Основные понятия и определения метрологии. Лекция 1

Закон об обеспечении единства измерений
Под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых соответствуют, единицам, воспроизводимым эталонами, погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.
Этот термин позволяет обеспечить сопоставимость измерений, выполненных в разное время, разными средствами и методами.
Единство измерений обеспечивается единообразием средств измерений и правильностью методик их выполнения. При этом под единообразием средств измерений понимается такое их состояние, при котором они градуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствую установленным нормам.
Измерение (величины) - процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине.
Измерение подразумевает сравнение величин или включает счет объектов.
Пример, прикладывая линейку с делениями к какой-либо детали, по сути сравнивают ее размер с единицей, хранимой линейкой, и, произведя отсчет, получают значение величины (длины, высоты, толщины и других параметров детали).

Уравнение измерения - уравнение связи, которое отражает связь между физи-ческими величинами, обусловленную законами природы.
Пример: скорость движения объекта равна длине пути l, пройденной объектом деленной на время t:
Это уравнение отражает существующую зависимость скорости от времени.
Показателями качества измерений являются: погрешность (точность); правиль-ность; сходимость и воспроизводимость измерений.
Показатели качества измерений: погрешность (точность); правильность; сходи-мость и воспроизводимость измерений.
Погрешность измерения (результата измерения) - разность между измеренным значением величины и опорным значением величины.
Опорное значение (величины) - значение величины, которое используют в качестве основы для сопоставления со значениями величин того же рода.
Опорное значение величины может быть истинным значением величины, подлежащей измерению, в этом случае оно неизвестно; принятым значением величины, в этом случае оно известно.
Принятое значение (величины) - значение величины, по соглашению приписанное величине для данной цели.
Точность измерений ( точность результата измерения) - близость измеренного значения к истинному значению измеряемой величины.

Правильность измерений - близость среднего арифметического бесконечно большого числа повторно измеренных значений величины к опорному значению величины.
Правильность измерений не является величиной и поэтому не может быть выражена численно отражает близость к нулю систематической погрешности измерений.
Сходимость измерений – их качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях.
Воспроизводимость измерений – их качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в разное время, в различных местах, разными методами и средствами).
В нахождение значения величины физической) может включаться и математическая обработка результатов измерения, в частности, введение поправок и статистическая обработка результатов наблюдений.
Измерительное преобразование - это такой вид преобразования, при котором устанавливается однозначное соответствие между значениями двух величин (входной и выходной).
Результат измерения - значение величины, найденное путем ее измерения.
Для проведения измерения необходимо иметь объект измерения и средство измерения.
Объект измерения - материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми и влияющими величинами.

Объект измерения - материальный объект или явление, которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми и влияющими величинами.
Измеряемая величина - величина, подлежащая измерению.
Влияющая величина - величина, которая при прямом измерении не влияет на величину, которую фактически измеряют, но влияет на соотношение между показанием и результатом измерения.
Пример: температура микрометра, применяемого для измерения длины стержня, но не температура самого стержня, которая может входить в определение измеряемой величины.
Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.
Важным понятием является понятие величина (физическая величина)
Величина - свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для многих объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Как правило, термин «величина» применяют в отношении свойств или их характеристик, которые можно оценить количественно, т. е. измерить. Существуют такие свойства и характеристики, которые еще не научились оценивать количественно, но стремятся найти способ их количественной оценки, например запах, вкус и т. п. Пока не научимся их измерять, следует называть их не величинами, а свойствами.

Величины объедены в систему физических величин.
Система величин - согласованная совокупность величин и уравнений связи между ними, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины условно принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.
Основная величина – это величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.
В названии системы величин применяют символы величин, принятых за основные.
Например, система величин механики, в которой в качестве основных приняты длина L, масса M и время T, должна называться системой LMT.
Система основных величин, соответствующая Международной системе единиц (СИ), должна обозначаться символами , обозначающими соответственно символы основных величин – длины L, массы M, времени T, силы электрического тока I , температуры , количества вещества N и силы света J.
Производная величина – это величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы.
Физическая величина, подлежащая измерению, измеряемая или измеренная в соответствии с основной целью измерительной задачи, называется измеряемой величиной.

Измеряемые величины – это величины, непосредственно воспринимаемые средствами измерений.
Измеряемые величины по роду (качественной определенности) разделяются на однородные и неоднородные и неоднородные. Например, длина и диаметр детали – однородные величины; длина и масса детали – неоднородные величины.
По природе измеряемые величины разделяются на 11 видов: электрические, магнитные, электромагнитные, механические, акустические, тепловые, оптические, химические, радиоактивные, пространственные и временные. Каждый вид включает конечное множество конкретных величин.
Размер величины - количественная определенность величины, присущая конкретному материальному объекту или явлению.
Размерность величины - выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных величин в различных степенях и отражающее связь данной величины с величинами, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равным 1.
Размерности значений физических величин и их единиц совпадают.
Размерность величин обозначается как dim. Например, в системе LMT размерность величины х будет выражаться:
где l, m, t - показатели степени, называемые показателями размерности, положительные, отрицательные или равные нулю.

