Вопросы метрологической терминологии




Скачать 119.3 Kb.
НазваниеВопросы метрологической терминологии
Дата конвертации08.08.2013
Размер119.3 Kb.
ТипДокументы


Метрологические числа и их применение

С процессами измерения в настоящее время имеет дело любой человек. Даже быт современного человека заполнен приборами и измерениями. Это взвешивание товров, измерение расхода электричества, воды, тепла, измерение скорости, расхода горючего, времени, напряжения сети, частоты радиоволн, и иных периодических процессов, расстояний, площадей, объемов, углов, температур и т.д. Наш век не только век информатики, но и век измерений. Значительнейшую часть информации в наше врея имеет измерительную природу. Измерительный прибор главная часть любого производства, а измерение — важнейшая частью большого количества видов деятельности.

Проблемами измерения занимается метрология. Именно эта наука описывает правильное измерение. В наше время, определенными познаниями в области метрологии должен обладать любой человек. Метрология должна входить в состав базового образования ребенка, чтобы он мог ориентироваться в современном мире, заполненным приборами и измерениями.

Измерение осуществляется измерительными приборами и дает на выходе некоторую количественную характеристику.

К сожалению, современная метрология является преимущественно метрологией приборов и измерения. Но изучению и исследованию самих результатов измерения метрология до настоящего времени не уделяет внимания.

Например, на простой вопрос, какова природа выходной количественной характеристики процесса измерения с точки зрения наук о числе до сих пор нет адекватного ответа. Не дано надежного и простого описание самой выходной характеристики измерения, учитывающей особенности ее в процессе измерения. Крен метрологии в сторону описания процессов измерения и устройств для их вычисления, лабораторной практики при пренебрежении тем, что является самой целью измерения создает препятствия к повышению метрологической культуры широких масс населения и даже производственников. Кто не видел, как на почте пытаются взвешивать простое письмо на килограммовых весах? Известны примеры, когда людей, например, продавцов привлекали к ответственности вплоть до уголовной из- погрешностей взвешивания на уровне установленной для данных устройств.

Метрологические процессы в настоящее время имеют дело нередко с самыми масштабными экономико-технологическими операциями, в которых речь идет о миллионах и миллиардах рублей или долларов. И здесь любая неточность в описании результата измерения может выражаться громадными суммами ущерба.

Цель данной работы есть описание самих результатов измерения с точки зрения придания им большей простоты и наглядности и более удобного в использовании. Эта работа основывается на патенте на полезную модель [1].
  1. Вопросы метрологической терминологии


В метрологии до сих пор используются выражения, которые не могут не вызвать отрицательного отношения самых широких масс к самой этой сфере деятельности. Действительно, каково может быть восприятие миллионов людей, имеющих отношение к измерениям таких терминов, как «ошибка», как «по-греш(х)-ность». Нужно ясно и четко заявить, что в метрологии нет ни ошибок (это в прокуратуру), ни грехов (это к священникам). Поэтому эти термины требуют полного изгнания из метрологии. Ибо то, что обозначают как «ошибка» или «погрешность» есть неотъемлемая часть самого феномена измерения и метрологии, Вместо этих терминов можно использовать такое, к примеру, выражение как метрологический интервал.

И поэтому сам результат измерения можно назвать «метрологическим числом». В настоящее время метрологическое число сводят к такой числовой институции теоретической математики как вещественное число. Но на самом деле между вещественным числом и метрологическим числом разница принципиальная. Действительное число есть однокомпонентная институция. У него есть только значение. Никакой иной характеристикой вещественное число не обладает.

Но метрологическое число имеет две характеристики, две компоненты. Одна компонента есть само число, значение, номинал. И вторая характеристика – метрологическая характеристика, например, метрологический интервал. Таким образом, метрологическое число есть число и интервал одновременно, число-интервал. При этом два метрологических числа, имеющие одинаковый номинал, но разные интервалы, есть различные метрологические числа. Например, метрологические числа со значением 220 но с интервалами ±1 и ±0,0001 совершенно различные метрологические числа. Для их получения требуются различные приборы. Более того, если получение первого числа может стоить копейки, то для получения второго метрологического числа могут потребоваться затраты в тысячи и даже миллионы рублей.

Важно также учесть, что метрологический интервал вовсе не есть математический интервал. Более точно, любой метрологический интервал еще можно связать с математическим, но отнюдь не любой математический интервал может быть связан с метрологическим. Например, математический интервал шириной 1 может быть связан с метрологическим. Например, возможен прибор с метрологиченским интервалом 1 В. Но математический интервал с размахом 123.09453 не может иметь никакой связи с метрологией. Приборов, в которых метрологический интервал (абсолютная ошибка) равнялась этой величине не существует. Фактически, для метрологических интервалов достаточно чисел с одним единственным значащим разрядом в любой системе числового счисления. Это важнейший принцип метрологии, который можно образно выразить так: «Точность не требуется знать с большой точностью».
  1. Точность как метрологическая характеристика


Метрологический интервал как характеристика метрологического числа не очень удобен ввиду неуниверсальности этой характеристики. Действительно, вариация метрологического интервала в спектре метрологических измерений только расстояний может варироваться от миллионов световых лет (в космологии) до ангстремов в нанотехнологиях.

Более универсальной характеристикой является то, что иногда называют относительной погрешностью. Но мы вновь считаем использование погрешности недопустимым и будем говорить о точности измерений, которая есть обратная величина относительной погрешности.

Ясно, что точность более универсальная характеритика. Но все равно требуется использовать большой спектр чисел. Поэтому предлагается для точности использовать логарифмическое, децибельное измерение. Для этого величину



Будем называть индексом точности. Здесь I есть индекс точности, U – номинал метрологического числа, ΔU – интервал метрологического числа. Квадратные скобки означают округление до ближайшего целого числа. Индекс точности всегда целое число. Таким образом получаем наглядную и универсальную характеристику метрологического числа. Эта характеристика всегда целая и отображается в подавляющем числе случаев двухзначным числом. Максимально достигнутая в настоящее время точность измерений соответствует примерно величине I=120. В машиностроении используются метрологические числа с I = 20─50 (относительная ошибка от 1 до 0.001%).

Можно предложить следующую запись метрологического числа М=А\I. Здесь А есть номинал метрологического числа, I ─ индекс. Например, можно записать для диаметра вала d=50\30. Это означает вал диаметром 50 мм и индексом точности 30, т.е. с относительной погрешностью 0.1% или интервалом (абсолютной погрешностью) 50 мк = 0.05 мм. Мы видим, что получаем простые, высокоинформативные и легко запоминающиеся записи для метрологических чисел. И одновременно эта запись наглядно показывает принципиальное отличие метрологических чисел от вещественных.

Заметим, что это же метрологическое число можно записать в виде 50±0.05 в интервальном представлении метрологического числа. Эту запись можно упростить до вида; 50,00’5, где одноразрядное число после апострофа означает интервал в долях последнего значащего разряда номинала метрологического числа. Это одноразрядное целое число назовем мультитудой метрологического числа.

Итак, мы имеем два представления метрологических чисел, которые можно назвать каноническими. Первое представление ─ точностное и в качестве метрологической характеристики метрологического числа используется индекс точности. Второе представление ─ интервальное с метрологической характеристикой мультитудой.

Первое, точностное представление А\I наиболее удобно использовать в измерительной практике. Второе, интервальное представление А’m предпочтительней использовать в системах числовой обработки метрологических чисел.

Покажем теперь конкретные примеры использования разработанной системы описания метрологических чисел.

Стандартизация измерительных устройств



Главной характеристикой измерительного устройства является класс точности, определяемый минимальной относительной ошибкой, с которой может быть выполнено измерение на данном приборе при самых благоприятных условиях. Ряд классов точности стандартизирован по ГОСТ 8.401-80 в виде следующего ряда:

1·10 n ; 1,5·10 n ; (1,6·10 n ); 2·10 n ;2,5·10 n ; (3·10 n ); 4·10 n ; 5·10 n ;6·10 n ;

( n =1, 0, -1, -2, и т. д.).

Значения в скобках не являются рекомендуемыми.

Взгляд на этот ряд показывает его слабую внутреннюю согласованность. Отсутствует сопряженность между точностями следующих друг за другом классов точностей.

Из точностного описания метрологических чисел следует, что класс точности измерительного устройства определяется максимальным индексом точности получаемого с его помощью метрологического числа. Отсюда вытекает удобный ряд классов точностей измерительных устройств по их предельному значению индекса точности:

10, 20, 30, 40, 50,…

Кроме того может использоваться и вспомогательный ряд точностей

5, 15, 25, 35, 45,…

Эта шкала дает эквидистантный ряд точностей. Точность следующего по точности прибора увеличивается в √10 = 3,16 раза. Количество возможных классов точности в интервале точности 10 с 9 уменьшается до 2. Это дает большое упрщение и экономию в приборостроении и облечает саму метрологическую деятельность.
  1. Получение метрологических чисел


Главный источник метрологических чисел есть измерение. Но современные измерительные устройства не дают полной характеристики метрологической характеристики измеряемой величины. Отсчет в приборе направлен на получение номинала. А на собственно метрологию измеренного значения современные средства измерения внимания не обращают.

На наш взгляд такое положение недопустимо, Современный измерительный прибор должен в одном акте измерения давать полную характеристику измеренного метрологического числа, т.е. и номинал, и его собственно метрологию.

Решение поставленной задачи осуществлено в [1] в виде двухшкального измерительного устройства см. рисунок.





Отсчетное индикаторное устройство измерительного прибора.

1 ─ измерительное поле прибора; 2 ─ шкала отсчета номиналов; 3 ─ шкала отсчета индексов точности; 4 ─ стрелочный указатель измеряемых значений метрологических чисел.


Отсчетное устройство снабжено дополнительной шкалой отсчета метрологических индексов. Таким образом, отсчет измеренной величины дает одновременно полную характеристику метрологического числа ─ номинал измеренного значения и его индекс точности.

Как мы видим, необходимая переделка существующих измерительных устройств минимальна и может быть осуществлена даже действующих приборов.
  1. Метрологическое описание допусков и посадок


В настоящее время сопряжение цепей допусков и посадок осуществляется с помощью многочисленных таблиц. Пользование ими не очень удобно и зачастую возникают вопросы по их обоснованности.

На основании теории метрологических чисел возможно создание простого аппарата определения характеристик сопряжения любых цепей. Рассмотри, к примеру, сопряжение посадок.

Как известно, посадки рассматриваются в системе отверстия и в системе вала. В системе отверстия номинальный размер имеют отверстия, а размеры вала варируются от характера сопряжения (посадки). В системе вала наоборот, номинальный размер характеризует вал, а отверстие подгоняется под характер посадки. Для определения размеров вторичного компонента сопряжения существуют многочисленные таблицы, в которых размеры определяются в зависимости размеров, точности и типа посадки.

Метрологические числа позволяют существенно упростить процессы определения размеров сопряженных деталей. Для номинальной характеристик достаточно задать только размер (диаметр) и индекс точности. Например, метрологическое число 100\40 в системе отверстия определяет характеристики отверстия, а в системе вала – характеристики посадочного места вала. Допуск определяется легко, это составляет 0,01 процента от диаметра вала, т.е. ±10 мк. Для описания вторичного элемента сопряжения используется запись размера первичного элемента и некоторое целое положительное или отрицательное число ─ число сопряжения. Это число указывает, на сколько интервалов увеличивается или уменьшается номинальный размер вторичного элемента сопряжения. В системе отверстия положительное число сопряжения означает неподвижное сопряжение ─ сопряжение с натягом), а отрицательное значение числа сопряжения означает свободное (ходовое) сопряжение. Для системы вала все наоборот.

