Что такое метрология? Виды, основы, средства и задачи метрологии

В данной статье выясним, что такое метрология. Научно-технический прогресс довольно сложно представить себе без методов и средств измерений. Даже во многих бытовых вопросах мы не обходимся без них. По этой причине такой масштабный и всеохватывающий объем знаний не мог остаться без систематизации и выделения в отдельное направление науки. Именно данное научное направление получило название метрология. Она объясняет различные средства измерения с научной точки зрения. Это является предметом исследования метрологии. Однако деятельность специалистов-метрологов при этом включает также и практическую составляющую.

Что такое метрология

Международный словарь основных и общих терминов в метрологии определяет данное понятие как науку об измерениях. Метрология, равно как и любые виды измерений, играет значительную роль практически во всех сферах деятельности человека. Они применяются абсолютно везде, включая производственный контроль, проверку качества окружающей среды, безопасности и здоровья человека, а также оценку материалов, продуктов, употребляемых в пищу, товаров для осуществления торговли на честных условиях и защиты прав потребителей. Что лежит в основе метрологии?

Довольно часто используется понятие «метрологическая инфраструктура». Оно применяется в отношении измерительных мощностей региона или страны в целом и предполагает работу проверочных и калибровочных служб, лабораторий и метрологических институтов, равно как управление и организацию системы метрологии.

Основные понятия

Понятие "метрология" чаще всего используется в обобщенном значении, подразумевая под собой не только теоретические, но и практические стороны измерительной системы. Если требуется конкретизировать область применения, обычно используются следующие понятия.

Общая метрология

Что такое метрология этого типа? Она занимается вопросами, являющимися общими для всех сфер метрологических измерений. Общая метрология занимается практическими и теоретическими вопросами, которые затрагивают измерительные единицы, а именно структуру системы единиц, а также преобразование измерительных единиц в составе формул. Также она занимается проблемой ошибок, допускаемых в измерениях, вопросами инструментов для измерений и метрологических свойств. Довольно часто общую метрологию называют также научной. Общая метрология охватывает различные области, например:

• Метрология массы, занимающаяся измерением масс.
• Метрология размерности, то есть измерение углов и длин.
• Метрология температуры.
• Химическая метрология.
  
  

Промышленная метрология

Что такое метрология, использующаяся в сфере промышленности? Эта область науки занимается производственными измерениями, а также проверкой качества. Основные проблемы, с которыми сталкивается промышленная или техническая метрология – интервалы и процедуры калибровки, управление оборудованием для измерений, проверка измерительного процесса и т.д. Довольно часто данное понятие применяется в описании метрологической деятельности в промышленной сфере.

Законодательная метрология

Данный термин входит в список обязательных с технической точки зрения требований. Организации, относящиеся к сфере законодательной метрологии, занимаются проверкой осуществления данных требований с целью выявления достоверности и правильности проведенных измерительных процедур. Это касается таких общественных сфер, как здравоохранение, торговля, безопасность и окружающая среда. Области, которые охватывает законодательная метрология, зависят от соответствующего регламента для каждой отдельно взятой страны.

Рассмотрим основы метрологии более подробно ниже.

Основы

Предметом метрологии называют выведение информации в определенных единицах измерения, содержащей сведения о свойствах рассматриваемого объекта, а также процессах, согласно установленной достоверности и точности.

Под средствами метрологии понимается совокупность измерительных инструментов и общепринятых стандартов, которые позволяют осуществлять их рациональное применение. Стандартизация и метрология тесно связаны между собой.

Объекты

К объектам метрологии относятся:

1. Любая величина, подвергающаяся измерению.
2. Единица физической величины.
3. Измерение.
4. Измерительная погрешность.
5. Способ проведения измерений.
6. Средства, с помощью которых производится измерение.

Критерии значимости

Существуют также определенные критерии, которые обуславливают социальную значимость метрологических работ. К ним относятся:

1. Предоставление достоверных и максимально объективных сведений о проведенных измерениях.
2. Охрана общества от некорректных измерительных результатов с целью обеспечения безопасности.

Цели

Основными целями технического регулирования и метрологии являются:

1. Улучшение качества продукции отечественных производителей и повышение ее конкурентоспособности. Это касается увеличения производственной эффективности, автоматизации и механизации процесса создания продукции.
2. Адаптирование российской промышленности к общим предписаниям рынка и преодоление барьеров технического плана в сфере торговли.
3. Экономия ресурсов различных видов.
4. Поднятие эффективности сотрудничества на международном рынке.
5. Ведение учета производимой продукции и ресурсов материального плана.

Задачи

К задачам метрологии относятся:

1. Развитие измерительной теории.
2. Разработка новых средств и методов проведения измерений.
3. Обеспечение единых правил измерений.
4. Улучшение качества техники, используемой для проведения измерительных работ.
5. Аттестация оборудования для измерений по актуальным регламентам.
6. Улучшение документов, регулирующих основные вопросы метрологии.
7. Повышение квалификации кадров, которые обеспечивают процесс измерений.

Виды

Измерения классифицируются по ряду факторов, а именно по способу получения сведений, по характеру изменений, по количеству информации для измерения, по отношению к нормальным показателям. Такие существуют виды метрологии.

По способу, которым получается информация, выделяются прямые и косвенные, а также совместные и совокупные измерения.

Каковы же средства метрологии?

Прямые и косвенные измерения

Под прямыми понимается физическое сопоставление меры и величины. Так, например, при измерении длины объекта посредством линейки производится сравнение количественного выражения значения длины с предметом меры.

Косвенные измерения предполагают установку искомого значения величины в результате проведения прямых измерений показателей, связанных определенным образом с подвергающейся проверке величиной. Например, при измерении токовой силы амперметром, а вольтметром - напряжения, с учетом взаимосвязи функционального характера всех величин, можно произвести расчет мощности всей электрической цепи.

Совокупные и совместные измерения

Совокупные измерения предполагают решение уравнений в системе, полученной как следствие проведения измерений нескольких однотипных величин одновременно. Искомая величина вычисляется путем решения данной системы уравнений.

Совместными измерениями называется определение двух и более неоднотипных физических величин с целью расчета зависимости между ними. Последние два вида измерений довольно часто используются в области электротехники для определения разных видов параметров.

По характеру изменений величины в процессе проведения измерительных процедур выделяются динамические, статистические и статические измерения.

Статистические

Статистическими называются измерения, которые связаны с идентификацией признаков случайных процессов, уровня шумов, звуковых сигналов и т.д. Для статических изменений, напротив, характерна постоянная измеряемая величина.

К динамическим относятся измерения величин, которым свойственно меняться в процессе проведения метрологических работ. Динамические и статические измерения довольно редко встречаются на практике в идеальном виде.

Многократные и однократные

По количеству информации измерения подразделяются на многократные и однократные. Под однократным понимается одно измерение одной величины. Таким образом, количество измерений полностью соотносится с величинами, которые измеряются. Применение подобного вида измерений связано со значительными погрешностями в вычислении, поэтому предполагает выведение среднего арифметического значения после проведения нескольких метрологических процедур.

Многократными называются измерения, для которых характерно превышение количества метрологических операций над измеряемыми величинами. Главное преимущество данного вида измерений состоит в незначительном влиянии на погрешность случайных факторов.

Абсолютные и относительные

По отношению к основным метрологическим единицам выделяются абсолютные и относительные измерения.

Абсолютные измерения предполагают использование одной или нескольких основных величин вкупе с постоянной константой. Относительные основываются на отношении метрологической величины к однородной, используемой как единица.

Шкала измерений

Такие понятия, как шкала измерения, принципы и методы, непосредственно связаны с метрологией.

Под шкалой измерений понимается систематизированная совокупность значений величины в ее физическом выражении. Понятие шкалы измерений удобно рассматривать на примере температурных шкал.

Температура таяния льда является начальной точкой отсчета, а опорной точкой выступает температура, при которой закипает вода. За одну температурную единицу, то есть градус Цельсия, принимается одна сотая часть вышеописанного интервала. Существует также температурная шкала по Фаренгейту, начальной точкой отсчета которой считается температура таяния смеси льда с нашатырным спиртом, а за опорную точку принимается нормальная температура тела. Одной единицей по Фаренгейту является девяносто шестая часть интервала. По данной шкале лед тает при 32 градусах, а вода закипает при 212. Таким образом, получается, что по Цельсию интервал составляет 100 градусов, а по Фаренгейту 180.

В системе метрологии также известны и другие виды шкал, например наименований, порядка, интервалов, отношений и т.д.

Шкала наименований подразумевает под собой качественную, но не количественную единицу. Данный вид шкалы не имеет начальной и опорной точки, а также метрологических единиц. Примером подобной шкалы может стать атлас цветов. Он используется для визуального соотношения окрашенного предмета с эталонными образцами, включенными в атлас. Так как вариантов оттенков может быть великое множество, сравнение должен делать опытный специалист, у которого имеется богатый практический опыт в данной области, а также особые зрительные способности.

Для шкалы порядка характерно значение величины измерения, выраженное в баллах. Это могут быть шкалы землетрясений, твердости тел, силы ветра и т.д.

Шкала разностей или интервалов обладает относительными нулевыми значениями. Интервалы по данной шкале определяются по согласованию. В данную группу входят шкалы длины и времени.

У шкалы отношений имеется конкретное нулевое значение, а метрологическая единица определяется по согласованию. Шкала массы, к примеру, может градуироваться разными способами с учетом необходимой точности взвешивания. Аналитические и бытовые весы существенно отличаются друг от друга.

Заключение

Таким образом, метрология принимает участие во всех практических и теоретических сферах деятельности человека. В строительной области измерения используются для определения отклонений конструкции в определенных плоскостях. В медицинской сфере точная аппаратура позволяет проводить диагностические процедуры, то же касается и машиностроения, где специалисты используют устройства, дающие возможность делать расчеты с максимальной точностью.

Существуют также специальные центры метрологии, которые производят техническое регулирование и осуществляют масштабные проекты, а также устанавливают регламенты и проводят систематизацию. Такие агентства распространяют свое влияние на все виды метрологических исследований, применяя к ним установленные стандарты. Несмотря на точность многих показателей, применяемых в метрологии, эта наука, как и все остальные, продолжает движение вперед и претерпевает определенные изменения и дополнения.