Электрические измерения и метрологические положения

Министерство образования Респ ублики Беларусь Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра метрологии и стандартизации РЕФЕРАТ на тему: «Электрически е измерени я и метрологические положения» МИНСК, 2008 1 Закон РБ «Об обеспечении единства измерений». Ег о основные пол о жения. Метрология – наука об измерениях и способах достиж ения требуемой точности этих измерений. Метрология бывает законодательная и теоретическая. Законодател ь ная метрология решает вопросы, от носящиеся к компетенции государства и его о р ганов. Теоретическая занимается вопросами единиц физических величин, разработки эталонов и С И, а также методов измерения и методов обработки р е зультатов. Термины и определения даются по ГОСТ 18263. Измерения – нахождение значений физических величин опытным п у тём с помощью специальных техническ их средств – СИ (средств измерения). СИ – технические средства, предназначенные для измерения и облада ю щие нормированными метрологич ескими характеристиками. Единство измерений – такое их состояние, когда результаты этих измерен ий выражены в узаконенных единицах физических величин, а резул ь таты этих измерений известны с задан ной доверительной вероятностью. Метод измерения – совокупность приёмов применения СИ и методов обрабо тки результатов измерений. Существует две разновидности методов измерения: 1 Метод непосредственной оценки (прямого преобразования). 2 Метод сравнения, в процессе которого измеряемая величина сравнив а ется с величиной, значение которо й известно. Метод сравнения имеет несколько модификаций (называемых метод а ми): – нулевой метод; – дифференциальный метод, при котором разницу между и звестной вел и чиной и измеряемо й измеряют дополнительно; – метод замещения, при котором измеряемая величина з амещается вел и чиной, значени е которой известно; – метод совпадений, при котором добиваются определе нного соотнош е ния между изме ряемой и известной величинами. Погрешность измерений – отклонение результата измерений от дейс т вительного значения. Д = x - Q (1) Так как истинное значение неизвестно, в формулу (1) вместо Q по д ставляют т.н. действительное значение, которое настолько п риближается к истинному, что в данных условиях может быть принято вместо него. Форм у ла (1) дает выражени е погрешности в форме абсолютной. Относительная погрешность д=1/ Q *100 % (2) Приведем классификацию составляющих погрешность результата измер е ния по характеру проявления: Систематическая погрешность – составляющая, остающа яся неизменной или изменяющаяся закономерно при повторных измерениях одной и той же в е личины. Случайная – составляющая, изменяющаяся случайно пр и повторных изм е рениях одной и той же величины. Грубая – погрешность, которая превышает ожидаемую. По причине возникновения: – методическая – составляюща я, обусловленная несоверше н с твом метода измерений и методов обработки их результатов. – аппаратурная и ли инструментальная – обусловлена погрешностью пр и меняемых СИ, применяемых в процессе изм ерения. – внешняя – возникающая за счет отклонения 1-го или нескольких влияющих факторов от нормальных значений. – субъективная – связанная с с убъективными особенностями операт о ра. Роль и зна чение метрологического обеспечения народного хозяйства были подчеркн уты во введении. Основные положения метрологического обеспеч е ния разработки, производства, и спытаний и эксплуатации продукции, научных исследований и других видов деятельности во всех о т ра слях народного хозяйства регламентируются в настоящее время ГОСТ 1.25-76. Ра ссмотрим эти положения и конкретизируем их применительно к метрологич ескому обеспечению изм е р ений. Основны е положения метрологического обеспечения Метрологическое обеспечение — это установление и применение научных и организационных о с нов, технических средств , правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точност и измерений. Таким образом, к о нечной целью метрологического обеспечения (МО) является обес печение единства и требуемой точности измерений в общегосударственном ма с штабе. При этом под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их р е зультаты выражены в узак оненных единицах ( SI ), а погрешности измерений известны с зада н ной вероятностью. Как видно из приведенного определения, МО имеет нау чную, техн и ческую и орган изационную основы. Научной основой МО является метрология, а техническая основа включает следующее: – систему государственных эталонов единиц физич еских величин, обеспечивающую воспроизв е дение единиц с наивысшей точностью; – систему передачи размеров единиц физических ве личин от эталонов всем СИ; – систему разработки, производства и выпуска рабо чих СИ, обеспеч и вающих оп ределение с требуемой точностью характеристик продукции, технологич е ских процессов и других о бъектов; – систему обязательных государственных испытани й СИ, предназначе н ных для серийного или массового производства; – систему обязательной государственной и ведомс твенной поверки или метрологической аттестации СИ, обеспечивающую еди нообра зие СИ при их и з гот овлении, эксплуатации и ремонте; – систему стандартных справочных данных о физиче ских кон стантах и свойствах веществ и материалов, достоверными данны м и обеспечивающую научные исследования, разработку конс т рук ций изделий и технологических процессов их изготовления и т. д.; – систему разработки, стандартизации и аттестаци и методик выполнения и з ме рений. Применительно к МО измерений существующая систем а МО опир а ется на комплек с стандартов ГСИ. Основными объектами стандартизации ГСИ явл я ются термины и определения в облас ти метрологии, единицы физических в е личин, нормы точности измерений и формы представления резуль татов изм е рений, номенкла тура нормируемых метрологических характеристик СИ, мет о дики выполнения измерений, государ ственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы, а также мет о ды и средства поверки СИ, организац ия и порядок проведения государственных испытаний, поверки и метрологи ческой атт е стации СИ и т. д. Организационной основой МО является метрологическая служба стр а ны. Рассмотрим структуру и основны е задачи метрологической службы применительно к средствам и методикам выполнения измер е ний. Под метрологической службой (МС) понимается сеть государственных и ведомственных ме т рологических органов и их де ятельность, направленная на обеспечение единства измерений и единообр азия СИ в стране. Сеть государственных метрологических органов называю т Государстве н ной МС, а се ть метрологических органов отдельного ведомства – ведомственной МС. Основные пон ятия Закона РБ «Об обеспечении единства измерений » : Эталон единицы величины – техническое средство или их совоку п ность, устанавлив ающие, воспроизводящие и (или) хранящие единицу вел и чины, а также кратных или дольных зна чений этой единицы, в целях передачи разм е ра единицы другим средствам измерений (нижестоящих). Поверка средств измерений – совокупность средств измерений, выпо л няемых с целью определения и подт верждения соответствия СИ установле н ным требованиям. Калибровка – совокупность операций устанавливающих в заданных усл о виях соотношение между знач ением величины, полученной с помощью данного измеряемого оборудования и соответствующим значением величины, воспр о изводимым эталоном. Документы по обеспечению единства измерений – технические нормати в но-правовые акты (ТНПА). Система обеспечения единства измерений РБ – согласованная организ а ция и научно – техническая с истема, представляющая совокупность док у ментов по ОЕИ, измерительного оборудования, метрологичес ких служб, применение и деятельность которых направлена на достижение е динства и требуемой точн о сти измерений. Целью ОЕИ является защита граждан и интересов государства от последств ий неточных и неправильных измерений, а также получение объе к тивной, достоверной и сопоставимой и змеряемой информации, используемой при пр и нятии решений: охрана здоровья и наследственности, охрана окружающей ср е ды, повышение конкурентоспособности товаров и услуг, рациональное испол ь зование всех видов ресурсов, обеспеч ение национальной безопасности, при р е шении вопросов экономических связей. Основными принципами ОЕИ являются: – применение международных системных единиц; – использование национальных эталонов, признанных на международном у ровне; – прослеживаемость измерений к единицам СИ; – доверие к компетентности аккредитованных поверочных калиброво ч ных и испытательных лаборатори й и результатов выполненных ими измер е ний; – гармонизация научных требований с требования международных орган и заций; – функционирование метрологической инфраструктуры, признава е мой на международном уровне. Сфера действия законодательства метрологии охватывает все виды работ, связанных с безопасностью, экономическими отношениями и безопасн о стью страны. СИ, находящиеся в эксплуатации, применяемые для определения знач е ния величины, их соотношений или ф ункций, должны быть отградуированы, соо т ветствовать условиям эксплуатации, требуемой точности и обеспечивать пр о слеживаемо сть. Измерения, осуществляемые в сфере законодательной метрологии дол ж ны выполняться по методикам выпо лнения измерений, которые прошли пр о цедуру метрологического подтверждения пригодности. 