ЕРВ

Метрологією (від грецьких метрон - міра і логос - учення) називають науку про вимірювання, методи й засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.

Метрологія відрізняється від інших природничих наук тим, що її фундаментальні положення приймаються за угодами, а не диктуються об’єктивними закономірностями. Це підкреслює наявність так званої законодавчої метрології - частини метрології, що містить положення, правила, вимоги та норми, які регламентуються і контролюються державою для забезпечення єдності вимірювань.

Метрологія є теоретичною основою вимірювальної техніки, одного з основних факторів технічного прогресу в усіх галузях діяльності людини. Розвиток метрології полягає, в першу чергу, в удосконаленні теоретичних основ вимірювань, узагальненні практичного досвіду в галузі вимірювань і формуванні подальшого розвитку вимірювальної техніки.

Нормативною основою метрології є державні стандарти та інші документи державної системи забезпечення єдності вимірювань (ДСВ), відповідні нормативні документи Держстандарту України, методичні вказівки та рекомендації.

Організаційною основою метрології є метрологічна служба України.

Технічною основою метрології є: система державних еталонів одиниць фізичних величин, яка забезпечує їх відтворення з найвищою точністю; система Електрорадіовимірювання (обслуговування комп’ютерних систем та мереж, 2-ий курс) робочих еталонів і зразкових засобів вимірювань, за допомогою яких здійснюється передача розмірів одиниць фізичних величин робочим засобам вимірювань; система стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів, що забезпечує відтворення одиниць фізичних величин, які характеризують склад і властивості речовин і матеріалів; система робочих засобів вимірювальної техніки, які використовуються під час розроблення, виробництва, випробувань і експлуатації продукції, наукових досліджень та інших видів діяльності.

Предметом метрології є отримання кількісної і якісної інформації про властивості об’єктів і процесів, встановлення й застосування наукових і організаційних основ, технічних засобів, правил і норм, необхідних для досягнення єдності і необхідної точності.

Методи метрології - це сукупність фізичних і математичних методів, що використовуються для отримання вимірювальної інформації. До них належать: методи вимірювання, відтворення величин заданого розміру, порівняння величин, вимірювальне перетворення, обробка результатів спостережень, планування вимірювального експерименту.

Засоби метрології - різноманітні засоби вимірювань і контролю, які вдосконалюються й розвиваються на основі об’єктивних законів.

Методи експериментальної інформатики

До методів експериментальної інформатики відносять: сприйняття, порівняння, відтворення, спостереження, лічбу, контроль, вимірювання, розпізнавання образів, діагностику, ідентифікацію, випробування, експериментальні дослідження.

Сприйняття є відображення найпростіших характеристик довколишнього середовища органами почуттів людини або спеціальними технічними засобами (сенсорами, індикаторами) - сигналами, зручними для подальшого використання.

Порівняння - відображення подібності чи відмінності об’єктів логічним висновком.

Загальновідомою є теза «Все пізнається в порівнянні». І справді, методом установлюється насамперед те, що є спільним для ряду об’єктів та явищ і що надалі доцільно зробити предметом більш детального вивчення.

Відомо, що більшість матеріальних об’єктів виявляють себе одночасно у двох відношеннях, а саме еквівалентності і порядку. Відповідно, і порівняння об’єктів здійснюється за еквівалентністю та за інтенсивністю, тобто за розміром.

Відтворення у метрології є створення матеріальних об’єктів, що характеризуються фізичною величиною наперед заданого значення за допомогою спеціального технічного засобу, який називають мірою.

Відтворення матеріальних об’єктів із заданими довжиною, площею, об’ємом з’явилось задовго до вимірювань. Давньогрецька математика й геометрія грунтувались, як відомо, на цілих числах і звичайних дробах, а також сумірних відрізках, площах та об’ємах. Сумірним відрізком був відрізок, кратний меншому відрізкові - мірі. Операції «відмірювання», «відважування», тобто відтворення матеріальних об’єктів, що характеризуються фізичними величинами заданих розмірів, ще у глибокій давнині були найважливішимитехнологічними операціями у будівництві, торгівлі, землевпорядкуванні. У давній приказці «сім раз відмір та один раз відріж» йдеться про вимірювання, тобто відтворення фізичного об’єкта із заданим розміром конкретної властивості.

Спостереження - відображення властивості, залежності, стану абоситуації словесним чи графічним описом.

Спостереження є таким методом пізнання, який здійснюється задопомогою як органів почуття людини, так і спеціальних технічних засобів.

Спостереження - складова частина всіх експериментальних методів пізнання. Як метод пізнання спостереження має задовольняти такі основні вимоги: планомірність, цілеспрямованість й систематичність.

Лічба - відображення кількісної властивості певної сукупності матеріальних якісно однорідних предметів числом.

Для здійснення лічби необхідно розрізняти кожен об’єкт із сукупності об’єктів. Лічба ґрунтується на понятті одиниці. У V ст. до Р.Х. Евдокс писав: «Одиниця - це те, згідно з чим кожна окрема річ зветься однією. Число - це множина, складена з одиниць».

Вимірювання - відображення вимірюваних величин їхнімизначеннями шляхом експерименту та обчислень за допомогоюспеціальних технічних засобів.

Вимірювання є комплексною інформаційною процедурою, що ґрунтується на використанні щонайменше двох методів пізнання: відтворення і порівняння.

Контроль - відображення відповідності між станом об’єкта і заданою нормою відповідним висновком (придатний, непридатний).

Підлягає контролю головним чином стан предметів виробництва та навколишнього середовища. В техніці переважає контроль фізичних величин та параметрів процесів. Контроль параметрів - відображення співвідношення між контрольованим параметром та нормою.

Ідентифікація - відображення залежності між величинами, що характеризують матеріальний об’єкт, математичною або логічною моделлю.

Ідентифікацію розпочинають із визначення типу моделі об’єкта, що відображає залежність між його параметрами, після чого визначають основні параметри моделі, ступінь, точність і вірогідність оцінки.

Діагностика - відображення загального стану об’єкта та причинцього стану діагнозом із зазначенням особливостей стану і локалізацією відхилень від норм.

Розпізнавання об’єктів - відображення даного об’єкта за сукупністю 4 його властивостей одним із класів множини цих об’єктів.

Розпізнавання об’єктів проводиться шляхом сприйняття їхніх характеристик, порівняння й аналізу на основі попередньої класифікації даної множини об’єктів.

Випробування - відображення стану досліджуваного об’єкта під час дії на нього сукупності регламентованих факторів сертифікатом.

Експериментальні дослідження - відображення складного матеріального об’єкта або ситуації, що характеризується сукупністю взаємопов’язаних величин, системою відповідних моделей.

Важливе місце серед експериментальних методів пізнання займають вимірювання, за допомогою яких отримують необхідну кількісну та якісну інформацію. Наявність вимірювальної інформації про об’єкт дослідження дає можливість більш ефективно використовувати усі інші експериментальні методи пізнання - від спостереження до експериментального дослідження.

Вихідним поняттям метрології є поняття про фізичну величину.

Фізична величина (ФВ) - це властивість, загальна в якісному відношенні у багатьох матеріальних об’єктів та індивідуальна в кількісному відношенні у кожного з них.

ФВ - властивість явища чи тіла, яка може бути розрізнена якісно івизначена кількісно.

Формалізованим відображенням якісних відмінностей вимірюваних величин є їх розмірність, а кількісною характеристикою - їхній розмір. Отримання достовірної кількісної експериментальної інформації про розмір ФВ - це основний зміст вимірювання.

Значення (фізичної) величини - відображення фізичної величини у вигляді числового значення величини з позначенням її одиниці A= {A}[ A], де {A} - числове значення ФВ, тобто число, що дорівнює відношенню розміру вимірюваної величини до розміру одиниці цієї ФВ, чи кратної одиниці; 5 [A] - позначення номера одиниці.

Наприклад: значення електричної напруги U=220 B, значення сили електричного струму I=10 A.

Існують системи ФВ, тобто сукупності взаємопов’язаних ФВ, в яких декілька величин приймають за незалежні, а інші визначають як залежні від них. ФВ, що входить у систему величин і прийнята за незалежну від інших величин цієї системи, є основною ФВ, а ФВ, що входить у систему величин та визначається через основні величини цієї системи, є похідною ФВ.

Розмірністю ФВ є вираз, що відображає її зв’язок з основними величинами системи величин:

основної ФВ - умовний символ ФВ у даній системі величин; похідної ФВ - добуток розмірностей основних величин, піднесених до відповідних степенів.

Наприклад: розмірність швидкості V у системі величин L (довжина), M (маса), T (час) - dim V = LT^-1.

Одиницею ФВ є величина певного розміру, прийнята за угодою для кількісного відображення однорідних із нею величин.

Основна одиниця – одиниця основної ФВ в певній системі величин.
Похідна одиниця – одиниця похідної ФВ в певній системі одиниць.

Позасистемна одиниця ФВ - одиниця величини, що не належить до даної системи одиниць.

Наприклад: електронвольт (eV) - позасистемна одиниця енергії щодо системи SI;доба, година, хвилина - позасистемні одиниці часу щодо системи SI.

У країнах світу загальноприйнята Міжнародна система одиниць ФВ (Systeme Internationale d’unites, SI), яка була прийнята XI Генеральною конференцією з мір та ваги (Conference Generale des Poids et Mesures, CGPM, ГКМВ) у жовтні 1960 року і уточнювалася на XII-XX ГКМВ.

Система складається з 7 основних і 2 додаткових одиниць, а також 113 похідних одиниць, в тому числі одиниць електричних і магнітних величин - 40.

Основні одиниці системи SI:довжина - метр (м); маса - кілограм (кг); час - секунда (с); сила електричного струму - ампер (А); термодинамічна температура - кельвін (К); сила світла - кандела (кд); кількість речовини - моль (моль), а додаткові одиниці: плоский кут - радіан (рад); тілесний кут - стерадіан (ср).

Основна одиниця електрики і магнетизму – ампер, що дорівнює силі незмінного струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних провідниках безмежної довжини і мізерно малого кругового перерізу, розташованих на відстані 1 м один від іншого у вакуумі, викликав би на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, що дорівнює 2*10^-7 H.

18 похідних одиниць SI ГКМВ мають спеціальні назви і 16 одиниць, які мають назви за прізвищами учених, в тому числі: >ват (Вт, W), вебер (Вб, Wb), вольт (В, V), генрi (Гн, H), герц (Гц, Hz), кулон (Кл, C), ом (Ом, Ω), сименс (См, S), тесла (Тл, T), фарад (Ф, F).

На практиці широко застосовуються кратні та частинні одиниці ФВ. Кратна одиниця ФВ - це одиниця величини, яка в ціле число разів більша за одиницю, від якої вона утворюється; частинна одиниця - одиниця, яка в ціле число разів менша за одиницю, від якої вона утворюється

Найбільш поширеними характеристиками матеріальних об’єктів та процесів є величини і залежності між ними. Якраз про них створюється інформація за допомогою засобів вимірювання. Вимірювання є дуже різноманітними і кількість їх різновидів зростає. Свідченням цього є динамічні вимірювання та сумісні вимірювання величин.

Для класифікації вимірювань необхідно встановити їх найбільш суттєві ознаки. До найбільш суттєвих ознак різних вимірювань відносять (рис.1.2):

• відсутність чи наявність в процедурі вимірювання перетворення роду вимірюваної величини та обчислення її значення за відомими залежностями;
• вид рівняння вимірювання;
• призначеність вимірювання для незмінних чи змінних в часі вимірюваних величин;
• особливості визначення похибок вимірювань;
• наявність чи відсутність розмірності у вимірюваної величини;
• співвідношення між кількістю вимірюваних величин та кількістю вимірювань.

За відсутністю чи наявністю в процедурі вимірювань перетворення роду вимірюваної ФВ та обчислення її значення за відомими залежностями вимірювання класифікують на прямі та непрямі.

Вимірювання однієї величини, значення якої знаходять безпосередньо без перетворення її роду та використання відомих залежностей.

Для реалізації прямих вимірювань фізичної величини Х необхідно мати пристрій порівняння а також багатозначну міру з відповідним діапазоном зміни значень, чи однозначну міру та масштабний вимірювальний перетворювач. При всіх інших однакових умовах прямим вимірюванням притаманнімінімальні похибки.

Непряме вимірювання. Вимірювання, у якому значення однієї чи декількох вимірюваних величин знаходять після перетворення роду величини чи обчислення за відомими залежностями їх від декількох величин аргументів, що вимірюються прямо.

Непрямі вимірювання поділяються на опосередковані, сумісні та сукупні.

