Теоретическая метрология

Привет, Вы узнаете о том , что такое теоретическая метрология, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое теоретическая метрология , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

Метрология — это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Слово «метрология» происходит от греческих слов «метро» — мера и «логос» — учение.

Метрологическое обеспечение (МО) — это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Научной основой МО является метрология. Организационной основой МО выступает метрологическая служба РФ, состоящая из государственной и ведомственных метрологических служб, базирующихся на основных положениях законодательной метрологии. Нормативно-правовую основу МО составляют комплекс правил, требований и норм, установленных в стандартах и нормативных документах по стандартизации в РФ.

Основой технической базы МО являются средства измерений и контроля. Техническая база МО строится на эталонной базе РФ, которая состоит из более 150 государственных первичных и специальных эталонов, 60 вторичных (рабочих) эталонов, обеспечивающих хранение и воспроизведение 70 физических величин в линейно-угловых, механических, температурных, теплофизических, электрических, магнитных, радиотехнических, оптических и других видах измерений, в различных амплитудных, частотных и динамических диапазонах. Конечная модель МО — свести к рациональному минимуму возможность принятия ошибочных решений по результатам измерений, испытаний и контроля.

Основные проблемы, изучаемые в метрологии:

• • общая теория измерений;
• • единицы физических величин и их системы;
• • методы и средства измерений, методы определения точности измерений;
• • основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;
• • эталоны и образцовые средства измерений;
• • методы передачи размера единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Процедура измерения состоит в общем случае из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения и средства измерения, проведение эксперимента для получения результата. Все эти составляющие приводят к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины.

Метрологические характеристики. Характеристики, влияющие на результаты и погрешности измерений, называютметрологическими характеристиками. От того, насколько они точно будут выдержаны при изготовлении и стабильны при эксплуатации, зависит точность результатов. К ним относятся функция преобразования (статическая характеристика преобразования), чувствительность средства измерений, цена деления шкалы, порог чувствительности, а также динамические характеристики.

Функция преобразования (статическая характеристика преобразования) — функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов средства измерений. Функцию преобразования, принимаемую для средства измерения (типа) и устанавливаемую в научно-технической документации на данное средство (тип), называютноминальной функцией преобразования средства (типа). Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной. Она может задаваться аналитически, таблично или графически.

Чувствительность средства измерений — отношение приращения выходного сигналаАу средства измерений к вызвавшему это приращение изменению входного сигнала Ах. В общем случае чувствительность

S = Игл Лу/Дх = dyldx.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике она постоянна. У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная, т. е. расстояние между делениями шкалы одинаковое.

Цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

В приборах с равномерной шкалой цена деления постоянная; в приборах с неравномерной шкалой она может быть разной на разных участках шкалы, и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена деления шкалы прибора может быть определена через его абсолютную чувствительность и равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора (постоянная прибора): С =MS.

Порог чувствительности — наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое с помощью данного средства измерений. Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.

К метрологическим характеристикам относятся динамические характеристики, т. е. характеристики инерционных свойств (элементов) измерительного устройства, определяющие зависимость выходного сигнала средства измерений от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. Динамическими характеристиками являются переходная, импульсная переходная, амплитудно-фазовая характеристики, передаточная функция и др.

Динамические свойства средства измерений определяют динамическую погрешность.

Динамическая погрешность — разность между погрешностью прибора в динамическом режиме и его статической погрешностью.

Нормируемые метрологические характеристики. Для каждого вида прибора исходя из его специфики и назначения нормируется определенный комплекс метрологических характеристик, указываемый в нормативно-технической документации. Общий перечень нормируемых метрологических характеристик, формы их представления и способы нормирования установлены в ГОСТе. В него входят:

• • пределы измерений, пределы шкалы;
• • цена деления равномерной шкалы аналогового прибора или многозначной меры;
• • выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда цифровых приборов;
• • номинальное значение однозначной меры, номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя;
• • погрешность прибора;
• • вариация показаний прибора или выходного сигнала преобразователя;
• • полное входное сопротивление измерительного устройства, полное выходное сопротивление измерительного преобразователя или меры;
• • неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя или меры;
• • динамические характеристики прибора.

Погрешности измерения. Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. В зависимости от способа выражения погрешности измерения делят на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность измерения — разность между измеренным значениемХ_ты физической величины и ее истинным значениемХ_И, выраженная в единицах измеряемой величины:

А = Х_ти – Х_И.(1.15)

Относительная погрешность измерения — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины (в %):

_yOTH= (A/X)100%. (1.16)

На практике вместо истинного значения измеряемой величины используют действительное значение Х_Л, полученное с помощью образцового средства измерения. Тогда выражения (1.15)и(1.16) запишутся в виде

. (1-17)

Абсолютная погрешность измерения Д, определяемая выражениями (1.15) и (1.17), является суммарной погрешностью для двух составляющих — систематической и случайной, т. е. Д =ас + А.

