Теоретичні основи метрології

Київського національного університету

Імені Тараса Шевченка

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МЕТРОЛОГІЇ

(конспект лекцій)

Київ - 2011

УДК 621.372

ББК 32.842

М34

Рецензенти:

1. Гринь Ю.І. д.т.н., проф. Заслужений діяч науки і техніки України

2. Пашкевич І. Д., полковник, начальник Центрального управління метрології і стандартизації – головний метролог Збройних Сил України

Рекомендовано до друку Вченою радою Військового інституту

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

(протокол №22 від 1 вересня 2011 р.)

к.т.н., доц. Лях М.А., Марченко Ю.О., Бабій О.С., Савран В.О.

М 34 Теоретичні основи метрології: Конспект лекцій: для ВНЗ

– К.: ВІКНУ, 2011 – 161 с.

У конспекті лекцій розглянуто загальні поняття про метрологію і стандартизацію, у тому числі військову метрологію, приведені теоретичні основи метрологічного забезпечення, основи теорії похибок, засоби вимірювання, похибки засобів вимірювання, вимірювальні комплекси і системи, державна система стандартизації.

Матеріал відповідає вимогам діючих нормативних документів у галузі метрології, стандартизації й сучасному розвитку теорії вимірювальної техніки.

Конспект лекцій призначений для студентів які проходять підготовку за програмою підготовки офіцера запасу із дисципліни «Теоретичні основи метрології» ВОС 670100. Він також може бути корисним військовим фахівцям метрологічної служби й аспірантам даної спеціальності.

Зміст

Передмова…………………………………………………………………….……...7

Скорочення…………………………………………………………………….…….8

1. Загальні поняття про стандартизацію та метрологію…………………….…….9

1.1. Історія розвитку стандартизації і метрології……………………...……9

1.1.1. Роль стандартизації, метрології та вимірювальної техніки у військовій справі………………………………………………….9

1.1.2. Основні цілі, задачі, визначення стандартизації у сфері оборони ………………………………………………..................11

1.1.3. Військова метрологія і її задачі. Основні терміни і визначення………………………………………………...…......20

2. Теоретичні основи метрологічного забезпечення………….………………….22

2.1. Основні поняття і визначення теорії ймовірностей …………..……...22

2.1.1. Основні властивості ймовірностей…………………………...….24

2.1.2. Випадкові величини. Дискретні і неперервні випадкові величини……………………………………………………….......25

2.2. Закони розподілу випадкових величин………………………………..26

2.2.1. Функція і щільність розподілу випадкових величин……….…..26

2.2.2. Перетворення випадкових величин………………………….…..30

2.2.3. Поняття про моменти випадкових величин………………….….32

2.3. Математичне сподівання, дисперсія, середнє квадратичне відхилення випадкової величини та їх властивості……………………...............34

2.3.1. Система двох випадкових величин……………………........……36

2.3.2. Коефіцієнт кореляції……………………………………..…….....37

2.3.3. Числові характеристики функцій………………………………..39

2.4. Закони розподілу випадкових величин, які застосовуються в метрології…………………………………………………………………………..41

2.4.1. Композиція законів розподілу…………………………………....47

2.4.2. Стандартні апроксимації законів розподілу…………………….48

2.5. Елементи математичної статистики………………………...………....49

2.5.1. Оцінки. Властивості оцінок. Точкові і інтервальні оцінки…….49

2.5.2. Принцип практичної впевненості………………………………..52

2.5.3. Критерії узгодженості…………………………………………….53

2.6. Визначення числових характеристик випадкових величин…………56

2.6.1. Визначення числових характеристик дискретних випадкових величин………………………………………………………….…56

2.6.2. Визначення числових характеристик неперервних випадкових величин………………………………………………………….....59

3. Теоретичні основи метрологічного забезпечення…………………………..…62

3.1. Основні поняття про вимірювання і величини……………………62

3.2. Фізичні величини. Одиниці фізичних величин……………...…….63

3.3. Системи одиниць фізичних величин………………...………….….66

4. Основи теорії похибок…………………………………………………………..70

4.1. Основи теорії точності вимірювань…………………………….….….70

4.1.1. Основні відомості про похибки вимірювань…...………….........70

4.1.2. Класифікація похибок вимірювання………………………….…71

4.1.3. Систематичні похибки……………………………………...….....74

4.2. Похибки прямого вимірювання.…………...………………………….77

4.2.1. Оцінювання систематичної похибки……………………...……..77

4.2.2. Оцінювання вимірювання та його похибок.…………………….79

4.3. Похибки непрямого вимірювання ………………………….….….…..90

4.3.1. Випадкові похибки непрямого вимірювання…..……………….90

4.3.2. Оцінювання випадкової складової похибки непрямого вимірювання ………………………………………………………92

4.3.3. Оцінювання систематичної складової похибки непрямого вимірювання.……………………………………………………...95

4.4. Кінцева (підсумкова) похибка результату вимірювання...…...………97

4.4.1. Підсумовування похибок……………………………….……...…97

4.4.2. Підсумовування систематичних і випадкових складових….......98

4.4.3. Стандартні форми подання результатів вимірювання...............100

5. Засоби вимірювання………………………………………………….………...102

5.1 Загальні відомості про засоби вимірювання………………………….102

5.1.1. Основні функції і задачі засобів вимірювання………………....102

5.1.2. Узагальнені структурні схеми………….…………………….…104

5.1.3. Вимірювальні сигнали………………………………………..…110

5.2. Класифікація засобів вимірювальної техніки………….……………112

5.2.1. Засоби вимірювальної техніки……………………………….…112

5.2.2. Засоби вимірювальної техніки військового призначення….…119

5.2.3. Спеціальні засоби вимірювальної техніки військового призначення……………………………………………………...120

6. Похибки засобів вимірювання………………………………………………...122

6.1. Нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювання.…...122

6.1.1. Метрологічні характеристики засобів вимірювання……...….122

6.1.2. Нормування засобів вимірювання.……………………………..125

6.1.3. Класи точності засобів вимірювання.…………………………126

6.2. Метрологічна надійність засобів вимірювання...……………….…..131

6.2.1.Метрологічна надійність засобів вимірювання.…………...…..131

6.2.2 Регулювання і тарування засобів вимірювання.……………….132

6.2.3. Калібрування засобів вимірювання.…………………………...133

7. Вимірювальні комплекси і системи……………………………….………….135

7.1. Принципи будови агрегатованих комплексів засобів вимірювання і автоматизації……………………………………………………………….……..135

7.1.1. Основні принципи будови...……………………………….……135

7.1.2. Принципи будови агрегатованих засобів вимірювання і автоматизації……………………….….………………………...137

7.1.3. Вимоги до агрегатованих засобів вимірювальних систем…....144

7.2. Загальні відомості про інтерфейси………………….….……………146

7.2.1. Класифікація і види інтерфейсів…………………………….….146

7.2.2. Інтерфейс для програмованих приладів…………………….….148

7.2.3. Метрологічні характеристики вимірювальних систем……..…152

8. Державна система стандартизації…………………………………………..…154

8.1. Державна система стандартизації……………………………..…….154

8.1.1. Структура Метрологічної служби України та Воєнстандарта..154

8.1.2. Державний метрологічний контроль і нагляд…………...…....155

8.1.3. Концепція військової стандартизації…………………….…….158

8.1.4. Міжнародна стандартизація (на прикладі Міжнародної

системи сертифікації електротехнічних виробів)……….…………...159

Література…………………………………………………………………………160