Огромно значение работ в области становления отечественной научной и прикладной метрологии Д. И. Менделеева. В 1900 г. Д. И. Менделеев, будучи управляющим Главной палаты мер и весов (ныне НПО им. Д. И. Менделеева, г. Санкт – Петербург), основал лабораторию эталонов электрических единиц, где основоположником современной метрологии, профессором М. Ф. Маликовым были созданы первые эталоны Ома и Вольта. Благодаря работам русских метрологов, подготовивших научную и техническую базу, в сентябре 1918 г. Совнарком РСФСР принял декрет о введении прогрессивной метрической системы мер. Это значительно облегчило переход нашей страны на международную систему единиц SI, которая была принята к внедрению во всех областях науки, техники, образования и в торговле в 1962 г.
В настоящее время измерительная техника развивается в следующих направлениях:
- повышается точность, надежность и быстродействие, расширяются рабочие диапазоны, улучшаются конструкции измерительных средств;
-в ряде измерительных приборов кроме отсчитывающих и записывающих устройств предусматриваются различные устройства сигнализации определенных значений измеряемой или контролируемой величины и выработки сигналов автоматического управления объектом;
-разрабатываются измерительные приборы с микропроцессорами, измерительно-информационные системы и измерительно-вычислительные комплексы;
-расширяется состав агрегатированного комплекса средств электроизмерительной техники (АСЭТ), входящего в Государственную систему приборов (ГСП), и отвечающего требованиям всех видов совместимости (конструктивной, информативной, метрологической, энергетической, эксплуатационной и программной).
Особенно перспективны электронные измерительные средства, обеспечивающие высокие требования к измерениям. Например, экстремальный характер условий, в которых находится интересующий нас объект (высокие и низкие температуры и давления, агрессивные среды, крайне малые или, наоборот, очень высокие скорости протекания процессов, широкий диапазон измеряемых величин и т. п.).
2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Программный материал включает изучение следующих тем.
Понятие о метрологии и измерении физических величин. Краткий исторический обзор развития метрологии и измерительной техники. Значение измерений и контроля в экспериментах, при испытаниях, в системах электроснабжения, на производстве, при технической диагностике и
6
прогнозировании состояния сложных объектов, при оценки качества продукции.
Основные метрологические термины, определения и их стандартизация. Основные и специальные разделы метрологии. Задачи научной, прикладной и законодательной метрологии. Развитие специальных разделов – техническая диагностика, квалиметрия, сертификация.
Определение измерений и контроля как информационных процедур. Требования к измерениям и контролю. Структурные схемы. Понятие о качестве измерения и достоверности контроля.
Классификация измерений по различным признакам. Методы измерений, их сравнительный анализ. Достоинства методов сравнения.
Иерархия средств измерений по точности. Назначение и виды эталонов и образцовых средств измерений. Группы рабочих средств измерений.
Метрологические параметры и характеристики рабочих средств измерений. Способы нормирования основных и дополнительных погрешностей средств измерений. Классы точности средств измерений. Градуировка, поверка, калибровка, юстировка средств измерений.
Функции Госкомитета по стандартизации, метрологии и сертификации. Виды нормативно-технической документации в области прикладной метрологии. Структура передачи единиц физических величин от эталонов к рабочим средствам измерений.
Классификация погрешностей измерений по различным признакам. Способы обнаружения исключения и уменьшения систематических погрешностей. Оценка погрешностей прямых и косвенных измерений. Принципы обработки результатов статистических наблюдений. Способы представления результатов измерений.
Виды, уровни и структурные схемы контроля. Метрологические и технико-экономические характеристики контроля. Способы нормирования контролируемых параметров.
Принципы действия, уравнения шкал, области применения, погрешности приборов электромеханической группы: магнитоэлектрических, электромагнитных, электродинамических, индукционных, электростатических.
Аналоговые приборы с преобразователями: выпрямительные, электронные. Измерительные возможности классных электронных осциллографов, калибраторы вертикального и горизонтального отклонений.
Метрологические и эксплуатационные достоинства приборов сравнения. Мостовые средства измерения R, L и С. Приборные и методические погрешности. Эксплуатационные достоинства автоматических мостов с регистраторами.
Потенциометры постоянного и переменного тока с ручным и автоматическим управлением.
Методы и средства измерения параметров магнитных полей.
7
Метрологические и эксплуатационные достоинства ЦИП. Принципы преобразования сигналов в АЦП. Структурные схемы цифровых частотомеров
имультиметров.
Виды информационно-измерительных систем. Их функциональные возможности и области применения.
3. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов включает изучение материала учебного пособия и выполнение двух контрольных работ.
Варианты контрольных работ приведены в рабочей тетради, которая прилагается к данному учебному пособию.
Контроль знаний студентов осуществляется на основании тестирования. Тесты приведены в рабочей тетради.
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
1.Электрические измерения. Общий курс / Под ред. И. В. Фремке.- М.:
Энергия, 1980. - 391 с.
2.Основы метрологии и электрические измерения / Под ред. Е. М. Душкина. - Л. : Энергоатомиздат, 2007. - 480 с.
3.Куликовский К. Л., Купер В. А. Методы и средства измерений. - М.: Энергоатомиздат, 2006. - 448 с.
4.Электрические измерения: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В. Н. Малиновского. - М.: Энергоатомиздат, 2015. - 416 с.
5.Евтихиев Н. Н. и др. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат,1990. - 352 с.
6.Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учеб. для вузов/ Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов. – М.: Высш.
шк., 2002. – 205 с.
8
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТРОЛОГИИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ И ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
1.1.МЕТРОЛОГИЯ И ЕЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
1.2.ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗМЕРЕНИЙ
ИКОНТРОЛЯ, ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
1.3.СПОСОБЫ ЧИСЛОВОГО ВЫРАЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
1.4.КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ, МЕТОДОВ
ИСРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
1.5.НОРМИРОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
1.6.СПОСОБЫ НОРМИРОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, КЛАССЫ ТОЧНОСТИ
Рассмотрены основные термины и определения прикладной метрологии, методы измерений и виды измерительных средств, их метрологические характеристики и способы нормирования погрешностей.
Цель главы – ознакомиться с назначением и задачами метрологии, с терминами, определениями и решаемыми задачами ее прикладных разделов. Изучить принципы (способы) и методы измерений, виды и группы рабочих средств измерений и их метрологические характеристики. Изучить способы нормирования пределов допускаемых погрешностей рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей и способы числовых выражений погрешностей, точности и достоверности измерений.
ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ
Разделы метрологии и их задачи.
Достоинства измерений и технического контроля перед другими эмпирическими процедурами. Требования к измерениям.
Понятие точности как важнейшей характеристики качества измерений и ее частные характеристики.
Методы измерений и группы технических измерений.
Классификацию средств измерений по точности и виды рабочих средств измерений.
Метрологические характеристики и способы нормирования погрешностей рабочих средств измерений.
Ряды чисел, применяемых для обозначения классов точности.
Способы числового выражения погрешностей и точности.
Метрологические процедуры: калибровка, градуировка, поверка, юстировка.
9
1.1. МЕТРОЛОГИЯ И ЕЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
Впервом русском учебнике по основам метрологии (автор Петрушевский, середина века) дано следующее определение:
Метрология есть описание всякого рода мер по их наименованиям, подразделениям и взаимным отношениям.
Внастоящее время объектом метрологии являются все единицы физических величин (механические, акустические, электрические, тепловые, световые).
Современная метрология, опираясь на достижения различных наук, сама является наукой и определяется уже не как “описание”, а как учение об единицах физических величин и эталонах.
Всовременной метрологии используются основные положения и достижения таких областей научных знаний, как теория связи, теория информации, техническая кибернетика, электроника, вычислительная техника, наконец, таких разделов математики, как теория вероятности и математическая статистика. Эти обстоятельства отражены в определении:
Метрология – это наука об измерениях, обеспечении их единства, о методах и средствах достижения требуемой точности.
Без метрологии невозможно получение необходимого качества контрольно-измерительной информации, так как любое исследование в области точных наук и техники теряет смысл, если его результаты недостоверны и несопоставимы с другими результатами. В производстве без метрологии невозможны стандартизация и унификация изделий, развитие автоматизации технологических операций. При этом неизбежно требование совместного проектирования технологии и контрольно-измерительной оснастки, встроенной
втехнологическое оборудование.
Основные разделы современной метрологии:
-научная метрология;
-законодательная метрология;
-прикладная метрология;
-специальные разделы:
-техническая диагностика;
-квалиметрия.
Научная метрология решает проблемы общей теории измерений, единиц физических величин и их систем, эталонирование и передачи размеров единиц от эталонов к образцовым средствам измерений, проблемы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (СИ). Метрологами разработаны и внедрены: Государственная система измерений (ГСИ), и Государственная система приборов (ГСП), разрабатываются единая система контроля и единая система испытаний. В перспективе планируется создание единой системы научных исследований.
10