2 Полномочия Комитета по стандартизации, метрологии и сертиф ик а ции при Совете Мини стров РБ (Госстандарта) – реализация единой государственной политики в обл асти ОЕИ; – осуществляет координацию на государственном и региональном уро в нях, координацию деятельности п о вопросам ОЕИ; – решают вопросы теоретической и законодательной метрологии с предос та в лением соответствующих п редложений руководства республики; – обеспечение государственной метрологической службы и осуществляет методическое руководство ведомственными метролог и ческими службами и надзор за ними; – разрабатывает и утверждает государственные эталоны физической вел и чины; – устанавливает порядок государственного надзора и контроля; – утверждает типы средств измерений, ведет реестр; – определяет требования, как к самим СИ, так и к методам и мет о дикам; – утверждает порядок освидетельствования на техническую компетентно сть юридических лиц, а также частных предприятий, осуществляющих своя де я тельность в сфере обращения СИ; – координирует деятельность по учас тию государственных орг а низ аций во взаимном признании эталонов единым, сертификатов калибровки и и зм е рений, заключает междунар одные договоры по вопросам ОЕИ; – применяет в пределах компетентности меры воздействия, предусмотре н ные законом ОЕИ и другими зак онодательными актами. В Республике Беларусь действуют: 1) государственная метрологическая служба (Госстандарт РБ и его орг а ны), куда входит институт метролог ии; 2) лаборатории: поверочные, калибровочные, испытательные; 3) метрологические службы республиканских органов государственного уп равления; 4) государственные организации, подчиненные Совмину и местным расп о рядительным и исполнительным ор ганам; 5) метрологические службы юридических лиц; 6) межотраслевые метрологические службы. Госстандарт осуществляет государственный метрологический надзор и ко нтроль. Метрологический надзор – контроль по проверке соблюдения метролог и ческих требований. Он включает надзор по: 1) соблюдению требований; 2) выпуску, состоянию и применению СИ и измеряемого оборудов а ния; 3) за деятельностью юридических и других лиц и их работе в обла с ти ОЕИ; 4) количеству товаров отчуждаемых при совершении торговых опер а ций. Метрологический контроль включает виды деятельности по определению фа ктических (действительных) значений метрологических характеристик ко н тролируемого объекта. Государственный метрологический контроль включает: – утверждает тип СИ; – поверку эталонов и СИ; – калибровку эталонов и отдельных групп измеренных элементов; – метрологическую аттестацию единичных экземпляров СИ; – метрологическое подтверждение пригодности методик выполнения и з мерений. Юридические лица осуществляют метрологический контроль: – за соблюдением метрологических требований; – за обращением средств измерения; – за применением, ремонтом; – применением МВИ; – за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их и з готовлении, фасовании и пост авке. 3 Классификация СИ и их характеристики Все СИ по их метрологическому назначению, т.е. по роли в ОЕИ могут подразделяться на эталоны и рабочие (образцовые) эталоны СИ. Образцовые СИ предназначены для передачи размера физической велич и ны от эталона к рабочим СИ. Рабочие СИ предназначены для определения действительных значений и з меряемых величин. По техническому назначению различают: – меры – СИ, предназначенные для воспроизведения нес кольких зн а чений физической ве личины; – измерительные приборы – СИ, которые предназначен ы для получения измерительной информации в форме доступной для воспр и ятия наблюдателя; – измерительные преобразователи – СИ, которые предназначены для пр е образования, хранения измер ительной информации в формах, исключая до с тупную для восприятия наблюдателя; – измерительные установки – совокупность СИ, которая позволяет получ ать информацию об объекте измерения в меняющихся усл о виях; – информационно – измерительные системы – совокупность СИ, вспомога тельных устройств, вычислительных устройств, для пол у чения измерительной информации, ее о бработки, выдачи потребит е лю в требуемой форме. 4 Основные характеристики средств измерения электрических в ел и чин Различают две группы характеристик СИЭВ: – технические характеристики, т.е. знание которые необходимо для опреде ления возможности измерения данной величины в данных у с ловиях; – метрологические характеристики – знания, которые необходимы для оц е н ки результата измерений и его погрешности; – область применения, включая диапазоны возможного изменения трех гру пп величин: а) измеряемых; б) влияющих; в) неизмеряемых; При выходе одной или нескольких величин за область применения, изм е рения становится либо невозможн ым, либо его погрешность очень высока. К другим техническим характеристикам относятся характеристики наде ж ности, условий применения и д р. Метрологические характеристики: – чувствительность Ѕ=