Метрология, стандартизация и сертификация

МиНОБРНАУКИ РОССИИ

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА»

(БГТУ им. В.Г. Шухова)

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Ч. 1 «МЕТРОЛОГИЯ»

О.В. ПУЧКА

Белгород

УДК 006.072.025

ББК 65.31 - 80

П-91

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Белгородского университета потребительской кооперации В.С. Бессмертный

кандидат технических наук, профессор Белгородского университета потребительской кооперации В.А. Панасенко

кандидат технических наук, профессор Белгородского государственного технологического университета Е.А.Дороганов

Пучка, О. В.

П91 Метрология, стандартизация и сертификация: Учебно-методический комплекс/ О.В. Пучка. - Белгород: Изд-во БГТУ,2010.- 154 с.

В учебно-методическом комплексе изложены основы метрологии: термины, определения, основные понятия и постулаты метрологии, а также современные представления о метрологическом обеспечении производства. Издание включает специально подобранный по учебной и научно-технической литературе материал.

УМК предназначен для студентов старших курсов инженерного отделения бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению 200503 - Стандартизация и сертификация, 220501 - Управление качеством.

УМК публикуется в авторской редакции.

УДК 006.072.025

ББК 65.31-80

© Белгородский государственный

технологический университет

(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2011

Лекция № 1

МЕТРОЛОГИЯ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА

. Взаимосвязь видов деятельности, входящих в название дисциплины

Стандартизация и метрология, их взаимосвязанное развитие является главным условием повышения качества продукции.

Каждый из видов деятельности (стандартизация, метрология и сертификация) связан с двумя другими, но все три вида имеют общую часть - качество, что видно на рис. 1.1.

Рис 1.1. Система обеспечения качества

Действительно, по определению ИСО 8402, качество - совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворить установленные или предполагаемые потребности; а управление качеством - методы и деятельность оперативного характера, используемые для удовлетворения требований к качеству.

В Законе РФ «О техническом регулировании» указано, что сертификация осуществляется в целях (в том числе) подтверждения показателей качества продукции, заявленных изготовителем. Последний обязан обеспечивать соответствие своей продукции требованиям нормативных документов, на соответствие которым она была сертифицирована.

В свою очередь, стандартизация, в соответствии с этим законом определяется, как деятельность по установлению норм, правил и характеристик, проводится в целях (в том числе) обеспечения качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии, а также в целях обеспечения единства измерений. «…Нормативные документы по стандартизации на продукцию и услуги, подлежащие в соответствии с законодательством обязательной сертификации, должны содержать требования,. по которым осуществляется обязательная сертификация, методы контроля на соответствие этим требованиям». Государственный инспектор проводит «в соответствии с действующими нормативными документами по стандартизации отбор проб и образцов продукции и услуг для контроля их соответствия обязательным требованиям государственных стандартов с отнесением стоимости израсходованных образцов и затрат на проведение испытаний (анализов, измерений) на издержки производства проверяемых субъектов хозяйственной деятельности».

Подтверждением качества является сертификат, выданный органом, не зависящим ни от производителя, ни от потребителя - третьей стороной. Этот сертификат оформляется на основании положительных результатов испытаний на соответствие требованиям стандартов (в общем случае). Результаты испытаний, в свою очередь, основываются на достоверных результатах измерений во время испытаний, единство которых обеспечивается и гарантируется Российской системой измерений, основой которой является Государственная метрологическая служба России с ее государственными эталонами единиц физических величин. Таким образом, система измерений является объективным инструментом (в силу того, что государственные эталоны России регулярно сличаются с себе подобными международными и национальными эталонами других стран) для обеспечения и оценки качества продукции и услуг через стандарты, метрологическое обеспечение производства и испытаний.

Именно поэтому в статье 13 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» указано, что «государственный метрологический контроль и надзор, осуществляемые с целью проверки соблюдения метрологических правил и норм, распространяются на... обязательную сертификацию продукции и услуг, ... испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов Российской'. Федерации...».

Таким образом, из изложенного ясно, что только совокупность деятельности во всех трех видах - стандартизации, метрологии и сертификации - может обеспечить решение задачи обеспечения надлежащего качества продукции и услуг.

Метрология органически связана со стандартизацией, и эта связь выражается прежде всего в стандартизации единиц физических величин, системы государственных эталонов, средств измерений и методов поверок, в создании стандартных образцов свойств и состава веществ. В свою очередь стандартизация опирается на метрологию, обеспечивающую правильность и воспроизводимость результатов испытаний материалов и изделий.

         

2. Теоретические основы метрологии. Основные понятия и термины связанные с объектами и средствами измерений

Метрология возникла как наука о различных мерах и соотношениях между ними. Слово метрология образовано из двух греческих слов: «метрон» - мера и «логос» - учение, что буквально можно перевести как «учение о мерах».

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы, дают количественную характеристику окружающего нас мира, помогают раскрыть действующие в природе закономерности. Д. И. Менделеев, подчеркивая значение измерений для науки, писал, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять... точная наука немыслима без меры».

Измерения имеют большое значение в современном обществе. Они дают возможность обеспечить взаимозаменяемость узлов и деталей, совершенствовать технологию, безопасность труда и других видов человеческой деятельности, качество продукции.

Круг величин, подлежащих измерению, определяется разнообразием явлений, с которыми приходится сталкиваться человеку. Например, необходимость измерения длины, площади, объема, веса, механических, тепловых, электрических, световых и других величин.

Сравнение опытным путем измеряемой величины с другой, подобной ей, принятой за единицу, составляет общую основу любых измерений.

Разделом науки, изучающей измерения, является метрология.

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности; это одно из звеньев цепи между наукой и производством.

В метрологии решаются следующие основные задачи: разработка общей теории измерений единиц физических величин и их систем, разработка методов и средств измерений, методов определения

В настоящее время, в век ускоренного научно-технического прогресса, это понятие значительно расширено, так как, только обеспечив высокое качество измерений и контроля, можно достичь высокого качества продукции. При этом следует учитывать также юридические и экономические аспекты метрологической деятельности. В настоящее время метрология подразделяется по отраслям: строительная, медицинская, квантовая, спортивная и др. Однако для всех характерны единые принципы, а во многих случаях единые методы и способы.

Измерения являются одним из самых древних занятий в познавательной деятельности человека. Их возникновение относится к истокам материальной культуры человечества.

В древнейшие времена люди обходились только счетом однородных объектов - голов скота, числа воинов и тому подобное. Такой счет не требовал введения понятия физической величины и установления условных единиц измерения. Не было потребности в изготовлении и использовании специальных технических средств для проведения счета. Однако по мере развития общества появилась необходимость в количественной оценке различных величин - расстояний, веса, размеров, объемов и так далее. Эту оценку старались свести к счету, для чего выбирались природные и антропологические единицы. Например: время измерялось в сутках, годах; линейные размеры - в локтях, ступнях; расстояния - в шагах, сутках пути.

Человечество на всем протяжении своего развития сталкивалось с необходимостью определения и оценки характерных свойств предметов и явлений, которые его окружали. Причем, если вначале число этих свойств было ограниченным, а знания о них были элементарными (длина, масса, время), то с течением времени и развитием науки и техники информация о них резко увеличилось как количественно, так и качественно.

Позже, в процессе развития промышленности, были созданы специальные устройства - средства измерений, предназначенные для количественной оценки различных величин. Так появились часы, весы, меры длины и другие измерительные устройства.

Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения надлежащего качества и технического уровня выпускаемой продукции, обеспечения безопасной и безаварийной работы транспорта, для медицинских и экологических диагнозов и других важных целей. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Для их получения задействованы многие миллионы человек и большие финансовые средства. Примерно 15% общественного труда затрачивается на проведение измерений. По оценкам экспертов от 3 до 6% валового национального продукта (ВНП) передовых индустриальных стран тратится на измерения и связанные с ними операции.

Основа любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля или регулирования ― достоверная информация, которая может быть получена лишь путем измерения требуемых физических величин, параметров и показателей. И естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений. Современная наука и техника позволяют выполнять многочисленные и точные измерения, однако затраты на них становятся соизмеримыми с затратами на исполнительные операции.

В промышленности строительных материалов и строительном комплексе при изготовлении продукции (на технологических линиях) и монтаже строительных конструкций (на строительных площадках) особенно важны контрольно-измерительные операции, от достоверности которых зависят как качество продукции, так и безопасность жизни людей. Поэтому для студентов технологических и строительных специальностей знание основ метрологии необходимо.

На определенном этапе своего развития измерения стали причиной возникновения метрологии. Долгое время последняя существовала как описательная наука, констатирующая сложившиеся в обществе соглашения о мерах используемых величин. Развитие науки и техники привело к использованию множества мер одних и тех же величин, применяемых в различных странах. Так, расстояние в России измерялось верстами, а в Англии - милями. Все это существенно затрудняло сотрудничество между государствами в торговле, науке.

С целью унифицировать единицы физических величин, сделать их независимыми от времени и разного рода случайностей во Франции была разработана метрическая система мер. Эта система строилась на основе естественной единицы - метра, равного одной сорокамиллионной части меридиана, проходящего через Париж. За единицу массы принимался килограмм - масса кубического дециметра чистой воды при температуре + 4°С. Учредительное собрание Франции 26 марта 1791 г. утвердило предложения Парижской академии наук. Это явилось серьезной предпосылкой для проведения международной унификации единиц физических величин.

В 1832 г. К. Гаусс предложил методику построения систем единиц физических величин как совокупности основных и производных величин. Он построил систему единиц, названную абсолютной, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы: длины - миллиметр, массы - миллиграмм и времени - секунда.

В 1835 г. в России был издан указ "О системе Российских мер и весов", в котором были утверждены эталоны длины (платиновая сажень) и массы (платиновый фунт). В 1842 г. на территории Петропавловской крепости в Санкт-Петербурге в специально построенном здании открылось первое метрологическое учреждение России - Депо образцовых мер и весов. В нем хранились эталоны и их копии, изготавливались образцовые меры для передачи в другие города, проводились сличения российских мер с иностранными. Деятельность Депо регламентировалась "Положением о мерах и весах", которое положило начало государственному подходу к обеспечению единства измерений в стране. В 1848 г. в России вышла первая книга по метрологии - "Общая метрология", написанная Ф.И. Петрушевским. В этой работе описаны меры и денежные знаки различных стран.

В 1875 г. семнадцать государств, в том числе и Россия, на дипломатической конференции подписали Метрическую конвенцию, к которой в настоящее время примкнула 41 страна мира. Согласно этой конвенции устанавливается международное сотрудничество подписавших ее стран. Для этого было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ), находящееся в г.Севре близ Парижа. В нем хранятся международные прототипы ряда мер и эталоны единиц некоторых физических величин. В соответствии с конвенцией для руководства деятельностью МБМВ был учрежден Международный комитет мер и весов (МКМВ), в который вошли ученые из различных стран. Сейчас при МКМВ действуют семь консультативных комитетов: по единицам, определению метра, секунды, термометрии, электричеству, фотометрии и по эталонам для измерения ионизирующих излучений.

Очень много для развития отечественной метрологии сделал Д.И. Менделеев. Период с 1892 по 1917 г. называют менделеевским этапом развития метрологии. В 1893 г. на базе Депо образцовых мер и весов была утверждена Главная палата мер и весов, управляющим которой до последних дней жизни был Д. И. Менделеев. Она стала одним из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля.

До 1918 г. метрическая система внедрялась в России факультативно, наряду со старой русской и английской (дюймовой) системами. Значительные изменения в метрологической деятельности стали происходить после подписания Советом народных комиссаров РСФСР декрета "О введении международной метрической системы мер и весов". Внедрение метрической системы в России происходило с 1918 по 1927 г. После Великой Отечественной войны и до сего времени метрологическая работа в нашей стране проводится под руководством Государственного комитета по стандартам (Госстандарт).

В 1960 г. XI Международная конференция по мерам и весам, приняла Международную систему единиц физических величин - систему СИ. Сегодня метрическая система узаконена более чем в 124 странах мира.

Метрология делится на три самостоятельных и взаимно дополняющих раздела, основным из которых является "Теоретическая метрология". В нем излагаются общие вопросы теории измерений. Раздел "Прикладная метрология" посвящен изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований. В заключительном разделе "Законодательная метрология" рассматриваются комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений .

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии - это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

Академик Б.М. Кедров предложил так называемый "треугольник наук", в "вершинах" которого находятся естественные, социальные и философские науки. По этой классификации метрология попадает на сторону "естественные - социальные науки". Это связано с тем, что социальная значимость результатов, получаемых метрологией, очень велика. Например, отрицательные последствия от недостоверных результатов измерений в отдельных случаях могут быть катастрофическими. Правомерно и помещение метрологии на стороне "естественные - философские науки". Это обусловлено значением метрологии для теории познания.

Говоря о "месте" любой науки в системе наук, Б.М. Кедров указывал : "Место в системе наук выражает собой, во-первых, совокупность всех связей и отношений между данной наукой и непосредственно соприкасающимися с ней науками, а через них и с более отдаленными от нее, следовательно, со всей суммой человеческих знаний; это отвечает рассмотрению вопроса с его структурной стороны; во-вторых, определенную ступень развития научного познания, отражающую соответствующую ступень развития самого внешнего мира, а тем самым наличие переходов между данной наукой и непосредственно примыкающими к ней в общем ряду наук; это отвечает рассмотрению вопроса с его исторической или генетической стороны". Без измерений не может обойтись ни одна наука, поэтому метрология как наука об измерениях находится в тесной связи со всеми другими науками.

Основным понятием метрологии является измерение. Согласно ГОСТ 16263, измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.

Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. В этом смысле метрология как наука об измерениях занимает особое место среди остальных наук. Возможность измерения обуславливается предварительным изучением заданного свойства объекта измерений, построением абстрактных моделей как самого свойства, так и его носителя - объекта измерения в целом. Поэтому место измерения определяется не среди первичных (теоретических или эмпирических) методов познания, а среди вторичных (квантитативных), обеспечивающих достоверность измерения. С помощью вторичных познавательных процедур решаются задачи формирования данных (фиксации результатов познания). Измерение с этой точки зрения представляет собой метод кодирования сведений, получаемых с помощью различных методов познания, т.е. заключительную стадию процесса познания, связанную с регистрацией получаемой информации.

Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки.

Измерения обеспечивают получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой невозможно точное воспроизведение всех заданных условий технического процесса, обеспечение высокого качества изделий и эффективного управления объектом. Все это составляет технический аспект измерений.

Как и в любой науке, в метрологии необходимо сформулировать основные понятия, термины и постулаты, разработать учение о физических единицах и методологию. Данный раздел особенно важен ввиду того, что в основе отдельных областей измерений лежат специфические представления и в теоретическом плане области развиваются изолированно. При этих условиях недостаточная разработанность основных представлений заставляет решать аналогичные задачи, которые, по сути, являются общими, заново в каждой области.

Основные понятия и термины. Этот подраздел занимается обобщением и уточнением понятий, сложившихся в отдельных областях измерений с учетом специфики метрологии. Главной задачей является создание единой системы основных понятий метрологии, которая должна служить базой для ее развития. Значение системы понятий определяется значимостью самой теории измерений и тем, что указанная система стимулирует взаимопроникновение методов и результатов, наработанных в отдельных областях измерений.

Постулаты метрологии. В этом подразделе развивается аксиоматическое построение теоретических основ метрологии, выделяются такие постулаты, на основе которых можно построить содержательную и полную теорию и вывести важные практические следствия.

Учение о физических величинах. Основной задачей подраздела является построение единой системы физических величин, т.е. выбор основных величин системы и уравнений связи для определения производных величин. Система физических величин служит основой для построения системы единиц физических величин, рациональный выбор которой важен для успешного развития теории и практики метрологического обеспечения.

Методология измерений. В подразделе разрабатывается научная организация измерительных процессов. Вопросы метрологической методологии являются весьма существенными, поскольку она объединяет области измерений, различные по физической природе измеряемых величин и методам измерений. Это создает определенные трудности при систематизации и объединении понятий, методов и опыта, накопленного в различных областях измерений. К числу основных направлений работ по методологии относятся:

) переосмысление основ измерительной техники и метрологии в условиях существенного обновления арсенала методов и средств измерений и широкого внедрения микропроцессорной техники;

) структурный анализ измерительных процессов с системных позиций;

) разработка принципиально новых подходов к организации процедуры измерений.

Теория единства измерений (Теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров) - этот раздел традиционно является центральным в теоретической метрологии. Он включает в себя: теорию единиц физических величин, теорию исходных средств измерений (эталонов) и теорию передачи размеров единиц физических величин.

Теория единиц физических величин. Основная цель подраздела - совершенствование единиц физических величин в рамках существующей системы величин, заключающееся в уточнении и переопределении единиц. Другой задачей является развитие и совершенствование системы единиц физических величин, т.е. изменение состава и определений основных единиц. Работы в этом направлении проводятся постоянно на основе использования новых физических явлений и процессов.

Теория исходных средств измерений (эталонов). В данном подразделе рассматриваются вопросы создания рациональной системы эталонов единиц физических величин, обеспечивающих требуемый уровень единства измерений. Перспективное направление совершенствования эталонов - переход к эталонам, основанным на стабильных естественных физических процессах. Для эталонов основных единиц принципиально важным является достижение максимально возможного уровня для всех метрологических характеристик.

Теория передачи размеров единиц физических величин. Предметом изучения подраздела являются алгоритмы передачи размеров единиц физических величин при централизованном и децентрализованном их воспроизведении. Указанные алгоритмы должны быть основаны как на метрологических, так и на технико-экономических показателях.

Теория построения средств измерений. В разделе обобщается опыт конкретных наук в области построения средств и методов измерений. В последние годы все большее значение приобретают знания, накопленные при разработке электронных средств измерений электрических и особенно неэлектрических величин. Это связано с бурным развитием микропроцессорной и вычислительной техники и ее активным использованием при построении средств измерений, что открывает новые возможности при обработке результатов. Важной задачей является разработка новых и совершенствование известных измерительных преобразователей.

Теория точности измерений. В данном разделе метрологии обобщены методы, развиваемые в конкретных областях измерений. Он состоит их трех подразделов: теории погрешностей, теории точности средств измерений и теории измерительных процедур.

Теория погрешностей. Этот подраздел является одним из центральных в метрологии, поскольку результаты измерений объективны настолько, насколько правильно оценены их погрешности. Предметом теории погрешностей является классификация погрешностей измерений, изучение и описание их свойств. Сложившееся исторически деление погрешностей на случайные и систематические, хотя и вызывает справедливые нарекания, тем не менее продолжает активно использоваться в метрологии. Как известная альтернатива такому делению погрешностей может рассматриваться развиваемое в последнее время описание погрешностей на основе теории нестационарных случайных процессов. Важной частью подраздела является теория суммирования погрешностей.

Теория точности средств измерений. Подраздел включает: теорию погрешностей средств измерений, принципы и методы определения и нормирования метрологических характеристик средств измерений, методы анализа их метрологической надежности.

Теория погрешностей средств измерений наиболее детально разработана в метрологии. Значительные знания накоплены и в конкретных областях измерений, на их основе развиты общие методы расчета погрешностей средств измерений. В настоящее время в связи с усложнением средств измерений, развитием микропроцессорных измерительных устройств актуальной стала задача по расчету погрешностей цифровых средств измерений вообще и измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов в частности.

Принципы и методы, определения и нормирования метрологических характеристик средств измерений достаточно хорошо разработаны. Однако они требуют модификации с учетом специфики метрологии и в первую очередь тесной связи определения метрологических характеристик СИ с их нормированием. К числу не до конца решенных задач следует отнести определение динамических характеристик средств измерений и градуировочных характеристик первичных измерительных преобразователей. По мере совершенствования средств обработки электрических измерительных сигналов наиболее существенные метрологические проблемы концентрируются вокруг выбора первичного преобразователя. Ввиду разнообразия принципов действия и типов средств измерений, а также повышения требуемой точности измерений появляется проблема выбора нормируемых метрологических характеристик средств измерений.

Теория метрологической надежности средств измерений по своей целевой направленности связана с общей теорией надежности. Однако специфика метрологических отказов и, прежде всего, непостоянство во времени их интенсивности делают невозможным автоматическое перенесение методов классической теории надежности в теорию метрологической надежности. Необходима разработка специальных методов анализа метрологической надежности средств измерений.

Теория измерительных процедур. Повышение сложности измерительных задач, постоянный рост требований к точности измерений, усложнение методов и средств измерений обуславливают проведение исследований, направленных на обеспечение рациональной организации и эффективного выполнения измерений. При этом главную роль играет анализ измерений как совокупности взаимосвязанных этапов, т.е. как процедуры. Подраздел включает теорию методов измерений; методы обработки измерительной информации; теорию планирования измерений; анализ предельных возможностей измерений.

Теория методов измерений - подраздел, посвященный разработке новых методов измерений и модификации существующих, что связано с ростом требований к точности измерений, диапазонам, быстродействию, условиям проведения измерений. С помощью современных средств измерений реализуются сложные совокупности классических методов. Поэтому остается актуальной традиционная задача совершенствования существующих методов и исследования их потенциальных возможностей с учетом условий реализации.

Методы обработки измерительной информации, используемые в метрологии, основываются на методах, которые заимствуются из математики, физики и других дисциплин. В связи с этим актуальна задача обоснованности выбора и применения того или иного способа обработки измерительной информации и соответствия требуемых исходных данных теоретического способа тем, которыми реально располагает экспериментатор.

Теория планирования измерений - область метрологии, которая весьма активно развивается. К числу ее основных задач относятся уточнение метрологического содержания задач планирования измерений и обоснование заимствований математических методов из общей теории планирования эксперимента.

Анализ предельных возможностей измерений на данном уровне развития науки и техники позволяет решить такую главную задачу, как исследование предельной точности измерений при помощи конкретных типов или экземпляров средств измерений.

Лекция № 2

СТРУКТУРА И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ГОСУДАРСТВЕННОЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ РОССИИ

Метрология по своей сути интернациональная наука, требующая постоянного международного сотрудничества специалистов - метрологов.

          Любые измерения, кем бы они не были выполнены, должны быть сопоставимы. В основе любых испытаний продукции, ее сертификации, аккредитации соответствующих метрологических органов лежат национальные системы измерений. Признание результатов национальных систем измерений становится все более важной задачей взаимодействия международных метрологических организаций.

          В большинстве стран мира мероприятия по обеспечению единства измерений устанавливается законодательно.

          В Великобритании эта деятельность определена законом «О мерах и весах» (1988 г.); в Германии - Конституцией и законами «Об измерительном деле и поверке» (1985 г.), «Об единицах измерений и измерительном деле» (1985 г.); в США - Конституцией и законами «О фасовке и хранении товаров» (1966 г.) «О международной системе» (1966 г.) и др.; Во Франции - законом «О метрической системе и поверке средств измерений» (1985 г.); в Японии - законом «Об измерениях» (1922 г.).

. Правовые, организационные, научные и методические основы обеспечения единства измерений

Положения теоретической и практической метрологии направлены на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений (СИ), требуют регламентации и контроля со стороны государства. К таким положениям, в частности, относятся: выбор основных физических величин; установление размеров основных единиц и правила образования производных единиц; способ воспроизведения и передачи информации о размере единиц; выбор нормируемых метрологических характеристик СИ; установление норм точности СИ и ограничение точности измерений; выбор методик измерений; деятельность метрологических служб; организация государственного метрологического контроля.

В Российской Федерации общие правила и требования в области метрологии изложены в Законе «Об обеспечении единства измерений».

На основании требований этого Закона разработаны конкретные положения в области законодательной метрологии, которые регламентируются нормативными документами, такими, как стандарты, правила, рекомендации и др.

Комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

Нормативную базу метрологии составляют:

1 Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»;

2 государственные стандарты (ГОСТ, ГОСТ Р) системы ГСИ;

3 правила (ПР) системы ГСИ, утверждаемые Госстандартом;

4 рекомендации (МИ) системы ГСИ, утверждаемыми руководством государственных метрологических научных центров.

В целом ГСИ насчитывает более 2400 НД (стандартов, правил, рекомендаций). 75% от всей нормативной базы составляют МИ. Широкое распространение МИ объясняется возможностью их разработки в более короткие сроки и при меньшей стоимости, чем стандартов.

В 1999 г. разработан базовый основополагающий стандарт ГОСТ " 8.000 ГСИ. Основные положения.

Закон РФ «Об обеспечение единства измерений»

(Принят Закон РФ от 27 апреля 1993 г. N 4871-1 "Об обеспечении единства измерений")

Настоящий Закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в Российской Федерации, регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

Раздел I. Общие положения

Статья 1. Основные понятия

Для целей настоящего Закона применяются следующие основные понятия:

единство измерений;

средство измерений;

государственный эталон единицы величины;

нормативные документы по обеспечению единства измерений ;

метрологическая служба;

метрологический контроль и надзор;

поверка средства измерений;

калибровка средства измерений;

сертификат об утверждении типа средств измерений;

аккредитация на право поверки средств измерений;

лицензия на изготовление (ремонт, продажу, прокат) средств измерений;

сертификат о калибровке.