Безразмерностная величина, величина с размерностью единица - величина, в размерность которой основные величины входят в степени, равной нулю.
Значение величины - выражение размера величины в виде некоторого числа принятых единиц, или чисел, баллов по соответствующей шкале измерений.
Истинное значение размера величины - значение величины, которое идеаль-ным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую величину.
Действительное значение величины - значение величины, полученное экспери-ментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.
Определяют его с помощью эталонов.
Единица величины - величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное 1, определяемая и принимаемая по соглашению для количественного выражения однородных с ней величин.
Система единиц величин; система единиц измерений - совокупность основных и производных единиц, вместе с их кратными и дольными единицами, определенными в соответствии с установленными правилами для данной системы единиц.
СИ основные единицы: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль соответственно для величин: длина, масса, время, электрический ток (сила электрического тока), термодинамическая температура, сила света, количество вещества.

В 1995 г. ГКМВ упразднила класс дополнительных единиц, а радиан и стерадиан постановила считать безразмерными производными единицы системы СИ, т. е. имею-щими специальное наименование и обозначение.
Радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу.
Стерадиан (ср) – телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Системными единицы - единицы величин, входящих в систему.
В системные входят – основные, производные, кратные и дольные единицы СИ. Например, 1 м; 1 м/с; 1 км; 1 нм.
Внесистемные единицы – единицы, не входящие в систему, но их допускают к применению наравне с системными единицами.
Например: единица мощности – активная, воль-ампер (ВА) и реактивная (вар); единица времени – минута, час; единица количества информации – бит, байт (Б) равный 8 битами др.
Применяются также кратные и дольные единицы.
Кратная единица- единица, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы: например, килогерц, мегаватт.
Дольная единица – единица, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы: например, миллиампер, микровольт.
Строго говоря, многие внесистемные единицы могут рассматриваться как кратные или дольные единицы

Термин «количество информации» используют в устройствах цифровой обработки и передачи информации, например в цифровой вычислительной технике (компьютерах), для записи объема запоминающих устройств, количества памяти, используемого программой. Например, 1 бит – количество информации, получаемое при осуществлении одного из двух равновероятных событий.
Единицы количества информации, используемые при хранении и передаче результатов измерения величины
В соответствии с международной практикой единицы «бит» и «байт» применяют с приставками СИ, использование которых не совсем корректно, т.к. 1 КБ не есть 1000 Б, а содержит 1024 Б; 1 МБ = 1024 КБ.

Относительные и логарифмические величины и их единицы, которыми характеризуют усиление и ослабление электрических сигналов, коэффициенты модуляции, гармоник и т. д. Относительные величины могут выражаться в безразмерных относительных единицах, в процентах, в промилле.
Логарифмическая величина представляет собой логарифм (в технических дисциплинах обычно десятичный) безразмерного отношения двух одноименных величин. Единицей логарифмической величины является бел (Б), определяемый соотношением:
где Р – одноименные энергетические величины (значения мощности, энергии, потока плотности мощности и т. п)
F - одноименные силовые величины (напряжение, сила тока, напряженность электромагнитного поля и т. п.).
Децибел равен 0,1 Б.
В формулу нужно добавить множитель 10. Тогда отношение, например, напряжений U1/U2 = 10 соответствует логарифмической единице 20 дБ.

Имеется тенденция к применению естественных систем единиц, основанных на универ-сальных физических постоянных (константах), которые могли бы быть приняты в качестве основных единиц: скорость света, постоянная Больцмана, постоянная Планка, заряд электрона и т. п. Преимуществом такой системы является постоянство основания системы и высокая стабильность констант.
В некоторых эталонах такие постоянные уже используются: эталон единицы частоты и длины, эталон единицы постоянного напряжения. Но размеры единиц величин, основанных на константах, на современном уровне развития техники неудобны для практических измерений и не обеспечивают необходимой точности получения всех производных единиц.
Отметим, что кроме термодинамической температуры , допускается применять также температуру Цельсия , определяемую выражением:
Термодинамическую температуру выражают в градусах Кельвина, температуру Цельсия – в градусах Цельсия. По размеру градус Цельсия равен градусу Кельвина. Градус Цельсия – это специальное наименование, используемое в данном случае вместо наименования «Кельвин». Интервал или разность термодинамических температур выражают в Кельвинах. Интервал или разность температур Цельсия допускается выражать как в Кельвинах, так и в градусах Цельсия.