Развитие и история метрологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

Глава 1. Основные понятия и представление о метрологии и ее история развития. Измерения

1.1 Основные этапы развития и история метрологии. Понятия и представления о метрологии

1.2 Общая характеристика объектов измерения, научно-технические основы метрологического обеспечения

1.3 Понятия видов и методов измерений. Классификация и общая характеристика средств измерений. Метрологические свойства и характеристики, основы теории и методики измерений

Глава 2. Обеспечение единства измерений, цели и задачи, ее роль в условиях рыночной экономики

2.1 Общие положения обеспечение единства измерений. Цели и задачи, роль обеспечения единства измерений в условиях рыночной экономики

2.2 Международные организации по метрологии

2.3 Анализ состояния системы обеспечения единства измерений. Системная проблема обеспечения единства измерений. Стратегия развития системы обеспечения единства измерений в России

Глава 3. Комплекс мер по реализации стратегии развития системы обеспечения единства измерений

3.1 Мониторинг и контроль

Глава 4. Обеспечение единства измерений в Кыргызской Республике

4.1 Нормативно законодательная база обеспечения единства измерений в Кыргызской Республике

4.2 Анализ прослеживаемости измерений в Кыргызской Республике для поддержки аккредитованных испытательных лабораторий

4.3 Система законодательной метрологии в Кыргызской Республике

Заключение

Выводы

Литература

Введение

Цель и задачи: исследование и обзор литературы, ознакомление с нормативно-законадательной базой, роль обеспечения единства измерений в условиях рыночной экономики в Кыргызской Республике.

Прогноз потребностей в работах и услугах по обеспечению единства измерений строится на постулировании того, что в условиях реализации концепции долгосрочного социально-экономического развития Кыргызской Республики, направленной на создание инновационной экономики Кыргызстана, как развитого государства XXI века, количество измерений в стране будет возрастать, а общество будет предъявлять все более высокие требования к достоверности и сопоставимости результатов измерений, и, прежде всего, в областях, связанных с повышением качества жизни, развитием новых технологий, а также обороны и безопасности государства.

По мере возрастания количества измерений будет увеличиваться и количество средств измерений, подвергаемых таким видам контроля пригодности, как поверка и калибровка. При этом количество калибровок будет расти более ускоренными темпами, в том числе за счет интеграции Кыргызстана в мировую экономику.

Потребности в оснащении новейшей измерительной техникой новых промышленных технологий (в т.ч. нанотехнологий), новых систем контроля окружающей среды, новых технологий диагностирования и лечения болезней, строительства, химической промышленности, новых технологий разработки препаратов для фармакологии, новых технологий для электроники и информационных технологий, обеспечения обороны и безопасности страны приведут к значительному росту объектов, попадающих под режим обеспечения единства измерений.

В торговле и во взаимных расчетах будет расти уровень точности и достоверности результатов измерений, а также защиты измерительной информации от несанкционированного доступа, в том числе за счет новых механизмов испытаний и контроля.

Кроме развития традиционных направлений метрологии, связанных с воспроизведением, хранением и передачей размеров единиц физических величин, будут развиваться новые направления, связанные с воспроизведением, хранением и передачей шкал измерений, в частности, шкалы времени и эталонных частот, что напрямую предусмотрено п.8 ст.21 Федерального закона «Об обеспечении единства измерений». В основополагающем стандарте ГОСТ Р 8.000-2000 «Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения» установление согласованных требований к совокупности узаконенных единиц величин и шкал измерений отнесено к важнейшим объектам деятельности по обеспечению единства измерений.

Все это потребует значительного обновления эталонной базы Кыргызстана как в направлении повышения точности воспроизводимых, хранимых и передаваемых эталонами единиц величин, так и в направлении расширения номенклатуры и диапазонов изменений единиц величин, обслуживаемых эталонами.

По мере увеличения количества разрабатываемых технических регламентов и обновления национальных стандартов в несколько раз возрастет потребность в их метрологической экспертизе.

Достоверность результатов измерений в значительной степени зависит от качества методов и методик измерений. В этой связи неизбежно будут возрастать объемы работ по аттестации методик выполнения измерений.

Актуальность: В стране рыночные реформы. Назрела необходимость определить роль обеспечения единства измерений в Кыргызской Республике, как основу развития метрологии и национального органа по метрологии, сформулировать стоящие перед ним задачи и функции в новых условиях, условиях перехода от плановой экономики к рыночной является актуальным на сегодняшний день.

