Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ

Предисловие

Измерения — один из важнейших путей познания природы человеком. Они играют огромную роль в современном обществе.

Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся многие миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения надлежащего качества и технического уровня выпускаемой продукции, обеспечения безопасной и безаварийной работы транспорта, для медицинских и экологических диагнозов и других важных целей. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Для их получения задействованы многие миллионы человек и большие финансовые средства. Примерно 15% общественного труда затрачивается [1] на проведение измерений. По оценкам экспертов [2] от 3 до 6% валового национального продукта (ВНП) передовых индустриальных стран тратится на измерения и связанные с ними операции.

Диапазон измеряемых величин и их количество постоянно растут. Так, например, длина измеряется от 10^-10 до 10¹⁷ м, температура — от 0,5 до 10 °К, электрическое сопротивление — от 10^-6 до 10¹⁷Ом, сила электрического тока — от 10^-16 до 10⁴ А, мощность — от 10^-15 до 10⁹ Вт. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерений. Они, по сути дела, перестают быть одноактным действием и превращаются в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации. Поэтому следует говорить об измерительных технологиях, понимаемых как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

Другой причиной важности измерений является их значимость. Основа любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля или регулирования — достоверная исходная информация, которая может быть получена лишь путем измерения требуемых физических величин (ФВ), параметров и показателей. И естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений. Современные наука и техника позволяют выполнять многочисленные и точные измерения, однако затраты на них становятся соизмеримыми с затратами на исполнительные операции.

Важной задачей метрологии является создание эталонов ФВ, привязанных к физическим константам и имеющих диапазоны, необходимые для современной науки и техники. Стоимость поддержания мировой системы эталонов весьма велика. Сумма расходов индустриальных стран на функционирование эталонов и служб передачи размеров единиц следующая: США и Япония тратят на эти цели около 0,004% ВНП,или 240 млн долларов; крупные европейские страны — 0,006% ВНП; в некоторых быстроразвивающих-ся странах Азии эти затраты достигают 0,01% ВНП.

Сотрудничество с зарубежными странами, совместная разработка научно-технических программ требуют взаимного доверия к измерительной информации. Ее высокое качество, точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений имеют первостепенное значение.

Метрологии посвящено много публикаций, основную массу которых составляют научно-технические труды [2-10], освещающие отдельные вопросы теории измерений. Среди лучших изданий такого плана следует отметить работы С.Г. Рабиновича [3], П.В. Новицкого и И.А. Зограф [4, 5], В.А. Грановского [6], М.А. Земельмана [7], Н.П. Мифа [8].

Учебников и учебных пособий по теоретической метрологии весьма мало [11-17], и большинство из них издано более десяти лет тому назад. Это обуславливает необходимость издания учебного пособия "Метрология", поскольку дисциплины, изучающие метрологию, присутствуют практически во всех учебных планах технических и экономических специальностей.

Авторы выражают искреннюю признательность заведующему кафедрой метрологии, сертификации и диагностики Московской государственной академии приборостроения и информатики, доктору технических наук профессору В.Г. Фирстову и начальнику отдела Всероссийского научно-исследовательского института метрологической службы, кандидату физико-математических наук Ю.В. Немчинову за ценные замечания, высказанные ими при рецензировании рукописи.

Список используемых сокращений

АЦП — аналого-цифровой преобразователь

ГСИ — Государственная система обеспечения единства измерений

ГЭ — государственный эталон

МО — математическое ожидание

МПИ — межповерочный интервал

MX — метрологическая характеристика

СИ — средство измерений. В сочетании "система СИ"

данное сокращение означает "система интернациональная" и используется для обозначения действующей системы единиц физических величин

СКО — среднее квадратическое отклонение СО — стандартный образец

ФВ — физическая величина

ЦАП — цифроаналоговый преобразователь ИС — измерительный сигнал

Глава 1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ

Предмет метрологии

Общепринятое определение метрологии дано в ГОСТ 16263—70 "ГСИ. Метрология. Термины и определения": метрология — наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Греческое слово "метрология" образовано от слов "метрон" — мера и "логос" — учение.

Метрология делится на три самостоятельных и взаимно дополняющих раздела, основным из которых является "Теоретическая метрология". В нем излагаются общие вопросы теории измерений. Раздел "Прикладная метрология" посвящен изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований. В заключительном разделе "Законодательная метрология" рассматриваются комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (СИ).

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии — это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Академик Б.М. Кедров предложил [18, 19] так называемый "треугольник наук", в "вершинах" которого находятся естественные, социальные и философские науки. По этой классификации метрология попадает на сторону "естественные — социальные науки". Это связано с тем, что социальная значимость результатов, получаемых метрологией, очень велика. Например, отрицательные последствия от недостоверных результатов измерений в отдельных случаях могут быть катастрофическими. Правомерно и помещение метрологии на стороне "естественные — философские науки". Это обусловлено значением метрологии для теории познания.

Говоря о "месте" любой науки в системе наук, Б.М. Кедров указывает [19]: "Место в системе наук выражает собой, во-первых, совокупность всех связей и отношений между данной наукой и непосредственно соприкасающимися с ней науками, а через них и с более отдаленными от нее, следовательно, со всей суммой человеческих знаний; это отвечает рассмотрению вопроса с его структурной стороны; во-вторых, определенную ступень развития научного познания, отражающую соответствующую ступень развития самого внешнего мира, а тем самым наличие переходов между данной наукой и непосредственно примыкающими к ней в общем ряду наук; это отвечает рассмотрению вопроса с его исторической или генетической стороны". Без измерений не может обойтись ни одна наука, поэтому метрология как наука об измерениях находится в тесной связи со всеми другими науками.

Основное понятие метрологии — измерение. Согласно ГОСТ 16263—70, измерение — это нахождение значения физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.

Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. В этом смысле метрология как наука об измерениях занимает особое место среди остальных наук. Возможность измерения обуславливается предварительным изучением заданного свойства объекта измерений, построением абстрактных моделей как самого свойства, так и его носителя — объекта измерения в целом. Поэтому место измерения определяется не среди первичных (теоретических или эмпирических) методов познания, а среди вторичных (квантитативных), обеспечивающих достоверность измерения. С помощью вторичных познавательных процедур решаются задачи формирования данных (фиксации результатов познания). Измерение с этой точки зрения представляет собой метод кодирования сведений, получаемых с помощью различных методов познания, т.е. заключительную стадию процесса познания, связанную с регистрацией получаемой информации [20].

Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.

Измерения обеспечивают получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой невозможно точное воспроизведение всех заданных условий технического процесса, обеспечение высокого качества изделий и эффективного управления объектом. Все это составляет технический аспект измерений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: