Чем занимается экспериментальная метрология

Что такое метрология? Задачи метрологии, определение, цели и история

Какой бы сложной наукой не была метрология, задачи метрологии были определены еще в XVIII веке. Это привело к созданию в 1795 году десятичной метрической системы, установившей набор стандартов для других типов измерений. Несколько других стран приняли данную систему между 1795 и 1875 годами.

Для создания единых мировых стандартов в соответствии с Метрической конвенцией было учреждено Международное бюро по борьбе с отклонениями от системы (BIPM). Это вылилось в создание Международной системы единиц в результате резолюции, принятой в 1960 году. Таким образом, основные задачи метрологии стали еще более глобальными. Теперь это одна из наук, от которых едва ли не зависит судьба человечества, ведь она определяет нормы, принятые во всем мире.

Вам будет интересно: Апофема правильной треугольной пирамиды: формула и пример задачи

Задачи метрологии, стандартизации, сертификации

Подполя

Подполями являются научная или фундаментальная метрологии, которые связаны с установлением единиц измерения, прикладная, техническая или промышленная, занимающаяся применением их к производственным и другим процессам в обществе, а также законодательная, которая охватывает регулирование и нормативные акты, требования к средствам и методам. Задачи с решением метрологии/стандартизации используются для обучения специалистов в каждой из этих областей.

Законодательный аспект

В каждой стране существует национальная система измерений (NMS) в виде сети лабораторий, калибровочных центров и органов по аккредитации, которые внедряют и поддерживают метрологическую инфраструктуру. NMS влияет на то, как измерения проводятся в стране, а также на их признание международным сообществом, что имеет огромное значение для всего общества, включая экономику, энергетику, окружающую среду, здравоохранение, производство, промышленность и доверие потребителей. Для обучения начинающих специалистов в этой области используются задачи по метрологии, с решением которых у студентов обычно не возникает проблем.

Вам будет интересно: Понятие о призме. Формулы объема призм разного типа: правильной, прямой и наклонной. Решение задачи

Влияние этой науки на торговлю и экономику является одним из наиболее легко наблюдаемых социальных последствий ее повсеместного внедрения. Для обеспечения справедливой торговли должна существовать согласованная система измерения, которую и обеспечивает эта наука.

История

Стандартизация имеет решающее значение для значимости измерений. Первая запись постоянного стандарта была осуществлена в 2900 г. до н. э., когда королевский египетский локоть был вырезан из черного гранита в качестве метрического эталона. Локоть был определен как длина предплечья фараона плюс ширина его руки, и этот стандарт был дан всем строителям в Египте. На успех стандартизированной длины для строительства пирамид указывают длины их оснований, различающиеся не более чем на 0,05 %.

Другие цивилизации вводили общепринятые стандарты мер, равняясь на римскую и греческую архитектуру. Распад империи и последовавшее за ним наступление темных веков спровоцировало утрату знаний о мерах и стандартизации. Хотя локальные системы были распространены, сопоставимость была сложной, поскольку многие из них были несовместимы. В 1196 году в Англии были созданы эталоны для подсчета длины, а Великая хартия вольностей 1215 года включала даже отдельный раздел для измерения единиц вина и пива.

Новое время

Современная метрология ведет свое начало из Французской революции. Революционеры создали единую палату мер и весов для унификации всего, что только можно было измерить. Для обучения этой науке были составлены специальные задачи по метрологии, с решением которых даже у начинающих ученых поначалу могли возникать трудности.

В марте 1791 года был определен стандартный метр. Это привело к созданию в 1795 году десятичной метрической системы, устанавливающей стандарты для других типов измерений. Несколько других стран приняли метрическую систему между 1795 и 1875 годами.

Хотя первоначальной миссией BIPM было создание международных стандартов для единиц мер и приведение их в соответствие с национальными стандартами, сфера компетенции бюро расширилась благодаря научному прогрессу. Теперь она включает электрические, фотометрические единицы и стандарты измерения ионизирующего излучения. Метрическая система была модернизирована в 1960 году с созданием Международной системы единиц в результате принятия резолюции на одной из тематических международных конференций.

Международный уровень

Международное бюро мер и весов (BIPM) определяет метрологию как науку об измерениях. Она устанавливает общее понимание единиц, имеющих решающее значение для человеческой деятельности.

Метрология является обширной областью, но ее можно обобщить с помощью трех основных видов деятельности:

Эти понятия в разной степени применимы к трем основным областям метрологии:

Научная метрология

Научная метрология связана с созданием единиц измерения, разработкой новых методов, реализацией стандартов и контролем их соблюдения во всех инстанциях. Сюда же относится составление задач и решений стандартизации, сертификации, метрологии.

Этот тип метрологии считается высшим уровнем развития этой науки, стремящимся к высшей степени точности. BIPM поддерживает базу данных метрологических калибровочных и измерительных возможностей и институтов по всему миру, деятельность которых рецензируется. В измерениях BIPM определил девять областей метрологии, которые включают акустику, электричество и магнетизм, длину, массу и связанные с ними величины, фотометрию и радиометрию, ионизирующее излучение, время и частоту, термометрию и химию.

Последние события

Учитывая увеличение количества задач метрологии, метрологию было решено дополнять и выводить на международный уровень. Позже было предложено новое определение базовых единиц СИ, которое было официально утверждено в ноябре 2018 года и вступит в силу в мае 2019 года.

Мотивация при смене базовых единиц состоит в том, чтобы сделать всю систему выводимой из физических констант, что требует удаления прототипа килограмма, поскольку это последний артефакт, от которого зависят определения единиц. Научная метрология играет важную роль в этом переопределении единиц, поскольку для их точного определения требуется скрупулезное определение физических констант.

Практическая и промышленная метрология

Прикладная, техническая или промышленная область этой науки касается применения измерений к производственным и другим процессам и их использования в обществе, обеспечения пригодности приборов, их калибровки и контроля качества. Учитывая задачи метрологии, метрология промышленная и прикладная порой некорректно отождествляется со всей этой многогранной наукой в силу того, что из всех ее областей она является самой заметной для обывателя.

Осуществление качественных измерений важно в промышленности, так как оно влияет на стоимость и качество конечного продукта и на 10-15 % на производственные затраты. Хотя акцент в этой области метрологии делается на самих измерениях, отслеживание калибровки устройства необходимо для обеспечения достоверности. Признание метрологической компетенции в промышленности может быть достигнуто посредством соглашений о взаимном признании, аккредитации или экспертной оценке. Промышленная метрология важна для экономического и промышленного развития страны, а ее цели в отдельной стране могут указывать на ее экономический статус.

Законодательная метрология

С учетом всех вышеперечисленных задач метрологии, метрология законодательная играет весьма вспомогательную роль, и вот почему. Дело в том, что она является юридическим подтипом этой науки и касается деятельности, которая вытекает из установленных законом требований по непосредственному измерению, установлению единиц, приборов и методов для его осуществления. Такие законодательные требования могут возникать из-за необходимости защиты здоровья, общественной безопасности, окружающей среды, налогообложения, защиты потребителей и справедливой торговли.

Тематические организации, посвященные этому виду метрологии, создаются по всему миру для оказания помощи в гармонизации правил за пределами национальных границ с целью обеспечения того, чтобы законодательные требования не препятствовали торговле.

Источник

Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований

Техническая политика как совокупность обязательных для применения технических решений, которые выбраны на основании утвержденных принципов, критериев, процессов, а также инструментов. Знакомство с основными особенностями метрологических исследований.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическая направленность научно-технических исследований противопоставляет их фундаментальной науке. Между прикладными исследованиями и фундаментальной наукой существует неразрывная связь: с одной стороны, результаты фундаментальных исследований являются теоретической основой для проведения прикладных исследований, а с другой стороны, результаты научно-технической деятельности предоставляют свидетельства, которые могут подтверждать или опровергать научные теории, сформулированные учеными-теоретиками. Классическим примером взаимодействия технических и фундаментальных наук является проблема «вечного двигателя», где идея создания технических устройств класса «вечный двигатель» была опровергнута многовековыми неудачными попытками ее технической реализации, на основе чего были выведены постулаты фундаментальной науки, делающие бесперспективными дальнейшие научно-технические исследования в этой области и создание вечных двигателей.

Задачи, решаемые в технических науках (а, следовательно, и комплекс знаний, используемых и вырабатываемых для решения этих задач) принципиально отличаются от проблем, стоящих перед естественной наукой. Феномен технической науки возникает как результат некоторых процессов в рамках более широкого целого, которым является деятельность по созданию технических устройств, так, как возникновение технических наук обусловлено потребностями развивающейся технической практики. Техническая наука представляет собой исторически сложившуюся форму обслуживания знаниями инженерной деятельности, характеризующуюся:

1) научными методами исследования технических проблем;

2) организацией получаемых знаний в виде научного предмета (наличие идеализированных объектов изучения и системы взаимосвязанных теорий различного уровня общности);

3) специальной социальной организацией деятельности по выработке этих знаний (каналы научно-технической коммуникации, сеть научно-исследовательских учреждений, система подготовки кадров).

Эти характеристики технических наук сопоставимы с характеристиками естественных наук, что, собственно, и позволяет говорить о них как о науках. Специфика же технических наук обусловлена их «обслуживающей» функцией; обеспечение этой функции включает приложение и детализацию знаний естественных наук, однако не сводится к этому и предполагает формирование специального предмета исследования. Те идеализации, которые необходимы для теоретического описания объектов, совершенно различны, например, для электротехники и физики электрических явлений.

Каков же в общем виде ход эволюции технических знаний, приведший к формированию технических наук? В формировании технических наук можно выделить 3 этапа: этап донаучного развития технических знаний (до второй половины ХУ11 в.); этап становления и развития технических наук «классического» типа (ХУ111-начало ХХ в.); этап формирования комплексных научно-технических дисциплин (с первой трети ХХ в.).

1.Метрологическое обеспечение измерений

Достижение высокого качества продукции и обеспечение точности и взаимозаменяемости деталей или сборочных единиц невозможно без метрологического обеспечения производства.

Юридическую основу МО составляет закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», а также нормативные документы Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Федерального агентства), как организации, на которые правительством возложено проведение единой государственной технической политики в области метрологии.

Научно-технической основой МО являются системы государственных эталонов единых физических величин; передачи размеров единиц физических величин от эталонов к рабочим средствам измерений; государственных испытаний средств измерений, их поверки и калибровки; обязательной государственной поверки или метрологической аттестации средств измерений, эксплуатации и ремонта; стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающих воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и др.

Организационные основы МО составляют государственные и ведомственные метрологические службы (в том числе на фирмах и предприятиях различных форм собственности).

В состав государственной метрологической службы, осуществляющей свою деятельность под руководством Федерального агентства, входят:

— государственные научные метрологические институты, осуществляющие создание, совершенствование и хранение государственных эталонов, а также проводящие исследовательские работы по научным основам метрологии;

— Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССА), отвечающая за создание и внедрение стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов с целью обеспечения единства измерений;

— Государственная служба стандартных справочных данных о специфических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД), осуществляющая информационное обеспечение организаций;

— Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), сеть организаций, несущих ответственность за воспроизведение и хранение единиц времени и частоты и передачу их размеров, а также за обеспечение потребности народного хозяйства соответствующей информацией.

В соответствии с действующим в настоящее время положением, все средства измерений, предназначенные для серийного производства, ввоза из-за границы партиями и выпуска в обращение в России, подлежат обязательным государственным испытаниям в органах Государственной метрологической службы.

В процессе государственных контрольных (приемочных) испытаний определяют:

— соответствие средств измерений требованиям стандартов;

— соответствие технических характеристик средств измерения требованиям технического задания;

— возможность метрологического обслуживания и обеспечения нормированных значений метрологических характеристик испытуемых приборов при их серийном производстве и в эксплуатации;

— метрологические характеристики, подлежащие контролю при выпуске средств измерений из производства и в эксплуатации, а также рекомендуемая периодичность контроля.

Государственные контрольные испытания проводятся также с целью проверки соответствия выпускаемых из производства или ввозимых из-за границы средств измерения, утвержденному Федеральным агентством типу, требованиям стандартов и технических условий.

Для обеспечения единства и достоверности измерений в стране, систематического совершенствования парка средств измерений, применяемых во всех отраслях народного хозяйства, внедрением новой измерительной техники; поддержания средств измерений и постоянной готовности к выполнению измерений, в Российской Федерации действует система метрологического надзора за средствами измерений.

К эксплуатации допускаются средства измерений, признанные по результатам метрологического надзора пригодными к применению.

За надлежащее состояние и исправность средств измерений, правильность проводимых измерений, организацию и качество ведомственного надзора ответственность несут руководители предприятий, организаций и учреждений.

Метрологический надзор осуществляется проведением поверки средств измерений, метрологической ревизии и метрологической экспертизы.

Поверка средств измерений проводится для установления их пригодности к применению. Пригодными к применению признаются средства измерений, поверка которых, выполненная в соответствии с нормативными документами, подтверждает их соответствие требованиям этих документов.

Поверка подразделяется на первичную, периодическую, внеочередную и инспекциональную. Первичной называется первая поверка средств измерений, производимая при выпуске его из производства или ремонта. Периодической называется поверка средств измерений, производимая при их эксплуатации и хранении через определенные промежутки времени.

Внеочередная поверка производится при эксплуатации (хранении) средств измерений вне зависимости от сроков периодической поверки.

Инспекциональная поверка проводится для выявления исправности средств измерений, выпускаемых из производства или ремонта и находящихся в обращении, при проведении метрологической ревизии на предприятиях, складах, базах снабжения и в торговых организациях.

Государственной или ведомственной поверке подлежат все средства измерений.

Средства измерений, не прошедшие поверки, неисправные, и в том числе имеющие внешние повреждения или своевременно не поверенные, к эксплуатации не допускаются.

С целью МО производства на предприятиях различных форм собственности создаются метрологические службы или службы главного метролога, которые должны быть аккредитованы органами Федерального агентства.

В понятие МО производства входят научные и организационные основы, технические средства, правила и нормы, обеспечивающие полноту, точность и достоверность контроля качества продукции на всех этапах ее производства, необходимых для управления современным производством и обеспечения стабильного уровня, качества продукции.

Метрологическое обеспечение охватывает все стадии жизненного цикла изделия, начиная с этапа научно-исследовательских и опытно-конструкционных работ. На этом этапе устанавливаются, а затем закладываются в конструкторской и технологической документации параметры точности, обеспечивающие высокие эксплуатационные характеристики изделия и их допуски; производится выбор и обоснование необходимых средств измерения и контроля. При этом устанавливаются:

— необходимая номенклатура контролируемых параметров комплектующих изделий, сырья, материалов, подлежащих входному контролю;

— возможность контроля этих параметров, а также наличие на предприятии необходимых средств и методов измерений и, при необходимости, приобретение соответствующей измерительной техники;

— наличие необходимой нормативно-технической документации и подготовленного обслуживающего персонала.

В случае необходимости конструктор или технолог могут выдать техническое задание за разработку новых средств контроля, измерений или испытаний параметров продукции или ее элементов.

Метрологические службы на предприятиях и в организациях в процессе производства проводят метрологический контроль и надзор за средствами измерений путем:

— калибровки средств измерений;

— надзора за состоянием и применением средств измерений, с соблюдением метрологических правил и норм, а также нормативных документов по обеспечению единств измерений;

— поверки своевременности предоставления средств измерений на поверку и калибровку;

— выдачи обязательных предписаний, направленных на предотвращение, прекращение или устранение нарушений метрологических норм и правил;

— проведения метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации и др.

В рамках МО производства проводится метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации, целью которой является анализ и оценка технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, эксплуатации и ремонту изделий. Значение метрологического обеспечения производства для достижения высокого качества продукции определено рядом международных документов, в том числе стандартом ИСО 10002-1. Соблюдение этого стандарта является одним из условий аккредитации системы качества на предприятии.

Практическая деятельность организаций по метрологическому обеспечению охватывает достаточно большой круг вопросов. Осуществляется надзор за применением законодательно установленной системы единиц физических величин. Обеспечение единства и точности измерений проводится путем передачи размеров единиц физических величин от эталонов к образцовым средствам измерений и от образцовых к рабочим. Проводится надзор за функционированием государственных и ведомственных поверочных схем. Постоянно разрабатываются методы измерений дающие наивысшую точность. На этой основе создаются эталоны и образцовые средства измерений.

Метрология состоит из 3 основных разделов:

Рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений физических величин, их единиц, методов измерений).

Изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.

Устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Цели и задачи метрологии:

— создание общей теории измерений;

— образование единиц физических величин и систем единиц;

— разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

— создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

1.Любое измерение есть сравнение.

2.Любое измерение без априорной информации невозможно.

3.Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.

3.Испытание имитационной модели: задание исходной информации, верификация модели, проверка адекватности и калибровка модели

Если в результате проведенных процедур модель окажется недостаточно достоверной, то может быть выполнена калибровка имитационной модели (в моделирующий алгоритм встраиваются калибровочные коэффициенты) с целью обеспечения адекватности модели. В более сложных случаях возможны многочисленные итерации на ранние этапы с целью получения дополнительной информации о моделируемом объекте или доработки имитационной модели. Наличие ошибок во взаимодействии компонентов модели возвращает исследователя на этап создания имитационной модели. Причиной этого может быть изначально упрощенная модель процесса или явления, что приводит к неадекватности модели объекту. В случае, если выбор способа формализации оказался неудачным, то необходимо повторить этап составления концептуальной модели с учетом новой информации и приобретенного опыта. Наконец, когда оказалось недостаточно информации об объекте, необходимо вернуться к этапу составления содержательного описания системы и уточнить его с учетом результатов испытания.

Направленный вычислительный эксперимент на имитационной модели. Анализ результатов моделирования и принятие решений. На заключительных этапах имитационного моделирования необходимо проводить стратегическое и тактическое планирование имитационного эксперимента. Организация направленного вычислительного эксперимента на имитационной модели предполагает выбор и применение различных аналитических методов для обработки результатов имитационного исследования. Для этого применяются методы планирования вычислительного эксперимента, регрессионный и дисперсионный анализ, методы оптимизации. Организация и проведение эксперимента требует корректного применения аналитических методов. По полученным результатам проведенное исследование должно позволить сделать выводы, достаточные для принятия решений по обозначенным на ранних этапах проблемам и задачам.

Адекватность программной имитационной модели реальному объекту — это совпадение с заданной точностью векторов характеристик поведения объекта и модели.

4.Понятия экспериментальных исследований

Все средства измерения, используемые в экспериментах, должны быть метрологически аттестованы и проверены.

Результаты измерений должны представляться в системе СИ.

По методу проведения измерения делятся:

1. прямые измерения: искомую величину определяют непосредственно из опыта;

2. косвенные измерения: искомую величину устанавливают функционально от других величин, определенных прямыми измерениями.

Абсолютное измерение- прямое измерение в единицах измеряемой величины.

Совокупные измерения: одновременно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину находят из решения системы уравнений.

Метод непосредственной оценки- определение значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия(например, измерение массы на циферблатных весах).

Метод сравнения с мерой- измеряемую величину уравновешивают с мерой (весы с гирями).

Дифференциальный метод: на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой.

Нулевой метод: результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля средствами измерительного прибора (например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием). Метод замещения: измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Метод совпадений: разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряется с использованием совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Балансный метод- достигается баланс за счет некоторого эталонного устройства.

5.Характеристики средств измерений

Основные характеристики приборов:

1. Величина погрешности.

· относительные- разность между измеренным и действительным значениями, отнесенная к действительному значению и умноженная на 100%:

Погрешности возникают вследствие недоброкачественных материалов, комплектующих изделий, применяемых для изготовления приборов, плохого качества изготовления приборов, неудовлетворительной эксплуатации.

2. Диапазон измерений- пределы измерения прибором измеряемой величины. Если шкала измерений изменяется от 0 до N, то в характеристике на прибор диапазон указывают в пределах 0…N.

3. Порог чувствительности- показывает, на сколько должна измениться измеряемая величина, чтобы прибор зафиксировал это изменением своих показаний на 1 единицу.

4. Класс точности- обобщенная характеристика, определяемая пределами основной и дополнительных допускаемых погрешностей, влияющих на точность (чем выше класс, тем точнее прибор).

метрологический технический инструмент

1. Иванов Б. И., Чешев В. В. Становление и развитие технических наук. Л., 2004;

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Назначение Тагис-38, его техническая характеристика, устройство и принцип действия. Метрологическое обеспечение работы аппаратуры и методика провидения метрологических работ. Определение погрешностей измерений скважин и качества полученных результатов.

курсовая работа [324,3 K], добавлен 26.12.2012

Пылеобразование при массовых взрывах. Средства борьбы с пылью и вредными газами: преимущества и недостатки технологических, организационных, инженерно-технических мероприятий. Результаты экспериментальных исследований в условиях взрывного полигона.

контрольная работа [1,8 M], добавлен 04.02.2011

Информация, получаемая с помощью гидродинамических исследований. Исследование скважин и пластов на установившихся режимах работы. Условия применения гидродинамических исследований. Обработка результатов исследования скважин методом установившихся отборов.

курсовая работа [69,5 K], добавлен 12.02.2013

Анализ компьютерных технологий геолого-технологических исследований бурящихся нефтяных и газовых скважин. Роль геофизической информации в построении информационных и управляющих систем. Перспективы российской службы геофизических исследований скважин.

практическая работа [32,1 K], добавлен 27.03.2010

Нивелир как геодезический прибор со зрительной трубой, визирная ось которого служит для воспроизведения горизонтальной линии, анализ особенностей предполевой подготовки. Знакомство с основными функциями тахеометров с дальномерами двойного изображения.

курсовая работа [968,7 K], добавлен 20.04.2015

Источник