Размеры: 720 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как...». Скачать всю презентацию «Метрология.ppt» можно в zip-архиве размером 95 КБ.

Измерения

«Основные единицы СИ» - Ампер. Название единиц и их написание. Основные единицы СИ. Кандела. Метр. Секунда. Кельвин. Система интернациональная. Моль. Килограмм.

«Физические величины и их измерение» - Физические понятия. Простые измерительные приборы. Описание мензурки. О понятии «физика». Шар катится. Описание термометра. Слова и словосочетания. Начертите в тетради таблицу. Описание динамометра. Физические величины. Физическое тело.

«Измерительные приборы» - Медицинский динамометр. Измерительные приборы. Линейка прямая и имеет шкалу. Прибор – это устройство для измерения физических величин. Термометр – это стеклянный прибор для измерения температуры воздуха. Манометр работает за счёт упругости. Силомер. Приборы очень облегчают жизнь человека. Термометр.

«Погрешности результата измерений» - Погрешность из-за изменений условий измерений. Значимая систематическая погрешность. Инструментальная погрешность. Классификация систематических погрешностей. Погрешность метода измерений. Результат измерения. Погрешности измерения. Неисключенная систематическая погрешность. Составляющие систематической погрешности.

«Мера массы» - Г.Галилей. Цели урока: Меры длины. На аршин борода, да ума на пядь - о взрослом, но глупом человеке. Первые единицы измерения. Вселенная ведь бесконечна. Надо, наконец, знать и ширину своих пальцев. Единицы измерения. С конца XVI в. золотник служит единицей массы драгоценных металлов и камней. Пуд - единица веса (массы), применявшаяся в России, Белоруссии и на Украине.

Что такое метрология?

Метрология -- наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

Измерения и метрология важны практически во всех аспектах человеческой деятельности, поскольку они используются везде, начиная от контроля за производством, измерения качества окружающей среды, оценки здоровья и безопасности, а также испытания качества материалов, пищевых продуктов и других товаров для обеспечения честной торговли и защиты потребителя. Я хочу привести несколько примеров.

Цели и задачи метрологии:

• · создание общей теории измерений;
• · образование единиц физических величин и систем единиц;
• · разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);
• · создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счёта в исторической перспективе.

Аксиомы метрологии :

• · Любое измерение есть сравнение.
• · Любое измерение без априорной информации невозможно.
• · Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.

Термин «метрологическая инфраструктура» используется применительно к метрологическим мощностям страны или региона и подразумевает наличие калибровочных и проверочных служб, метрологических институтов и лабораторий, а также организацию и управление метрологической системы.

Термин «метрология» часто используется в широком смысле, охватывая как теоретические, так и практические аспекты измерений. Если нужно более конкретное определение, то можно использовать следующие термины:

Общая метрология: часть метрологии, которая занимается проблемами, общими для всех метрологических вопросов, независимо от измеряемой величины. Общая метрология затрагивает общие теоретические и практические проблемы, касающиеся единиц измерений (т. е. структура системы единиц, или преобразование единиц измерений в формулах); проблемы ошибок при измерениях; проблемы метрологических свойств измерительных инструментов, применимых независимо от рассматриваемой величины. Иногда, вместо термина «общая метрология» используется «научная метрология».

Существуют различные специальные области метрологии. Приведу некоторые примеры:

• · Метрология массы, которая связана с измерением масс;
• · Метрология размерности, которая связана с измерениями длин и углов;
• · Метрология температуры, которая касается измерений температур;
• · Химическая метрология, которая связана со всеми видами измерений в химии.

Постулат Постулат - утверждение, принимаемое без доказательств и служащее основой для построения какой-либо научной теории аксиома - это утверждение, в рамках теории принимаемое истинным без доказательств; аксиома - положение, принимаемое без логических доказательств в силу непосредственной убедительности» (БСЭ). Требования к постулатам (аксиомам): - Набор аксиом должен быть полным (исчерпывающим) и непротиворечивым. -Аксиомы должны быть независимыми, т.е. не выдвигаться одна из другой. -Аксиомы должны устанавливаться как однозначно понимаемый результат эмпирического опыта (наблюдение, эксперимент, исследование), т.к. теория должна быть адекватной, а ее результаты – верифицируемы. Требования к научной дисциплине как к специфической области научного знания - специфический предмет изучения. - цель, заключающаяся в описании, объяснении и предсказании процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения. - специфическая проблематика. - свой понятийный аппарат. - специфические и заимствованные из других наук методы и средства достижения цели и построения доказательств. Научная дисциплина должна также удовлетворять требованиям внутренней непротиворечивости, адекватности (описание и объяснение наблюдаемых свойств предмета изучения) и перспективности (предсказание не наблюдаемых свойств предмета изучения). О постулатах и аксиомах метрологии

ПРОБЛЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕТРОЛОГИИ -К основным проблемам теоретической метрологии относят создание и разработку: - физических основ единиц ФВ, шкал и систем единиц, необходимых для реализации измерений. - математическая обработка и представление результатов измерений. учения об основных понятиях и исходных положениях - учения об основных понятиях и исходных положениях; -основ метрологического исследования, построения метрологических цепей (метрологические характеристики, метрологическая надежность СИ); - теории точности измерений (точность средства и результата измерения, достижимая точность измерения ФВ); - теории эталонов единиц ФВ и передачи размеров единиц ФВ; - теории построения системы метрологического обеспечения. 4

Формулировка основных постулатов метрологии Первый постулат метрологии П.1 В рамках принятой модели исследования существует определенная измеряемая ФВ и ее истинное значение Сл.: Для данной ФВ существует множество измеряемых величин Существует истинное значение физической величины, которую мы измеряем. Существует истинное значение физической величины, которую мы измеряем. Из 1-го постулата следует, что истинное значение физической величины – это значение, которое идеальным образом отражает в качественном и в количественном отношениях соответствующее свойство объекта измерений; А.1 Между состояниями данной характеристики и между значениями соответствующих величин существует отношение изоморфности (т.е. эти состояния «одинаково устроены» или «эквивалентны»)

Формулировка основных постулатов метрологии Второй – основной постулат метрологии П.2 Истинное значение физической величины определить невозможно, оно существует только в рамках принятых моделей. П.2 Существует несоответствие измеряемой величины исследуемому свойству объекта Сл.1: Истинное значение величины отыскать невозможно Сл.2: Достижимая точность измерений определяется априорной информацией об объекте измерения 2-я Аксиома метрологии 2-я Аксиома метрологии Неоднозначность отображения состояния в образ состояния, реализованного с помощью измерительного средства, можно установить на основе математической модели, описывающей метрологические качества этого средства

Вывод из 2-го постулата: несовершенство средств и методов измерений, недостаточная тщательность проведения измерений и обработки их результатов, воздействие внешних дестабилизирующих факторов, дороговизна. Трудоемкость и длительность измерений не позволяют получить при измерении истинного значения физической величины. В большинстве случаев достаточно знать действительное значение измеряемой физической величины - значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данных целей может быть использовано вместо него. Т.О. Основным принят 2-й постулат: Измеряемая физическая величина и её истинное значение существуют только в рамках принятой теоретической модели исследования (объекта измерения).

Формулировка основных постулатов метрологии П.3 Истинное значение физической величины постоянно. А.3 Отображение состояния данной характеристики в образ состояния неоднозначно (это – отображение точки в отдельное множество) Из этого постулата логически вытекает, что для практики достаточно знать погрешность результата измерения – алгебраическую разность между полученным при измерении и действительным значениями измеряемой величины. Третий постулат и аксиома метрологии

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ и погрешность измерений Измерительное преобразование формально описать основным уравнением измерения: Q = Nq, Х=q[Х] где Q – измеряемая величина; q – единица измеряемой величины; N – числовое значение, определяющее соотношение между Q и q. любой объект измерения характеризуется некоторым множеством физических величин: (ФВ1,..., ФВn, или Q1,..., Qn) = х – Q, где – погрешность измерения, х – результат измерения (полученное при измерении значение физической величины), Q – истинное значение физической величины. Δ ~ х – Ад Ад – действительное значение физической величины 9

Математическая формулировка основного постулата метрологии основное уравнение измерения, где q числовое значение, [Q] единица измеряемой величины. процедура сравнения, учитывающая невозможность непосредственного сравнения с мерой (например, для жидкостей при взвешивании). процедура сравнения, учитывающая необходимость увеличения при микро- и нано измерениях. математическая модель измерения по шкале отношений (без учёта мультипликативных факторов). упрощенная процедура сравнения неизвестным

Отсчет является случайным числом. На этом постулате, который легко поддается проверке и остается справедливым в любых областях и видах измерений, основана вся метрология. Отсчет в ней не может быть представлен одним числом. Его можно лишь описать словами или математическими символами, представить массивом экспериментальных данных, таблично, графически, аналитическим выражением и т.п. Пример 1. При - кратном независимом измерении одной и той же физической величины постоянного размера на световом табло цифрового измерительного прибора в случайном порядке появлялись числа, представленные в первой графе таблицы (См. следующий слайд)

Пример 2, иллюстрирующий справедливость и универсальность основного постулата метрологии При -кратном независимом измерении одной и той же физической величины постоянного размера аналоговым измери­тельным прибором указатель отсчетного устройства в случайной пос­ледовательности по m раз останавливался на каждом из делений шка­лы (см. следующий слайд) ??? Что представляет собой отсчет при таком измерении?

Если бы была возможность увеличивать количество измерений, то в пределе (т.е., при стремлении к бесконечному числу измерений) полигон перешел бы в кривую плотности распределения вероятности отсчета, показанную на рисунке б. При подсчете сколько раз указатель отсчетного устройства останавливался левее каждой отметки шкалы, откладывая над этой отметкой вдоль оси ординат отношение числа таких отклонений к их общему числу и соединяя полученные точки отрезками прямых - ломаную линию, называемую кумулятивной кривой.

Математические модели основного постулата метрологии по шкалам интервалов и порядка Модель измерений по шкале интервала Модель измерений по шкале порядка Модель измерений по шкале порядка описывает процедуру сравнения двух размеров одной и той измеряемой величины. Результат- решение о том, какой из размеров больше, либо они равны. 1=01=2

Первый прибор Второй прибор U, BU 2, B 2 U, BU 2, B РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫМИ ВОЛЬТМЕТРАМИ

Любое измерение по шкале отношений предполагает срав­нение неизвестного размера с известным и выражение перво­го через второй в кратном или дольном отношении. В матема­тическом выражении процедура сравнения неизвестного значения с известным и выражения первого через второе в кратном или дольном отношении запишется так:

На практике не всегда неизвестный размер может быть пред­ставлен для сравнения с единицей. Жидкости и сыпучие веще­ства, например, предъявляются на взвешивание в таре. Другой пример, когда очень маленькие линейные размеры могут быть измерены только после увеличения их микроскопом или дру­гим прибором. В первом случае процедуру измерения можно выразить отношением

во втором

где v - масса тары, а п - коэффициент увеличения. Само сравнение, в свою очередь, происходит под влиянием множе­ства случайных и неслучайных, аддитивных (от лат. айШуак - прибавляемый) и мультипликативных (от лат. ггшШрНсо - ум­ножаю) факторов, точный учет которых невозможен, а ре­зультат совместного воздействия непредсказуем. Если мы ог­раничимся для простоты рассмотрения только аддитивными воздействиями, совместное влияние которых можно учесть случайным слагаемым ц, то получим следующее уравнение из­мерения по шкале отношении :

Это уравнение выражает действие, т.е. процедуру сравне­ния в реальных условиях, которая и является измерением. От­личительная особенность такой измерительной процедуры - то, что при ее повторении из-за случайного характера Г| от­счет по шкале отношений X получается каждый раз разным. Это фундаментальное положение - закон природы. На осно­вании громадного опыта практических измерений сформули­ровано следующее утверждение, называемое основным посту­латом метрологии : отсчет является случайным числом . На этом постулате основана вся метрология.

Полученное уравнение является математической моделью измерения по шкале отношений.

Аксиомы метрологии. Первая аксиома: без априорной ин­формации измерение невозможно. Эта аксиома метрологии относится к ситуации перед измерением и говорит о том, что если об интересующем нас свойстве мы ничего не знаем, то ничего и не узнаем. Вместе с тем, если о нем известно все, то измерение не нужно. Таким образом, измерение обусловлено дефицитом количественной информации о том или ином свой­стве объекта или явления и направлено на его уменьшение.

Вторая аксиома: измерение есть не что иное, как сравнение. Эта аксиома относится к процедуре измерения и говорит о том, что нет иного экспериментального способа получения инфор­мации о каких бы то ни было размерах, кроме как путем срав­нения их между собой. Народная мудрость, говорящая о том, что «все познается в сравнении», перекликается здесь с трак­товкой измерения Л.Эйлером, данной свыше 200 лет назад: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится с ней».

Третья аксиома: результат измерения без округления является случайным. Эта аксиома относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что на результат реальной измерительной процедуры всегда оказывают влияние множество разнообразных, в том числе случайных, факторов, точный учет которых в прин­ципе невозможен, а окончательный итог непредсказуем. Вслед­ствие этого, как показывает практика, при повторных измерени­ях одного и того же постоянного размера либо при одновременном измерении его разными лицами, разными методами и средствами получаются неодинаковые результаты, если только не произво­дить их округления (огрубления). Это отдельные значения случай­ного по своей природе результата измерения.

Факторы, влияющие на качество измерений

Получение отсчета (либо принятие решения) - основная измерительная процедура. Однако во внимание должно при­ниматься еще множество факторов, учет которых представля­ет иногда довольно сложную задачу. При подготовке и прове­дении высокоточных измерений в метрологической практике учитывается влияние:

Объекта измерения;

Субъекта (эксперта, или экспериментатора);

Способа измерения;

Средства измерения;

Условий измерения.

Объект измерения должен быть достаточно изучен. Перед из­мерением необходимо представить себе модель исследуемого объекта, которая в дальнейшем, по мере поступления изме­рительной информации, может изменяться и уточняться. Чем полнее модель соответствует измеряемому объекту или иссле­дуемому явлению, тем точнее измерительный эксперимент.

Для измерений в спорте объект измерения - один из самых сложных моментов, потому что представляет собой перепле­тение многих взаимосвязанных параметров с больши­ми индивидуальными «разбросами» измеряемых величин (на них, в свою очередь, оказывают влияние биологические «вне­шние» и «внутренние», географические, генетические, пси­хологические, социально-экономические и другие факторы).

Эксперт, или экспериментатор , вносит в процесс измерения элемент субъективизма, который по возможности должен быть уменьшен. Он зависит от квалификации измерителя, его психо­физиологического состояния, соблюдения эргономических тре­бований при измерениях и многого другого. Все эти факторы заслуживают внимания. К измерениям допускаются лица, про­шедшие специальную подготовку, имеющие соответствующие знания, умения и практические навыки. В ответственных случа­ях их действия должны быть строго регламентированы.

Влияние средства измерений на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор. Вклю­чение электроизмерительных приборов приводит к перерас­пределению токов и напряжений в электрических цепях и тем самым оказывает влияние на измеряемые величины.

К числу влияющих факторов относятся также условия изме­рений. Сюда входят температура окружающей среды, влажность, атмосферное давление, электрические и магнитные поля, на­пряжение в сети питания, тряска, вибрация и многое другое.

Общая характеристика влияющих факторов может быть дана под разными углами зрения: внешние и внутренние, случай­ные и неслучайные, последние - постоянные и меняющиеся во времени и т.д. и т.п. Один из вариантов классификации влияющих факторов приведен ниже.