Метрология, стандартизация и сертификация. Ч.1: Метрология: Рабочая программа, задание на курсовую работу

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Базовая кафедра метрологии при ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ (Часть I. Метрология) Рабочая программа Задание на контрольную работу

Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 653800 - стандартизация, сертификация и метрология 190800 - метрология и метрологическое обеспечение Направление подготовки бакалавра 552200 - стандартизация, сертификация и метрология

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 389 (07) Метрология, стандартизация и сертификация (Часть I. Метрология): Рабочая программа, задание на контрольную работу. - СПб.: СЗТУ, 2004. 11 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 653800 - “Стандартизация, сертификация и метрология” (специальность 190800 - “Метрология и метрологическое обеспечение”) и направлению подготовки бакалавра 552200 “Стандартизация, сертификация и метрология”. Методический комплекс содержит рабочую программу, тематический план лекций, темы практических занятий, перечень основной и дополнительной литературы, задание на контрольную работу и методические указания к её выполнению. В рабочей программе рассматривается история развития метрологии как борьба двух основополагающих идей: централизованного и децентрализованного воспроизведения единиц физических величин. Тематический план лекций представлен для студентов очно-заочной формы обучения. Практические занятия посвящены наиболее важным темам. В перечень основной и дополнительной литературы включены источники на различных носителях (бумажном, аналоговом и цифровом). Задание на контрольную работу предусматривает подготовку и защиту реферата на тему, согласованную с преподавателем. Рассмотрено на заседании базовой кафедры метрологии 8 сентября 2003 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 20 ноября 2003 г. Рецензенты: базовая кафедра метрологии СЗТУ (И.Е. Ушаков д-р техн. наук, проф.), С.А. Кравченко, д-р техн. наук, проф., ст. науч. сотр. ФГУП ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Составитель И.Ф. Шишкин, д-р техн. наук, проф..

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

3

ПРЕДИСЛОВИЕ По учебному плану инженерной специальности 190800 “Метрология и метрологическое обеспечение” и направлению подготовки бакалавра 552200 “Стандартизация, сертификация и метрология” учебная дисциплина “Метрология, стандартизация и сертификация” (часть I. Метрология) изучается на III курсе в объёме 66 часов; из них при обучении по очно-заочной форме 12 часов лекций и 4 часа практических занятий, при обучении по заочной форме - 8 часов лекций и 4 часа практических занятий. При ускоренной форме обучения на II курсе из 70 часов 8 часов лекций и 4 часа практических занятий. Предусмотрены 1 контрольная работа и зачёт. Цель изучения дисциплины - подготовка к изучению общепрофессиональных и специальных дисциплин. Основная задача дисциплины - углублённое изучение в исторической ретроспективе двух основополагающих подходов к обеспечению единства измерений: централизованному и децентрализованному воспроизведению единиц физических величин. Основные положения дисциплины относятся к фундаментальным проблемам метрологии: обеспечению единства, правильности, достоверности и точности результатов измерений. После изучения дисциплины студент должен: - знать историю развития метрологии как непрерывное противоборство двух основополагающих идей: централизованного и децентрализованного воспроизведения единиц физических величин; - уметь анализировать достоинства и недостатки каждого из способов воспроизведения единиц;

4

- иметь представление о магистральном пути развития метрологии, состоящем в переходе к децентрализованному воспроизведению единиц физических величин на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений. Основной формой изучения материала является самостоятельная работа над рекомендованной литературой. По всем определяющим темам программы читаются обзорные и установочные лекции, проводятся групповые и индивидуальные консультации. Практические навыки приобретаются на практических занятиях и при выполнении контрольной работы. По всему курсу в целом сдаётся зачёт. Курс основывается на учебных дисциплинах “Отечественная история”, “Культурология”, “Социология”, “Философия”, “Физика” и используется при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин, выполнении курсовых и дипломных работ и проектов.

5

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Содержание дисциплины по ГОС Качество измерений и способы его достижения. Понятие метрологического обеспечения. Организационные, научные и методические основы метрологического обеспечения. Правовые основы обеспечения единства измерений. Основные положения закона РФ об обеспечении единства измерений. Структура и функции метрологической службы предприятия, организации, учреждения, являющихся юридическими лицами. Поверка (калибровка) средств измерений. Поверочные схемы и поверочное оборудование. Ремонт и юстировка средств измерений. 1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объём курса - 66 ч) Введение (2 ч) Предмет, задачи и содержание курса; его роль и место в формировании метролога с высшим образованием. Структура курса, его связь с другими дисциплинами. Порядок изучения предмета и организация учебного процесса. Тема 1. Природные (естественные) единицы измерений (8 ч) [1], c. 22…31; [2], с.130...143 Гео- и гелиометрические единицы времени и длины Фундаментальные физические константы: размеры и параметры движения Земли. Использование параметров движения Земли для измерения времени. Использование размеров Земли для измерения длины. Антропометрические единицы измерений Антропометрические единицы длины. Измерение грузоподъёмности. Открытие Галилеем изохронности колебаний маятника.

6

Воспроизведение единиц на основе законов природы Температурная шкала Цельсия. Акселерометры, использующие значение ускорения при свободном падении. Государственный эталон единицы силы постоянного электрического тока - ампера. Достоинства и недостатки децентрализованного воспроизведения единиц, основанного на использовании макроскопических данных Достоинства децентрализованного воспроизведения единиц. Проблема обеспечения единства измерений. Тема 2. Вещественные единицы измерений (4 ч) [3], с. 5...10 Измерение времени и длины Водяные, песочные, маятниковые и кварцевые часы. Прототипы единиц измерения длины. Необходимость перехода к централизованному воспроизведению единиц Многообразие прототипов единиц измерений. Проблема обеспечения единства измерений. Переход к централизованному воспроизведению единиц как необходимое условие обеспечения единства измерений. Тема 3. Метрическая конвенция (12 ч) [1], с. 160...174, 176...181 Метрическая конвенция - основа обеспечения единства измерений в международном масштабе Российские учёные - инициаторы заключения Метрической конвенции. Метрическая конвенция как международно-правовое оформление идеи централизованного воспроизведения единиц.

7

Международный эталон единицы длины - метра История создания эталона метра. Прототип эталона метра, переданный России. Международный эталон единицы массы - килограмма История создания эталона килограмма. Прототип эталона килограмма, переданный России. Менделеевский этап развития отечественной метрологии Научно-организационная деятельность Менделеева на посту управляющего Главной палатой мер и весов. Становление метрологического дела в России. Тема 4. Метрология в СССР (20 ч) [3], с. 10...12, 104…117; [4], с. 10…14 Тотальная регламентация метрологической деятельности Декрет о признании Метрической конвенции. Стандартизация как нормативно-правовая основа метрологической деятельности. Государственный надзор и ведомственный контроль за соблюдением метрологических правил, требований и норм. Метрологическое обеспечение при централизованном воспроизведении единиц физических величин Понятие метрологического обеспечения. Четыре основы метрологического обеспечения: научная, правовая, техническая и организационная. Законодательная и нормативная базы метрологического обеспечения. Эталонная база страны, государственная и ведомственные поверочные схемы; поверка (калибровка) средств измерений и поверочное оборудование. Структура и функции государственной и ведомственных метрологических служб, метрологических служб предприятий, организаций и учреждений, являющихся юридическими лицами. Неизбежность перехода к децентрализованному воспроизведению единиц

8

Экономика метрологического обеспечения. Громоздкость и неэффективность метрологического обеспечения при централизованном воспроизведении единиц физических величин; невозможность дальнейшего развития этого способа обеспечения единства измерений. Тема 5. Децентрализованное воспроизведение единиц на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений (18 ч) [2], с. 130…143; [5], с. 114...130 Квантовая метрология Использование квантовых переходов между энергетическими уровнями электронов для воспроизведения единиц времени, частоты и длины. Воспроизведение единиц электрического сопротивления и напряжения с помощью эффектов Холла и Джозефсона. Другие высокостабильные квантовые явления, используемые в метрологии для воспроизведения единиц физических величин. Фундаментальные физические константы, используемые для децентрализованного воспроизведения единиц Скорость света. Постоянная Планка. Постоянная Больцмана. Число Авогадро. Постоянная фон-Клитцинга. Квант магнитного потока. Гравитационная постоянная. Постоянная тонкой структуры и др. Децентрализованное воспроизведение единиц физических величин на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений - магистральный путь развития метрологии Полная и частичная децентрализация воспроизведения единиц: состояние вопроса, ближняя и дальняя перспективы.

9

Заключение (2 ч.) Краткое обобщение основных вопросов курса. Направления дальнейшей работы над углублением и расширением полученных знаний в процессе изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин. 1.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (12 ч.) Темы лекций

Объём, ч

Введение. Начальный этап развития метрологии: децентрализованное воспроизведение единиц физических величин ..........…........

4

Современный этап развития метрологии: централизованное воспроизведение единиц физических величин .....................................

4

Перспектива развития метрологии: переход к децентрализованному воспроизведению единиц физических величин на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений. Заключение ....................………….......

4

1.4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (8 ч.) Темы занятий

Объём, ч

Централизованное воспроизведение единиц. Примеры построения поверочных схем..........................……...............

4

Децентрализованное воспроизведение единиц. Обеспечение единства измерений при децентрализованном воспроизведении единиц .......................................................................................

4

10

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Шостьин Н.А. Очерки истории русской метрологии. XI - начало XX века. - М.: Изд-во стандартов, 1975. 2. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством: Учеб. для вузов / Под ред. Н.А. Соломенко - М.: Изд-во стандартов,1990. 3. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества: Учеб. пособие. - М.: Изд-во стандартов, 1988. 4. Шишкин И.Ф. Прикладная метрология: Учеб. пособие для втузов. - М.: Изд-во ВЗПИ, 1990. 5. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во стандартов, 1991. Дополнительный: 6. Шабалин С.А. Измерения для всех. - М.: Изд-во стандартов, 1991. 7. Шабалин С.А. Прикладная метрология в вопросах и ответах. – М.: Издво стандартов, 1986. В медиатеке СЗТУ имеется учебный фильм «История развития метрологии». Средства обеспечения освоения дисциплины (ресурсы Internet): На сайте дистанционного обучения СЗТУ (http://www.de.nwpi.ru) имеются следующие учебные материалы: 1. Рабочая программа. Задания на контрольную работу. 2. И.Ф. Шишкин «Теоретическая метрология». (5,83МБ). 3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ Контрольная работа выполняется в виде реферата по одному из разделов (вопросов) программы. Например: − причины перехода к централизованному воспроизведению единицы (далее указывается одна из единиц SI);

11

− обоснование целесообразности перехода к децентрализованному воспроизведению единицы (указывается одна из единиц SI); − исследование возможности перехода к децентрализованному воспроизведению единицы (указывается одна из единиц SI); − предпосылки для децентрализации воспроизведения единиц (далее указывается несколько единиц SI);

− трудности на пути к децентрализации воспроизведения единицы (указывается одна из единиц SI) и пути их преодоления и т.д.

Реферат не должен быть простым переписыванием материала из источников, указанных в программе. Анализ в нём не должен подменяться обзором. Студент должен продемонстрировать глубокое знание предмета, умение самостоятельно мыслить, логично и аргументированно излагать свою точку зрения. Достигается это, как правило, в результате общения с преподавателем в часы аудиторных занятий и во время консультаций. Во время аудиторных занятий нужно согласовать с преподавателем тему реферата, его объём, обсудить список литературных источников, порядок изложения материала. В дальнейшем все возникающие вопросы обсуждаются и решаются на консультациях.

12

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие..............................................................................................……..... 3 1. Содержание дисциплины..................................................................…............ 5 1.1. Содержание дисциплины по ГОС.................................................…............ 5 1.2. Рабочая программа .........................................................................…............ 5 1.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения …........................…..........................….............. 9 1.4. Темы практических занятий…....................................................…......…..... 9 2. Библиографический список..................................................................……... 10 3. Задание на контрольную работу и методические указания к её выполнению.......................................…............. 10

Редактор М.Ю. Комарова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97. Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г. ________________________________________________________________________________

Подписано в печать . Формат 60×84 1/16 Б.кн.-журн. П.л. 0,75. Б.л. 0,375. РТП РИО СЗТУ. Тираж . Заказ . ____________________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186 Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5