Исторические этапы развития метрологии

1. Исторические этапы развития метрологии.

Метрология  – наука об измерения, о методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В истории  развития метрологии можно выделить 4 этапа:

Мвр=Мпр

-на 1м этапе количественная оценка величины сводилась к выражению больше или меньше, что давало представление об относительном представлении, об изучаемых величинах. На этом этапе отсутствует понятие единицы измерения, а, следовательно, не могло быть количественной оценки. Все применяемые в то время для оценки проявления величин технического устройства являлись прообразом современных средств измерения. Академик Петербургской Академии наук Георг Гейхман занимался изучением действия атмосферного электричества и создал первый прообраз измерительного устройства. Он доказал, что при воздействии измерительной величины возникает вращающий момент (Мвр.), т.е. чем больше измеряемая величина, тем больше вращающий момент. Ломоносов усовершенствовал конструкцию прибора Гейхмана и добавил элемент, создающий противодействующий момент для приведения условий фиксирования нити.                                                                         условие измерения.-

                 

-2ой этап метрологии относится  и первая половина 19века, связан с попытками подвести метрологическую базу под измерение электрических величин. Под метрологической базой понимали наличие величин измерения, и их воспроизведение в материализованном виде в качестве мер с наивысшей точностью. На этом этапе во многих научных лабораториях мир при изучении действительного электрического тока были созданы разнообразные меры физических величин, которые применяются в качестве эталонов, в этих единицах производили измерения и оценивали их результат. Например, единицей измерения сопротивления в Германии соответствующего сопротивления столба ртути, высотой 1м и сечением 1мм²  при температуре 0 С, а во Франции сопротивление железной проволоки длиной 1км и диаметром 4мм при 0 С – Брэгге. На этом этапе большая заслуга принадлежит академику Якоби, который в 1848 году предложил использовать единую единицу измерения сопротивления – сопротивления медной проволоки длиной 7,62м – 25 англ. фунтов и весом 22,5г – 342 грана, навитой спиралью на катушку из изоляционного материала. Это способствовало систематизации и узакониванию единой ед. измерения для всего мира.

-3ий этап  относится ко 2ой полов. 19 века, связан с установлением научно-обоснованных электрических и магнитных единиц измерения, а так же в выработке документации по созданию эталонов этих единиц, базируясь на работах Гаусса. Британская ассоциация предложила использовать абсолют. Электростатические и электромагнитные системы под названием СГС, которые оказались неудобными для практического использования и в 1881г. в Париже на конгрессе по электричеству была официально принята система  СГС и практическая система ед. измерения, созданная на её базе. В 1893 г (Чикаго) на втором международном конгрессе по электричеству были приняты определения по воспроизведению ед. сопротивления (Ом) и силы тока (А).

-4ый этап относится к периоду после окончания 2ой Мировой войны. В 1948 принято решение о переходе от международной эл. величины к абсолютным практическим, производным от системы СГС. Решениями 10 конференции по мерам и весам(1954) и 11ой конференции (1960) были принята новая практическая система единиц (м, кг, сек, ампер, кельвина, кандела) и 2е дополнительные (радиан, стереорадиан).

   В 1969г была добавлена 7ая основная единица, которая ни имеет эталона – моль.

 

 

 

 

 

3.Состояние и особенности применения измерительной техники в горнометаллургической промышленности.

В силу специфических  условий эксплуатации средств измерений  в условиях горнометаллургической  промышленности стандартные, имеющие  нормальное исполнение средства измерения  не могут быть использованы для задач контроля и измерения параметров, протекающих в технологических процессах. В первую очередь это вызвано малой заинтересованностью проектной организации и заводов изготовителей в выпуске средств измерения для горной и металлургической промышленности.

 

 

8. Уравнение измерения

Уравнение измерения  – показывает сколько раз заданная единица измерения содержится в измеряемой величине. .   Q=qU   , где q – числовое значение измеряемой величины, принятой ед.измерения;U – ед. измерения данной физич. величины.Q – измеряемая величина(результат измерения)

 

2.Исторические  этапы развития измерительной  техники.

1 этап – Довоенный. На этом этапе были построены первые приборостроительные заводы (Москва, Питер, Краснодар, Киев, Харьков). Были созданы первые стрелочные измерительные приборы с классом точности ±0,1%. Все функции снятия показаний, их обработки и хранения отводились человеку.

2 этап связан с созданием автоматизированных измерительных приборов (АИП) (С 19582г)

Причинами появления  АИП было:

-необходимость проведения измерений в труднодоступных местах ( Космос, шельф океана);

-экстремальный характер  протекающих процессов;

-дальнейший прогресс  в науке и необходимость повышения  производительности научных исследований.

АИП позволяет:

-исключать основные и относительные погрешности из результата измерений;

-вводить динамическую  коррекцию на результат измерений;

-дальнейший прогресс  в науке и необходимость повышения  производительности научн. исследований.

3этап. Этап связан с созданием цифровых измерительных приборов (ЦИП) и информационных измерительных приборов (ИИП).

Причина создания ЦИП и ИИС:

-широкая автоматизация  и механизация производственных  процессов;

-повышение производительности;

-широкое применение  при измерит средств вычислительной  техники;

-необходимость полной автоматизации при проведении научных исследований;

-необходимость  исследования  сверхсложных быстропротекающих  процессов;

-необходимость представлять  результат в вероятностной форме  с целью дальнейшего прогнозирования  характера измерений измеряемой величины во времени.

ЦИПы позволяют:

1. представить результат измерений в кодированном виде, что удобно для дальнейшей обработки на ЭВМ;
2. полностью автоматизировать процесс проведения научного эксперимента и повысить производ. обработки его результатов;
3. повысить помехозащищённость средств измерений;
4. обеспечивают класс точности до 0,00001%;
5. обеспечивают высокое быстродействие измерений;
6. исключают составляющую погрешности и производят статистическую обработку результатов измерений.

 

 

 

 

 

4.Особенности эксплуатации средств измерения в горнометаллургической промышленности.

Условия эксплуатации средств измерения:

-высокая запылённость;

-наличие агрессивной  окр. среды;

-наличие высокой концентрации  метана и газов, угольной пыли;

-наличие вибраций, тряски, мех. ударов и повреждений при эксплуатации и транспортировании;

-наличие горючих материалов.

Средства измерения, применяемые в горнометаллургической  промышленности, характеризуются:

-низкими метрологическими характеристиками (класс точности, чувствительность и др.);

-средства измерения  должны учитывать при эксплуатации  требования действующих правил  безопасности;

-существующие средства  измерения должны обеспечивать  специальные конструктивные решения  по обеспечению взрывозащищённости  и искробезопасности и др.;

-как правило, в применяемых  приборах задача измерения сводится  к задаче контроля, а выходной  сигнал имеет релейную функцию;

-как правило, все применяемые  средства измерения не являются  переносными, что значительно  усложняет необходимость проведения  экспресс контроля и измерения текущих параметров;

 

 

 

 

 

 

5. Перспективы использования измерительной техники  в горнометаллургической промышленности.

1) Широкое использование вычислительной  техники при создании информационных  измерительных систем, дальнейшее  повышение метрологических характеристик, использующих средств измерения.

2) Разработка и создание высоко  эффективных и надёжных средств  измерения для задачи автоматизации  отдельных технологических процессов  для повышения их производительности.

3) Создание унифицированных средств измерения.

4) Широкое использование средств  измерения для задач прогнозирования  состояния объекта управления, диагностирования  режимов работы машин, установок  и агрегатов.

5) Создание принципиально новых  средств измерения на базе  использования новейших достижений в области естественных наук.

 

 

 

 

 

 

 

6.Основные понятия и определения метрологии.

Единство измерений – применение в результатах измерений узаконенных единиц, а погрешность результата измерений определена с заданной вероятностью.

Точность измерений – качество измерений, отражающее фактическую близость результатов измерений истинному значению измеряемой величины.

Технологические измерения – это технические измерения режимных параметров, протекающих технологических процессов с использованием специальных методов и средств измерения.

Технические измерения – измерения физических величин с помощью методов и средств измерения, имеющих нормированные метрологические характеристики.

Контроль – отражение качественной стороны свойств объекта, при которых устанавливается соответствие между нормой и свойством.

Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.

Уравнение измерения – показывает, сколько раз заданная единица измерения содержится в измеряемой величине.   Q=qU   , где q – числовое значение измеряемой величины, принятой ед.измерения;                                          U – ед. измерения данной физич. величины.                                          Q – измеряемая величина(результат измерения)

Стандартизация – наука о методах и принципах установления эффективных норм и правил для: совместимости, унификации и рациональной организации общественного производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Отличия измерения от контроля.

При контроле проверяется нахождение физической величины в заданных пределах, а при измерении фиксированные  текущие значения измеряемой величины во всём диапазоне её измерения, т.е. при контроле измерения не производятся.

3 принципиальных  отличая измерения от контроля:

1) измерение носит познавательный  характер;

2) измерение проводится путем  физического эксперимента;

3) при измерении осуществляется  сравнение полученных измерений  информации с единицей измерения.

 

 

 

 

9.Понятие измерения. Классификация видов измерений.

Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.

Существует 4 основных вида измерений:

1)Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных или с помощью технического средства измерения непосредственно отсчитывающего значение измеряемой величины по шкале. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=qU .

2)Косвенное  измерение – измерение, при котором значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подлежащими прямым измерениям. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=f(x₁,x₂,…,x_n) , где x_{1 -} x_n – физические величины, полученные путём прямых измерений.

3)Совокупные  измерения – производятся одновременно измерение нескольких одноименных величин, при котором искомое значение находят путём решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

4)Совместные  измерения – производимые одновременно двух или нескольких неодноимённых физических величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Как правило, эти измерения проводятся путём клонирования эксперимента и составления таблицы матрицы рангов.

 

 

 

 

 

10. Прямые и косвенные измерения.

Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных или с помощью технического средства измерения непосредственно отсчитывающего значение измеряемой величины по шкале. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=qU .

Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подлежащими прямым измерениям. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=f(x₁,x₂,…,x_n) , где x_{1 -} x_n – физические величины, полученные путём прямых измерений.

 

 

 

 

 

11.Совокупные и совместимые измерения.

Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.

Совокупные  измерения – производятся одновременно измерение нескольких одноименных величин, при котором искомое значение находят путём решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные  измерения – производимые одновременно двух или нескольких неодноимённых физических величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Как правило, эти измерения проводятся путём клонирования эксперимента и составления таблицы матрицы рангов.