Опосередковане вимірювання. Непряме вимірювання однієї величини з перетворенням її роду чи обчисленнями за результатами вимірювань інших величин, з якими вимірювана величина пов’язана явною функціональної залежністю.

Характерним для опосередкованих вимірювань є функціональне вимірювальне перетворення, яке здійснюється або шляхом фізичного вимірювального перетворення, або шляхом числового вимірювального перетворення. Наприклад, при опосередкованих вимірюваннях потужності постійного струму її визначають чи на основі прямих вимірювань струму та напруги за формулою P = U ⋅ I, чи на основі фізичного вимірювального перетворення добутку U ⋅ I в іншу фізичну величину. При автоматичних опосередкованих вимірюваннях прямі вимірювання вхідних величин аргументів та числові вимірювальні перетворення результатів їхніх вимірювань із метою знаходження значення опосередковано виміряної величини здійснюються автоматично всередині засобу вимірювання.

Сукупне вимірювання. Непряме вимірювання, в якому значення декількох одночасно вимірюваних однорідних величин отримують розв’язанням рівнянь, що пов’язують різні сполучення цих величин, які вимірюються прямо чи опосередковано.

Метою сукупних вимірювань є знаходження шляхом числових вимірювальних перетворень значень декількох ФВ за неможливістю їхнього окремого прямого вимірювання. При цьому завдяки усередненню інколи досягається ще й зменшення випадкової похибки вимірювання.

Прикладом сукупних вимірювань може бути вимірювання опору кожного з двох резисторів R1,R2, з’єднаних послідовно та паралельно. В результаті 9 прямого вимірювання омметром послідовно з’єднаних опорів маємо R_пос = R₁ + R₂ , а сумарна провідність паралельно з’єднаних резисторів становить 1/R_пар=1/R₁ + 1/R₂. Із системи з двох рівнянь із двома невідомими обчислюємо шукані значення сукупно виміряних опорів R₁, R₂.

Сумісне вимірювання. Непряме вимірювання, в якому значення декількох одночасно вимірюваних різнорідних величин отримують розв’язанням рівнянь, які пов’язують їх з іншими величинами, що вимірюються прямо чи опосередковано.

Сумісні вимірювання є різновидом вимірювання залежностей.

За призначенням вимірювань для незмінних чи змінних у часі вимірюваних величин їх класифікують на статичні та динамічні вимірювання.

Статичне вимірювання. Вимірювання величини, яку можна вважати не зміною за час вимірювання (коли похибкою, що виникає від її зміни, можна знехтувати).

Динамічне вимірювання. Вимірювання величини, що змінюється за час вимірювання.

Вимірювання за ознакою особливостей визначення їх похибок класифікують на лабораторні та технічні.

Лабораторні вимірювання. Вимірювання, за яких похибки кожного результату вимірювання оцінюють за даними, що одержані при цьому вимірюванні.

Лабораторні вимірювання виконуються висококваліфікованими спеціалістами найчастіше універсальними зразковими засобами вимірювання в наукових дослідах, в метрологічних дослідженнях еталонів одиниць та при розробці і атестації методик виконання технічних вимірювань.

Технічні вимірювання. Вимірювання, які виконуються в заданих умовах згідно з розробленою та рекомендованою раніше методикою, при цьому похибки кожного результату не оцінюють, але вони повинні бутинижче встановлених методикою значень.

Технічні вимірювання - це вимірювання, які виконуються за 10 атестованими методиками виконання вимірювань за допомогою серійних засобів вимірювань, що повинно забезпечувати заданий рівень похибок. Технічні вимірювання виконуються фахівцями, в обов’язки яких не входить аналіз похибок результатів вимірювання. Для забезпечення необхідного рівня точності технічних вимірювань при їхньому виконанні користуються атестованими методиками виконання вимірювань, які розробляють висококваліфіковані спеціалісти - метрологи.

Вимірювання ФВ за наявністю або відсутністю розмірності у вимірюваних величин поділяють на вимірювання розмірних величин (абсолютні) та вимірювання безрозмірних величин (відносні).

Відносне вимірювання. Вимірювання відношення величини до іншої однорідної величини.

Вимірювання ФВ за співвідношенням між кількістю виміряних величин та кількістю вимірювань поділяють на ненадлишкові одноразові та надлишкові, які виконуються або одноканально багаторазово, або багатоканально одноразово, зокрема, із метою зниження рівня випадкових похибок шляхом усереднення.