Для эффективной реализации закона «Об обеспечении единства измерений» потребуется актуализация всей нормативной правовой и методической базы обеспечения единства измерений. Необходимо будет внести изменения в не менее 30 действующих правил по метрологии, в около 2000 методических рекомендательных документов, предстоит в значительной степени пересмотреть массив методик поверок средств измерений.

Важную роль в повышении доверия к результатам измерений играет государственный метрологический надзор. Развивающаяся экономика влечет за собой развитие метрологического обеспечения различных сфер человеческой деятельности, что в свою очередь потребует непрерывного мониторинга его соответствия установленным требованиям. От органов государственного метрологического надзора потребуется новый уровень методического и технического обеспечения проверок состояния измерений. Количество проверок необходимо увеличить, по крайней мере, в 2-3 раза, чтобы они могли приносить ощутимый эффект в обеспечение единства измерений.

-Обеспечить совершенствование нормативно-правовой базы и нормативных документов, регулирующих единство измерений в сфере обороны и безопасности и при осуществлении государственного оборонного заказа, в соответствии с новым федеральным законодательством об обеспечении единства измерений и разработанными в его развитие нормативными правовыми актами Кыргызстана.

Для реализации поставленной цели и задачи, в настоящей дипломной работе приведены и исследованы следующие данные по обеспечению единства измерений в условиях рыночной экономики в Кыргызской Республике:

1. Нормативно законодательная база обеспечения единства измерений в Кыргызской Республике.

2. Анализ прослеживаемости измерений в Кыргызской Республике для поддержки аккредитованных испытательных лабораторий

3. Развитие Национальной системы обеспечения единства измерений в соответствии с международной практикой.

Система законодательной метрологии в Кыргызской Республике.

80 лет назад, 24 октября 1927 года, в столице Кыргызстана был создан специальный уполномоченный орган - отделение Палаты мер и весов.

С этого момента начинается отчет истории создания в республике основ государственной метрологии

История становления и развития в нашей республике метрологии неразрывно связана с историей самого Кыргызстана, с различными этапами его социально-экономического и научно-технического развития, зеркально отображая все успехи в преобразованиях и трудности, которые преодолевала наша республика в своем движении вперед по пути созидания

31 августа 1991 года Кыргызстан провозгласил свою государственную независимость. В декабре этого же года - СССР перестал существовать. С этого момента начался новый этап в развитии метрологии, истории Кыргызстандарта.

В 1992 году республиканский центр стандартизации и метрологии был преобразован в Государственное Агентство при Правительстве. А еще через 2 года Указом Президента Агентство было преобразовано в Государственную инспекцию по стандартизации и метрологии при Правительстве Кыргызской Республики

Структура обеспечения единства измерений в Кыргызской Республике

В 1996 году по инициативе Кыргызстандарта Парламентом был принят закон КР «Об обеспечении единства измерений», в котором были впервые законодательно установлены правовые основы метрологии

«Государственная система обеспечения единства измерений» - это комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности.

Структура диплома:

метрология измерение

Глава I. Основные понятия и представление о метрологии ее и история развития. Измерения

1.1 Основные этапы развития и история метрологии. Понятия и представления о метрологии

Метрология как наука и область практической деятельности имеет древние корни. На протяжении развития человеческого общества измерения были основой взаимоотношений людей между собой, с окружающими предметами, природой. При этом вырабатывались определенные представления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставления. Раздробленность территорий и населяющих их народов обуславливала индивидуальность этих правил и способов. Поэтому появлялось множество единиц для измерения одних и тех же величин. Наименования единиц и их размеров в давние времена давались чаще всего в соответствии с возможностью определения их без специальных устройств, т.е. ориентировались на те, что были "под руками и под ногами". В России в качестве единиц длины были пядь, локоть. Первоначально под пядью понимали максимальное расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев взрослого человека. В XYIa. мерную пядь прировняли к четверти аршина, а в дальнейшем пядь как мера длины постепенно вышла из употребления [1].