Покажем теперь на конкретном примере. Пусть мы имеем на чертеже размер вала d=100\40(-5). Сразу же видим, что имеем сопряжение в системе отверстия. Характеристика отверстия 100\40. Диаметр отверстия 100 мм, допуск ±10 мк.

Вал имеет номинальный размер 100мм ─ 5*10мк = 99,95 мм. Допуск также равен ±10 мк. Какова характеристика этой посадки с точки зрения нынешней классификации ─ ходовая, легкоходовая и т.д. ─ это должны уже определить специалисты в области деталей машин. Очевидно, что возможна стандартизация чисел сопряжения.

Но мы видим, как просто осуществляется определение характеристик сопряжения круглых деталей. Но эти же принципы могут использоваться и для описания сопряжения и иных по геометрии деталей.
  1. Метрологические множества


Как правило, на практике используются не отдельные метрологические числа, а некоторые множества метрологических чисел. Дадим описание главных видов метрологических множеств

Множество метрологических чисел с максимальным значением индекса точности назовем классом точности..

Множество метрологических чисел с минимальным значением индекса точности назовем группой точности.

Множество метрологических чисел с минимальным и максимальным значением индекса точности назовем метрологическим полем. Метрологическое поле определяется нижним и верхним индексами точности. Разность между верхним и нижним индексами точности назовем девиацией метрологического поля.

Любой прибор создает класс точности измеряемых с его помощью значений. Но метрологическая грамотность требует недопущения измерения с метрологических чисел мс индекесом меньшим некоторой установленной величины. Эти недопустимые метрологические числа образуют группу точности.

И все допустимые измерения образуют метрологическое поле.

Пусть, к примеру имеем прибор класса точности 0.1% или класса метрологической точности 30. Вполне допустимо требование, что этим прибором недопустимо измерять числа с индексом точности меньше 20 или 15. Тогда данный прибор предназначен для метрологически грамотных измерения метрологического ансамбля в интервале чисел точности, например, 15-30.

Имея двухшкальный прибор можно поручать измерение малоквалифицированным сотрудникам, указав лишь область шкалы точностей, в которых должна находиться измерительная стрелка. Таким образом, то, что требует в настоящее время достаточно высокой квалификации, может уже выполняться малоквалифицированными работниками.
  1. Качественное метрологическое изделие


Можно ввести понятие качественного метрологического изделия — КМИ. Это объект, удовлетворяющий всем метрологическим требованиям.

Требования эти, в принципе, просты.

Измерительный прибор для массового, непроизводственного использования (весы, бытовые электроизмерительные приборы, приборы для измерения линейных размеров и т.д.) должны иметь четкое обозначение метрологического поля, в области которого рекомендуется производить измерение, и описание этого поля в маркировке прибора.

Производственные метрологические приборы должны иметь специальную шкалу для определения метрологической характеристики измеряемой величины — шкалу индексов точности.

Цифровые измерительные устройства должны обладать устройством выбора точности измерения и автоматической системой измерения с соответствующей точностью.

Чертежи, схемы и т.д. должны содержать метрологическую характеристику всех номиналов.

Справочники и иные книги, в которых используются метрологические величины, также должны содержать метрологические характеристики номиналов.

Изделия с номиналом должны иметь ясную метрологическую маркировку.

Проекты, включающие в себя наличие измерений и контрольно-измерительных приборов, должны содержать метрологическое описание используемых метрологических полей.

В настоящее время требованиям КМИ удовлетворяют только математические таблицы. В этих таблицах точно определено количество значащих разрядов, и абсолютная погрешность равна половине последнего значащего разряда. В них используется метрологическое описание через абсолютную погрешность. Но это описание для измерительной практики неудобно.

Стандарты КМИ могут пропагандироваться и внедряться коммерческими компаниями, получив предварительно патенты и зарегистрировав полезные модели и товарные знаки.

Однако, для массового внедрения в жизнь концепций КМИ, сделать их стандартами, вести компанию по повышению метрологической культуры общества на государственном уровне требуются уже усилия государственных органов и прежде всего Госкомстандарта РФ.