Систематическая погрешность. Систематическая погрешность — составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. По характеру проявления систематические погрешности разделяются на постоянные и переменные. Переменные в свою очередь могут быть прогрессирующими, периодическими и изменяющимися по сложному закону.

Постоянными систематическими погрешностями называются такие, которые остаются неизменными в течение всей серии данных измерений, например погрешность из-за неточной подгонки образцовой меры, погрешность из-за неточной установки указателя прибора на ноль и т. п.

Переменные систематические погрешности изменяются в процессе измерений. Если при измерениях погрешность монотонно убывает или возрастает, то она называетсяпрогрессирующей. Например, монотонно меняется погрешность из-за разряда источника питания прибора, если результат измерений зависит от напряжения питания.

Периодическая систематическая погрешность — погрешность, значение которой является периодической функцией времени. Ее примером может являться погрешность, вызванная суточными изменениями напряжения питания электрической сети. Систематическая погрешность может изменяться и по некоторомусложному закону. Таковы, например, погрешности, вызванные неточностью нанесения шкалы прибора, погрешность электрического счетчика при различном значении нагрузки, погрешность, вызванная изменениями температуры окружающей среды, и др.

Природа и происхождение систематических погрешностей обычно определяются спецификой конкретного эксперимента. По причине возникновения их можно разделить на четыре основные группы: инструментальные, методические, установки и субъективные.

Инструментальные погрешности зависят от погрешностей применяемых средств измерений. Неточность градуировки, конструктивные несовершенства и изменения характеристик прибора в процессе эксплуатации являются причинами инструментальных погрешностей. Их в свою очередь подразделяют на основную и дополнительную.Основная погрешность средства измерений — это погрешность в условиях, принятых за нормальные, т. е. при нормальных значениях всех величин, влияющих на результат измерения (температуры, влажности, напряжения питания и т. п.).Дополнительная погрешность средства измерений — погрешность, дополнительно возникающая при отклонении значений влияющих величин от нормальных. Обычно различают отдельные составляющие дополнительной погрешности, например температурную погрешность, погрешность из-за изменения напряжения питания и т. п. Устранение дополнительных погрешностей имеет свои особенности.

Методические погрешности происходят от несовершенства метода измерения, использования упрощающих предположений и допущений при выводе применяемых формул, влияния измерительного прибора на объект измерения. Например, измерение температуры с помощью термопары может содержать методическую пофешность, вызванную нарушением температурного режима исследуемого объекта вследствие внесения термопары в зону измерений.

Погрешности установки вызываются неправильностью применения меры, прибора или отклонением внешних условий от нормальных. Например, установка прибора с наклоном, наличие внешнего магнитного поля, отклонение температуры от нормальной и др.

Субъективные погрешности появляются как результат особенностей самого наблюдателя. Это может случиться, например, из-за неправильного направления взгляда при наблюдении за показаниями стрелочного прибора (погрешность от параллакса), из-за склонности наблюдателя к завышению или занижению результатов и др. Использование цифровых приборов и автоматических методов измерения позволяет исключить такого рода погрешности.

Органической называют систематическую погрешность, если ее появление обусловлено только существом метода измерений или формулой, по которой вычисляется результат, и другими причинами, и не зависит от качества изготовления или условий применения средств измерения.

Систематические погрешности при повторных измерениях остаются постоянными или изменяются по определенному закону и не зависят от числа измерений. Искажения, вносимые ими в результат измерения, поддаются исключению или учету. Неисключенная или необнаруженная систематическая погрешность опаснее случайной. Если случайные погрешности определяют достоверность результата, то систематические погрешности устойчиво его искажают.

Способы исключения систематических погрешностей. Систематические погрешности в принципе могут быть выявлены и исключены из результатов измерения введением поправок, устранением самих источников погрешности, методами двукратного измерения и замещения.

Приступая к выполнению эксперимента, следует по возможности устранить причины, вызывающие появление систематических погрешностей. Учет инструментальных погрешностей мер и приборов осуществляют введением поправок. Поправкой называется значение величины, одноименной с измеряемой, которое нужно прибавить к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности. Введение поправок — наиболее широко используемый способ исключения систематических инструментальных погрешностей. Поправка определяется при помощи поверки технических средств, составления и использования соответствующих таблиц и графиков. Применяются также расчетные способы нахождения поправочных значений.

Погрешность установки устраняют соблюдением требований эксплуатации средства измерения. Субъективную погрешность уменьшают и по возможности устраняют, используя для выполнения измерений квалифицированных специалистов и различные методы проверки результатов этих измерений.

Метод компенсации погрешности по знаку применяют для исключения систематических погрешностей, которые в зависимости от условий измерения могут входить в результат измерения с тем или иным знаком, например погрешности от термо-ЭДС, от влияния напряженности постоянного электрического или магнитного поля. В этом случае следует провести измерения дважды так, чтобы погрешность входила в результаты измерений один раз с одним знаком, а другой раз — с обратным. Среднее из результатов двух таких измерений будет свободно от систематической погрешности. При проведении автоматических измерений широко используют схемные методы коррекции систематических погрешностей, например компенсационное включение преобразователей, различные цепи температурной и частотной коррекции и др.

Метод замещения заключается в том, что измеряемая величина замещается известной величиной, получаемой при помощи регулируемой меры. Если такое замещение производится без каких-либо других изменений в экспериментальной установке и после замещения установлены те же показания приборов, то измеряемая величина равна известной величине, значение которой отсчитывается по указателю регулируемой меры. Этот прием позволяет исключить постоянные систематические погрешности. Погрешность измерения при использовании метода замещения определяется погрешностью меры и погрешностью, возникающей при отсчете значения величины, замещающей неизвестную.

Следует отметить, что исключение систематических погрешностей указанными выше способами выполняется до уровня неисключенных систематических погрешностей, оценку суммарной составляющей которой находят, исходя из сведений о метрологических характеристиках использованных технических средств. Если таких сведений недостаточно, то может быть полезным сравнение измеренных значений с аналогичными результатами, полученными в других лабораториях.

Использование микропроцессорных устройств в измерительных приборах позволяет практически полностью исключить или осуществить коррекцию многих видов систематической составляющей погрешности, особенно инструментальных погрешностей. Автоматическое введение поправок, связанных с неточностями градуировки, расчет и исключение дополнительных погрешностей, коррекция аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности измерения позволяют существенно повысить точность измерений.

Случайная погрешность. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Случайная составляющая погрешности при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом. Обычно она является следствием одновременного действия многих независимых причин, каждая из которых в отдельности мало влияет на результат измерения. Случайные погрешности не могут быть исключены из результата измерения, но теория вероятности и математическая статистика позволяют оценить результат измерения при наличии случайных погрешностей. Они характеризуются свойствами, которые формулируют двумя аксиомами:

1. Аксиома случайности — при очень большом числе измерений случайные погрешности, равные по величине и различные по знаку, встречаются одинаково часто. Число отрицательных погрешностей равно числу положительных.

2. Аксиома распределения — малые погрешности встречаются чаще, чем большие. Очень большие погрешности не встречаются. Принятие этих двух аксиом позволяет рассматривать случайные погрешности как случайные величины, подчиняющиеся некоторому симметричному закону распределения. При оценке точности полученного результата необходимо учитывать вид закона распределения случайных погрешностей. В практике электрических измерений встречаются различные законы распределения случайных погрешностей: равномерный симметричный закон распределения (погрешности округления, отсчета, квантования), нормальный закон распределения (погрешности от тепловых шумов, суммарная погрешность большого числа составляющих), двухмодальный, треугольный (закон Симпсона) и др.

Определение доверительных границ Д_гслучайной составляющей погрешности результата измерения А производится на основе вычисленного значения оценки среднего квадратического отклонения —а(Х) с учетом заданной доверительной вероятностиP_UOS и числа наблюденийп. Исходя из предположения о нормальном законе распределения случайной величиныX при ограниченном числе измерений (меньше 30) и заданной доверительной вероятностиР_дов, доверительные границы случайной составляющей пофешности результата определяют с учетом поправочного коэффициента Стьюдентаt(ri):

± A_r= ±t(n)a(X).

При большом числе измерений (> 30) и нормальном законе распределения случайной величины ЛГ вероятность нахождения пофешности Р_лов внутри заданных границ ± А_гравна

Р_дов(- А_г < А < А_г) = 2Ф(А_г/а(Л)),

где Ф(г) — табличный интеграл функции Лапласа;z — аргумент функции Лапласа.

Доверительный интервал и доверительную вероятность выбирают в зависимости от конкретных условий эксперимента. По зависимости от значения измеряемой величины абсолютная пофешности измерения А, определяемая выражением (1.15) и (1.17), является также суммарной погрешностью для двух составляющих: аддитивной составляющей, значения которой не зависят от значения измеряемой величины X, и мультипликативной составляющей, значения которой зависят от значенияX, т. е.

А = А_адд+ Д_м. (1.18)

Результат измерения пригоден для дальнейшего использования лишь тогда, когда помимо измеренного значения физической величины в нем указывается и значение погрешности. Погрешность результата прямого однократного измерения зависит от многих факторов, но в первую очередь она определяется погрешностью используемых средств измерения. Поэтому в первом приближении погрешность результата измерения можно принять равной погрешности, которой в данной точке шкалы прибора характеризуется используемое средство измерений. Вычисляться должны как абсолютные, так и относительные погрешности результата измерения, так как первая из них нужна для округления результата и его правильной записи, а вторая — для однозначной сравнительной характеристики его точности.

Результаты многократных наблюдений, полученные при прямых измерениях физической величины, называются равноточными (равнорас-сеяннъши), если они являются независимыми, одинаково распределенными случайными величинами. Измерения в этом случае проводятся одним наблюдателем в одинаковых условиях внешней среды и с помощью одного и того же средства измерения. Точную оценку действительного значения измеряемой величины при равноточных измерениях можно получить лишь путем статистической обработки группы результатов измерений.

Формы представления результатов измерения. Конечный результат измерений представляется в одной из четырех форм:

1) интервалом, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения;

2) интервалом, в котором с установленной вероятностью находится систематическая составляющая погрешности, стандартной аппроксимацией функции распределения случайной составляющей погрешности измерения и средним квадратическим отклонением случайной составляющей погрешности измерения;

3) стандартными аппроксимациями функции распределения систематической и случайной составляющих погрешности измерения и их средними квадратическими отклонениями;

4) функциями распределения систематической и случайной составляющих погрешности измерения.

Выбор формы представления результата измерения определяется назначением измерений и характером использования их результатов.

Неравноточные измерения. В практике измерений имеют место также инеравноточные измерения, когда измерения одной и той же физической величины проводятся несколькими наблюдателями различной квалификации и опыта, на приборах разного класса точности или в течение нескольких дней. Полученные значения средних арифметических отдельных выборок отличаются друг от друга, поэтому при оценке результата измерения и его погрешности учитывается степень доверия к полученным выборочным средним в виде «веса», который устанавливается для каждой серии измерений пропорционально одному из параметров (вероятности, числу измерений, величине среднего квадратического отклонения), либо методом экспертных оценок. Чем больше степень доверия к результату, тем больше число, выражающее вес. Если установлено, что все выборки неравноточных измерений принадлежат одной генеральной совокупности, то определяют статистические параметры этой генеральной совокупности и устанавливают границы доверительной вероятности по распределению Стьюдента.

Значение измеряемой величины, наиболее близкое к истинному значению, составляет:

Лп — -

где Т], Х₂, ...,Х„ — средние значения для отдельных групп измерений;р', Р 2, -, — их вес;xq — среднее взвешенное значение измеряемой величины.

В основу вычисления обычно кладут средние квадратические погрешности. Веса соответственных групп измерений считают обратно пропорциональными их дисперсиям, т. е. используют зависимость Р\ : Р\ : Р\ :Р\ = 1/а², : 1/а²₂: 1/ст²₃: 1/а²_м.

Средняя квадратическая погрешность средневзвешенного значения So определяется по формуле

где Р_i — вес каждого результата измерений;т — число рядов измерений.

Косвенные измерения. Это измерения, при которых искомое значение физической величины Q находят на основании известной зависимостиQ = f(x, у, z) между этой величиной и величинамих, у, z, подвергаемыми прямым измерениям. Например, измерение мощностиР =UI по измеренным значениям токаIи напряженияU.

Для определения оценки систематической погрешности результата косвенного измерения, используя разложение функцииQ = f(x, у, z) в ряд Тейлора и ограничиваясь только его линейной частью, получают

(1.19)

dx

dy

Величины df / dx, df /dy, df / dz называют частными производными косвенного измерения.

Случайная погрешность косвенного измерения

(1.20)

где GO — средняя квадратическая погрешность результата косвенного измерения.

Закон суммирования погрешностей. Задача о суммировании погрешностей возникает при анализе как отдельных измерительных преобразователей, так и измерительного устройства в целом. Если измерительное устройство — это цепь измерительных преобразователей, то общее число составляющих его погрешности может достигать 10...50 и более.

Единственный метод выделения систематической составляющей погрешности аппаратуры — метод статистических испытаний, т. е. проведение многократных повторных поверок аппаратуры. Если при этом погрешность определенного знака и величины устойчиво наблюдается в целом ряде измерений, то она может быть отнесена к систематическим и исключена из вероятностного рассмотрения. Только что изготовленная и еще не прошедшая регулировку аппаратура может иметь сколь угодно большие систематические погрешности. При подгонке и градуировке эти погрешности по возможности устраняются и далее идет процесс их постепенного исключения, который в общем случае носит случайный характер. Процесс исключения погрешностей после момента поверки может развиваться по двум направлениям:

• • как случайный процесс без прогрессивного накопления постоянной составляющей, т. е. без низкочастотных составляющих;
• • как случайный процесс, когда среднее значение функции накопления погрешностей во времени может иметь монотонно прогрессирующий характер.

