Проектно-исследовательская работа "Метрология"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Кыштовская средняя общеобразовательная школа №1

Научно-практическая конференция школьников

Секция: информационные технологии, математика, физика

Исследовательский проект:

Метрология

                                           Автор: БузынинаТатьяна ,

                                                                     ученица 9в класса

                                           Руководитель: Колещатова Наталья Васильевна,

                                                                      учитель физики

с.Кыштовка, 2018г.

Содержание:

1.Введение: актуальность темы, цели и задачи проекта.

2. Теоретическая часть.

3. Практическая часть.

3. Заключение.

4. Литература.

Введение.

Моя сестра работает в Новосибирском Центре Стандартизации и Метрологии, в отделе геометрических измерений.  Побывав у нее в центре, я понаблюдала за работой сотрудников отдела.Профессия заинтересовала меня своей редкостью, необычностью. Хотя и трудиться там нужно аккуратно и внимательно, как в общем и во многих других профессиях, исследовать я захотела именно ее. Так же привлекают различные приборы, используемые для поверки, а если быть точнее, то их названия, которые я раньше почти нигде не слышала.

Цель: Собрать информацию о науке метрологии и профессии «метролог».

Задачи:

• Узнать историю развития профессии «метролог».
• Выяснить характеристику деятельности метролога.
• Исследовать значимость профессии для окружающих и мира в целом.
• Понаблюдать за работой метролога.
• Выяснить какие бывают погрешности в измерениях
• Провести опыты, основанные на профессии и обобщить в виде таблицы.
• Обобщить собранный материал.

Теоретическая часть

Метроло́гия (от греч. μέτρον «мера» + λόγος «мысль; причина») — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого — метрологические стандарты.

Метрология состоит из трёх основных разделов:

---Теоретическая или фундаментальная — рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений физических величин, их единиц, методов измерений).

---Прикладная — изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.

---Законодательная — устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Метро́лог — специалист метрологии.

История развития

В развитии Российской метрологии можно выделить, несколько периодов.

Первый период - метрология Киевской Руси (XI-XII вв.).

Практика ремесел, торговли и строительства привела к созданию системы мер, удовлетворявшей потребности того времени, оказавшейся устойчивой на протяжении ряда столетий и дошедшей до наших времен. Русские строители усовершенствовали систему мер длины, которая включала версту, сажень, локоть и пядь. В Древней Руси были разработаны и меры объема сыпучих тел и жидкостей. Основная система мер для сыпучих тел выражалась следующей схемой:

1 кадь = 2 половникам = 4 четвертям = 8 осьминам.

Для мер жидкости наиболее употребительными являлись бочка, ведро, корчага. Одна бочка содержала 10 ведер, а ведро - 24 фунта воды (около 10 кг).

В качестве мер веса использовались берковец, пуд, гривна, гривенка, золотник. Такая мера веса, как пуд, существует и в настоящее время (16 кг).

В этот период были разработаны и основные правила взвешивания. Весовщики не должны были касаться руками весов и гирь в момент определения равновесия. Практиковалась перемена местами гирь и товара на чашках весов.

Второй период - метрология эпохи феодальной раздробленности Руси и татаро-монгольского ига (XIII в. - первая половина XV в.).

В этот период продолжали применять меры длины, разработанные в Киевской Руси: версту, сажень, локоть, пядь. Однако вследствие раздробленности государства использовались местные меры длины (волок и гон) и площади.

В конце XV в. появилась мера площади - десятина, которая представляла собой квадрат со стороной, равной десятой доле версты (150 сажен), откуда и произошло наименование "десятина".

В этот период появился ряд местных мер, из которых особенно устойчивыми оказались меры Новгорода, Пскова и Северодвинской земли, например новгородская коробья, вмещавшая 7 пудов ржи, и псковская зобница, содержащая 14 пудов ржи.

В этот период были сделаны первые попытки измерения времени. В 1404 г. "по распоряжению великого князя московского Василия I в Кремле были установлены часы башенного типа. Аналогичные часы были смонтированы в Пскове и Новгороде. Разобщенность Руси привела к тому, что была разрушена устоявшаяся метрологическая система измерения длины и веса.

Третий период - метрология образования и укрепления Московского государства (XV-XVII вв.).

Государственная политика была направлена на упорядочение единиц измерений, придание большей стройности, полноты и законности всей системе мер и весов. Мероприятия по унификации единиц измерения распространялись главным образом на города, торги, ярмарки и другие торговые объекты.

В качестве весовых мер использовались пуд, гривна, фунт и литра, в качестве угловых - градус и румб. Градус представлял собой l/360 часть окружности, а румб - 1/32 часть круга. Он использовался в основном для определения направления относительно сторон горизонта.

В этот период была сделана настойчивая попытка ввести в Московском государстве единство мер и весов.

Четвертый период - метрологическая деятельность Российской академии наук с 1770 по 1800 г. (XVIII в.).

В этот период развитие системы русских мер получило ряд особенностей, к которым следует отнести увеличение количества малых мер, повышающих точность измерений, сближение русских мер длины с английскими, введение некоторых дополнительных английских мер.

Петр 1 организовал ввоз из-за границы в Россию измерительных приборов, столь необходимых для армии и флота. B 1725 г. по его идее была создана Российская академия наук, которая разработала ряд руководств по использованию системы единиц в различных измерениях.

На многих оружейных заводах организовывались контрольно-измерительные лаборатории. Для обеспечения их работы российская система единиц длины была дополнена еще двумя английскими - футом и дюймом. Введение их было вызвано также необходимостью осуществлять заказы на строительство кораблей за границей.

В это же время в качестве единицы площади стал использоваться квадратный метр (м).

Пятый период - зарождение метрической системы (1800- 1900 гг.).

Революционное правительство Франции в 1799 г. ввело метрическую систему мер, которую предлагалось использовать всеми государствами.

Этот период характерен централизацией метрологической деятельности и началом широкого участия русских ученых в работе международных метрологических организаций. Указом "О системе Российских мер и весов" (1835 г.) были утверждены эталоны длины и массы. Эталон длины представлял собой платиновую сажень, равную 7 английским футам, и платиновый фунт, совпадающий по весу с бронзовым золоченым фунтом 1747 г. В 1842 т. на территории Петропавловской крепости и специально построенном здании было открыто Депо образцовых мер и весов. В этом метрологическом учреждении не только хранились эталоны и их копии, но и изготовлялись образцовые меры для местных органов.

В 1849 г. вышел капитальный труд "Общая метрология", разработанный Ф. И. Петрушевским и удостоенный Императорской академией демидовской премии. В 1869 г. петербургские академики Б. С. Якоби, Г. И. Вильд и

О. В.  Струве направили в Парижскую академию наук доклад с предложением изготовить новые международные прототипы метра, килограмма и распределить их копии между заинтересованными государствами. Это предложение было принято. В мае 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. В соответствии с этим документом Россия получила платиноиридиевые эталоны единицы массы № 12 и 26 и эталоны единицы длины N 11 и 28, которые были доставлены в новое здание Депо образцовых мер и весов.

В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д. И. Менделеев, который много сделал для развития отечественной метрологии. Д. И. Менделеев (1834-1907 гг.) является основоположником научного подхода в развитии метрологии. Время с 1892 по 1918 г. называют менделеевским этапом развития метрологии. Это этап научного становления метрологии и активного внедрения ее в народное хозяйство. В 1893 г. Д. И. Менделеев преобразует Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов - одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Ученый утверждал, что "наука начинается... с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры". Однако ему не удалось в полной мере внедрить метрическую систему в народное хозяйство. С 1899 г. она применялась в стране факультативно наряду со старой русской и британской (дюймовой) системами.

Шестой период - повсеместное внедрение метрической системы во все области народного хозяйства России (с 1900 г. и по настоящее время).

14 сентября 1918 г. Совнарком РСФСР принял декрет "О введении международной метрической системы мер и весов", который положил начало нормативному этапу развития отечественной метрологии. С этого момента важнейшие положения в области метрологии вводятся нормативными актами - поначалу постановлениями правительства, а позже (наряду с ними) нормативно-техническими документами разного уровня.

Этот период характеризуется окончательным становлением метрологии как науки, созданием различных научно-исследовательских институтов, занимающихся вопросами метрологии, широким внедрением метрической системы и созданием новых высокоточных измерительных систем, приборов и средств измерения.

В это время появляется система контроля за соблюдением различных мер и весов. Разрабатываются меры юридической ответственности должностных лиц за нарушение метрологических норм и правил.

Основные термины метрологии.

Измерение — совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины.

Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики воспроизводящие и (или) хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени.

Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины.

Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

Эталон единицы величины — техническое средство, предназначенное для передачи, хранения и воспроизведения единицы величины.

Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины

Методы измерений в зависимости от способа получения результата.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят по известной зависимости межу этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (нахождение плотности по массе и размерам)

Совокупные измерения – производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят из системы уравнений, получаемых при прямых измерениях (нахождение массы гири в наборе по известной массе одной из них и по результатам сравнения масс различных сочетаний гирь)

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или более неодноименных величин для выявления зависимости между ними.

Виды погрешностей измерений.

Выделяют следующие виды погрешностей измерений:

По числовой форме представления

• Абсолютная погрешность 
  (А=Ад-Аизм (действит. минус измерянное)
• Относительные погрешности

• Относительная действительная
• Относительная измерянная
• Относительная приведенная

(Amax – максимальное значение шкалы прибора)

По характеру проявления

• Систематические (могут быть исключены из результатов)
• Случайные
• Грубые или промахи (как правило, не включаются в результаты измерений)

Классификация погрешностей в зависимости от эксплуатации приборов

Основная – это погрешность средства измерения при нормальных условиях. 

Дополнительная погрешность – это составляющая погрешности средства измерения, дополнительно возникающая из-за отклонения какой-либо из влияющих величин или неинформативных параметров от нормативного значения или выхода за пределы нормальной области значений. Дополнительных погрешностей столько, сколько функций влияния или неинформативных параметров.

Измерительный прибор (ИП) – наиболее распространенное средство измерения, предназначенное для выработки измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем (оператором). Имеют в своем составе меру. Различают следующие измерительные приборы:

• аналоговые,
• цифровые,
• показывающие,
• регистрирующие:

• самопишущие,

• печатающие,
• интегрирующие,
• суммирующие,
• сравнения

Поверка средств измерений.

Поверка – совокупность действий, выполняемых для определения или оценки погрешностей СИ. Поверки бывают государственные (внеплановые), обязательные (при производстве прибора) и периодические.

При поверке сравниваются меры или показатели измерительных приборов с более точной образцовой мерой или с показаниями образцового прибора. Класс точности образцового прибора должен быть на 3 единицы выше поверяемого.
Операции поверки средств измерений. В операцию поверки входит предварительный внешний осмотр и проверка комплектности прибора. Поверка производится по поверочной схеме, составленной соответствующей метрологической организацией. Сроки и методы поверки регламентируются нормативной документацией. Результаты поверки оформляются в виде протокола и по окончании поверки делается вывод про пригодность данного прибора к эксплуатации.
Методы поверки средств измерений. Поверка – совокупность действий, выполняемых для определения или оценки погрешностей СИ.

Основные методы поверки:

• Путем непосредственного сличения
• С помощью приборов сравнения
• Поверка СИ по образцовым мерам
• Поэлементная поверка СИ

Профессия метролога.

Основные функции метролога — проверка и регулировка точности работы измерительных аппаратов и приспособлений. Главная цель его деятельности — приведение измерительных приборов в полное соответствие установленным стандартам. Кроме того, профессия метролога подразумевает и умение разрабатывать поверочные схемы для различных видов измерений, инструкции, методики и прочие документы.

Обязанности метролога:

• -организация поверки, ремонта и калибровки средств измерений (также разработка метрологической документации);
• -контроль соответствия методов и средств измерений требованиям законодательства;
• -проведение метрологических экспертиз;
• -ведение баз учета измерительных средств.

На производственном предприятии метролог занимается рядом дополнительных задач:

• -контроль оснащения предприятия всеми необходимыми средствами измерений;
• -обучение персонала работе с измерительными приборами;
• -взаимодействие с производителем относительно разработки и внедрения новых средств измерения.

В некоторых НИИ метрологи участвуют в разработке и внедрении новых измерительных приборов и методов (вплоть до создания эталонов физических величин).

Требования к метрологу.

Как правило, требования к метрологу стандартны:

1.среднее или высшее образование по специальности «Метрология» или смежное техническое;

2.знание нормативно-правовых актов и методических материалов по метрологии;

3.умение работать с технической документацией;

4.опыт работы с институтами метрологии.

Иногда требуется знание определенной отрасли, английского языка или специального программного обеспечения.

Характеристика.

Профессия метролог предполагает аналитический склад ума, собранность, аккуратность, внимательность, ответственность, склонность к кропотливому труду и постоянному обучению, коммуникабельность и стрессоустойчивость. Важным профессиональным качеством является большой объем кратковременной памяти. В течение минуты метролог делает множество измерений, все полученные данные должны быть внесены в журнал с абсолютной точностью.

Условия труда.

Обязанности по обеспечению безопасных условий труда возлагаются на работодателя. Причем работодатель должен не только обеспечить безопасность сотрудников при выполнении ими трудовых обязанностей, но и санитарно-бытовое и лечебно-профилактическое обслуживание в соответствии с требованиями охраны труда.

Медицинские показания.

Особых противопоказаний профессия метролог не имеет, но уделяется внимание работе на высоте и работе на оптических приборах, т.к. идет нагрузка на зрение.

Значимость профессии.

Практически во всех сферах жизни используются приспособления и аппараты, совершающие какие-либо измерения. К таким аппаратам относятся и банкоматы, и электросчётчики, и счётчики воды, а также весы, милицейские радары, медицинские тонометры, аудиометры и ещё многое другое.
От точности их работы зависят не только точность финансовых расчётов, но и здоровье и даже жизнь людей. Если завод выпускает измерительные приборы, метрологи настраивают выпускаемую продукцию. Если метролог выявляет отклонение, он исправляет калибровку. Проверяя работу прибора, метролог делает множество измерений и фиксирует в журнале полученные данные. Все это нужно делать быстро и без ошибок.

Теоретическая часть.

Эксперимент№1: Измерение температуры жидкости жидкостным термометром.

Оборудование: 6 термометров, сосуд стающим снегом, сосуд с горячей водой.

Условия эксперимента: все термометры одновременно опускала в тающий снег, затем – в горячую воду. Опыт проводила в кабинете физики.

Результаты:

Вывод: При температурах, близких к реперным точкам, показания жидкостных термометров совпадают, а при средних температурах – показания разные. Это связано с тем, что разные жидкости (спирт, ртуть) расширяются по-разному.

Эксперимент №2: Измерение силы тока амперметром в лабораторной цепи.

Оборудование:два амперметра, резистор, соединительные провода, источник питания, ключ, реостат.

Условия эксперимента: опыт проводился в кабинете физики, при комнатной температуре.

Результаты:

Вывод: Более точные показания дает тот прибор, цена деления которого меньше. У него выше точность показаний.

Заключение:

Е.Л. Перельштейн, бывший главный метролог базовой метрологической службы Минавиапрома, так характеризовал работу метролога: «Эта грандиозная по масштабу и сложности работа, направленная к достижению конкурентоспособности продукции, выпускаемой в нашей стране, и являющаяся важной основой социально-экономического развития нашего общества, в своем существе определяется именно высокой подготовленностью к использованию и постоянным совершенствованием измерительной техники непосредственно на каждом рабочем месте предприятия, там, где формируется и продукция и ее качество».

Познакомившись с этой профессией, я убедилась, что она интересная и полезная. Мы часто не осознаем, что пользуемся ее результатами.

Литература:

1. 1.Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии: Учебное пособие для вузов под редакцией В.А. Кузнецова. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1995.
2. 2.Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В.  Метрология: Учебник для вузов. – М.: Логос, 2005.