Статья 2. Законодательство Российской Федерации об обеспечении единства измерений

Статья 3. Международные договоры

Статья 4. Государственное управление обеспечением единства измерений Статья 5. Нормативные документы по обеспечению единства измерений

Раздел II. Единицы величин. Средства и методики выполнения измерений

Статья 6. Единицы величин

Статья 7. Государственные эталоны единиц физических величин.

Статья 8. Средства измерении

Статья 9. Методики выполнения измерений

Раздел III. Метрологические службы

Статья 10. Государственная метрологическая служба и иные государственные службы обеспечения единства измерений

Статья 11. Метрологические службы государственных органов управления Российской Федерации и юридических лиц

Раздел IV. Государственный метрологический контроль и надзор

Статья 12. Виды государственного метрологического контроля и надзора

Статья 13. Сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора

Статья 14. Утверждение типа средств измерений

Статья 15. Поверка средств измерений

Статья 16. Лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений

Статья 17. Государственный метрологический надзор за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами, соблюдением метрологических правил и норм

Статья 18. Государственный метрологический надзор за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций.

Статья 19. Государственный метрологический надзор за количеством
фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.

Статья 20. Права и обязанности государственных инспекторов по обеспечению единства измерений

Статья 21. Ответственность государственных инспекторов

Статья 22. Содействие государственному инспектору

Раздел V. Калибровка и сертификация средств измерений

Статья 23. Калибровка средств измерений Статья 24. Сертификация средств измерений

Раздел VI. Ответственность за нарушение положений

настоящего закона

Статья 25. Уголовная, административная либо гражданско-правовая ответственность

Раздел VII. Финансирование работ по обеспечению единства измерений

Статья 26. Обязательное государственное финансирование Статья 27. Оплата метрологических работ и услуг

. Структура и деятельность Государственной метрологической службы

         

Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт).

          Согласно закону № 4871, к компетенции Росстандарта относится:

5 межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений в Российской Федерации;

6 представление Правительству Российской Федерации предложений по единицам величин, допускаемых к применению;

7 установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

8 определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

9 осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

10осуществление контроля за соблюдением международных договоров Российской Федерации о признании результатов испытаний и поверки СИ;

11руководство деятельностью Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения единства измерений;

12участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

          Важнейшее условие обеспечения единства измерений - единообразие СИ, определяющим фактором которого является градуировка СИ в указанных единицах физических величин.

          Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) - комплекс установленных стандартами взаимосвязанных правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений.

Государственная метрологическая служба Российской Федерации (ГМС) представляет собой совокупность государственных метрологических органов и создана для управления деятельностью по обеспечению единства измерений.

Различают следующие метрологические службы: Государственная метрологическая служба; Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли; Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; Государственная служба стандартных справочных данных 0 физических константах и свойствах веществ и материалов; метрологические службы государственных органов управления Российской Федерации; метрологические службы юридических лиц.

Технической основой ГСИ являются:

13система государственных эталонов единиц и шкал физических величин - эталонная база страны,

14система передач размеров единиц и шкал физических величин от эталонов ко всем СИ с помощью средств поверки;

15система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих СИ, обеспечивающих исследование, разработку, определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов;

16система обязательных государственных испытаний СИ, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза из-за границы партиями;

17система государственной и ведомственной метрологической аттестации и поверки СИ;

18система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

19система стандартных данных о физических понятиях и свойствах веществ и материалов.

          Государственная метрологическая служба находится в ведении Федерального агентства по техническому регулированию и метрологию (Росстандарт) - правоприемник Госстандарта России и включает:

20государственные научные метрологические центры;

21метрологические подразделения центров стандартизации и метрологии;

22органы государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономных областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

К числу государственных метрологических центров относятся:

·   Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС, г. Москва);

·   НПО «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева» (ВНИИМ, г. Санкт-Петербург);

·   НПО «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радио-технических измерений» (ВНИИФТРИ, пос. Менделеева, Московская обл.);

·   НПО «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ВНИИОФИ);

·   Сибирский государственный НИИ метрологии (СНИИМ, г. Новосибирск);

·   Уральский НИИметрологии (УНИИМ, г. Екатеринбург).

Росстандарт осуществляет также руководство Государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

          Государственные испытания СИ - одно из основных направлений деятельности метрологической службы страны. Система государственных испытаний включает этапы разработки, изготовления и выпуска в обращение в стране СИ, направлена на быстрейшее внедрение новой измерительной техники.

          Система государственных испытаний СИ включает комплекс правил, положений, требований и норм научно-технического, экономического и правового характера, определяющих цели и задачи испытаний, организацию и методику работ по испытаниям, порядок оформления, рассмотрения и утверждения результатов, контроля за выпуском СИ.

          Нормативной основой изготовления, государственных испытаний и метрологической аттестации СИ являются Законы Российской Федерации, постановления Правительства страны, ГОСТы и нормативно-технические документы (НД).

          Основные задачи государственных испытаний СИ:

1 установление соответствия СИ требованиям заказчика;

2 объективная оценка метрологических, технико-экономических и эксплуатационных свойств СИ;

3 определение целесообразности и возможности производства средств измерений в стране, а также необходимости и целесообразности их ввоза из-за границы партиями;

4 проверка обеспеченности СИ НТД по поверке, средствам поверки и ремонтам, а также проверка правильности выбора методов и средств поверки;

поверка соответствия выпускаемых и ввозимых из-за границы СИ требованиям НД.

. Международные метрологические организации

          В законе Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» указано, что если международным договором Российской Федерации установлены иные правила, чем, те, которые содержатся в законодательстве Российской Федерации об обеспечении единства измерений, то применяются правила международного договора.

          В настоящее время в области метрологии функционируют следующие международные организации:

·   Метрическая конвенция «Для обеспечения международного единства и усовершенствования метрологической системы»; впервые была подписана в 1875 году, куда входило 17 государств, в том числе Россия; в настоящее время членами Метрической конвенции являются 48 государств;

·   Международное бюро мер и весов (МБМВ), созданное почти одновременно с подписанием метрической конвенции; в настоящее время координирует деятельность метрологических организаций более чем 100 стран; хранит международные прототипы метра и килограмма, имеет международные эталоны электрических измерений, единиц ионизирующих излучений, организует периодические сличения национальных эталонов длины, массы, ЭДС, электрического сопротивления и др. Руководство деятельностью МБМВ осуществляет Международный комитет по мерам и весам.

·   Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ); создана в 1956 г., членами которой являются более 85 стран мира; разрабатывает общие вопросы законодательной метрологии: установление классов точности средств измерений; обеспечение единообразия типов, образцов и систем измерительных приборов, рекомендации по их испытаниям с целью установления единообразия метрологических характеристик средств измерений независимо от страны - изготовителя; порядок поверки и калибровки средств измерений и др.;

·   Международная конференция по измерительной технике и приборостроению (ИМЕКО); образована в 1958г. как научная консультативная организация, проводящая международные конгрессы и семинары по актуальным проблемам и задачам развития измерительной и диагностической техники;

·   Генеральная конференция по мерам и весам, которая собирается в среднем раз в 4 года; принимает общие решения, наиболее важные для развития метрологии и измерительной техники.

Созданы также региональные международные метрологические организации:

·   Европейская организация по метрологии (ЕВРОМЕТ);

·   Организация по метрологии Центральной и Восточной Европы (КООМЕТ);

Межгосударственная научно-техническая комиссия по метрологии, которая координирует работы в области метрологии стран СНГ.

4.       Государственный метрологический контроль и надзор

Метрологический контроль и надзор - это деятельность, осуществляемая органом государственной метрологической службы или юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм.

          Государственный метрологический контроль и надзор осуществляется Государственной метрологической службой Ростехрегулирования.

          Государственный метрологический контроль включает:

1 утверждение типа СИ;

2 поверку СИ, в том числе эталонов;

3 лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату СИ.

          Государственный метрологический надзор осуществляется:

4 за выпуском, состоянием и применением СИ, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;

5 за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;

6 за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.

          В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации № 100 от 12.02.1994 г. для осуществления государственного контроля и надзора за соблюдением субъектами хозяйственной деятельности установлены подведомственные Росстандарту территориальные центры стандартизации и метрологии, выполняющие, в том числе, функции органов государственной метрологической службы.

Лекция № 3

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.       Метрологическое обеспечение производства

Метрологическое обеспечение производства - это систематическое выполнение определенных функций, соблюдение правил и требований, направленных на повышение надежности и точности измерений в процессе проектирования, изготовления и эксплуатации строительной продукции (рис.3.1).

          Научной основой метрологического обеспечения являются:

·   эталоны и образцовые средства измерений (СИ);

·   общая теория измерений;

·   единицы физических величин и их системы;

·   методы и средства измерений;

·   методы определения точности измерений;

·   методы передачи размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений;

·   основы обеспечения единства измерений и единого образца средств измерений.

Метрологическое обеспечение включает:

·   систему государственных эталонов единиц физических величин, обеспечивающую воспроизведение единиц с наивысшей точностью;

·   систему передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем СИ с помощью образцовых, рабочих СИ и других средств поверки;

·   систему разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих СИ, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, научных исследований и других видов деятельности;

·   обязательные государственные испытания или метрологическую аттестацию СИ, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза их с других стран партиями, обеспечивающими единообразие СИ;

·   обязательную государственную или ведомственную поверку СИ;

·   стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающих воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и строительных материалов;

·   систему стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, обеспечивающую достоверными данными научные исследования, разработку технологических процессов и конструкций изделий.

Главная задача метрологического обеспечения заключается в оснащении контрольных испытаний необходимыми средствами измерений, обеспечение точности и достоверности измерений. Решать эту задачу необходимо на всех стадиях от проектирования до изготовления и контроля качества продукции. При этом метрологическое обеспечение реализуется решением следующих задач:

·   разработка рекомендаций по выбору средств измерений и установление их рациональной номенклатуры для предприятия;

·   контроль за состоянием и применением средств измерений;

·   организация учета, хранения, ремонта и поверки, аттестации средств измерений;

·   разработка и внедрение методик измерений;

·   установление рациональной номенклатуры измеряемых параметров, их норм точности и условий достоверности;

·   метрологическая экспертиза нормативной документации (НД);

·   разработка и внедрение НД по метрологическому обеспечению;

·   разработка планов мероприятий по метрологическому обеспечению.

Состояние метрологического обеспечения строительства и промышленности строительных материалов определяет необходимый уровень достоверности измерений, обусловленный соответствующими стандартами и проектной документацией.

Состояние метрологического обеспечения обусловливает возможность достижения уровня достоверности измерений и требований, определяемые проектной документацией и стандартами. Точное изготовление изделий и конструкций сохраняет или полностью исключает подгонку деталей, экономит расход металла, цемента и других строительных материалов.

. Метрологическое обеспечение при реконструкции и расширении предприятий

Метрологическое обеспечение при реконструкции и расширении предприятий, обследовании, ремонте и модернизации зданий и сооружений аналогично новому строительству. Но условия и характер проводимых работ при этом имеют некоторые особенности:

·   повышение доли измерительных работ, связанных с диагностикой состояния зданий, сооружений, конструкций;

·   дополнительные испытания, исследования и при необходимости усиление грунтов и оснований;

·   определение положения подземных инженерных сетей, скрытых проводок, внутренних дефектов металлических и железобетонных конструкций и изделий;

·   проведение работ в стесненных условиях, производство исполнительных съемок и части обследований без остановки основного производства промышленных предприятий;

·   работа в загазованной и запыленной атмосфере, при воздействии сильного шума, вибрации, высокой влажности и температуры, электромагнитных полей, тепловизоры, термощупы и т.п.

Поэтому в условиях обследования и ремонта зданий и сооружений расширяется номенклатура применяемых средств измерений, в том числе по контролю за техникой безопасности работ.

Рис.3.1 Вариант функциональной структуры метрологического обеспечения строительства и промышленности строительных материалов

3. Структура и функции метрологической службы предприятия (организации, учреждения)

Метрологическая служба - это совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Основные функции измерений в строительной индустрии:

·   учет продукции, исчисляемой по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии и т.д.;

·   измерения физических величин, технических параметров, характеристик процессов, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытании и контроле строительных конструкций, при обследовании зданий и сооружений;

·   измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов, особенно автоматизированных производств.

Метрологическая служба предприятий строительного профиля является одной из структурных частей системы управления качеством строительства, строительных материалов и конструкций; осуществляет свою деятельность в тесном контакте со службами стандартизации, технической инспекции, госприемки и пр.

Основной задачей метрологической службы строительной организации является обеспечение единства и достоверности измерений путем повсеместного соблюдения нормативной документации, технологии и организации строительного производства, внедрения методик измерений, обеспечивающих их оперативность, постоянного контроля за состоянием и применением средств измерений, совершенствования всех форм метрологического обеспечения.

При управлении качеством строительства для обеспечения требуемой точности и высокой надежности контрольно-измерительных испытаний необходимо строгое выполнение следующих условий:

·   в технической документации должно быть предусмотрено необходимое количество контрольных испытаний с указанием методов и средств измерений, обеспечивающих требуемую точность измерений параметров в зданиях и сооружениях;

·   все измерительные приборы, применяемые при выполнении контрольных операций, должны поверяться через строго установленные промежутки времени, гарантирующие их точные характеристики в установленных пределах;

·   для всех применяемых методов измерений должна быть использованы документальные методики с гарантией их адекватности для соответствующих целей, необходимые условия выполнения измерений и способы обработки результатов измерений;

·   все строительные участки и комплексы должны быть обеспечены необходимыми измерительными приборами;

·   при выполнении измерительных процессов должны использоваться средства и методы измерений, указанные в технической документации;

·   измерения должны выполняться квалифицированными работниками, имеющими специальную подготовку.

Несоблюдение хотя бы одного из перечисленных условий приводит к получению неверных или недостаточно надежных результатов с соответствующими последствиями.

Виды измерений и объем контрольно-измерительных операций в строительстве очень велики. Только в строительно-монтажном производстве необходимо измерять и контролировать около шестисот параметров:

·   линейные - 210;

·   угловые - 60;

·   измерения с помощью геодезических приборов - 100;

·   температурные - 55;

·   измерения массы, объема - 40;

·   измерение вибрации, скорости, времени - 25;

·   механические измерения (силы, твердости, прочности, давления, упругости) - 35;

·   кинетические (вязкость, текучесть) - 10;

·   измерение и контроль свойств грунтов - 50;

·   измерение физико-химических и акустических свойств - 50.

В строительном производстве и промышленности строительных материалов деятельность метрологических служб тесно связаны с технологией.

Структура и численность метрологической службы строительной организации (объединения, треста, ДСК и приравненных к ним организаций) устанавливаются в зависимости от объема и характера СМР, числа эксплуатируемых средств измерений, их загрузки и других определяющих факторов.

Для небольшой строительной организации при незначительном числе контрольных измерений и несложных по выполнению работу по метрологическому обеспечению могут выполнить один - два человека (ответственные за метрологическое обеспечение). С ростом объемов СМР, усложнением измерительных операций и увеличением их числа увеличивается соответственно численность метрологической службы, расширяются ее функции, что влияет на структуру метрологической службы.

В строительных организациях и на предприятиях рекомендуется создавать отделы метрологии, структура которых определяется для каждого конкретного случая (рис. 3. 2).

Ремонтно-поверочная лаборатория может обслуживать несколько организаций, предприятий и создается на базе организации, имеющей значительный парк средств измерений.

В низовых организациях (СУ, СМУ, ПМК и др.) создаются контрольно-измерительные пункты (КИП) и назначаются ответственные за правильную эксплуатацию и состояние средств измерений.

Рис.3.2 . Структура метрологической службы предприятия.

В особых условиях, например при строительстве линейных сооружений большой протяженности, территориальном разбросе строительных объектов, оказываются полезными передвижные ремонтно-поверочные лаборатории по образцу передвижных строительных лабораторий, которые с целью эффективности могут быть объединены.

Все службы и участки, где имеется измерительная техника, закрепляются за отдельными работниками метрологической службы (группой надзора).

Структуру, показанную на рис.2, не следует рассматривать как общеобязательную, в каждом конкретном случае она может быть усложнена или, наоборот, упрощена. Основным критерием при выборе той или иной структуры и численности метрологической службы следует считать ее экономическую целесообразность,

На метрологическую службу строительной организации в зависимости от ее численности и состава возлагаются следующие обязанности:

постоянный анализ метрологического обеспечения строительного производства и разработка предложений и мероприятий по его совершенствованию;

разработка и проведение мероприятий по внедрению нормативных документов, регламентирующих нормы точности измерений, характеристика средств измерений, методики их выполнения, методы и средства поверки;

проведение метрологической экспертизы проектов стандартов, конструкторской, технологической и другой нормативной документации, разрабатываемой и применяемой в организации;

участие в выборе а назначении средств измерении в методик их выполнения для обеспечения контроля и управления технологическими процессами СМР, входного и приемочного контроля;

разработка планов внедрения новой измерительной техники и контроль за реализацией этих планов другими службами и подразделениями организации;

участие в разработке технических заданий на проектирование и изготовление средств измерений специального назначения, их аттестации и поверке;

участие совместно с другими службами организации в анализе причин нарушения технологических процессов, режимов, непроизводительных затрат и других потерь в производстве с целью выявления и устранения этих причин, в том числе связанных с нарушением метрологической дисциплины;

организация и обеспечение своевременной поверки средств измерений и их ремонта;

определение межповерочных интервалов, составление графиков поверки в согласование их при необходимости с органами Росстандарта;

выполнение высокоточных и сложных измерений;

изучение эксплуатационных свойств средств измерений, представление материалов по итогам этой работы в головную и базовые организации и местные организации Росстандарта;

ведение учета средств измерений, создание и обеспечение работы обменного и прокатного фонда средств измерений и испытаний, участие в определении потребности в средствах измерений, их перераспределении внутри организаций;

участие в рабочих комиссиях по аттестации качества продукции;

определение технико-экономической эффективности внедрения новых средств, методов измерений и других мероприятий метрологического характера;

организация работы по подготовке и повышению квалификации работников организации, связанных с выполнением измерений или использующих их результаты.

В организациях с небольшим парком средств измерений на лиц, отвечающих за метрологическое обеспечение, возлагаются :

—      ведение технического учета средств измерений;

—      контроль за соблюдением графиков поверок;

—      представление средств измерений в ремонт и на проверку.

Кроме отдела главного метролога и лиц, ответственных за метрологическое обеспечение, в структурную схему метрологической службы строительных организаций и предприятий входят следующие подразделения и службы, эксплуатирующие контрольно-измерительные приборы и оборудование:

строительные лаборатория (СЛ);

геодезическая служба (ГС);

отдел (служба) главного энергетика (ОГЭ);

отдел (служба) главного механика (ОГМ);

отдел (служба) главного технолога (ОГТ);

отдел технического контроля (ОТК);

контрольно-измерительные пункты (КИП).

Структура и штаты метрологической службы утверждаются применительно к типовым структурам и нормативной численности министерств (ведомств), их организаций и предприятий с учетом характера и объемов работ, возлагаемых на метрологическую службу.

Все отделы и подразделения строительных организаций (должностные лица), эксплуатирующие средства измерений, испытаний и контроля, должны:

вести учет находящихся в эксплуатации средств измерения;

следить за соблюдением графиков государственной и ведомственной поверки и ремонта средств измерений;

представлять главному метрологу рекламации о некачественных средствах измерений и недостатках НД на них;

по требованию метрологической службы представлять необходимые материалы и сведения, относящиеся к метрологическому обеспечению;

вносить в метрологическую службу предложения о списании пришедших в негодность средств измерений;

вносить предложения (заявки) о необходимости разработки, производства, приобретения средств измерений по номенклатуре количеству, а также разработки методов измерений в нормативной документации;

приобретать и хранить документы, относящиеся к эксплуатации средств измерений;

следить за соответствием применяемых средств измерений нормам точности, изложенным в стандартах и другой нормативной документации;

—      подавать заявки в метрологическую службу на проведение высокоточных измерений.

Помимо этих общих обязанностей на отдельные структурные подразделения возлагается:

на строительную лабораторию

разработка и совершенствование методов испытаний и лабораторного контроля материалов, изделий, конструкций;

—      контроль и учет совместно с ОГТ и ОТК норм расхода материалов;

проведение работ по внедрению количественных методов определения показателей качества взамен визуальных;

сбор сведений по эксплуатационным (потребительским) свойствам строительной продукции и по показателям качества;

на службу главного технолога

разработка предложений по обеспечению технологических процессов' средствами контроля;

контроль совместно с СЛ и ОТК соблюдения норм расхода материалов и разработка предложений по их экономии;

анализ и регулировка технологических процессов в отношения стабильности показателей качества;

анализ технологической документации на предмет обеспеченности процессов средствами измерений;

на отдел главного механика

своевременный ремонт технологического оборудования;

разработка совместно с метрологической службой норм и методов поверки оборудования на технологическую точность;

регулирование совместно с ОГТ и МС технологических процессов по результатам контроля;

на службы комплектации

своевременное обеспечение организаций средствами измерений организаций и предприятий;

участие в списании пришедших в негодность средств измерений.

Плановый отдел обеспечивает финансирование включенных в план работ по метрологическому обеспечению, обучение и повышение квалификации специалистов, занятых на измерительных операциях, которое может проводиться в учебных комбинатах. Расчеты эффективности метрологических мероприятий выполняет лаборатория экономического анализа.

Лекция 4

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

1.       Понятие свойства и физической величины

Объектами измерений являются свойства объективных реальностей (тел, веществ, явлений, процессов). Свойство - это выражение какой-либо стороны вещи или явления. Каждая вещь обладает множеством свойств, в которых проявляется ее качество. Одни свойства существенны, другие несущественны. Изменение существенных свойств равнозначно изменению качественного состояния вещи или явления.

Технологическая деятельность человека связана с измерением различных физических величин.

Физическая величина - это характеристика одного из свойств физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.

Значение физической величины - это оценка ее величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц или числа по принятой для нее шкале. Например, 120 мм - значение линейной величины; 75 кг - значение массы тела, НВ190 - число твердости по Бринеллю.

Различают истинное значение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношении свойства измеряемого объекта, и действительное, найденное экспериментально, но которое достаточно близко к истинному значению физической величины и может быть использовано вместо действительного.

Измерением физической величины называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу, или воспроизводящую шкалу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, наиболее удобной для использования.

В теории измерений принято, в основном, пять типов шкал: наименования, порядка, интервалов, отношений и абсолютная.

Шкалы наименований характеризуются только отношением эквивалентности. По своей сути она является качественной, не содержит нуля и единицы измерения. Примером такой шкалы является оценка цвета по наименованиям (атласы цветов). Так как каждый цвет имеет множество вариаций, то такое сравнение может выполнить только опытный эксперт, обладающий соответствующими зрительными возможностями.

Шкалы порядка характеризуются отношением эквивалентности и порядка. Для практического использования такой шкалы необходимо установить ряд эталонов. Классификация объектов осуществляется сравнением интенсивности оцениваемого свойства с его эталонным значением. К шкалам порядка относятся, например, шкала землетрясений, шкала силы ветра, шкала твердости тел и т. п.

Шкала разностей отличается от шкалы порядка тем, что кроме отношений эквивалентности и порядка добавляется эквивалентность интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойства. Она имеет условные нулевые значения, а величина интервалов устанавливается по согласованию. Характерным примером такой шкалы является шкала интервалов времени. Интервалы времени можно суммировать (вычитать).

Шкалы отношений описывают свойства, к которым применимы отношения эквивалентности, порядка и суммирования, а, следовательно, вычитания и умножения. Эти шкалы имеют естественное нулевое значение, а единицы измерений устанавливаются по согласованию. Для шкалы отношений достаточно одного эталона, чтобы распределить все исследуемые объекты по интенсивности измеряемого свойства. Примером шкалы отношений является шкала массы. Масса двух объектов равна сумме масс каждого из них.

Абсолютные шкалы обладают всеми признаками шкал отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам (отношениям одноименных физических величин, описываемых шкалами отношений). Среди абсолютных шкал выделяются абсолютные шкалы, значения которых находятся в пределах от 0 до 1. Такой величиной является, например, коэффициент полезного действия.

Большинство свойств, которые рассматривают в метрологии, описывается одномерными шкалами. Однако имеются свойства, описание которых может быть выполнено только с применением многомерных шкал. Например, трехмерные шкалы цвета в колориметрии.

Практическая реализация шкал конкретных свойств достигается путем стандартизации единиц измерений, шкал и (или) способов и условий их однозначного воспроизведения. Понятие неизменной для любых точек шкалы единицы измерений имеет смысл только для шкал отношений и интервалов (разностей). В шкалах порядка можно говорите только о числах, приписанных конкретным проявлениям свойства. Говорить о том, что такие числа отличаются в такое-то число раз или на столько-то процентов, нельзя. Для шкал отношений и разностей иногда недостаточно установить только единицу измерений. Так, даже для таких величин, как время, температура, сила света (и другие световые величины), которым в Международной системе единиц (SI) соответствуют основные единицы - секунда, Кельвин и кандела, практические системы измерений опираются также на специальные шкалы. Кроме того, сами единицы SI в ряде случаев базируются на фундаментальных физических константах.