Локоть как мера длины применялась в древние времена во многих государствах (на Руси, в Вавилоне, Египте и др.странах) и определялась как расстояние по прямой от локтевого сгиба до конца среднего пальца вытянутой руки (или большого пальца, или сжатого кулака). Естественно, размер локтя был различным. Одной из основных мер длины в России долгое время была сажень (упоминается в летописях начала Хв.). Размер ее также был не постоянен. Применялись: простая сажень, косая сажень, казенная сажень и др. При Петре 1 по его Указу русские меры длины были согласованы с английскими мерами. Так одна сажень должна была равняться семи английским футам. В 1835 г. Николай 1 своим "Указом правительствующему Сенату" утвердил сажень в качестве основной меры длины в России. В соответствии с этим Указом за основную единицу массы был принят образцовый фунт, как кубический дюйм воды при температуре 13,3 градуса Реомюра в безвоздушном пространстве (фунт равнялся 409,51241 грамм). Кроме перечисленных мер длины в России использовались и другие меры длины: аршин (0,7112 м), верста (в разные времена размер версты был различным). Для поддержания единства установленных мер еще в древние времена применялись эталонные (образцовые) меры, которые хранились в Церквях, т.к. Церкви являлись наиболее надежными местами для хранения ценных предметов [1,2].

В принятом в 1134-1135г. уставе говорилось, что переданные на хранение епископу меры надлежало "блюсти без пакости, ни умаливати, ни умноживати и на всякий год взвешивати". Таким образом, уже в те времена производилась операция, которая позже стала называться поверкой. За умышленно неправильное измерения, обман, связанные с применением мер, предусматривались строгие наказания («казнити близко смерти»). По мере развития промышленного производства повышались требования к применению и хранению мер, стремление к унификации размеров единиц. Так, в 1736 г. российский Сенат образовал комиссию мер и весов. Комиссии предписывалось разработать эталонные меры, определить отношения различных мер между собой, выработать проект Указа по организации поверочного дела в России. Архивные материалы свидетельствуют о перспективности замыслов, которые предполагала реализовать комиссия. Однако из-за отсутствия средств, эти замыслы в то время не были реализованы. В 1841 году в соответствии с принятым Указом "О системе Российских мер и весов", узаконившим ряд мер длины, объема и веса, было организовано при Петербургском монетном дворе Депо образцовых мер и весов - первое государственное поверочное учреждение. Основными задачами Депо являлись: хранение эталонов, составление таблиц русских и иностранных мер, изготовление менее точных по сравнению с эталонами образцовых мер и рассылка последних в регионы страны. Поверка мер и весов на местах была вменена в обязанность городским думам, управам и казенным палатам. Были организованы "ревизионные группы", включающие представителей местных властей и купечества, имеющие право изымать неверные или неклейменные меры, а владельцев таких мер привлекать к ответственности. Таким образом, в России были заложены основы единой государственной метрологической службы. В начале ХVШв. появились книги, в которых содержалось описание действующей русской метрологической системы: Л.Ф.Магницкого "Арифметика" (1703г.), "Роспись полевой книги" (1709г.). Позже, в 1849г. была издана первая научно-учебная книга Ф.И. Петрушевского "Общая метрология" (в двух частях), по которой учились первые поколения русских метрологов. Важным этапом в развитии русской метрологии явилось подписание Россией метрической конвенции 20 мая 1875г. В этом же году была создана Международная организация мер и весов (МОМВ). Место пребывания этой организации - Франция (Севр). Ученые России принимали и принимают активное участие в работе МОМВ. В 1889г. в Депо образцовых мер и весов поступили эталоны килограмма и метра. В 1893 г. в Петербурге на базе Депо была образована Главная палата мер и весов, которую возглавлял до 1907г. великий русский ученый Д.И.Менделеев. В это время начали проводиться серьезные метрологические исследования. Д.И.Менделеев вложил много сил в развитие и совершенствование поверочного дела; была образована сеть поверочных палаток, осуществляющих поверку, клеймение и ремонт мер и весов, контроль за их правильным применением. В 1900 г. при Московском окружном пробирном управлении состоялось открытие Поверочной палатки торговых мер и весов. Так было положено начало организации метрологического института в Москве (в настоящее время - Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы - ВИНИМС). [2].

В годы советской власти метрология получила дальнейшее развитие. В 1918г. был принят декрет правительства Российской Федерации "О введении международной метрической системы мер и весов". В 1930г. произошло объединение метрологии и стандартизации. Была проведена большая работа по изучению состояния метрологической деятельности. Опыт, полученный в эти годы, оказался полезным во время Великой Отечественной войны, когда потребовалось быстрое восстановление измерительного хозяйства на эвакуированных предприятиях и приспособление его к задачам военного производства. После окончания войны сеть поверочных и метрологических организаций начала быстро восстанавливаться. Были созданы новые метрологические институты [1].

В 1954г. был образован Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при СМ СССР (в дальнейшем Госстандарт СССР). После распада СССР управление метрологической службой России осуществляет Государственный комитет РФ по стандартизации и метрологии (Госстандарт России). В отличие от зарубежных стран управление метрологической службой в РФ осуществляется в рамках единой сферы управления, включающей и стандартизацию. Однако между этими видами деятельности существуют различия, которые углубляются по мере развития рыночных отношений. Если руководство метрологией и государственный метрологический надзор сохраняется в качестве важнейшей функции государственного управления, то стандартизация, в основу которой, судя по опыту стран с рыночной экономикой, положен диктат производителя, может претерпеть существенные изменения [1].

Цель измерения -- получение значения этой величины в форме, наиболее удобной для пользования. С помощью измерительного прибора сравнивают размер величины, информация о котором преобразуется в перемещение указателя, с единицей, хранимой шкалой этого прибора. Измерения могут быть классифицированы:

1) по числу измерений в ряду измерений -- однократные, многократные (при четырех измерениях и более);

2) характеру изменения получаемой информации -- статические (измерение неизменной во времени физической величины, например измерение длины детали при нормальной температуре или измерение размеров земельного участка), динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например измерение переменного напряжения электрического тока, измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета), статистические (измерения величины, значение которой может рассматриваться непостоянным в течение времени ] измерения, например шумовые сигналы);

3) способу получения результатов измерений -- абсолютные (измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант, например измерение силы F основано на измерении основной величины массы m и использовании физическом постоянной -- ускорения свободного падения g и относительные (измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы);

4) способу получения информации (по виду) -- прямые (измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно от СИ, например измерение массы на весах, длины детали микрометром), косвенные (измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, например определение твердости (НВ) металлов путем вдавливания стального шарика определенного диаметра (D) с определенной нагрузкой (Р) и получения при этом определенной глубины отпечатка (h : НВ = P/(рD х h));

5) способу комбинирования измеряемых величин -- совокупные

(искомое значение определяют решением системы уравнений по результатам измерений нескольких однородных величин (например, значение массы отдельных гирь набора определяют по известному значению массы одной из гирь и результатам измерений массы различных сочетаний гирь)), совместные (проводимые одновременно измерения двух или нескольких неоднородных величин для определения зависимости между ними (например, коэффициент загрузки склада определяется путем измерения массы товаров и занимаемой ими полезной складской площади));

по характеристике точности -- равноточные (ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях), неравноточные (ряд измерений, выполненных несколько различными по Точности СИ и (или) в несколько разных условиях) [3].

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

Методы измерений классифицируют по нескольким признакам:

По общим приемам получения результатов измерений различают:

1) прямой метод измерений;

2) косвенный метод измерений.

Первый реализуется при прямом измерении, второй -- при косвенном измерении (такие измерения описаны выше) .

По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром). Бесконтактный метод измерений основан на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт объектом измерения (измерение расстояния до объекта радиолокатором, измерение температуры в доменной печи пирометром) [2, 3].

Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей различают методы непосредственной оценки и сравнения с мерой (таблица 1)

Табл.1 Методы измерений

1.2 Общая характеристика объектов измерения, научно-технические основы метрологического обеспечения

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих - физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.Каждая физическая величина имеет свои качественную и количественную характеристики. Качественная характеристика определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство "прочность" в количественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие , в то время как количественное значение прочности для каждого из них совершенно разное. Для выражения количественного содержания свойства конкретного объекта употребляется понятие "размер физической величины". Этот размер устанавливается в процессе измерения.Целью измерений является определение значения физической величины - некоторого числа принятых для нее единиц (например, результат измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.).В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины. Истинное значение физической величины -это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению. Действительное значение физической величины - это значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Измеренное значение физической величины - это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений. При планировании измерений следует стремиться к тому, чтобы номенклатура измеряемых величин соответствовала требованиям измерительной задачи (например, при контроле измеряемые величины должны отражать соответствующие показатели качества продукции).Для каждого параметра продукции должны соблюдаться требования: [4].

