METROLOGIA-nauka o mierzeniu , także miernictwem jest gałęzią wiedzy i działalności człowieka obejmującą wszystko co jest pomiarem. Nauka stworzona w celu wartościowania występujących w świecie zjawisk w celu ułatwienia praktycznej działalności w różnorodnych dziedzinach. Metrologia miała zawsze ścisły związek z nauką jest jedna z niewielu dyscyplin działalności ludzkiej ,która z założenia bada błędy swoich działań przede wszystkim błędy mierzenia także przetwarzania, odtwarzania, wzorowania. Istotą metrologii jest to że błąd zawsze musi być oszacowany i podany wraz z wynikiem pomiaru. Sam wynik pomiaru ,bez oszacowania błędu nie ma żadnej wartości ani teoretycznej ani praktycznej. Zadaniem metrologii jest wydobywanie informacji o rzeczywistych stanach materii i energii w celu stworzenia abstrakcyjnego ,formalnego i logicznego obrazu zjawiska to . Obraz zjawiska powinien mieć charakter formalny i logiczny co jest podyktowane wymogiem ścisłości i obiektywności wrażeń niezależnie od obserwatora i zastosowanych urządzeń. Zachowanie ścisłości i obiektywności osiąga się przez stosowanie matematyki stąd obrazy zjawisk fizycznych nazywane są modelami matematycznymi. F=m*a. Modele wzorcowe zjawisk-
Uporządkowanie wrażeń i obrazów wymagałoby stworzenia modeli wzorcowych zjawisk będących odniesieniem. Proces ten zapoczątkowało stworzenie modeli najprostszych zjawisk naturalnych jak czas, wymiary geometryczne, czy masa. Zdefiniowano te zjawiska, ustalono wzorce odniesienia, jednostki miar i relacje między elementami tworzącymi model, czyli skalę. W miarę rozwoju nauk rosła ilość zdefiniowanych zjawisk dochodząc obecnie do kilku tysięcy. Informacja-jest to taki kwant wielkości, który jest zdolny wywrzeć pożądany wpływ na określone zjawisko. Zjawiskiem tym może być człowiek odbierający informację, inny żywy organizm lub urządzenie działające wg ustalonej zależności. Pojęcie informacji nabiera sensu wówczas gdy istnieją co najmniej dwa stany wielkości. Pożądany wpływ wywrzeć może jedynie zmiana stanu z jednego w drugi. Im więcej stanów może dana wielkość przyjmować tym wywieranie wpływu jest bardziej różnorodne tym większa jest ilość informacji. Miarą informacji jest liczba stanów, które wielkość będąca źródłem lub nośnikiem informacji może przyjmować. Zawartość informacji w zbiorze wielkości nie zależy od liczby elementów zbioru. Kryterium oceny zawartości informacji jest oderwanie od tej właściwości zbioru. Uogólnienie wielu informacji i różnych zjawisk prowadzi do następujących stwierdzeń:
1)w zbiorze wielkości skończonych lub nieskończonych zawartość informacji jest skończona.
2)Informacja ma z natury charakter kwantowy.
3)Do ustalenia zawartości informacji w zbiorze wielkości stosuje się kryterium racjonalne, które uwzględnia cel wykorzystania informacji. Obserwacja-informacje o właściwościach rzeczy martwych i istot żyjących otrzymuje się za pomocą obserwacji. Obserwacja może być jakościowa i ilościowa:
jakościowa-pozwala tylko na uszeregowanie zjawisk wg ich cech charakterystycznych (rozmiar, kształt, barwa).W wielu przypadkach jest to informacja nie pełna nie mogąca zadowolić obserwatora pod kątem jej wykorzystania praktycznego (produkcja, diagnostyka, sterowanie obiektem lub procesem).
Obserwacja ilościowa dostarcza danych ilościowych wyrażonych liczbami. Dane te mówią o stanie badanej lub obserwowanej wielkości wyrażając stosunek ilości pewnej cechy obserwowanego obiektu (masy, temp.) do innej wielkości możliwie niezmiennej o stałych właściwościach przyjmowane jako wzorzec.
Pomiar-jest to zespół czynności związanych z ilościowym porównaniem własności obserwowanego ciała, zjawiska lub procesu do wzorca. Pomiar - są to czynności doświadczalne mające na celu wyznaczenie wartości wielkości.
Pomiar- czynność przyporządkowana badanemu zjawisku fizycznemu elementów zbioru z obrazu zjawiska. Wielkość jest to każda właściwość, cecha ciała lub zjawiska, którą można określić:
a)tylko jakościowo (są to wielkości niemierzalne np. zapach, smak)
b)jakościowo i ilościowo (są to wielkości mierzalne np. długość, temperatura, masa)
Wielkości mierzalne można klasyfikować wg różnych kryteriów. Jeśli przyjąć za kryterium strukturę wielkości można wyróżnić wielkości ciągłe i dyskretne (ziarniste). Wielkości aktywne niosą za sobą energię, zaś do wielkości pasywnych potrzebne jest zewnętrzne źródło energii.
Wielkości fizykalne to wielkości podawane bez określenia miejsca i warunków występowania zjawisk np. temperatura. Wielkość szczegółowa jest to wielkość gdzie poddano warunki, miejsce oraz warunki występowania np. temperatura w tym pomieszczeniu obecnie. Wartość wielkości jest to wielkość wyrażona iloczynem liczby i jednostki miary Wx=i*j i-liczba; jednostka miary np. 2,56mm; 2,7A itp.
Wartość wielkości :
-teoretyczna- występuje w dokumentacji technicznej np.12h7
-rzeczywista- przedmiot jest, możemy to stwierdzić naszymi zmysłami, widzimy jaka jest wielkość ale nie znamy dokładnej miary
-zaobserwowana- to co zaobserwujemy może być mniej lub bardziej zbliżona do wartości rzeczywistej
-poprawna- musimy zmierzyć dany przedmiot. Wielkości podstawowe: 1 masa, 2 droga, 3czas, 4temp.termodynamiczna, 5prąd elektr., 6światłość, 7liczność materii. Dwie uzupełniające; 8kąt płaski, 9kąt bryłowy. Natomiast pozostałe ok.1000 wielkości to Pochodne; 10częstotliwość,11siła.
Układ wielkości-jest uporządkowany zbiór wielkości mierzalnych występujących we wszystkich dziedzinach wiedzy(lub tylko 1 z nich).
Jednostką miary-jest to wartość danej wielkości której wartość liczbowa wyznaczona z dostateczną dokładnością umownie przyjęto równą jedności. Układ jednostkowy; 1kg, 1m, 1A, 1N.
Układ jednostek miar-jest to uporządkowany zbiór jednostek miar jednostek mierzalnych.
Układ jednostek Si jest to układ składających się z jednostek podstawowych ,uzupełniających oraz pochodnych jednostek spójnych. Jedn. pochodne Si wyrażone za pomocą iloczynów lub ilorazów jednostek SI podstawowych i uzupełniających wśród których można wyróżnić; 1.Jednostki pochodne SI o nazwach specjalnych wzorcem danej wybranych wielkości których nazywamy wyrażone za pomocą jednostek Si podstawowych ,uzupełniających oraz o nazwach specjalnych. Jednostki miar nie należące do układu SI dopuszczonych do stosowania na podstawie rozporządzenia Rady Ministrów(mila morska, rok świetlny, hektar, ciśnienie atmosferyczne, rok ,miesiąc). Wielokrotność -jedn. Miary x 10n,Podwielokrotność-jedn.miary x 10-n.. Jedn. spójna- ma wymiar którego współczynnik proporcjonalności jest równy jedności. Jednostki miar muszą być zmaterializowane.
Definiowanie jednostek miar-aby jedn. miary miały zastosowanie praktyczne tzn. zapewniały jednakowe wyniki pomiarów powinny być tak zdefiniowane aby jednostki można odtworzyć w postaci wzorów .Najstarszym sposobem odtworzenia i zdefiniowania jednostki miary jest użycie ETALON-u.
Etalon-jest specjalnym wzorcem danej jednostki. Może zachowywać, realizować, określać i odtwarzać jednostkę miary pewnej wielkości . Przykładem może być wzorzec masy w postaci odważnika, wzorzec długości w postaci płytek wzorcowych. Etalon o najwyższych właściwościach nazywa się etalonem podstawowym np. metr (1889). Etalon świadek jest zabezpieczeniem w razie gdyby coś się stało z wzorcem podstawowym. Etalony wtórne(wzorce użytkowe- maja najmniejsza dokładność, są najtańsze i od razu używane do mierzenia).
Metoda Etalonowa- alternatywnym sposobem zdefiniowania jednostki miary jest metoda etalonowa polegająca na zastosowaniu pewnych stałych fizycznych i procedur przy wykorzystywaniu określonego zjawiska fizycznego np. przejście z etalonu metra do metody etalonowej. Aby zrealizować przyjętą metodę etalonową należy zbudować potrzebną aparaturę o zasadzie opartej o te metodę. Powinno one być modernizowane w miarę postępu nauki i techniki. PODSTAWOWE ZADANIA METROLOGICZNE:
Przez podstawowe zadania metrologiczne rozumiemy zadania, których celem jest przygotowanie aparatury pomiarowej do pomiarów zadania wykonywanych podczas tworzenia urządzeń pomiarowych i ich eksploatacji.
Rodzaje zadań podstawowych:
1.Wzorowanie,2.Legalizacja, 3.Badanie właściwości metrologicznych.- sprawdzanie dokładności zadań, 4.Pomiary właściwe rozmaitych obiektów i zjawisk.
Przebieg zadania:
-Ustalenie założeń,
-Realizacja zadania,
-Opracowanie wyników,
-Utrwalenie wyników. Ad.1. Wzorcowanie przyrządu pomiarowego- ogół czynności mających na celu ustalenie i utrwalenie odpowiedzialności między miarą wielkości a wskazaniem przyrządu pomiarowego. Miara wielkości odtwarzana jest przez wzorzec danej wielkości lub przyrząd wzorcowy. Wymaga się aby wzorzec charakteryzował się niedokładnością o dwie klasy mniejszą od założonej niedokładności przyrządu wzorcowanego. Dowodem, że wzorcowanie przeprowadzono oraz że sposób i czynności były prawidłowe jest protokół wzorcowania, który oprócz wyników powinien zawierać również dane o przyrządzie wzorcowanym, wzorcach stanowiska wzorcowania, warunkach i czynnościach.
Ad. 2. Legalizacja przyrządu pomiarowego jest to ogół czynności urzędowych Mających na celu stwierdzenie zgodności przyrządu pomiarowego z wymaganiami przepisów legalizacyjnych i udokumentowanie tej zgodności. Jest urzędowym potwierdzeniem prawidłowego stanu technicznego i prawidłowego wzorcowania przyrządu, jest to akt prawny.
Ad. 3. Sprawdzenie wskazań przyrządu pomiarowego podaje się wszystkie przyrządy pomiarowe co pewien czas np. co 12 m-cy, 24 m-cy lub częściej, gdy powstaje podejrzenie że wskazania przyrządu są obarczone nadmiernym błędem. Zadanie to ma typowy przebieg dla wszystkich przyrządów, a sposób wykonania opisują tzw. instrukcje sprawdzające, opracowane przez główny urząd miar. Dokonując sprawdzenia przy pomocy wzorca określa się różnice pomiędzy wskazaniem przyrządu a wartością odniesienia.
Ad.4. Pomiary i usł. rozm. ob.i zjawisk wszelkie pomiary prowadzone dla celów produkcyjnych lub diagnostycznych muszą być odpowiednio stosowane do procedur. Metoda pomiarowa to specyficzny zespół czynności wykonywanych podczas przeprowadzania pomiaru celem określenia wartości wielkości mierzonej. Stosowane są różne metody w zależności od np. żądanej dokładności pomiaru, warunków w jakich pomiar jest wykonywany, przeznaczenia wyników pomiaru, charakteru wielkości mierzonej. Nie ma metod optymalnych. Wybór metody należy do metrologa.
Podział Metod pomiarowych:
a)sposób uzyskania wyników pomiaru (m. bezpośrednia, m. pośrednia, podstawowa, m. złożona)
b)sposób wykonania pomiaru (porównania) (m. bezpośredniego porówanania, m. różnicowa, m. zerowa, którą można podzielić na kompensacyjną, kooperacyjną i podstawieniową)
Metoda bezpośrednia jest to metoda której poszukiwaną wartość wielkości określa się wprost w procesie pomiaru przez odczytanie przyrządu pomiarowego. y=x ; y- poszukiwana wartość wielkości; x- odczytana wartość wielkości. Jest to metoda najłatwiejsza (np. mikrometry, suwmiarki)
Metoda pośrednia jest to metoda której poszukiwaną wartość wielkości znajduje się na podstawie pomiarów bezpośrednich innych wielkości, których wyniki są związane przez określoną zależność. y=f(x1,x2,...,xn) Mierzymy kilka wielkości.
Metoda złożona jest to metoda której poszukiwane wartości wielkości y1,y2,y3... oraz wielkości x1',x2',x3'...; x1'',x2'',x3''...; x1''',x2''',x3'''... wyznaczone bezpośrednio z pomiarów są ze sobą związane układem równań.
Metoda bezpośredniego porównania jest to taki sposób pomiaru w którym całkowitą wartość wielkości mierzonej wyznacza się na podstawie miejsca α w uporządkowanym zbiorze znanej wielkości W- czyli wzorca. Cechy charakterystyczne: wzorzec W jest wzorcem wielomiarowym, rzadziej stosuje się komplety wzorców jednomiarowych; wzorzec W jest równy lub większy od wartości mierzonej W≥x; przyrząd zawiera w swoim zakresie pomiarowym wartość zerową wielkości mierzonej.
Metoda różnicowa polega na odjęciu od wartości wielkości mierzonej x znanych wartości xp i pomiarze metodą bezpośredniego porównania niewielkiej różnicy r=x-xp
Metoda zerowa jest to taka metoda pomiarowa, w której różnicę wartości dwóch wielkości: mierzonej x oraz znanej W doprowadza sie do zera. X-W=0. Miarą wielkości X jest wartość W. X=W. jest to najdokładniejsza metoda. Pozwala na użycie wzorców o najwyższej klasie.
Metoda podstawowa jest to metoda pośrednia.