Установив стандарты КМИ, Россия может начать распространение их по всему миру. Причем не только их пропагандой в среде мировой метрологической общественности, но и конкретными действиями. Например, Госкомстандарт вполне может либо своей властью, либо через постановления Правительства, либо, наконец, даже через закон ввести требования к импортируемой продукции о ее соответствия требованиям КМИ. Есть ведь положение, что вся ввозимая продукция должна иметь надписи на русском языке. И ничего, импортеры подчинились и стали размещать русские подписи. Точно так же им придется соответствующим образом оформлять свои метрологические изделия, тем более, что особых затрат для этого и не требуется. Правда, для этого им придется купить лицензию у владельцев интеллектуальной собственности на это оформление. А затем и сама мировая метрология естественно будет переходить на эти стандарты. Ведь это стандарты качественной метрологии, в которой Запад заинтересован не меньше, чем Россия. И тут могут появиться очень немалые деньги для тех, кто начнет этим заниматься.
  1. Заключение


Двадцать первый век — век информатики и век измерений. Метрология стала сферой не только производственной, но и массовой, бытовой, публичной деятельности. И перед нею стоит задача повышения общей метрологической культуры общества. Россия может стать ведущей страной на этом общемировом пути.


ЛИТЕРАТУРА:

Патент № 85637 на полезную модель «Отсчетное индикаторное устройство измерительного прибора». Приоритет от 08.08.08. Авторы: Юровицкий В.М. Зоря Е.И., Никитин О.В.


Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Вопросы метрологической терминологии iconВопросы к зачету по «брендингу» для студентов специальности 080111 «Маркетинг» форма обучения дистанционная
Терминологии торговой марки: общее и отличное. Западная и российская модели торговой марки
Вопросы метрологической терминологии icon11. Благородные металлы и алмазы 11 Алмазы 11 4 Вопросы генезиса
Новый подход к терминологии кимберлитовых фации, использующий пересмотренный общий подход к номенклатуре всех вулканических пород...
Вопросы метрологической терминологии iconКраткий список образовательных терминов с их первоначальными значениями
Оттуда пришли к нам и многие термины сферы образования. Вопросы терминологии всегда представляют большой научный интерес, за длительные...
Вопросы метрологической терминологии iconВниимс рекомендация
Разработана всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (вниимс) Госстандарта России
Вопросы метрологической терминологии iconИзвещение о проведении запроса цен на проведение метрологической поверки средств измерений
Адрес: Чувашская Республика 428014 г. Чебоксары, пл. Скворцова, д. 1 тел. 30-11-10, электронный адрес: ch
Вопросы метрологической терминологии iconПротокол рассмотрения и оценки котировочных заявок по запросу котировок цен на оказание услуг по метрологической поверке медицинского оборудования и средств измерений для муз гкб №8
Наименование – Муниципальное учреждение здравоохранения «Городская клиническая больница №8»
Вопросы метрологической терминологии iconПрограмма конференции 26-28 сентября 2012 г
В. С. Горюнов. Эклектика или историзм. К вопросу о терминологии историко-архитектурных исследований
Вопросы метрологической терминологии iconРекомендация государственная система обеспечения единства измерения методы экспериментального определения и контроля характеристик погрешности измерительных каналов измерительных систем и измерительных комплексов ми 2440-97 информационные данные
Разработана всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (вниимс) Госстандарта России
Вопросы метрологической терминологии iconСпасибо за ваше приглашение поучаствовать в пресс-конференции. Я бы хотел ответить на ваши вопросы. На те, которые смогу, отвечу честно. Вопросы, которые не в
Вопросы, которые не в моей компетенции, я комментировать не буду. Я бы хотел, чтобы разговор у нас был откровенный. Вы все знаете,...
Вопросы метрологической терминологии iconАктуальные проблемы развития и современного состояния немецкой терминологии сельскохозяйственного машиностроения
Работа выполнена на кафедре иностранных языков фгбоу впо «Омский государственный технический университет»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©kk.docdat.com 2013
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница