Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств. Измерение сводится к сравнению измеряемой величины с однородной, принятой за единицу.

При проведении измерений встаёт вопрос об обеспечении единства измерений.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

В этом определении указывается «узаконенные единицы», а погрешности выражаются определенным образом. Встаёт вопрос: кто же разрабатывает «узаконенные» единицы, кто разрабатывает методику вычисления вероятностей и т.п. – то есть всё то, что позволяет обеспечить «единство измерений»? Именно за это отвечает метрология.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства.

1.2. Основные понятия

Прежде всего, определим, что же такое «специальные технические средства», о которых говорилось в определении понятия «измерение». Под специальными техническими средствами подразумеваются средства измерения (СИ).

Средство измерения (СИ) – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие и/или хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Под метрологическими характеристиками (МХ) понимают такие характеристики СИ, которые позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с заданной точностью. МХ вводят с целью:

- обеспечения возможности установления точности измерений;
- достижения взаимозаменяемости СИ, сравнения СИ между собой и выбора требуемых СИ по точности и другим показателям;

- определения погрешности измерительных систем, состоящих из нескольких СИ, на основе МХ входящих в них СИ;

- оценки технического состояния СИ при поверке.

Соответствующие нормативные документы устанавливают перечень МХ, способы их нормирования и представления. На практике наиболее распространены следующие МХ СИ.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешностей СИ.

Предел измерения – наибольшее или наименьшее значение диапазона измерения.

Чувствительность– отношение изменения сигнала на выходе СИ к вызвавшему это изменение приращению сигнала на входе

Иногда вводят понятие относительной чувствительности

где , –номинальные или средне величины. Чувствительность нельзя путать с порогом чувствительности – наименьшим значением измеряемой величины, вызывающим различимое изменение показание СИ. Порог чувствительности цифровых приборов совпадает с единицей младшего разряда. К порогу чувствительности по смыслу близко понятие разрешающей способности, определяемой как минимальная разность двух значений параметров измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью СИ (т.е. не «сольются» в одну).

Быстродействие (скорость измерения)– максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.

Этим перечнем, естественно, не исчерпываются метрологические характеристики.

Нормируемой характеристикой СИ является класс точности.

Класс точности – это обобщенная МХ, определяющая различные свойства СИ. Класс точности даёт возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ одного типа, но не характеризует точности измерений, выполняемых этими средствами, так как погрешность зависит и от метода измерений, от условий измерений и т.п.

К эксплуатации допускаются приборы, метрологические характеристики которых соответствуют установленным нормам.

Измерения весьма многообразны, что объясняется разнообразием измеряемых величин, большим динамическим и частотным диапазоном, отличием их физической природы, разным характером их изменения во времени и т.п. Поэтому существует множество методов измерения, а это приводит к многообразию СИ.

Метод измерения – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Разнообразие методов измерения приводит к разнообразию СИ. СИ классифицируются по различным критериям. Так, например, по форме преобразования используемых измерительных сигналов СИ относятся к аналоговым или цифровым.

Аналоговым СИ считается такое, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины.

Цифровое СИ автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации и показания представлены в цифровой форме. Для реализации этого цифровое СИ должно выполнять функции дискретизации, квантования и преобразования измерительного сигнала.

К применению допускаются средства измерений с гарантированными метрологическими характеристиками. Для определения возможности применения конкретного прибора необходимо прибор поверить.

Поверка средств измерения – это совокупность операций, выполняемых с целью подтверждения соответствия действительных значений метрологических характеристик СИ установленным обязательным требованиям по обеспечению единства измерений.

Основной целью метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Орудия метрологии – совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Современная метрология включает методы выполнения измерений в научно-исследовательской деятельности и на производстве, а также их правовые и теоретические основы. Метрология делится на три раздела: теоретическую (научную), законодательную (правовую) и прикладную (практическую).