NOTIUNI FUNDAMENTALE DE METROLOGIE

Notiuni fundamentale de metrologie

1.1 Notiuni generale de metrologie

Metrologia este o ramura a fizicii care se ocupa cu studiul masurarilor, sistemelor de masurare, mijloacelor de masura, stabilirea unitatilor de masura si totalitatea activitatilor (legale si administrative) privitoare la masurari, la etaloane, la aparate si instrumente de masura, precum si la supravegherea folosirii lor economice. Metrologia cuprinde atat aspectele teoretice cat si cele practice ale masurarilor, oricare ar fi nivelul, modalitatea si scopul efectuarii lor sau domeniul stiintei sau tehnicii in care intervin.

Continutul metrologiei este divizat in mai multe parti incadrate in metrologia generala, aplicata sau in cea legala.

Metrologia generala trateaza problemele specifice masurarii anumitei marimi, clase de marimi sau a unui domeniu de aplicatii.

Metrologia aplicata trateaza probleme specifice masurarii unei anumite marimi, unei clase de marimi sau a unui domeniu de aplicatii, iar dupa marimea sau clasa de marimi masurate pot fi deosebite: metrologia masei, metrologia timpului, metrologia temperaturii, metrologia marimilor electrice, etc. Dupa domeniul de aplicatii pot fi deosebite : metrologia industriala, metrologia medicala, metrologia tehnicii nucleare, etc.

Metrologia legala trateaza conditiile, cerintele si prescriptiile obligatorii pentru asigurarea corectitudinii, uniformalitatii si preciziei masurilor pe plan national si international.

Pentru ca activitatea din domeniul metrologiei sa se desfasoare in mod unitar pe teritoriul tarii si in concordanta cu reglementarile internationale in vigoare prin Ordonanta Nr. 121992 emisa de Guvernul Romaniei s-a infiintat Biroul Roman de Metrologie Legala (BRML), avand in subordine Institutul de Metrologie (INM).

Controlul metrologic al statului se realizeaza prin: autorizari, aprobari de model, avizari de punere in functiune, etalonari, verificari metrologice initiale si periodice, verificari dupa reparare sau modificari, verificari si testari inopinate, supraveghere metrologica. Aceste actiuni sunt realizate de catre laboratoarele de metrologie si persoanele avizate.

1.2 Marimi, masurare, masurand

Marimea este atributul unor fenomene, al unor corpuri sau al unor substante care pot fi diferentiate calitativ si determinate cantitativ. Un obiect poate avea proprietati masurabile si nemasurabile. Numai o proprietate masurabila poate constituii o marime.

Termenul de marime se poate referi la o marime in sens general (ex. forta, rezistenta electrica, lungime) sau la o marime specifica (ex. lungimea unei anumite tije).

Marimile fizice caracterizeaza proprietatile fizice ale materiei (ex. volum, masa), starea materiei (ex. vascozitate, fluiditate), miscarea materiei (ex. viteza, acceleratie) si fenomenele fizice (ex. indicele de refractie).

Caracteristica principala a marimilor fizice este faptul ca sunt masurabile, adica se pot detecta si evalua cantitativ cu un anumit mijloc de masurare.

Simbolul unei marimi reprezinta semnul conventional prin care se desemneaza o marime. (ex. F - simbolul fortei, m - simbolul masei, etc.).

Masurarea reprezinta ansamblul operatiilor care au ca scop determinarea unei marimi. Operatia de masurare a unei marimi fizice consta de fapt in compararea marimii date cu o alta marime de aceeasi natura, luata in mod conventional ca unitate de masura.

Marimea supusa masurarii se numeste masurand.

1.3 Metode de masurare

Metodele de masurare reprezinta procedeele, principiile si mijloacele pe care se bazeaza efectuarea unei masurari pentru obtinerea unui rezultat care sa reprezinte cat mai corect marimea supusa procesului de masurare.

Metodele de masurare se pot clasifica dupa mai multe criterii:

a)      Dupa modul de efectuare a masurarii exista:

metode cu contact - in care aparatul intra in contact cu marimea de masurat;

metode fara contact - in care determinarea se face in lipsa contactului dintre aparat si marimea de masurat.

b)      Dupa modul de variatie a marimii masurate si dupa modul de organizare a operatiei de masurare sunt:

metode statice;

metode dinamice;

metode statistice.

c)      Dupa forma de reprezentare a rezultatelor marimilor se deosebesc:

metode analogice;

metode numerice.

d)      Dupa precizia si rapiditatea supusa determinarii exista:

metode de laborator - in care se determina erorile de masurare si se tine cont de acestea;

metode tehnice - in care nu sunt determinate erorile dar se tine seama de valorile acestora deoarece mijloacele de masurare au erori de limita cunoscute si corespunzatoare claselor de precizie.

e)      Dupa modul de exprimare a rezultatelor sunt:

metode

metode relative.

f)       Dupa modul de obtinere a valorii numerice se deosebesc:

metode directe;

metode indirecte;

metode combinate.

Erorile de masurare - sunt erorile care apar in timpul procesului de masurare si reprezinta abaterea valorii obtinute de la valoarea reala, prin masurare. Ele se pot clasifica dupa cauze sau dupa modul de manifestare.

a) Dupa cauze se disting:

erori de indicatie;

erori de citire;

erori de etalonare;

erori de reglare;

erori de metoda.

b) Dupa modul de manifestare exista:

erori sistematice - pot avea valori constante sau variabile dupa o lege determinata si pot fi obiective (nu depind de operatorul care efectueaza masurarea) sau subiective (depind de operator);

erori intamplatoare - au valori diferite chiar daca masurile se repeta in conditii identice, repartitia si marimea lor variind dupa legi statistice. Si erorile intamplatoare pot fi obiective sau subiective;

erori grosolane - se produc atunci cand erorile masurarii depasesc cu mult valorile erorilor care se obtin de obicei. Se pot datora unor defectiuni ale aparatului de masura sau unei greseli de folosire a acestuia.

Eroarea absoluta de masurare este de aceeasi natura ca si marimea de masurat, prin urmare se exprima in aceleasi unitati de masura. Pentru exprimarea cantitativa a gradului de precizie al masurarii se foloseste notiunea de eroare relativa, definita ca raportul dintre eroarea absoluta si valoarea de referinta.

1.4 Operatii si activitati metrologice

Operatiile metrologice se impart in doua mari grupe:

a)      De verificare - prin aceste operatii se stabileste modul in care mijlocul de masurare raspunde cerintelor prescrise. Aceste verificari se executa la nivel de stat (pot fi initiale sau periodice), prin conversatie, interne;

b)      De incercare - acestea constau in determinarea caracteristicilor metrologice ale mijloacelor de masurat.

Activitatile metrologice pot fi impartite astfel:

Examinare - este operatia prin care se stabileste, conform unor norme precise, daca masurandul indeplineste cerintele prescrise.

Numararea - reprezinta determinarea numarului de elemente sau evenimente care apar in procedeul cercetat.

Sortarea - este operatia de ordonare a unei multimi de obiecte de masurat proprietatile acestora.

Clonarea - reprezinta operatia de determinare a frecventei cu care elementele identice pot fi impartite in clasa dupa anumite proprietati.

Calibrarea - este operatia prin care se stabileste legatura dintre valoarea unei marimi masurate si valoarea acesteia stabilita prin conventie.

Ajustarea - este operatia de modificare si corectare a pozitionarii unui mijloc de masurare cu scopul de a apropria cat mai mult masurarea de cea corecta.

Gradarea - este operatia de stabilire, asezare si marcare a reperelor scarii unui aparat de masurat.

Etalonarea - este operatia prin care se compara un etalon superior cu un etalon inferior pentru a determina erorile de masurare ale ultimului.

1.5 Sistemul International si unitatile de masura

Sistemul International (SI) este singurul sistem de unitati de masura considerat legal. El a fost adoptat in anul 1960 de a XI - a Conferinta Generala de Masuri si Greutati. A fost legiferat in Romania in luna august anul 1961. Sistemul International contine sapte unitati de masura fundamentale, doua suplimentare si un numar mare de unitati derivate.

Unitatile fundamentale sunt independente din punct de vedere dimensional. Acestea sunt: metrul, kilogramul, secunda, gradul Kelvin, amperul, molul si candela. Cele doua unitati de masura suplimentare sunt radianul si steradianul. Fiecare marime fizica are in Sistemul International o singura unitate de masura, dar exista si marimi adimensionale.

Unitatile Sistemului International

Unitati fundamentale - Tabelul 1

Unitati suplimentare - Tabel 2

Unitati derivate - Tabel 3

Multiplii si submultiplii zecimali ai unitatilor de masura din Sistemul International

Multiplii si submultiplii - Tabelul 4