- корректность формулировки измеряемой величины, исключающая возможность различного толкования (например, необходимо четко определять, в каких случаях определяется "масса" или "вес" изделия, "объем" или "вместимость" сосуда и т.д.);

- определенность подлежащих измерению свойств объекта (например, "температура в помещении не более ...°С "* допускает возможность различного толкования. Необходимо так изменить формулировку требования, чтобы было ясно, установлено ли это требование к максимальной или к средней температуре помещения, что будет в дальнейшем учтено при выполнении измерений)

* использование стандартизованных терминов (специфические термины следует пояснять при первом их упоминании)

Существует несколько определений понятия "измерения", каждое из которых описывает какую-нибудь характерную особенность этого многогранного процесса. В соответствии с ГОСТ 16263-70 "ГСИ. Метрология. Термины и определения" измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Это широко распространенное определение измерения отражает его цель, а также исключает возможность использования данного понятия вне связи с физическим экспериментом и измерительной техникой. Под физическим экспериментом понимают количественное сравнение двух однородных величин, одна из которых принята за единицу, что "привязывает" измерения к размерам единиц, воспроизводимых эталонами [4,5].

Интересно отметить толкование данного термина философом П.А.Флоренским, которое вошло в "Техническую энциклопедию" издания 1931 г. "Измерение - основной познавательный процесс науки и техники, посредством которого неизвестная величина количественно сравнивается с другою, однородною с нею и считаемою известной". Измерения в зависимости от способа получения числового значения измеряемой величины делятся на прямые и косвенные.

Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение длины линейкой, температуры термометром и т.п. [4,5].

Косвенные измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Например, площадь прямоугольника определяют по результатам измерения его сторон (s=l.d) , плотность твердого тела определяют по результатам измерений его массы и объема (р= m/v) и т.п. Наибольшее распространение в практической деятельности получили прямые измерения, т.к. они просты и могут быть быстро выполнены. Косвенные измерения применяют тогда, когда нет возможности получить значение величины непосредственно из опытных данных (например, определение твердости твердого тела) или когда приборы для измерения величин, входящих в формулу, точнее, чем для измерения искомой величины. Деление измерений на прямые и косвенные позволяет использовать определенные способы оценивания погрешностей их результатов. Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называется единицей физической величины. Разные единицы одной и той же величины отличаются друг от друга своим размером. Так, размер килограмма в тысячу раз больше размера грамма, размер минуты в шестьдесят раз больше размера секунды. Единицу физической величины можно выбрать произвольно, независимо от других единиц. Например, единица длины - метр, единица массы килограмм, единица температуры - градус и т.д. Для большинства величин единицы получают по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами. В этом случае единицы величин будут выражаться через единицы других величин. Например, единица скорости - метр в секунду (м/с), единица плотности - килограмм на метр в квадрате (кг/м²). Единицы, образованные с помощью формул, называют производными единицами. Единицу можно получить также умножением или делением независимой или производной единицы на целое число, обычно на 10. Такие единицы называют кратными (например, километр - 10³ м, киловатт - 10³ Вт) или дельными (например, миллиметр - 10'³ м, миллисекунда - 10'³ с). Единицы физических величин объединяются по определенному принципу в системы единиц. Эти принципы заключаются в следующем: произвольно устанавливают единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и по формулам через основные получают все производные единицы для данной области измерений. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин [4,5].

Многообразие систем единиц для различных областей измерений создавало трудности в научной и экономической деятельности как в отдельных странах, так и в международном масштабе. Поэтому возникла необходимость в создании единой системы единиц, которая включала бы в себя единицы величин для всех разделов физики. В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная система единиц (SI). Международная система единиц состоит из семи основных единиц, двух дополнительных единиц и необходимого числа производных единиц. Основными единицами в международной системе единиц являются: единица длины- метр (м), единица массы - килограмм (кг), единица времени - секунда (с), единица силы электрического тока - ампер (А), единица термодинамической температуры - кельвин (К), единица силы света - кандела (кд), единица количества вещества - моль (моль). Три первые единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к указанным четвертой единицы- кельвина можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин. Единицы (метр, килограмм, секунда, ампер) служат основой для образования производных единиц в области электрических, магнитных-измерений и измерений ионизирующих излучений. Единица "моль" используется для образования единиц в области физико - химических измерений. Единица плоского угла - радиан и единица телесного угла - стерадиан используются для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами (например, угловая скорость, световой поток и др.). В практических задачах для измерения угловых величин используются единицы: угловой градус, минута, секунда. В нашей стране Международная система единиц применяется с 1 января 1963 года. В настоящее время применение единиц физических величин в России узаконено Конституцией РФ (ст.71) и Законом РФ "Об обеспечении единства измерений" (ст.б). В практической деятельности следует руководствоваться единицами физических величин, регламентированных ГОСТ 8.417-81 "Единицы физических величин". В этом стандарте наряду с единицами Международной системы единиц (основные, дополнительные, производные) представлены допущенные к применению другие единицы. В стандарте приведены правила написания и обозначения единиц. Эти правила следует использовать при оформлении требований к измерительной информации. Обозначения единиц применяются только с числовыми значениями (в тексте следует записывать полное название единицы, например: "измерение длины в метрах", а «измеренная длина-25 м»); между числовым значением и обозначением необходим пробел; обозначения единиц, наименования которых образованы по фамилиям ученых, должны записываться с прописной (заглавной) буквы, например, 220 В, 25 А и др.; при указании значений величин с предельными отклонениями обозначения единиц следует приводить после каждого значения, например, 20 кг ± 1 кг, или же заключать числовые значения в скобки, а обозначения единиц ставить после них: (5 ± 1) г ; при перечислении нескольких измеряемых значений обозначение единиц ставят после последней цифры: 4, 6, 8 мм; помещение обозначений единиц рядом с формулой, выражающей зависимость между величинами, не допускается (пояснения единиц даются отдельно). Более полный перечень правил написания и обозначения единиц приведен в стандарте. Эти же правила приведены в справочниках по Международной системе единиц.

Одно из условий обеспечения единства измерений - выражение результата в узаконенных единицах. Это предполагает не только применение допущенных ГОСТ 8.417-81 единиц, но и обеспечение равенства их размеров. А для этого необходимо обеспечить воспроизведение, хранение единиц физических величин и передачу их размеров всем применяемым средствам измерений, проградуированных в этих единицах. Средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дельных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке, называется эталоном. Эталон, утвержденный в качестве исходного для страны, называют государственным эталоном. В основе создания эталонов лежат фундаментальные исследования. В эталонах воплощены новейшие достижения науки и техники для воспроизведения единиц с максимально возможной точностью. Эталонную базу страны составляет государственные эталоны (порядка 120), которые хранятся в Государственных научных метрологических центрах (ГНМЦ). Для различных метрологических работ создают вторичные эталоны, значения которых устанавливают по государственному эталону. По назначению их подразделяют на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны-сравнения и рабочие эталоны. Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и его замены в случае порчи или утраты. Эталон-копия предназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Эталон-свидетель применяют для сличения эталонов. Рабочий эталон используется для передачи размера единиц эталонам высшей точности и в отдельных случаях наиболее точным рабочим средствам измерений. Для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений создана система эталонов, которые по точности подразделяются на разряды. Передача размеров единиц осуществляется путем поверки или калибровки средств измерений [5,6].

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям. Поверка средства измерений заключается в определении погрешностей средства измерений и в установлении его пригодности к применению. Проведение поверки позволяет установить, находятся ли метрологические характеристики средств измерений в заданных пределах. Процедура поверки средств измерений регламентируется различными документами (государственными стандартами, инструкциями, методическими указаниями и др.), соблюдение требований которых обязательно. Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений характеристик и (или) пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Соподчинение Государственного эталона, вторичных, а также системы разрядных эталонов и рабочих средств измерений установлено государственной поверченной схемой. Поверочная схема - утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений. Поверочные схемы разделяют на государственные и локальные, Государственные поверочные схемы регламентируются государственными стандартами и распространяются на все средства измерений данного вида. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических служб Государственных органов управления и юридических лиц. Все локальные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, которая определена государственной поверочной схемой. Поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части. На чертеже указывают: наименование средств измерений, диапазоны значений физических величин, обозначения и значения погрешностей, наименования методов поверки. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы. Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины (ФВ). ФВ применяются для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т.п.), изучаемых в любых науках (физике, химии и др.). Совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами (когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями), называется системой физических величин. Развитие промышленного производства вызвало необходимость унификации размеров ФВ, создание системы единиц. Первой системой единиц ФВ была метрическая система. Вначале она была введена во Франции (1840), затем в других странах (Великобритании, США, России и пр.). Наряду с метрической системой в этих и других странах применялись и применяются в настоящее время и национальные системы [1, c. 160]. В Российской Федерации применяются в настоящее время единицы величин Международной системы единиц, обозначаемой сокращенно SI (начальные буквы французского наименования «Systeme International d' Unites»). На территории нашей страны SI действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц приняты:

метр,

килограмм,

секунда,

ампер,

кельвин,

моль и кандела.

Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица -- единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Внесистемная единица -- единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем.

Внесистемные единицы по отношению к единицам SI разделяют на четыре вида:

допускаемые наравне с единицами SI (например, тон на, градус, минута, секунда, литр);

допускаемые к применению в специальных областях (например, световой год -- единица длины в астрономии; диоптрия -- единица оптической силы в оптике и т.д.);

временно допускаемые к применению наравне с единицами SI (например, карат -- единица массы в ювелирно деле). Эти единицы должны изыматься из употребления соответствии с международными соглашениями;

изъятые из употребления (например, миллиметр ртутного столба -- единица давления; лошадиная сила -- единица мощности и некоторые другие).

Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики.

Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim . Размерность основных величин --длины, массы и времени - обозначается соответствующими заглавными буквами:

dim l =L; dim m = М; dim t=T

Размерность производной величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена:

dim X = L^a *М^b* Т (1)

где L, М, Т -- размерности соответствующих основных физических величин; а,b,c -- показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных величин).

Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным, нулем, ели все показатели размерности равны нулю, то величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость) и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей и напряжений).

Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения.

Простейший способ получения информации, который дозволяет составить некоторое представление о размере измеряемой величины, заключается в сравнении его с другим по принципу «что больше (меньше)?» или «что лучше (хуже)?». При этом число сравниваемых между собой размеров может быть достаточно большим. Расположенные в Порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Для обеспечения измерений по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, часто называемые баллами. Знания, например, оценивают по четырехбалльной реперной шкале, имеющей следующий вид: неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряются твердость минералов, чувствительность пленок и другие величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-балльной шкале, называемой международной сейсмической шкалой) [4,5].

Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками. Например, по шкале твердости, в которой одна крайняя точка соответствует наиболее твердому минералу -- алмазу, а другая наиболее мягкому -- тальку, нельзя сделать заключение о соотношении эталонных материалов по твердости. Так, если твердость алмаза по шкале 10, а кварца -- семь, то это не означает, что первый тверже второго в 1,4 раза. Определение твердости путем вдавливания алмазной пирамиды (метод Хрущева) показывает, что твердость алмаза -- 10 060, а кварца -- 1120, т.е. в девять раз больше.

Более совершенна в этом отношении шкала интервалов. Примером ее может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы (годы), равные периоду обращения Земли вокруг Солнца; на более мелкие (сутки), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и том, насколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя оценить, во сколько раз один размер больше другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно [5,6].

Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул; более низкой температуры быть не может. Второй реперной точкой служит температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16^оС По шкале отношений можно определить не только, насколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше.

В зависимости от того, на какие интервалы разбита шкала, один и тот же размер представляется по-разному. Например, длина перемещения некоторого тела на 1 м может быть представлена как L = 1 м = 100 см = 1000 мм. Отмеченные три варианта являются значениями измеряемой величины оценками размера величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Входящее в него отвлеченное число называется числовым значением. В приведенном примере это 1, 100, 1000.

Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения

Q=X[Q], (2)

где [Q] -- значение величины; X -- числовое значение измеряемой величины в принятой единице; Q -- выбранная для измерения единица.

Допустим, измеряется длина отрезка прямой в 10 см [С помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и миллиметрах. Для данного случая Q₁=10 см при X₁ = 10 и Q₁= 1 см; Q₂ =100 мм при X, - 100 и Q₂= Q₁ так как 10 см = 100 мм. Применение различных единиц (1 см и 1 мм) не привело к изменению числового значения результата измерений.

Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики . В отличие от таких технических средств, как индикаторы, предназначенных для обнаружения физических свойств (компас, лакмусовая бумага, осветительная электрическая лампочка), СИ позволяют не только обнаружить физическую величину, но и измерить ее, т.е. сопоставить неизвестный размер с известным. Если физическая величина известного размера есть в наличии, то она непосредственно используется для сравнения (измерение плоского угла транспортиром, массы -- с помощью весов с гирями). Если же физической величины известного размера в наличии нет, то сравнивается реакция (отклик) прибора на воздействие измеряемой величины с проявившейся ранее реакцией на воздействие той же величины, но известного размера (измерение силы тока амперметром). Для облегчения сравнения еще на стадии изготовления прибора отклик на известное воздействие фиксируют на кале отсчетного устройства, после чего наносят на шкалу деления в кратном и дольном отношении. Описанная процедура называется градуировкой шкалы. При измерении она позволяет по положению указателя получать результат сравнением непосредственно по шкале отношений. Итак, СИ (за исключением некоторых мер -- гирь, линеек) в простейшем случае производят две операции: обнаружение физической величины; сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неизвестного размеров.

Другими отличительными признаками СИ являются, во-первых, «умение» хранить (или воспроизводить) единицу физической величины; во-вторых, неизменность размера хранимой единицы. Если же размер единицы в процессе измерений изменяется более, чем установлено нормами, то с Помощью такого средства невозможно получить результат с требуемой точностью. Отсюда следует, что измерять можно только тогда, когда техническое средство, предназначенное для этой цели, может хранить единицу, достаточно неизменную по размеру (во времени).СИ можно классифицировать по двум признакам:

конструктивное исполнение;

метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют:

на меры,

измерительные преобразователи;

измерительные приборы,

измерительные установки,

измерительные системы,

технические системы и устройства с измерительными функциями.

Меры величины -- СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). Набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях, называется магазином мер. Примером такого набора может быть магазин электрических сопротивлений, магазин индуктивностей. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств -- компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). Существуют стандартные образцы состава и стандартные образцы свойств.

СО состава вещества (материала) -- стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале).

СО свойств веществ (материалов) -- стандартный обраец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химические, биологические и другие свойства.

Новые СО допускаются к использованию при условии прохождения ими метрологической аттестации. Указанная процедура -- это признание этой меры, узаконенной для применения на основании исследования СО. Метрологическая аттестация проводится органами метрологической службы.

В зависимости от уровня признания (утверждения) и сферы применения различают категории СО -- межгосударственные, государственные, отраслевые и СО предприятия (организации).

В практике метрологическими службами используются СО разной категории для выполнения различных задач.

Измерительные преобразователи (ИП) -- СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований.

По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина) и промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи

Конструктивно обособленный первичный ИП, от которого поступают сигналы измерительной информации, является датчиком. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от СИ, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы.

Если преобразователи не входят в измерительную цепь и их метрологические свойства не нормированы, то они не относятся к измерительным. Таковы, например, силовой трансформатор в радиоаппаратуре, термопара в термоэлектрическом холодильнике.

Измерительный прибор -- СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины установленном диапазоне. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измеряемой величины и ее индикации в форме, наиболее доступной для восприятии. Во многих случаях устройство для индикации имеет шкалу) со стрелкой или другим устройством, диаграмму с пером или цифроуказатель, с помощью которых может быть произведен отсчет или регистрация значений физический величины. В случае сопряжения прибора с мини-ЭВМ отсчет может производиться с помощью дисплея.

По степени индикации значений измеряемой величины измерительные приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающий прибор допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины (микрометр, аналоговый или цифровой вольтметр). В регистрирующем приборе предусмотрена регистрация показаний -- в форме диаграммы, путем печатания показаний (термограф или, например, измерительный прибор, сопряженный с ЭВМ, дисплеем и устройством для печатания показаний) [3].

Измерительная установка -- совокупность функционально объединенных элементов -- мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Примером являются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. Измерительную установку, предназначенную для испытаний каких-либо изделий, иногда называют испытательным стендом [3-5].

Измерительная система -- совокупность функционально объединенных элементов -- мер, измерительных приборов, Измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система Для определения местоположения судов, состоящая из ряда измерительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительном расстоянии друг от друга [4,5].