицы от образцовой меры или прибора к рабочему средству измерения точность уменьшается в 2-3 раза. Это относится к приборам прямого действия. При сравнении передача размера единицы может проводиться практически без потери точности. В качестве примера метода сравнения можно указать взвешивание на весах с коромыслом, двухлучевую фотометрию, измерение электрических величин мостиковыми схемами и т. д.

Несколько более удобной разновидностью метода сравнения является дифференциальный метод. В этом методе добиваются приближенного уравновешивания противоположных воздействий, а их малая разность измеряется методом непосредственной оценки. Например, при взвешивании часть груза можно уравновесить гирями, а часть измерить по отклонению стрелки коромысла от нуля. Такой метод несколько менее точен, чем чистое сравнение, но зато можно получить значительный выигрыш во времени измерения.

Нулевой и дифференциальный методы обеспечивают снижение случайной погрешности. Для борьбы с систематическими погрешностями полезна другая разновидность сравнения - метод замещения. Так, измеряя сопротивление можно включить в цепь амперметр и вольтметр, а затем, сняв их показания, заменить измеряемое сопротивление магазином эталонных сопротивлений так, чтобы получить те же отсчеты амперметра и вольтметра. Очевидно, что погрешность в градуировке амперметра и вольтметра уже никак не скажутся на результате измерения сопротивления. Метод замещения часто применяют в сочетании с нулевым или дифференциальным методами.

Интересной разновидностью сравнения является метод совпадений, применяемый к периодическим во времени или в пространстве процессам. Если, например, необходимо измерить частоту ?, имея генератор стандартной частоты ?0, то метод совпадений означает регистрацию совпадения n1 номера частоты ? с n0 номером частоты ?0. Тогда процесс измерения частоты сводится к измерению номеров периодических процессов. Особенно такой метод полезен при измерениях атомных структур, например времен жизни возбужденных состояний атомов.

Какими должны быть основные физические величины?

Для основной физической величины сейчас имеется стандартное определение (А.Чертов, 1990), как “физической величины, входящей в систему величин и условно принятой в качестве не зависящей от других величин этой системы“. В работе И.Когана (2007) предлагается дифференцировать это определение. Если речь идет о системе физических величин, то из указанного определения следует изъять слова “условно принятой“. Если речь идет о системе единиц, то и в дополнение к процитированному определению следует добавить такую фразу: “Единица основной физической величины - это единица той физической величины, которая принята за основную в данной системе единиц.“.

Физические величины существуют независимо от их размерностей и единиц измерений - это характеристики свойств природы. Поэтому любые соображения и действия по выявлению основных физических величин и их числа в процессе систематизации физических величин не могут относиться к разряду случайных и волевых событий, даже если такие события имеют форму международной конференции. Волевой подход в этом вопросе может привести только к бессистемности, что мы, собственно говоря, и наблюдаем сейчас, когда анализируем разные системы единиц физических величин.

Л. Брянский (2002) утверждает: “Все величины обозначают существующие свойства, среди которых нет ни основных, ни производных от них. Все величины в этом смысле равноправны. Это реальности нашего мира. Человек над ними не властен. Он может их только называть (поименовывать)“. Но утверждение Л. Брянского верно лишь тогда, когда речь идет опять-таки о единицах величин, ибо сами процессы измерения налагают определенные условия на процесс отбора основных физических величин, положенных в основу систем единиц. Процессы измерения - это и есть реальности нашего мира, которые человеку подвластны лишь отчасти. В природе же физические величины не равноправны, одни из них независимы, а другие по ним определяются, и задача человека при систематизации физических величин - правильно выявить (а не условно выбрать) основные физические величины.

Развивающаяся сейчас уровневая физика тоже “не понимает“ равноправия физических величин. Системный подход, одна из основ уровневой физики, требует придерживаться принципа причинности, следствием которого является принцип последовательности. Вот содержание принципа последовательности: то, что находится на более низком иерархическом уровне, должно определяться тем, что находится на более высоком иерархическом уровне. И только те физические величины, которые характеризуют свойства материи, находящиеся на самом высоком уровне иерархии обобщения и систематизации в физике, заслуживают того, чтобы именно их считали основными. А уж в каких единицах будет их измерять человек, - это для природы совершенно безразлично.

физический величина прибор качество продукция

2. Классификация показателей качества продукции

Показатель качества продукции -- это количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, составляющих ее качество продукции, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления.

Номенклатура потребительских свойств и показателей качества продукции (ПС и ПКП) -- это совокупность свойств и показателей, обусловливающих удовлетворение реальных или предполагаемых потребностей. Каждый вид продукции характеризует своя номенклатура показателей качества, которая зависит от назначения продукции. У продукции многоцелевого назначения эта номенклатура может быть очень многочисленной. Показатель качества продукции может выражаться в различных единицах (например, км/ч, часах на отказ), баллах, а также может быть безразмерным.

Классификация

Показатели качества классифицируются по следующим признакам:

1) По стадии определения:

- Прогнозируемые;

- Проектные;

- Производственные;

- Эксплуатационные.

2) По характерным свойствам для промышленных изделий:

- Назначения -- это способность удовлетворять физиологические и социальные потребности, а также потребности в их систематизации.

В зависимости от удовлетворяемой потребности в группе ПС и ПКП подгруппы:

· Функциональной и технической эффективности - полезный эффект от использования продукции и прогрессивность заложенных технических решений. (например, показатель производительности, показатель точности, калорийности топлива).

· Классификационные - характеризуют принадлежность к определенной группе, (например, мощность двигателя, емкость ковша экскаватора, быстродействие процессора компьютера, точность (погрешность) измерительного прибора, содержание углерода в стали и т. п.).

· Конструктивные ПКП - характеризует основные проектно-конструкторские решения: удобство монтажа, установки на месте эксплуатации, возможности агрегатирования и взаимозаменяемости и т. д. (например, габаритные и присоединительные размеры, коэффициент сборности, вид схемы сборочного состава изделия и т. п.)

· ПКП состава и структуры - характеризует содержание химических элементов (например, . Пр: процентное содержание одного вещества в другом, концентрация примесей в растворах, структурный состав фасованных пищевых продуктов и т. п.)

Продолжая примеры, можно привести типовые наборы Показателей Назначения (ПН) для распространенных видов технических устройств. Так, для металлорежущих токарных станков набор ПН может включать: мощность привода станка, диапазон и структуру скоростей вращения шпинделя, максимальный диаметр обработки цилиндрических деталей (вал или втулка), диапазон длины перемещения суппорта, точность и чистоту обработки, габаритные и установочные размеры, массу, коэффициент сборности и др.

Для электроизмерительного прибора: характер и диапазоны измеряемого параметра, частотный диапазон, погрешность измерения в разных интервалах (точках) диапазона, габариты, масса, вид исполнения (стационарный, переносной, щитовой), для щитового - посадочные и установочные размеры, вид индикации - стрелочный, цифровой, с вращающейся шкалой и окном и др.

Для бытового радиоприемника: состав и границы частотных диапазонов, чувствительность (зоны уверенного приема станций) по частотным диапазонам, помехозащищенность и устойчивость приема по диапазонам, вид звукового выхода (динамики, наушники), характер звукового выхода (моно, стерео), полоса и частотная характеристика звуковых частот, характер использования (стационарный, переносной, карманный), вид настройки (ручная, фиксировано- селективная), материал корпуса (дерево, металл, пластмасса), габариты, масса, цветовое оформление корпуса.

Для конструкционных материалов: компонентная структура (например, для стали - процентное или долевое содержание углерода, легирующих добавок), прочность, пластичность, весовые характеристики, вид фасовки.

Для фасованных пищевых продуктов в упаковке: процентное содержание входящих компонентов, калорийность, вкусовые характеристики, вид упаковки, характер фасовки (материал, размеры, масса нетто) и др.

Показатели назначения в первую очередь включаются в нормативные документы (стандарты различного уровня, ТУ) производителей продукции, сопровождающую документацию (инструкции по эксплуатации, паспорта), являются объектом рекламы и опережающей стандартизации. Эти показатели часто тесно связаны с показателями (надежности, эргономическими, эстетическими, стандартизации и унификации, экономическими и др.) по характеризуемым свойствам и только во взаимосвязи всех показателей качества можно сделать вывод о качестве и конкурентоспособности продукции в условиях рынка, а потребитель может принять обоснованное решение о способе и варианте удовлетворения своей потребности.

- ПКП экономического использования ресурсов характеризует совершенство продукции по уровню потребления сырья, материалов, а также топлива и энергии при эксплуатации.

- ПКП экономного расходования сырья, материалов (удельный расход материалов, потери сырья, материалов)

- ПКП экономичности энергопотребления (удельный расход топлива, энергии, КПД и др.)

- Надежность -- способность сохранять функциональные свойства при хранении, потреблении, эксплуатации в течение заранее оговоренного срока/ времени.

- Долговечность -- способность сохранять работоспособность до наступления предельного состояния или установленного времени технического обслуживания и ремонта.

- Безотказность -- способность изделия выполнять функциональное назначение без возникновения дефектов, из-за которых невозможна или затруднена их дальнейшая эксплуатация. ПКП безотказности делят на 2 подгруппы: для изделий не ремонтируемых или заменяемых после первой поломки (Пр: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов) и для ремонтируемых (Пр: наработка на отказ, среднее значение параметра потока отказов)

- Ремонтопригодность -- способность восстанавливать исходное свойство, в первую очередь функциональное, после устранения выявленных дефектов. Характеризуется, например, средней температурой восстановления, вероятностью восстановления работоспособности в течение определенного интервала, а также комплексными

- Сохраняемость -- способность поддерживать исходные качественные и количественные характеристики в течение определенного срока; характеризуется аналогично показателям безотказности, которые определяются для условий хранения, транспортирования, а также мерами, принятыми для защиты от воздействия факторов внешней среды(пыли, вибрации, солнечного излучения и проч.)

- Эргономические -- способность продукции создавать ощущение удобства, комфорта и наиболее полного удовлетворения потребности в соответствие с антропометирическими, психологическими, психолого-физеологическими потребностями потребителя.

- Эстетические -- информационная выразительность, рациональность формы, совершенство исполнения, стабильность товарного вида, целостность вида.

· Внешний вид;

· Целостность;

· Форма;

· Мода и стиль;

· Информационная выразительность;

· Дизайн;

· Другие.

- Технологичность характеризует свойства продукции, определяющие технологические возможности, а также возможность снижения трудовых, материальных и энергетических ресурсов. ПКП технологичности делят на: основные (трудоемкость, материалоемкость) и дополнительные(унификации, сборности)

- Транспортабельность характеризует приспособленность продукции к перемещению в пространстве, а также к подготовительным и заключительным операциям при транспортировании. Пр: средняя продолжительность разгрузки партии продукции из вагона, максимально возможное использование емкости транспортного средства и проч.

- ПКП стандартизации и унификации характеризует насыщенность продукции стандартными, унифицированными и рациональными составными частями. Пример: коэффициент применяемости, коэффициент повторяемости, коэффициент взаимной унификации

- Патентно-правовые ПКП характеризуют патентную чистоты и патентную защиту продукции. к ним относят Рп.з. (отражает степень защиты патентами РФ и стран предполагаемого экспорта) и Рп.м.(степень использования технических решений, не подпадающих под действие патентов РФ и стран предполагаемого экспорта)

- Экологические -- особенность продукции по уровню вредного воздействия на окружающую среду при эксплуатации или потреблении. Подгруппы ПС и ПКП: выделение токсичных газов, вредных газов, содержание вредных примесей в выбросах и проч.

- Безопасности -- отсутствие недопустимого риска для жизни, здоровья и имущества потребителя при эксплуатации или потреблении.

· Химическая;

· Радиационная;

· Механическая;

· Электрическая;

· Магнитная;

· Электромагнитная;

· Термическая;

· Санитарно-гигиеническая;

· Противопожарная.

3) По применению для оценки:

- базовые;

- относительные.

4) По способу выражения:

- ПКП, выраженные в натуральных единицах;

- ПКП, выраженные в обобщенных единицах.

5) По размерности отражаемых свойств:

- Функциональные;

- Долевые;

- Балльные;

- Интервальные;

- Приведенные.

6) По значимости при оценке качества:

- Основные;

- Дополнительные.

7) По характеру установления показателя:

- Регламентированное значение показателя;

- Номинальное значение показателя;

- Предельное значение показателя;

- Оптимальное значение показателя.

8) По количеству характеризуемых свойств:

- Единичные

Показатель качества продукции, характеризующий одно из ее свойств, называется единичным показателем качества продукции. Примерами единичных показателей могут быть мощность (двигателя), калорийность (топлива), наработка на отказ.

- Комплексные (групповые, интегральные, обобщенные)

Комплексным называется показатель качества продукции, характеризующий несколько ее свойств.

Единичные и комплексные показатели качества, могут объединяться в различные группы в зависимости от того, какие отношения объекта (системы) с внешней средой должны быть отображены.

При анализе групп показателей можно заметить определенную корреляцию между ними. Например, такой показатель уровня технологичности производства, как энергоемкость продукции, тесно связан с группами экономических и экологических показателей.

Качество продукции оценивается на основе количественного измерения определяющих ее свойств. Современная наука и практика выработали систему количественной оценки свойств продукции, которые и дают показатели качества.

Широко распространена классификация свойств предметов (товаров и услуг) по следующим группам, которые дают соответствующие показатели качества:

· показатели назначения товара,

· показатели надежности,

· показатели технологичности,

· показатели стандартизации и унификации,

· эргономические показатели,

· эстетические показатели,

· показатели транспортабельности,

· патентно-правовые показатели,

· экологические показатели,

· показатели безопасности.

Применительно к услуге исследователи Л. Бери, А. Парасураман, и В. Зейтамль составили также перечень показателей качества услуг, обнаружив, что потребители пользуются в основном простыми критериями независимо от вида услуг. Эти критерии следующие:

- Доступность: услугу легко получить в удобном месте, в удобное время, без излишнего ожидания ее предоставления,

- Коммуникабельность: описание услуги выполнено на языке клиента и является точным,

- Компетентность: обслуживающий персонал обладает требуемыми навыками и знаниями,

- Обходительность: персонал приветлив, уважителен и заботлив,

- Доверительность: на компанию и ее служащих можно положиться, т. к. они действительно стремятся удовлетворить любые запросы клиентов,

- Надежность: услуги предоставляются аккуратно и на стабильном уровне,

- Отзывчивость: служащие отзывчивы и творчески подходят к решению проблем и удовлетворению запросов клиентов,

- Безопасность: предоставляемые услуги не несут с собой никакой опасности или риска и не дают повода для каких-либо сомнений,

- Осязаемость: осязаемые компоненты услуги верно отражают ее качество,

- Понимание/знание клиента: служащие стараются как можно лучше понять нужды клиента и каждому из них уделяют внимание.

Размещено на Allbest.ru