- •Часть 1
- •1.2. Классификация измерений
- •1.3. Основные характеристики измерений
- •1.4. Классификация средств измерений по роли,
- •1.5. Метрологические характеристики средств измерении и их нормирование. Классы точности
- •2.2. Оценивание и способы исключения систематических
- •2.3.1. Оценка случайных погрешностей при нормальном распределении результатов наблюдений
- •2.4. Суммирование погрешностей при прямых измерениях
- •2.5. Оценка погрешностей при косвенных измерениях
- •3. Формы представления результатов измерений и показатели точности
- •Содержание
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОГРЕШНОСТЯХ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
для студентов 1 курса физического факультета
Часть 1
Авторы: Землянов А. П. — доцент кафедры общей физики, Орлова Е. Г.—младший научный сотрудник НИИФ РГУ, Зарубин И. А — зав. отделом метрологии и стандартизации НИИФ РГУ.
ВВЕДЕНИЕ
Дальнейшее совершенствование науки и техники невозможно без опережающего развития метрологии, поскольку разработка аппаратуры с улучшенными техническими характеристиками, освоение новых диапазонов требуют более точной аппаратуры. Физика в этом отношении занимает особое положение. Помимо широкой номенклатуры измерительной аппаратуры общего применения (вольтметров, осциллографов и т.п.) здесь используют большое число узкоспециализированных приборов. Физик-экспериментатор на практике сталкивается не только с необходимостью решать измерительные задачи на базе типовых измерительных приборов, но и с разработкой новых приборов, их метрологической аттестацией, стандартизацией методов измерений.
В 80-е годы усилилось внимание к проблемам стандартизации и метрологии в стране. В 1983 г. принято постановление Совета Министров СССР "Об обеспечении единства измерений в стране", в котором указывается, "что результаты измерений с использованием технических средств выражаются в СССР в единицах физических величин, определяемых Государственным комитетом СССР по стандартам, и используются при условии оценки их погрешности с необходимой точностью".
Вузы страны должны улучшить подготовку студентов в области метрологии и стандартизации. Об этом говорится в инструктивном письме № 8 Минвуза СССР от 13.02.84. Главная задача заключается в обеспечении непрерывной подготовки студентов в области стандартизации и метрологии за счет изучения вопросов стандартизации и метрологии на многоэтапной основе.
Данная работа предназначена для первого ознакомления студентов 1 курса физического факультета с основами метрологии, ее основными терминами и понятиями.
Практические приемы анализа, оценки и исключения систематической составляющей погрешности даны во второй части работы. Учет случайной составляющей погрешности при прямых измерениях даны в третьей части. Нахождение параметров эмпирической зависимости методом наименьших квадратов дано в четвертой части.
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОЛОГИИ, ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1.Основные термины
Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией. Объектами измерений в метрологии являются физические величины.
Согласно ГОСТ 16263-70 "Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения" под физической величиной понимается "свойство, общее в качественном отношении многим физический объектам (физическим системам, их состояниям и проходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта". Индивидуальность в количественном отношении следует понимать в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого.
Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерение - это сложная операция, состоящая в сравнении физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу, выполнении необходимых логических и вычислительных действий и представлении результата измерений в числовой форме с указанием его точности. Основная цель измерений — количественная оценка значения физической величины в принятых для нее единицах.
Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства и необходимой точности измерений. Под единством измерений понимают такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. В этом случае можно сопоставлять результаты измерений, выполненные в различных местах, в разное время и с применением различных измерительных средств.
Для выполнения данных требований и производства измерений необходимо установить систему единиц физических величин и иметь специальные технические средства (средства измерений), с помощью которых можно сравнивать измеряемую и известную величины.
Средство измерений (СИ) - техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. Метрологическими называют характеристики, оказывающие влияние на результат и погрешность измерения. Они входят в состав технических характеристик, определяющих другие свойства СИ (например, диапазон частот, габаритные размеры, вид электропитания и т.д.). На метрологические характеристики устанавливаются нормы. Целями нормирования являются: 1) обеспечение возможности оценки точности измерений; 2) достижение взаимозаменяемости средств измерений; 3) обеспечение возможности сравнения СИ между собой и выбора нужных по точности и другим характеристикам; 4) обеспечение возможности оценки погрешностей измерительных систем и установок на основе входящих в них средств измерений. Именно нормирование метрологических характеристик отличает СИ от других подобных технических средств (например, измерительный трансформатор от силового).
По техническому назначению средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, вспомогательные средства измерений, измерительные установки и измерительные системы.
Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Конденсатор постоянной емкости может выполнять роль однозначной меры, а конденсатор переменной емкости - многозначной. Часто используется набор мер, называемый магазином.
Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступней для непосредственного восприятия наблюдателем. Под измерительной информацией понимают информацию о значениях измеряемых физических величин. Сигнал измерительной информации - это сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной. Ряд приборов допускают только отсчитывание показаний. Эти приборы называются показывающими. Измерительные приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний, носят название регистрирующих.
Вспомогательное средство измерений - средство измерения величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерения при его применении. Эти средства применяют для контроля за поддержанием значений влияющих величин а заданных пределах.
Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте.