Основы теоретической метрологии. Методы и средства измерения линейных размеров и углов. Методы и средства измерения отклонений формы и шероховатости поверхности. Методы и средства неразрушающего контроля

ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕТРОЛОГИИ

1.1. Основные термины и определения

Измерение - это совокупность операций, выполняемых с помощью технического устройства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Оно включает в себя следующие элементы:

1 - цель измерений;

2 - измеряемый объект  (явление, процесс)  и его модель;

3 - измеряемая величина и ее единица;

4 - средства измерений;

5 - метод измерений;

6 - методика измерений;

7- условия измерений;

8- измерение;

9 - результат измерений, включая погрешность измерений.

Цель измерения определяется совокупностью требований к измерению, которые обусловлены содержанием человеческой деятельности, в рамках и интересах которой проводятся измерения. Цель измерений конкретизирует объект измерения, выделяет в нем представляющую интерес физическую величину и определяет требуемую точность измерений.

Объект измерения - реальный физический объект. Он обладает многими свойствами, находится в многосторонних и сложных связях с другими объектами. Человек не в состоянии представить себе объект целиком, во всем многообразии его свойств и во всех взаимосвязях, Поэтому взаимодействие человека с объектом возможно лишь на основе модели объекта.

Модель объекта - теоретико-физическая и математическая конструкция, которая отражает свойства объекта, существенные для данной задачи. Модель строится в соответствии с целью измерения до его выполнения на основе априорной информации об объекте и условиях измерения. Например, при измерении длины тела его измерительной моделью является прямая линия.

Измеряемая величина  представляет собой постоянный параметр модели объекта, отражающий ту его особенность, количественную оценку которой необходимо получить в результате измерения. Измеряемая величина может либо совпадать с выделенной физической величиной, либо представляет функционал исходной физической величины.  Например, если напряжение меняется, то на его модели как функции времени выделяют постоянный параметр, который представляет измеряемую величину. Таким параметром может быть мгновенное или эффективное напряжение.

Средство измерений определяется как  техническое средство, используемое при измерениях  и имеющее нормированные метрологические характеристики. СИ входит в структуру измерений двояким образом. Во-первых, оно является реальным техническим средством, которое приводят во взаимодействие с объектом. Это взаимодействие приводит к возникновению входного сигнала СИ, отклик на который - выходной сигнал - несет информацию об измеряемой величине и подлежит обработке с целью нахождения результата измерений и оценки его погрешности. Во-вторых, СИ характеризуется своей моделью, которая необходима для правильного применения средства и для эффективной обработки опытных данных. Модель СИ представлена совокупностью его метрологических характеристик.

Метод измерений - это совокупность приемов использования физических явлений, положенных в основу измерений,  и СИ. Метод измерения обусловлен целью измерения и определяет, как следует организовать взаимодействие СИ с объектом и каким образом можно извлечь из исходных и опытных данных требуемую информацию.

Методика измерений - это по сути технология выполнения измерений с целью наилучшей реализации выбранного метода измерений. Методика измерений предопределяет требования к выбору  СИ, порядок выполнения операций, необходимость соблюдения установленных условий измерений, числа измерений, способов обработки их результатов.

Условия измерения оказывают существенное влияние на результат измерения, так как изменяют состояние объекта.  Они характеризуются с помощью влияющих величин. В соответствии с установленными для конкретных ситуаций диапазонами значений влияющих величин различают нормальные и рабочие условия применения СИ. Для оценки воздействия влияющих величин вводят функции влияния, которые позволяют рассчитать дополнительные погрешности СИ.

Уравнение измерения представляет собой формализованное описание измерения и выражает связь между исходными и опытными данными, с одной стороны, и результатом измерений - с другой. 

Результат измерения - это значение физической величины, полученное путем ее измерения. Он выражается в форме именованного числа или ряда чисел. При аналоговой регистрации изменяющейся величины результатом служит кривая записи на механическом или электронном носителе. Если в состав алгоритма обработки данных включена процедура их аппроксимации, то результат может принять форму аналитической зависимости.

Качество результата измерений определяется степенью близости его к истинному значению измеряемой величины. Оно может быть охарактеризовано двумя показателями: точностью или погрешностью, которые связаны между собой обратной зависимостью.

Точность результата измерений есть характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности его результата (чем меньше погрешность, тем точнее результат).