В этой связи можно выделить три вида физических величин, измерение которых осуществляется по различным правилам.

К первому виду физических величин относятся величины, на множестве размеров которых определены лишь отношения порядка и эквивалентности. Это отношения типа «мягче», «тверже», «теплее», «холоднее» и т. д.

К величинам такого рода относятся, например, твердость, определяемая как способность тела оказывать сопротивление проникновению в него другого тела; температура как степень нагретости тела и т. п.

Существование таких отношений устанавливается теоретически или экспериментально с помощью специальных средств сравнения, а также на основе наблюдений за результатами воздействия физической величины на какие-либо объекты.

Для второго вида физических величин отношение порядка и эквивалентности имеет место как между размерами, так и между разностями в парах их размеров. Так, разности интервалов времени считаются равными, если расстояния между соответствующими отметками равны.

Третий вид составляют аддитивные физические величины.

Аддитивными физическими величинами называются величины, на множестве размеров которых определены не только отношения порядка и эквивалентности, но операции сложения и вычитания. К таким величинам относятся длина, масса, сила тока и т. п. Их можно измерять по частям, а также воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании отдельных мер. Например, сумма масс двух тел - это масса такого тела, которое уравновешивает на равноплечих весах первые два.

2.       Понятие о системе физических величин

Множество физических величин представляют собой некоторую систему, в которой отдельные величины связаны между собой системой уравнений.

Система физических величин - это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Система физических величин содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы.

Основная физическая величина - это физическая величина, входящая в систему единиц и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Производная единица системы единиц - единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами.

Производная единица называется когерентной, если в этом уравнении числовой коэффициент принят равным единице. Соответственно, система единиц, состоящая из основных единиц и когерентных производных, называется когерентной системой единиц физических величин.

Для каждой физической величины должна быть установлена единица измерения.

Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин.

Кроме основных и производных физических величин различают кратные, дольные, когерентные, системные и внесистемные единицы.

Размерность физической величины - выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных физических величин в различных степенях и отражающее связь данной величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные, и с коэффициентом пропорциональности, равным единице.

Степени символов основных величин, входящих в одночлен, могут быть целыми, дробными, положительными и отрицательными.

Показатель размерности физической величины - показатель степени, в которую возведена размерность основной физической величины, входящая в размерность производной физической величины.

Размерности широко используют при образовании производных единиц и проверки однородности уравнений. Если все показатели степени размерности равны нулю, то такая физическая величина называется безразмерной. Все относительные величины (отношение одноименных величин) являются безразмерными.

. Принципы построения Международной системы единиц

Первая система единиц физических величин, хотя она и не являлась еще системой единиц в современном понимании, была принята Национальным собранием Франции в 1791 г. Она включала в себя единицы длины, площади, объема, вместимости и массы, основными из которых были две единицы: метр и килограмм.

Систему единиц как совокупности основных и производных единиц впервые в 1832 г. предложил немецкий ученый К. Гаусс. Он построил систему единиц, где за основу принял единицы длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда), и назвал ее абсолютной системой.

С развитием физики и техники появились другие системы единиц физических величин, базирующиеся на метрической основе.Все они были построены по принципу, разработанному Гауссом. Эти системы нашли применение в разных отраслях науки и техники. Разработанные в то время измерительные средства градуированы в соответствующих единицах, находят применение и в настоящее время.

Многообразие единиц измерения физических величин и систем единиц осложняло их применение. Одни и те же уравнения между величинами имели различные коэффициенты пропорциональности. Свойства материалов, процессов выражались различными числовыми значениями. Международный комитет по мерам и весам выделил из своего состава комиссию по разработке единой Международной системы единиц. Комиссия разработала проект Международной системы единиц, который был утвержден XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Принятая система была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ (81 - начальные буквы наименования 8у81ет 1п1егпа1юпа1).

Учитывая необходимость охвата Международной системой единиц всех областей науки и техники, в ней в качестве основных выбраны семь единиц. В механике такими являются единицы длины, массы и времени, в электричестве добавляется единица силы электрического тока, в теплоте - единица термодинамической температуры; в оптике - единица силы света, в молекулярной физике, термодинамике и химии - единица количества вещества. Эти семь единиц соответственно: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, кандела и моль - и выбраны в качестве основных единиц СИ (табл.1).

Единица длины (метр) - длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

Единица массы (килограмм) - масса, равная массе международного прототипа килограмма.

Единица времени (секунда) - продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Единица силы электрического тока (ампер) - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум нормальным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2-10'7 Н на каждый метр длины.

Единица термодинамической температуры (Кельвин) - 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается использовать также шкалу Цельсия.

Единица силы света (кандела) - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540-Ю12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Единица количества вещества (моль) - количество веществ системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0,012 кг.

Основные единицы Международной системы имеют удобные для практических целей размеры и широко применяются в соответствующих областях измерений.

Международная система единиц содержит также две дополнительные единицы: для плоского угла - радиан и для телесного утла - стерадиан.

Таблица 4.1

Основные единицы СИ

Величина		Единица
Наименование	Размерность	Наименование	Обозначение
			Русское   Русское	Международное
Длина	L	метр	М	m
Масса	М	килограмм	кг	kg
Время	Т	секунда	с	s
Сила электрического тока	I	ампер	А	A
Термодинамическая температура	Θ	Кельвин	К	K
Сила света	J	кандела	кд	cd
Количество вещества	N	моль	моль	mol
Дополнительные единицы СИ
Плоский угол	-	радиан	рад	rad
Телесный угол	-	стерадиан	ср	sr

Радиан (рад) - единица плоского угла, равная углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад = 57°17'44,8". . Стерадиан (ср) - единица, равная телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Телесному углу в 1 ср соответствует плоский угол, равный 65°32', углу π ср - плоский угол 120°, углу 2πср - плоский угол 180°. Дополнительные единицы используются только для теоретических расчетов и образования производных единиц, например угловой скорости, углового ускорения. Для измерения углов применяют угловые градусы, минуты и секунды. Приборов для измерения углов в радианах нет.

Угловые единицы не могут быть введены в число основных, так как это вызвало бы затруднение в трактовке размерностей величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга, работы пары сил и т. д.). Вместе с тем угловые единицы нельзя считать и производными, так как они не зависят от выбора основных единиц. Действительно, при любых единицах длины размеры радиана и стерадиана остаются неизменными.

Из семи основных единиц и двух дополнительных в качестве производных выводят единицы для измерений физических величин во всех областях науки и техники.

В решениях XI и XII Генеральных конференций по мерам и весам даны 33 производных единицы СИ. Важным принципом, который соблюден в Международной системе единиц, является ее когерентность (согласованность). Так, выбор основных единиц системы обеспечил полную согласованность механических и электрических единиц. Например, ватт - единица механической мощности (равный джоулю в секунду) равняется мощности, выделяемой электрическим током силой 1 ампер при напряжении 1 вольт. В СИ, подобно другим когерентным системам единиц, коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях, определяющих производные единицы, равны безразмерной единице.

Когерентные производные единицы Международной системы образуются с помощью простейших уравнений связи между величинами (определяющих уравнений), в которых величины приняты равными единицам СИ.

В Международной системе единиц, как и в других системах единиц физических величин, важную роль играет размерность.

Размерностью называют символическое (буквенное) обозначение зависимости производных величин (или единиц) от основных.

Размерность служит качественной характеристикой величины и выражается произведением степеней основных величин, через которые может быть определена.

Размерность не полностью отражает все качественные особенности величин. Встречаются различные величины, имеющие одинаковую размерность. Например, работа и момент силы, сила тока и магнитодвижущая сила и др.

Размерность играет важную роль при проверке правильности сложных расчетных формул в теории подобия и теории размерностей.

Таблица 4.2

Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначение

Множитель	Приставка	Обозначение приставок		Множитель	При-ставка	Обозначение приставок
		Международное Международное	Рус ское			Международное	Русское
1018	экса	Е	Э	10 -1	деци	d	д
1015	пета	Р	П	10 -2	санти	с	с
1012	тера	Т	Т	10 -3	милли	m	м
109	гига	G	Г	10 -6	микро	μ	мк
106	мега	М	М	10 -9	нано	n	н
103	кило	k	к	10 -12	пико	p	п
102	Гекто	h	г	10 -15	фемто	f	ф
10'	дека	dа	да	10 -18	атто	а	а

Преимущества Международной системы единиц

Основными преимуществами Международной системы единиц являются:

1 унификация единиц физических величин на базе СИ. Для каждой физической величины устанавливается одна единица и система образования кратных и дольных единиц от нее с помощью множителей (табл. 4.2.);

2 система СИ является универсальной системой. Она охватывает все области науки, техники и отрасли экономики;

3 основные и большинство производных единиц СИ имеют удобные для практического применения размеры. В системе разграничены единицы массы (килограмм) и силы (ньютон);

4 упрощается запись уравнений и формул в различных областях
науки и техники. В СИ для всех видов энергии (механической, тепло
вой, электрической и др.) установлена одна, общая единица - джоуль.

Лекция №5

ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

. Общие понятия, признаки и классификация эталонов

Единство измерений достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров рабочим средством измерений. Воспроизведение, хранение и передачу размеров единиц осуществляют с помощью эталонов. Эталон является высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений.

          Эталон (мерило, образец) - это средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особым правилам и утвержденное в установленном порядке.

          Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения определяются природой физической величины (единица которой воспроизводится) и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

Эталон должен обладать следующими существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность эталона - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного периода времени, а все изменения, зависящие от внешних условий (температура,, влажность, давление и т. п.), должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению.

Воспроизводимость эталона - возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники.

Сличаемостъ эталона - возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, с наивысшей точностью для данного уровня развития техники измерений.

Различают следующие виды эталонов: первичный; специальный; государственный; вторичный; эталон-свидетель; эталон-копия; эталон-сравнения; рабочий эталон; международный эталон и др.

Действующий в настоящее время международный стандарт ИСО - 10012 -1-92 дает следующие определения эталонов.

          Под первичным эталоном понимается эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью.

Первичные эталоны представляют собой уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений. Многие первичные эталоны утверждаются в качестве государственных эталонов.

В качестве специального эталона используется эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий первичным эталоном.

Государственный эталон единицы величины - эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории Российской Федерации.

Совокупность первичных эталонов составляет эталонную базу страны и является основой обеспечения единства измерений. Число эталонов не является постоянным, а изменяется в зависимости от потребностей народного хозяйства страны. Обычно прослеживается увеличение их числа во времени, что обусловлено постоянным развитием рабочих средств измерений.

В качестве вторичного эталона используется эталон, получающий размер единицы путем сличений с первичным эталоном рассматриваемой единицы.

Вторичный эталон является подчиненным по отношению к первичному эталону.

Эталон-свидетель - вторичный эталон, предназначенный для поверки сохранности и неизменности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель.

Основное назначение эталона-свидетеля усилить уверенность в постоянстве основного эталона. По существу, с помощью эталона-свидетеля можно лишь констатировать постоянство или изменение отношения между единицами, воспроизводимыми эталоном-свидетелем и первичным эталоном. Можно также с определенной степенью достоверности утверждать, что в случае постоянства этих отношений размеры единиц, воспроизводимых эталонами, остаются неизменными.

Эталон-копия - это вторичный эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим эталонам. Такие эталоны создаются в случае большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению и может не всегда являться физической копией государственного эталона. При необходимости эталон-копия может заменить государственный эталон.

Эталон-сравнения - это вторичный эталон, который применяется для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

Рабочий эталон - это вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, и в отдельных случаях - наиболее точным рабочим средствам измерений. Рабочие эталоны являются наиболее распространенными вторичными эталонами.

Международный эталон - это эталон, принятый по международному соглашению в качестве первичного международного эталона и служащий для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Измерительный эталон - вещественная мера, измерительный прибор, стандартный образец или система, предназначенные для определения, реализации, сохранения или воспроизведения единицы или одного либо нескольких значений величин, в целях передачи их другому измерительному прибору путем сличения.

          Международный (измерительный) эталон - эталон, признанный международным соглашением для того, чтобы служить в международном масштабе в качестве основы для установления значений всех других эталонов соответствующей величины.

          Национальный эталон - эталон, признанный официальным государственным решением служить в стране в качестве основы для установления значений всех других эталонов соответствующей величины. В нашей стране такой эталон называется государственным.

          Национальный государственный эталон в стране часто является первичным, так как он служит для воспроизведения физической величины с наивысшей точностью, достигнутой в данной области измерений.

2. Эталоны единиц физических величин

          Международные эталоны единиц хранятся в международном бюро мер и весов (МБМВ), г. Севр, Франция. Эталоны единиц длины, массы и времени с 1741 г., когда французские ученые приняли за единицу длины одну десятимиллионную часть четверти парижского меридиана, прошли эволюционное развитие и в настоящее время каждый эталон - это сложная установка, включающая комплекс средств измерений, оборудования, вспомогательных устройств.

          До 1960 г. международный эталон метра был механическим в виде стержня с Х-образным поперечным сечением из платиново-иридиевого сплава. Эталон хранился очень надежно: сначала деревянный футляр, потом металлический, затем сейф, расположенный в длинной комнате - комнате-сейфе. Однако за 70 лет вследствие старения кристаллической решетки сплава эталон вырос на 0,2 мм. Точность механического эталона перестала отвечать запросам практики.

          Идея создать с помощью света эталон длины - световой метр родилась еще в конце 19 века, когда разрабатывались законы интерференции света.

          В 1960 г. CI Генеральной конференцией по мерам и весам был принят новый эталон единицы длины - световой метр. Это длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего периоду между уровнями 2Р10 и 5d5 атома криптона-86.

          Метр в длинах световых волн воспроизводится с помощью интерференционной установки, содержащей лампу с криптоном-86, интерферометр с фотоэлектрическим микроскопом, рефрактометр для определения показаний преломления воздуха, термометрическую аппаратуру для измерений температуры меры и воздуха. Световой метр в длина световых волн воспроизводится интерференционным методом с помощью излучения в газоразрядной трубке газа - изотопа криптона-86, помещенной в сосуд Дьюара с жидким азотом. Длина волны спектральных линий излучения атомов постоянна, поэтому она используется для измерения единицы длины - метра.

          Погрешность воспроизведения светового метра, оцениваемая средним квадратичным отклонением результата измерения, составила 5х10-9. Но и такая погрешность в век космической техники оказалась слишком большой.

          Повышение точности эталона длины удалось осуществить при разработке высокостабильных лазеров, что позволило уточнить значение скорости света, равной 299792,458 км/с. В 1983 году CUII Генеральная конференция мер и весов приняла новое определение метра: «метр - длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792,458 доли секунды».

          Международным эталоном единицы массы является масса платинового килограмма в форме цилиндрической гири высотой и диаметром 39 мм, хранящегося в Национальном архиве Франции. Для практического использования за международный прототип килограмма была принята платино-иридиевая гиря, наиболее близкая к массе платинового килограмма Архива. В 1889 г. I Генеральной конференцией по мерам и весам международный прототип килограмма был утвержден в качестве единицы массы, и решением этой конференции из 42 изготовленных прототипов килограмма были переданы России платиново-иридиевые прототипы килограмма № 12 и № 26. Прототип № 12 был утвержден в качестве государственного эталона массы, а прототип № 26 используется в качестве вторичного эталона. Эталон № 12 хранится в НПО ВНИИМ им. Д.И. Менделеева на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе при поддержании температуры (20±3)°С и относительной влажности 65 %. С целью сохранения эталона с ним сличают два вторичных эталона раз в 10 лет. За прошедшие 100 лет со времени создания прототипов килограмма различные страны сличали свои национальные эталоны с международным. Отклонения массы национальных эталонов составили от 0,000 (Италия) до +0,031 (Швейцария).

          В практических целях создаются дополнительные специальные эталоны на государственном уровне. Вся эталонная база России насчитывает 114 государственных эталонов. По приоритету воспроизведения и хранения единицы первичному эталону соподчиняются вторичные и рабочие эталоны.

          Статус «первичного» эталона присваивается Росстандартом, вторичные утверждаются в зависимости от особенностей их применения Росстандартом или государственными метрологическими центрами.

          Рабочие эталоны получают размер единицы, как правило от вторичного эталона и служат для передачи размера единицы другим рабочим эталонам меньшей точности и рабочим средствам измерений, которые в свою очередь в зависимости от точности подразделяются на разряды от первого (более высокой точности) до четвертого (наименьшей точности для рабочих средств измерения).

          Эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы физической величины рабочим эталонам. Иногда вторичные эталоны часто называют эталонами-копиями.

          Эталоны сравнения предназначены для взаимного сличения эталонов, главным образом, государственных с другими. Эталоны сравнения также часто относят к группе вторичных эталонов.

          Рабочие эталоны предназначены для проверки наиболее точных средств измерений.

          В течении всего срока службы эталонов периодически необходимо проверять их свойства, чтобы обеспечить постоянство воспроизводимых ими единиц и повышения точности.

Для того чтобы обеспечить воспроизведение единиц с максимально возможной точностью, государственные эталоны постоянно совершенствуются. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе важную роль играют международные сличения национальных государственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, выявить, насколько национальные эталоны соответствуют международному уровню, и наметить пути совершенствования национальных (государственных) эталонов.

Например, по решению I Генеральной конференции по мерам и весам, России из 42 экземпляров прототипов килограмма были переданы № 12 и № 26, причем № 12 утвержден в качестве государственного эталона массы. Прототип № 26 использовался как вторичный эталон.

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в г. Санкт-Петербурге на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20±3°С, относительная влажность 65%. Один раз в 10 лет с ним сличаются два вторичных эталона. При сличении с международным эталоном наш национальный эталон массы получил значение 1,0000000877 кг. Для передачи размера единицы массы от прототипа № 12 вторичным эталонам используются специальные весы № 1 и № 2 с дистанционным управлением на 1 кг; весы № 1 изготовлены фирмой «Рупрехт», а № 2 - НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Погрешность воспроизведения килограмма составляет 2-10~9. Отклонения массы эталонов, определяемые при международных сличениях, показывают достаточную степень ее стабильности.

. Стандартные образцы состава и свойств материалов и веществ

           В производстве строительных материалов большое значение имеют стандартные образцы состава и свойств материалов. Они предназначаются для градуировки или калибровки средств измерений химического, минералогического или фазового составов, механических, оптических, теплофизических, химических и других свойств материалов.

Стандартный образец - это образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Стандартные образцы - это мера с установленной погрешностью или классом точности; применяются для контроля качества сырья и продукции строительных материалов и изделий. Стандартный образец - материал или вещество, одно или несколько свойств которого достаточно точно установлены, чтобы использовать их для калибровки аппаратуры, оценки метода измерения или для приписывания значений материалов.

          Погрешность стандартного образца определяется погрешностью тех методов и средств измерений, с помощью которых осуществлялась аттестация стандартного образца.

          Учитывая большое разнообразие строительных материалов и изделий, постоянную их разработку и совершенствование с применением новых видов сырья и новых технологий, для оценки сравнимости их свойств особенно важно иметь стандартные образцы. Почти все современные рентгено-спектральные экспресс-методы анализа химического состава сырья и материалов (стекла, цементного клинкера) являются эталонными, т.е. химический состав оценивается по отклонениям от состава эталонов.

          Аттестуемые с помощью стандартных образцов состав или свойства материала, как и самого стандартного образца, часто претерпевают со временем существенные изменения. Поэтому важным показателем стандартного образца является срок его годности, указываемый в аттестате или свидетельстве.

          Стандартные образцы, прошедшие специальные испытания и получившие аттестат или свидетельство, подлежат регистрации в государственном реестре стандартных образцов, который является разделом государственного реестра средств измерений.

Лекция №6

ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ

. Виды измерений

Для измерения физической величины необходимо создать ряд условий: возможность выделения измеряемой величины среди других величин; возможность установления единицы, необходимой для измерения выделенной величины; возможность материализации (воспроизведения и хранения) установленной единицы техническими средствами; возможность сохранения неизменным размера единицы (в пределах установленной точности) как минимум на срок, необходимый для измерений.

Классификация измерений диктуется потребностями теории и практики. Поэтому всегда должна быть сформулирована цель классификации измерений, откуда будет следовать классификационный признак.

Один из вариантов классификации измерений:

лабораторные и технологические, цель которых разделить измерения на такие общие группы, для каждой из которых принципы оценки погрешностей были бы одинаковыми. Например, при лабораторных измерениях погрешность каждого получаемого результата оценивается по данным самих измерений. При технологических измерениях в заданных условиях по заранее разработанной методике нет необходимости анализировать погрешности полученных результатов измерений, т.е. погрешности не учитываются;

статические и динамические, цель которых - возможность принятия решения о том, нужно ли при конкретных измерениях учитывать скорость изменения величины или нет. Например, в системах автоматического управления технологическими процессами производства, когда выбранная в качестве критерия управления измеряемая величина непрерывно изменяется.;

прямые и косвенные измерения, цель которых - удобство выделения методологических погрешностей измерений, возникающих при определении результатов измерения путем расчета по известным функциональным зависимостям на основании результатов прямых измерений.

Однако, большинство метрологов придерживаются классификации измерений, представленной в табл. 6.1.

Равноточные измерения - это ряд измерений физической величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения - это ряд измерений, выполненных различными по точности средствами измерений и (или) в несколько разных условиях.

Неравноточные измерения обрабатывают с целью получения результата измерений только в том случае, когда невозможно получить ряд равноточных измерений.

Однократное измерение - это измерение, выполненное только один раз.

Таблица 6.1

Классификация измерений

Классификационный признак	Вид измерений
по характеристике точности	равноточные, неравноточные
по числу измерений в ряду измерений	однократные, многократные
по отношению к изменению измеряемой величины	статические, динамические
по метрологическому назначению	технические, метрологические
по выражению результата	абсолютные, относительные
по общим приемам получения результатов измерений	прямые, косвенные, совместные, совокупные

Многократное измерение - это измерение одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. состоящее из ряда однократных измерений. При четырех измерениях и более, входящих в рад, измерение можно считать многократным. За результат многократного измерения обычно применяют среднее арифметическое значение из отдельных измерений.

Статическое измерение - это измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения. Например, измерение диаметра детали при нормальной температуре.

Динамическое измерение - это измерение изменяющейся по размеру физической величины и, если необходимо, ее изменения во времени. Например, измерение переменного напряжения электрического тока.

Технические измерения - это измерения с помощью рабочих средств измерений. Применяются с целью контроля и управления. Например, измерения диаметра деталей в ходе технологического процесса.

Метрологические измерения - это измерения с помощью эталонов и образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера рабочим средствам измерений.

Абсолютное измерение - это измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Например, измерение силы F основано на измерении основной величины - массы (т) и использования физической постоянной g (в точке измерения массы).

Относительное измерение - это измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Прямые измерения - это измерения, проводимые прямым методом, при котором искомое значение величины получают непосредственно.

Например, показание приборов: измерение температуры - термометром; длина - линейкой или рулеткой с делениями; электрического напряжения - вольтметром; гранулометрию, размер зерен сыпучих материалов - через набор сит с определенным размером отверстий или под микроскопом с измерительной шкалой.

Прямые измерения составляют основу для более сложных видов измерений - косвенных, совокупных, совместных.

Косвенные измерения - это измерения, при котором искомое значение физической величины определяется на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Например, определение объема прямоугольного параллелепипеда по значениям его ширины В, длины L и высоты H. Как известно, эти величины связаны между собой уравнением V = ВLН.

Косвенные измерения в строительстве и промышленности строительных материалов встречаются очень часто. Например:

определение предела прочности материала, так как в ходе испытания измеряют разрушающее усилие и линейные размеры образца. А прочность на сжатие:

sсж=P/S,

где Р - разрушающее усилие; S - площадь поперечного сечения образца;

определение коэффициента линейного термического расширения однородного материала (стекла, металла), когда в ходе испытания измеряется удлинение образца в процессе нагрева; КЛТР (a) вычисляется по формуле:

α = l/l0 ( dl/dt)p ,

где l0 - первоначальная длина образца; dl - удлинение образца при повышении температуры dt.

Примером косвенных измерений могут быть тригонометрические методы измерения углов, при которых острый угол прямого треугольника определяют по измеренным длинам катетов и гипотенузы.

Косвенные измерения в ряде случаев позволяют получить более точные результаты, чем прямые измерения. Например, погрешности прямых измерений углов угломерами на порядок ниже погрешностей косвенных измерений углов с помощью синусных линеек.

Совокупные измерения - это проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Например, необходимо определить размеры физических величин А1, А2 и А3, но не имеется средств, которые дали бы возможность измерить непосредственно эти величины, а имеются средства, позволяющие определить суммы любых двух из указанных величин. Тогда, измеряя различные сочетания величин, получим:

где а, b и с - результаты измерения соответствующих пар размеров величины. Решив эту систему уравнений, можно определить величины А1, А2 и А3.

При этом число уравнений системы не должно быть меньше числа искомых величин. Наиболее простым примером совокупных измерений служит определение массы отдельных гирь набора, когда известна масса одной из них. Искомые массы находят по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Совместные измерения - это проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, на основании ряда одновременных измерений приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры (полученных в результате измерений) определяют коэффициент линейного расширения образца.

Например, при определении модуля упругости бетона измеряют напряжения s в бетоне при различных значениях относительной деформации e; далее рассчитывают начальный модуль упругости при напряжении, равном 0,2 предела прочности.

2. Методы измерений и контроля

Метод измерений - это прием или совокупность приемов использования принципов и средств измерений, т.е. совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Все без исключения методы измерений являются разновидностями одного единственного метода - метода сравнений с мерой, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (однозначной или многозначной).

Принципы измерений - это совокупность физических явлений или эффектов, положенные в основу измерения тем или иным типом средств измерений.

Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

Различают следующие основные методы измерений: непосредственной оценки, сравнения с мерой, дифференциальный, нулевой, контактный и бесконтактный.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству показывающего измерительного прибора. Например, измерение размера с помощью штангенциркуля или микрометра, силы электрического тока амперметром и т. п.

Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями (мерами массы с известными значениями).

Нулевой метод измерений - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры доводят до нуля. Например, измерение сопротивления с помощью моста сопротивлений.

Метод измерения замещением - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Например, на чашку весов, предназначенную для взвешивания массы, устанавливают полный комплект гирь и уравновешивают весы произвольным грузом. Затем на чашку с гирями помещают взвешиваемую массу и снимают часть гирь для восстановления равновесия. Суммарное значение массы снятых гирь соответствует значению взвешиваемой массы (способ Д.И. Менделеева).

Метод измерений дополнением - метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор воздействовала сумма, равная заранее заданному значению.

Дифференциальный метод измерений - метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от измеряемой величины, при котором измеряется разность между этими двумя величинами. В этом случае относительная погрешность Δx измеряемой величины х будет равна

где Δм - относительная (отнесенная к номинальному значению меры xм) погрешность калибровки меры; Δи - инструментальная погрешность прибора (а = х - хм).

При малых а влияние Δи на точность результата измерений может быть сведена к нулю. Этот метод нашел широкое распространение в поверке.

Контактный метод измерений - метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения. Например, контроль температуры термометром.

Бесконтактный метод измерения - метод, основанный на том, что чувствительный элемент прибора не приводится в контакт с объектом измерения. Например, измерение температуры пирометром.

Выбор того или иного метода измерений определяется назначением их результатов и требованиями к точности.

. Методы контроля

Существует принципиальная разница между “измерением” и “контролем”, хотя при этом используются одни и те же методы. Все зависит от задачи, решаемой путем применения данной операции.

Если требуется знать значение величины, т.е. число, которое затем используется для характеристики материала, конструкции в расчетах и пр., то данную операцию следует отнести к измерениям. Контроль - это результат суждения, заключения “годен - не годен”, и при контроле решаются другие типы задач, чем при измерении.

единство методологии оценки степени достижения цели измерений, которое обобщается научной дисциплиной “метрология”;

общность цели - количественная оценка свойств объектов измерений именно в тех условиях, в которых объекты находятся при проведении измерений;

первичная информация о свойствах материала получается в результате непосредственного взаимодействия специального измерительного прибора с объектом информации;

общность этапов подготовки к данному виду измерений;

общность метрологической методологии достижения цели измерений (погрешности измерений), что является основной фундаментальной особенностью измерений.

Различают методы контроля: дифференцированные, комплексные, разрушающие и неразрушающие.

Дифференцированный (поэлементный) метод контроля состоит в независимой проверке каждого параметра изделия в отдельности.

Комплексный метод контроля - заключается в одновременной проверке суммарной погрешности нескольких параметров.

Дифференцированный метод позволяет выявить причины брака изделий, а комплексный метод обеспечивает проверку взаимозаменяемости изделий в конструкциях.

Примерами разрушающих методов контроля качества изделий являются испытания строительных материалов на изгиб, сжатие, растяжение. Примером неразрушающих методов контроля является лазерная, ультразвуковая и акустическая дефектоскопия бетона, стекла, керамики и других строительных материалов.

Все методы контроля, как и методы измерений, могут осуществляться контактным способом, при котором измерительные поверхности прибора взаимодействуют с проверяемыми изделиями, или бесконтактным способом.

Метрологическое обеспечение контроля и испытаний определяется метрологическим обеспечением измерений. Методы контроля и испытаний, разрабатываемые в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5 должны обеспечивать получение воспроизводимых результатов с заданной точностью. От уровня метрологического обеспечения зависит объективная проверка, оценка значений параметров продукции, установленным на нее НД требованиям.

При разработке порядка испытаний и контроля необходимо указывать способ отбора проб; например, отбор средней пробы для анализа сыпучего сырьевого материала методом квартования; количество пробы, а также последовательность проведения операций контроля и видов испытаний с учетом воздействия внешних факторов.

При осуществлении испытаний используются средства испытаний, в состав которых входит испытательное оборудование и средства измерений значений параметров, режимов испытаний и испытуемой продукции.

В области строительных материалов стандартизованы методы и средства измерений, предназначенные для определения: химического, минералогического, фазового состава материала; структуры материала, в том числе твердого вещества и поровового пространства; показателей качества, установленных стандартами (физические величины - плотность, термостойкость, термопроводность и прочее; технические характеристики - химическая устойчивость, морозостойкость, износоустойчивость и прочее).

При этом недопустима стандартизация методов, которые требуют средств измерений, не прошедших государственных испытаний, либо не выпускаются серийно и не имеют метрологического обеспечения.

Лекция № 7

ПОГРЕШНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.       Понятие точности измерения

На протяжении всей истории своего существования человечество стремилось к абсолютной точности определения значений физических величин.

          Д.И. Менделеев - основоположник отечественной метрологии, ученый хранитель «Депо образцовых мер и весов», которое было создано в 1835 году при Петербургском монетном дворе, говорил: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять». Еще более образно высказывание основоположника английской метрологии Джозефа Томсона: «Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить».

          Действительно, повышение точности измерений - это путь к открытиям. Мир познаваем, но возможности его познания ограничены точностью средств измерений. Поэтому, требования к точности измерения, необходимой для расширения наших знаний безграничны.

          Согласно ИСО-10012-1-92, точность измерений - степень совпадения результатов измерения и истинного (действительного) значения измеряемой величины.

          Состояние современной измерительной техники и методов обработки результатов позволяют добиваться очень большой точности результатов измерений. Однако пути повышения точности сложны, во многих случаях трудоемки и требуют длительного времени. Поэтому мнение о том, что чем точнее измерение, тем лучше, во многих случаях не оправдано.

          Высочайшие точности измерений требуют применения вероятностных статистических методов и других знаний кибернетики. Это увеличивает число требуемых измерений и приводит к необходимости автоматизации измерений.

          Уровень точности, к которой следует стремиться, определяется критерием целесообразности и конкретными условиями.

          Например, при обследовании здания, в котором появилась трещина, вряд ли есть смысл и целесообразность измерять ее величину с точностью до мкм и применять сложное оборудование.

          Действительное значение величины наиболее точно на данном этапе развития измерительной техники. Чем точнее прибор, тем меньше разность измеренного и действительного значений, но тем сложнее прибор и дороже.

          Поэтому в зависимости от измеряемого параметра и требований, предъявляемых к данному виду измерений, следует подбирать метод, способ и прибор. Измеряй как можно точно, но не точнее, чем это нужно. Выбор метода и средства измерений определяется также целью; например, измерение температуры в бытовом помещении термометром, а в стекловарении или цементной печи оптическим пирометром или термопарой.

          Проблема повышения надежности строительной продукции может решаться только на основе получения полной и достоверной измерительной информации о параметрах, определяющих их надежность.

          Предельные технические и метрологические характеристики средств измерений должны быть существенно выше максимальных требований, предъявляемых сегодня строительством и промышленностью строительных материалов.

. Основные виды погрешностей измерения.

          Говоря о точности, мы всегда подразумеваем неточности, которые принято называть погрешностями измерений. Стремясь повысить точность результата измерения, мы стремимся уменьшить его неточности, погрешности, как можно ближе подойти к истинному значению измеряемой величины.

          Причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная погрешность измерения. Эти погрешности являются следствием многих причин: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, недостаточная тщательность проведения и обработки результатов измерений вследствие недостаточного профессионализма наблюдателя, а также его органов чувств, воздействие внешних влияний, переменных и постоянных.

Погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. На практике всегда имеют дело с оценкой погрешности измерений с некоторой доверительной вероятностью, так как истинное значение величины определить невозможно. Погрешность измерения может быть представлена в виде: абсолютной погрешности, выраженной в единицах измеряемой величины, или в виде относительной погрешности. Абсолютная погрешность результата измерения - это алгебраическая разность между полученными при измерении и истинным значением искомой величины. Абсолютная погрешность обычно выражается в единицах измеряемой величины.

По зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины различают погрешности:

аддитивные, погрешности, не зависящие от измеряемой величины;

мультипликативные, которые прямопропорциональны измеряемой величине;

нелинейные, погрешности, имеющие нелинейную зависимость от измеряемой величины.

Эти погрешности применяют в основном для описания мерологических характеристик средств измерений.

          Относительная погрешность - отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины. Относительную погрешность обычно выражают в процентах или в относительных величинах. Понятие относительной погрешности применимо для величин, описываемых шкалами отношений и разностей.

По влиянию на результаты измерений различают:

·   систематическую погрешность - составляющую погрешности измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторном измерении одной и той же величины. Систематическую погрешность обычно устраняют путем введения поправок, которые делаются на основе таблиц, составленного для каждого измерительного прибора с использованием рабочих средств измерений;

·   случайную погрешность - составляющую погрешности измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайную погрешность прибора предсказать невозможно, ее определяют и учитывают статистическими методами;

·   грубую погрешность - погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях погрешность. К грубым погрешностям относятся промахи - погрешности, зависящие от наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов, т.е. промахи чаще всего - результат субъективной погрешности (ошибки).

По причине возникновения погрешности разделяются на инструментальные, методические и субъективные.

          Инструментальная (приборная, аппаратная) погрешность средства измерения определяется несовершенством средств измерений, конструктивно-технологическими особенностями средства измерения, влиянием внешних условий.

Инструментальные погрешности могут быть систематическими и случайными. Этот вид погрешности является одним из наиболее существенных составляющих погрешности. Инструментальные погрешности, являющиеся следствием износа, старения или неисправности средств измерений, называются прогрессирующими систематическими погрешностями. Как правило, они измеряются закономерно, возрастая со временем эксплуатации средств измерений.

          Методическая погрешность заложена в методе, т.е. в теоретической основе измерений. В большинстве случаев эти погрешности относятся к систематическим.

          Субъективная погрешность возникает вследствие индивидуальных особенностей операторов, производящих измерения (квалификация, степень внимательности, сосредоточенности). Одной из причин субъективной погрешности является параллакс - это кажущееся смещение объекта, вызванное изменением точки наблюдения; например, отсчет при наблюдении левым и правым глазом. Чаще всего субъективные погрешности относятся к случайным, но некоторые из них могут быть систематическими.

         

Рис.7.1. Статистическая (Dст) погрешность и динамическая (D~); t - время измерения физической величины х.

По характеру изменения физической величины погрешности средства измерения разделяются на статические и динамические.

          Статическая погрешность - когда измеряемая величина за время измерения не изменяется (рис.7.1,а). Абсолютная погрешность в этом случае также остается постоянной.

          Динамическая погрешность возникает преимущественно в том случае, если прибор не успевает реагировать на изменения входного сигнала. Этот вид погрешности представляется разностью между погрешностью средства измерения в динамическом режиме и его статистической погрешностью в данный момент измерения (рис.7.1,б).

. Погрешности средств измерений

Погрешность средства измерений - разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Для меры роль показания выполняет ее номинальное или паспортное значение. Для рабочего средства измерения за действительное значение измеряемой величины принимают показание образцового средства измерений, для образцового средства измерений - значение, полученное с помощью эталона. Погрешности средства измерений различаются: по характеру проявления - систематические и случайные; по способу выражения - абсолютные, относительные, приведенные (относительные погрешности, отнесенные к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона, например, к последнему делению шкалы стрелочного прибора); по отношению к условиям применения - основные и дополнительные. Основная погрешность - погрешность при проведении измерений в нормальных условиях, дополнительная - изменение значения погрешности из-за воздействия влияющих величин при отклонении условий проведения измерений от нормальных. Погрешность измерения при проведении поверки средства измерений называется погрешностью поверки.

          У всех средств измерения погрешности нормированы. Пределы допустимой погрешности - экстремальные значения погрешности, допускаемые техническими условиями, правилами, инструкциями для данного измерительного прибора.