Определяющим признаком при выборе метода суммирования погрешностей является разделение их не на систематические и случайные, а по признаку их сильной или слабой взаимной корреляционной связи. Например, магнитоэлектрический измерительный механизм при изменении температуры имеет положительную погрешность от уменьшения жесткости пружин и отрицательную от уменьшения индукции магнита. При случайном характере колебаний температуры обе эти составляющие погрешности проявляются как случайные. Однако, несмотря на случайный характер их появления во времени, они жестко связаны (сильно коррелируют) между собой, так как при любых случайных колебаниях положительному значению одной из них всегда сопутствует отрицательное значение другой из них. Поэтому эти погрешности всегда должны вычитаться друг из друга.

Теория вероятностей для дисперсии суммы двух случайных величин дает следующее выражение:

^;2 +°1 '

где г — коэффициент корреляции этих величин.

Для случая сильно коррелированных случайных величин г « ±1 получаем алгебраическое суммирование составляющих с учетом их знака

CTj;=CTi+О2. (1-21)

При слабой корреляционной связи или его отсутствии (г « 0) получаем геометрическое суммирование составляющих.

При определении суммарной погрешности устройства используют упрощенный подход к определению взаимной корреляции погрешностей. Если ряд погрешностей одного или нескольких преобразователей вызывается одной и той же причиной, в результате чего они оказываются достаточно сильно коррелированными, то коэффициент их взаимной корреляции принимается равным ± 1.

+Если же погрешности вызываются причинами, не имеющими между собой явной связи, то их корреляция принимается равной нулю. Никакие промежуточные значения не используются. Исходя из этого, для суммирования погрешностей прежде всего надо выделить группы погрешностей, сильно коррелированных между собой. Вследствие жесткой взаимной корреляции и общей причины, вызывающей эти погрешности, они будут распределены по одному и тому же закону, а форма результирующего закона распределения будет соответствовать этому же закону. Поэтому внутри каждой из этих групп погрешности должны складываться алгебраически с учетом их знаков. Результирующие погрешности, полученные после суммирования в каждой из групп, уже не имеют между собой жестких корреляционных связей и должны рассматриваться как статистически независимые.

1.3. Единство измерений, стандартизация и сертификация

Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности результатов измерения известны с заданной вероятностью. Оно позволяет сопоставить измерения, выполненные в разное время, разными средствами и методами. Единство измерений обеспечивается единообразием средств измерений и правильностью методик их выполнения. При этом подединообразием средств измерений понимается такое их состояние, при котором они градуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствуют установленным нормам.

Физической величиной (далее величиной) называют свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Все многообразие величин сводится всистемы физических величин, связанных между собой зависимостями. В системы входят основные и производные величины. При этом каждая система имеет свой набор этих величин. Для обозначения системы величин указывают группу основных величин.Основной называют величину, входящую в систему и условно принятую в качестве независимой от других величин этой системы.Производной — величину, входящую в систему и определяемую через основные величины этой системы.Размерностью величины называют выражение, отражающее связь производной величины с основными величинами системы, которое представляет собой произведение основных величин, возведенных в соответствующую степень, называемуюпоказателем размерности величины. Система величин может состоять как из размерных, так и безразмерных величин.Размерной называют величину, в размерности которой хотя бы одна из основных величин возведена в степень, не равную нулю,безразмерной — величину, в размерность которой основные величины входят в степени, равной нулю. Безразмерная величина одной системы величин может быть размерной величиной в другой системе.

Для каждой величины, входящей в систему, выбирается единица величины, которой присвоено числовое значение, равное единице. В соответствии с видами величин различают основные и производные единицы, образующие для данной системы величинсистему единиц величин. В качестве основных единиц выбирают такие, которые, во-первых, могут быть воспроизведены с наивысшей точностью, а во-вторых, удобны в практике измерений или их воспроизведения. Единицы величин, входящих в систему, называютсясистемными. Кроме системных единиц применяются ивнесистемные единицы, не входящие ни в одну из систем единиц: единица мощности — лошадиная сила, единицы времени — час, сутки и т. д. Они возникли в процессе развития техники измерений для удовлетворения практических потребностей или введены для удобства пользования ими при измерениях. С теми же целями применяются кратные и дольные единицы величин.Кратной единицей называется такая, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы: килогерц, мегаватт;дольной единицей — такая, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы: миллиампер, микровольт. Строго говоря, многие внесистемные единицы могут рассматриваться как кратные или дольные единицы.

В прошлом существовало несколько вариантов систем единиц, как, например, СГС (сантиметр, грамм, секунда), МКС (метр, килограмм, секунда). Наиболее широко распространена во всем мире Международная система единиц СИ, включающая в себя систему единиц МКС (механические единицы) и систему МКСА (электрические единицы). Система СИ содержит семь основных единиц и две дополнительные. Каждая основная единица имеет наименование, обозначение и свое определение:

• • единица длины — метр (м) — длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;
• • единица массы — килограмм (кг) — масса, равная массе международного прототипа килограмма;
• • единица времени — секунда (с) — продолжительность 9192631770 периодов излучения, которая соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;
• • единица силы электрического тока — ампер (А) — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 · 10⁷Н на каждый метр длины;
• • единица термодинамической температуры — кельвин (К) — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также применение шкалы Цельсия;
• • единица количества вещества — моль (моль) — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода массой 0,012 кг;
• • единица силы света — кандела (К) — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 · 10¹²Гц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Две дополнительные единицы, входящие в систему, служат для измерения плоского и телесного углов, названные соответственно радиан (рад) истерадиан (ср). Дополнительные единицы не относятся к производным, так как они не зависят от основных единиц. Международная система СИ считается наиболее совершенной и универсальной по сравнению с предшествовавшими ей системами. Кроме основных и дополнительных единиц в системе СИ есть также большое количество производных единиц пространства и времени, механических величин, электрических и магнитных величин, тепловых, световых и акустических величин, а также ионизирующих излучений. После принятия Международной системы единиц Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) практически все крупнейшие международные организации включили ее в свои рекомендации по метрологии и призвали все страны — члены этих организаций — принять ее. В России система СИ официально была принята путем введения в 1963 г. соответствующего государственного стандарта. На сегодняшний день система СИ действительно стала международной, но вместе с тем применяются и внесистемные единицы, например тонна, сутки, литр, гектар и др.

В зависимости от пределов допускаемой основной и дополнительной погрешностей все средства измерений делятся на классы точности.

Класс точности характеризует точность средства измерений, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Особым средством измерений является эталон.Эталон — средство измерений (или комплекс средств измерений) наивысшей точности, обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы измерений с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона. Эталоны по соподчинению подразделяются на первичные, специальные и вторичные.

Первичные эталоны воспроизводят единицы с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерения для страны национальным органом по метрологии. В России национальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях и заменяет для этих условий первичный эталон. Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Для них установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны — один раз в 3 года.

Значения вторичных эталонов устанавливают по первичному эталону. Вторичные эталоны делят на рабочие эталоны, эталоны-свидетели, эталоны-копии и эталоны сравнения.

Рабочий эталон предназначен для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности,эталон-свидетель — для проверки сохранности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты,эталон-копия — для передачи размера единицы рабочим эталонам, при этом он не всегда является физической копией государственного эталона.Эталон сравнения (эталон-переносчик, транспортируемый эталон) предназначен для сличения эталонов, которые по разным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом, например при международных сличениях, при необходимости транспортирования эталона и т. д. Вторичные эталоны утверждаются Госстандартом РФ или государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования. Создание и совершенствование эталонной базы — чрезвычайно сложная задача, требующая больших усилий коллективов ученых, инженеров, конструкторов и производственников. Это объясняется высокой точностью эталонов единиц электрических величин, превышающей в десятки раз точность используемых средств измерений. В современных эталонах все большее применение находят новейшие достижения физики, химии, технологии. Работа с эталонами производится в соответствии с правилами их хранения и применения, в которых указываются порядок применения, наблюдения за правильностью хранения, проведения исследований и сличений эталонов, в том числе и международных.

За последние годы получены высокие результаты точности и надежности эталонов, создаваемых на основе использования квантовых эффектов, что позволяет предположить возможность создания новых эталонов. Квантовые эталоны характеризуются высокой степенью стабильности значений воспроизводимых единиц величин. С использованием квантовых эффектов создан современный эталон ампера и ома. Если будет также создан эталон массы на основе возможностей ядерной физики, то многие существующие эталоны перейдут в разряд «вечных», поскольку размерности их величин связаны с массой.

Стандартизация — это деятельность, направленная на разработку и установление требований, норм, правил, характеристик, рекомендуемых и обязательных для выполнения, обеспечивающая право потребителя на приобретение товара надлежащего качества, а также право на безопасность и комфортность труда.

Цель стандартизации — достижение оптимальной степени упорядочения в той или иной области деятельности посредством широкого и многократного использования установленных положений, требований, норм для решения реально существующих или потенциальных задач. Основным результатом деятельности по стандартизации должны быть повышение степени соответствия продукта (услуг), процессов их функциональному назначению, устранение технических барьеров в международном товарообмене, содействие научно-техническому прогрессу в различных сферах деятельности человека.

Стандартизация связана с такими важными понятиями, как объект стандартизации и область стандартизации. Объект стандартизации — продукция, работа (процесс), услуга, подлежащие или подвергшиеся стандартизации.Область стандартизации — совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации.

В процессе стандартизации вырабатываются нормы, правила, требования, характеристики, касающиеся объекта стандартизации, которые оформляются в виде нормативного документа, имеющего законодательный или рекомендательный характер.Стандарт — нормативный документ по стандартизации, разработанный, как правило, на основе согласия, характеризующегося отсутствием возражений по существенным вопросам у большинства заинтересованных сторон, принятый (утвержденный) признанным органом (предприятием).

В РФ нормативные документы по стандартизации подразделяют на следующие категории: государственные стандарты РФ — ГОСТ Р; отраслевые стандарты — ОСТ; технические условия — ТУ; стандарты предприятий и объединений предприятий (союзов, ассоциаций, концернов, акционерных обществ, межотраслевых, региональных и других объединений) — СТП; стандарты научно-технических и инженерных обществ (союзов, ассоциаций и других общественных объединений) — СТО.

К нормативным документам по стандартизации относятся также общероссийские классификаторы технико-экономической информации, порядок разработки и применения которых устанавливает Госстандарт РФ.

Работа по стандартизации в России осуществляется руководящим органом (национальным), рабочими органами и контролирующими организациями. Национальным органом по стандартизации в России является Комитет РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт РФ). Он формирует и реализует государственную политику в области стандартизации, осуществляет государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандартов, участвует в работах по международной (региональной) стандартизации, организует профессиональную подготовку и переподготовку кадров в области стандартизации, а также устанавливает правила применения международных (региональных) стандартов, правил, норм и рекомендаций по стандартизации на территории РФ, если иное не установлено международными договорами РФ.

Разработку государственных стандартов РФ осуществляют, как правило, технические комитеты (ТК) по стандартизации в соответствии с заданиями планов государственной стандартизации РФ, программ (планов) работ технических комитетов и договоров на разработку стандартов. Технические комитеты создаются на базе предприятий (организаций), специализирующихся по определенным видам продукции и технологий или видам деятельности и обладающих в данной области наиболее высоким научно-техническим потенциалом. При разработке стандартов руководствуются действующим законодательством РФ, государственными стандартами Государственной системы стандартизации (ГСС) РФ и другими нормативными документами по стандартизации, а также учитываются документы международных и региональных организаций по стандартизации.

Ведущую роль по информационному обеспечению работы органов по стандартизации всех стран мира играет Международная организация по стандартизации (ИСО) — Комитет по информационным системам и услугам (ИНФКО), который подотчетен Генеральной Ассамблее ИСО. Она определяет направления его деятельности, цели и задачи, а ИНФКО регулярно отчитывается перед ней о проделанной работе. Информационная система ИСО — ИСОНЕТ— входит в состав группы по информации ИНФКО. Приоритетные цели ИСОНЕТ — обеспечение обмена информацией о международных и национальных стандартах, о документах по стандартизации (в том числе правительственных), об изданиях книг, справочников и учебной литературы в области стандартизации; установление контактов с информационными системами других международных организаций (ООН, ЮНЕСКО, МАГАТЭ и др.) и создание единого информационного языка, тезауруса. Россия в ИСОНЕТ представлена Госстандартом РФ.

В информационном обеспечении большую роль играет Международный классификатор по стандартизации (МКС), служащий методической основой для подготовки национальных указателей стандартов.

Стандарты, входящие в государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ), регламентируют основные правила, нормы и положения в области обеспечения единства измерений, порядок утверждения и разработки эталонов физических единиц, требований к методикам и схемам поверки измерительных средств, их государственным испытаниям и аттестации, положения и требования к системам стандартных справочных данных и стандартных образцов.

Отраслевые системы обеспечения единства измерений (ОСИ), являясь составной частью ГСИ, устанавливают научные, технические и организационные основы и задачи метрологического обеспечения производства с учетом его особенностей. Государственная и отраслевая системы обеспечения единства измерений регламентируют выбор средств измерений для контроля технологических процессов производства и проведения измерений.

Стандарты ГСИ устанавливают также требования к построению, содержанию и изложению нормативно-технических документов на методики выполнения измерений.

В области международной стандартизации работает ряд организаций, наиболее представительными из которых являются: Международная организация по стандартизации (ИСО), Международная электротехническая комиссия (МЭК), Европейская организация по качеству (ЕОК), Международная организация мер и весов (МОМВ), Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ), Европейское экономическое сообщество (ЕЭС), Европейский комитет по стандартизации (СЕН) и др.

Система ИСО/МЭК — самая большая из существующих международных технических организаций, которая распространяет свою деятельность на все отрасли экономики и науки. Основная цель ИСО/МЭК — обеспечение развития стандартизации и смежных с нею областей для содействия международному обмену товарами и услугами, а также развития сотрудничества в интеллектуальной, научно-технической и экономической деятельности.

Старейшая межправительственная научно-техническая организация МОМВ основана 20 мая 1875 г. в соответствии с подписанной 17 странами (в том числе и Россией) Метрической конвенцией с целью унификации применяемых в разных странах систем единиц измерения, установления фактического единообразия эталонов длины и массы (метра и килограмма).

Сертификация — процедура, посредством которой дается гарантия соответствия продукции, процесса, услуги заданным требованиям. Результатом сертификации является документ, называемыйсертификатом соответствия.

Установление соответствия продукта заданным требованиям осуществляют в испытательных лабораториях посредством испытаний. Под испытанием понимается техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данной продукции в соответствии с установленной процедурой, по принятым правилам.

Систематическую проверку степени соответствия заданным требованиям называют оценкой соответствия. Чаще используют терминконтроль, который рассматривают как оценку соответствия путем измерения конкретных характеристик продукта.

С оценкой соответствия связаны проверка, надзор и обеспечение соответствия. Проверка соответствия — подтверждение соответствия продукции (процесса, услуги) установленным требованиям посредством изучения доказательств.Надзор за соответствием — это повторная оценка с целью убедиться в том, что продукция (процесс, услуга) продолжает соответствовать установленным требованиям.Обеспечение соответствия — процедура испытаний продукции, результатом которой является документ, называемыйзаявлением изготовителя о соответствии (заявление — декларация) — письменная гарантия того, что его продукция соответствует конкретным требованиям нормативного документа. В нем отражается справочная информация об изготовителе и изделии.

Подтверждение соответствия через сертификацию предполагает обязательное участие третьей стороны. Третья сторона — это система сертификации однородной продукции, независимая от поставщика (первая сторона) и от покупателя (вторая сторона).

Системы сертификации пользуются услугами испытательных лабораторий, которые могут быть самостоятельными организациями либо составной частью органа по сертификации или другой организации.

Аккредитация — это официальное признание права испытательной лаборатории осуществлять конкретные испытания или конкретные типы испытаний. Аккредитации предшествуетаттестация — проверка испытательной лаборатории с целью установления ее соответствия критериям аккредитации. Она представляет собой оценку состояния дел в лаборатории по определенным параметрам и критериям, выбор которых базируется на рассмотренных выше общих требованиях к испытательным лабораториям.

Аккредитация лаборатории — это самостоятельная область деятельности, сопряженная с сертификацией. Существуют различныесистемы аккредитации, располагающие собственными правилами процедуры и управления. Системой аккредитации управляет орган по аккредитации, который может самостоятельно проводить аккредитацию испытательных лабораторий, а также передавать полностью или частично полномочия по аттестации агентству по аттестации или иной компетентной организации. В системах сертификации третьей стороной применяются два способа указания соответствия стандартам: сертификат соответствия и знак соответствия, которые и являются способами информирования всех заинтересованных сторон о сертифицированном товаре.

Сертификат соответствия — это документ, изданный по правилам системы сертификации, сообщающий, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция (процесс, услуга) соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу. Сертификат может относиться ко всем требованиям стандарта, а также отдельным разделам или конкретным характеристикам продукта, что четко оговаривается в самом документе. Информация, представляемая в сертификате, должна обеспечить возможность сравнения ее с результатами испытаний, на основе которых он выдан.

Знак соответствия — это защищенный в установленном порядке знак, применяемый (или выданный органом по сертификации) в соответствии с правилами системы сертификации, указывающий, что данная продукция (процесс, услуга) соответствует конкретному стандарту. Разрешение (лицензия) на использование знака соответствия выдается органом по сертификации.

Сертификация может носить обязательный и добровольный характер. Обязательная сертификация осуществляется на основании законов и законодательных положений и обеспечивает доказательство соответствия товара (процесса, услуги) требованиям технических регламентов, обязательным требованиям стандартов. Поскольку обязательные требования этих нормативных документов относятся к безопасности, охране здоровья людей и окружающей среды, то основным аспектом обязательной сертификации являются безопасность и экологичность. Номенклатура объектов обязательной сертификации устанавливается на государственном уровне управления.

Добровольная сертификация проводится по инициативе юридических или физических лиц на договорных условиях между заявителем и органом по сертификации всистемах добровольной сертификации. Допускается проведение добровольной сертификации в системах обязательной сертификации органами по обязательной сертификации. Нормативный документ, на соответствие которому осуществляются испытания при добровольной сертификации, выбирается, как правило, заявителем. Заявителем может быть изготовитель, поставщик, продавец, потребитель продукции. Системы добровольной сертификации чаще всего объединяют изготовителей и потребителей продукции, заинтересованных в развитии торговли на основе долговременных партнерских отношений.

+В отличие от обязательной сертификации, объекты которой и подтверждение их соответствия связаны с законодательством, добровольная сертификация касается видов продукции (процессов, услуг), не включенных в обязательную номенклатуру и определяемых заявителем. Правила и процедуры системы добровольной сертификации определяются органом по добровольной сертификации. Однако, так же как и в системах обязательной сертификации, они базируются на рекомендациях международных и региональных организаций в этой области. Решение о добровольной сертификации обычно связано с проблемами конкурентоспособности товара, продвижением товаров на рынок (особенно зарубежный), предпочтениями покупателей, все больше ориентирующихся в своем выборе на сертифицированные изделия. Как правило, развитие добровольной сертификации поддерживается государством.

Исследование, описанное в статье про теоретическая метрология, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое теоретическая метрология и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