          Установленный диапазон измерения - совокупность значений измеряемой величины, для которых погрешность измерительного прибора должна лежать в установленных пределах.

           Согласно международному стандарту ИСО-10012-1-92, влияющая величина - величина, которая не является объектом измерений, но оказывает влияние на значение измеряемой величины или на показания измерительного прибора, например, окружающая температура.

          В большинстве НД на средства измерений к нормальным относятся следующие внешние условия:

·   температура окружающей среды 293К ± 5К;

·   относительная влажность 65% ± 15%;

·   атмосферное давление 101,3 кПа ± 4 кПа (750 мм рт.ст. ± 30 мм рт.ст.)

Для отдельных средств измерений указываются рабочие условия, в пределах которых допускается эксплуатировать данное средство измерений с гарантированными метрологическими характеристиками.

          При измерениях и оценке погрешностей важно учитывать чувствительность прибора, которая равна отношению изменения сигнала на выходе прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Большей чувствительностью обладает тот прибор, который реагирует на меньшие сигналы.

          Погрешность измерения нельзя путать с ошибкой измерения, хотя в литературе часто отождествляются эти два понятия. Практически мы всегда замещаем истинное значение измеряемой величины значением наиболее близким к истинному; настолько близким, насколько это может удовлетворять нас в каждом конкретном случае. Поэтому результат измерения дает нам только приближенное значение измеряемой величины. И оценить степень этого приближения мы можем тоже приближенно.

          Погрешность измерения нельзя назвать ошибкой измерения, так как в данных условиях с применением данных средств измерения мы не можем измерять точнее. Абсолютная точность никогда не может быть достигнута.

          Ошибкой измерения можно назвать ошибку, допущенную экспериментатором и обнаруженную при контрольных измерениях. Ошибку измерения можно устранить, а погрешность совсем устранить нельзя, даже вводя поправку. Погрешность можно лишь уменьшить с помощью специальных методов.

          Постоянные систематические погрешности часто известны и их значения в виде поправок указаны в НД на средства измерения; их значения учитываются в каждом из результатов измерений.

          Поправка - величина, которая при алгебраическом сложении с некорректируемым результатом измерения компенсирует предполагаемую систематическую погрешность. Поправка равна систематической погрешности, взятой с обратным знаком. Поскольку систематическая погрешность не может быть точно известна, поправка зависит от недостоверности.

          Систематические погрешности наиболее просто выявить путем сопоставления результатов измерений физической величины, проведенных с помощью исследуемого прибора и эталонного прибора. По результатам измерений систематическая погрешность может быть определена, как разность между значениями измеряемых величин:

Dсист = Хиссл. СИ - Хэталона                                              

          Если систематическая погрешность средства измерений близка к нулю, т это характеризует качество измерений как правильное.

          Случайная погрешность в отличие от систематической не может быть исключена из результата измерений, но ее влияние можно уменьшить с помощью многократных измерений физической величины с последующим определением характеристик случайных погрешностей методами математической статистики.

          В основе знаний лежит наблюдение измерения. Однако единичное наблюдение может нести много особенностей, не отражающих общей природы явления. Для обнаружения общей закономерности, которой подчиняется явление, или для нахождения действительного значения измеряемой величины, необходимы многократные наблюдения или измерения в одинаковых условиях.

          Например, взвешивая вещество на аналитических весах много раз, всегда получают близкие, но все же различные результаты, вследствие случайных погрешностей, которые нельзя предвидеть. Но если определенным образом систематизировать результаты измерений, то окажется, что в их изменении имеется определенная закономерность.

4. Математическая обработка результатов измерений

          Математическая статистика - это раздел математики, изучающий методы сбора, систематизации и обработки результатов наблюдений или измерений с целью выявления существующих закономерностей. Методы математической статистики основываются на ограниченном, выборочном числе наблюдений или измерений.

          Выбор числа измерений в основном зависит от однородности исследуемого материала, чувствительности прибора, случайных и субъективных погрешностей метода и оператора. Например, согласно ГОСТу, для получения среднего значения светопропускания бесцветных стеклянных блоков достаточно трехкратного измерения. Вследствие наличия дефектов на поверхности матового стекла для получения среднего значения действительной величины прочности на изгиб требуется испытать до 100 образцов, но не менее 10, та как «размах» колебаний значений очень велик.

Полный химический анализ сырьевых материалов, например, песка, поставляемых по ГОСТу, выполняется из двух параллельных проб Но чтобы получить среднее значение содержания отдельных компонентов во вторичных продуктах производств, обладающих многокомпонентностью и неоднородностью, требуется статистическая обработка результатов анализов за несколько лет; количество таких анализов часто составляет несколько сотен. При использовании вторичных продуктов в промышленности строительных материалов целесообразно предварительно их усреднить, а затем производить анализ усредненной партии этого сырья.

Из полученных результатов составляются так называемые вариационные ряды. При измерениях в области строительства и строительных материалов вариационные ряды чаще всего имеют однотипный характер, т.е. имеют различные значения одного признака, которые концентрируются вокруг средней величины.

Средняя величина определяется только для качественно однородных измерений; она является как бы «представителем» всего ряда измерений.

          Различают несколько видов средних величин: арифметическая, геометрическая, гармоническая, квадратическая, кубическая и т.д.

Наиболее распространенной величиной является средняя арифметическая. Свойство, определяющее среднюю арифметическую, формулируется следующим образом: сумма результатов измерений Хi должна остаться неизменной, если каждое из них заменить средней арифметической , т.е.

.                                            

         

Так как  - const, то . Отсюда получаем следующую формулу для вычисления средней арифметической по данным измерений:

                                            

         

Например, при измерении микротвердости материала на твердомере типа ПМТ производится не менее 10 измерений (n) диагоналей отпечатков с последующим пересчетом на значение микротвердости каждого измерения (Hi). Среднее арифметическое значение физической величины:

.                                          

         

Абсолютная ошибка для каждого измерения:

.                                          

Относительная ошибка:

.                        

         

Среднее квадратичное отклонение S вычисляется по формуле:

.                                    

         

Достоверность характеризует степень доверия к результатам измерений. Каждый из результатов измерений содержит какую-то погрешность, которую в общем случае можно выразить уравнением

di = xi - А                                                  

где     di - погрешность результата i-того измерения;

          хi - результат измерения в виде числового значения измеряемой величины, полученной при измерении;

          А - истинное значение измеряемой величины.

          Таким образом, при проведении измерений с использованием наиболее точных средств измерений, соответствующих эталонов и современных методов истинное значение измеряемой величины остается неизвестным; также неизвестно, какой результат наиболее близок к истинному. Уточнение измерений только асимптотически приближает к значению истинной величины, поэтому и числовое значение погрешности также остается неизвестным. Достоверность оценки погрешностей определяется с использованием законов вероятностей и приемов математической статистики.

          Теория вероятностей дает метод оценки степени приближения результата измерения к истинному значению измеряемой величины, дает возможность оценивать вероятные границы погрешностей, за пределы которых они не выходят. Оценка эта дается не с 100 %-ной достоверностью, а несколько меньшей.

          Суммарное влияние недостоверностей измерения на каждой последовательной стадии в цепи поверок должно учитываться для каждого измерительного эталона и единицы оборудования, которые проходят подтверждение. Если общая недостоверность такова, что значительно снижает возможность проведения измерений в пределах допустимой погрешности, должны быть приняты соответствующие меры. Данные значительных составляющих общей недостоверности, а также метод объединения этих составляющих, необходимо зарегистрировать.

Лекция № 8

ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И АТТЕСТАЦИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

.Межповерочные интервалы

Измерительное оборудование, в том числе измерительные эталоны, должно подтверждаться через соответствующие интервалы времени, установленные на основе его стабильности, назначения и применения.

          Интервалы должны быть такими, чтобы новое подтверждение проводилось до появления любого изменения в точности, имеющего существенное значение для применения оборудования. В зависимости от результатов поверок при предыдущих подтверждениях интервалы между подтверждениями при необходимости должны быть сокращены, чтобы гарантировать сохранение точности.

          Интервалы между подтверждениями нельзя удлинять, если в результате поверок при предыдущих подтверждениях не сохраняется уверенность в том, что такое действие не скажется отрицательно на точности измерительного оборудования.

          Необходимо иметь специальные объективные критерии, на которых основываются решения, связанные с выбором временных интервалов. При выборе интервалов подтверждения необходимо учитывать все соответствующие данные, в том числе данные системы статистического контроля за производственным процессом.

          Факторы влияющие на частоту интервалов подтверждения:

·   тип оборудования;

1 рекомендации изготовителя;

2 данные о тренде, полученные по результатам предыдущих поверок;

3 журнал записи проведения технического ухода и обслуживания;

4 напряженность и жесткость режимов эксплуатации;

5 тенденции к износу и дрейфу характеристик;

6 частота проведения перекрестных проверок по другому измерительному оборудованию, в частности по измерительным эталонам;

7 частота проведения и обязательность контрольных поверок внутри организации;

8 условия окружающей среды;

9 искомая точность измерения;

10штраф за неправильно измеренную величину, в результате деятельности измерительного оборудования.

          Первоначальный выбор интервалов времени между подтверждениями основывается на так называемой инженерной интуиции и сведениям об интервале подтверждения, которые используются другими лабораториями.

          При этом учитываются следующие факторы:

11рекомендации изготовителя оборудования;

12напряженность и жесткость режимов эксплуатации;

13влияние условий окружающей среды;

14искомая точность измерений.

          Однако данный метод не может быть достаточно надежным. Для пересмотра интервалов подтверждения существует несколько методов.

          Метод 1 - автоматическая или ступенчатая регулировка, когда после каждого подтверждения последующий интервал увеличивают, если установлено, что показатели единицы оборудования укладываются в допустимом пределе; или уменьшают, если обнаруживают, что показания выходят за эти пределы.

          Метод 2 - контрольная карта, когда по результатам каждого подтверждения отбирают одинаковые поверочные точки, строят графики зависимости от времени, по которым рассчитывают разброс и дрейф попаданий.

          Метод 3 - календарное время; устанавливается для групп измерительного оборудования, распределенных на основе сходства их конструкций и предполагаемых сходных значений надежности и стабильности.

          Метод 4 - "эксплуатационное время", когда интервал между подтверждениями выражают в часах эксплуатации.

          Метод 5 - испытания в ходе работы или метод "черного ящика", представляет собой вариант методов 1 и 2; при этом критические параметры проверяются достаточно часто (раз в день или даже чаще) с помощью переносного поверочного устройства или специального "черного ящика", контролирующего выбранные параметры. Метод применим для сложных приборов и испытательных установок, очень подходит для оборудования в географических регионах, удаленных от поверочных лабораторий.

          Более детально методы определения интервалов подтверждения измерительного оборудования даны в приложении А к ИСО 10012-1.

. Поверка средств измерений

Метрологическое подтверждение - совокупность необходимых операций, гарантирующих, что единица измерительного оборудования находится в состоянии соответствия требованиям к его назначению.

Все измерительные эталоны, используемые в системе подтверждения, должны иметь сертификаты, протоколы или формы для записи данных оборудования, удостоверяющие источник получения, дату, недостоверность измерения и условия, для которых были получены результаты. Каждый документ должен быть подписан уполномоченным лицом, удостоверяющим правильность результатов.

          Правильное прослеживание может быть достигнуто за счет применения принятых значений естественных физических постоянных (например, температур фазовых периодов), стандартных образцов, методик самоповерки пропорционального типа и составных шкал. Результирующая недостоверность может быть больше, чем при прямом сравнении с международными или государственными измерительными эталонами.

          Доступ к регулировочным устройствам на измерительное оборудование, установка которых влияет на рабочие характеристики, должен быть опломбирован или защищен другим способом на соответствующей стадии подтверждения, чтобы предотвратить вмешательство неуполномоченных на это сотрудников.

          Цель периодического повторного подтверждения измерительного оборудования состоит в гарантии того, что оборудование не претерпело ухудшения точности, и в предотвращении использования его, если существует значительная вероятность получения ошибочных результатов измерений.

Система подтверждения. В рабочем состоянии должна поддерживаться документально оформленная система для управления, подтверждения соответствия установленным требованиям и эксплуатации измерительного оборудования, включая измерительные эталоны, используемые для демонстрации соответствия установленным требованиям.

Система подтверждения должна:

·   гарантировать функционирование такого измерительного оборудования в соответствии с его назначением;

·   обеспечивать предотвращение превышения допустимых погрешностей измерения путем немедленного обнаружения дефектов и своевременных действий по их устранению;

·   полностью учитывать все относящиеся к ней данные, в том числе данные любой системы статистического контроля производственного процесса.

Для каждой единицы измерительного оборудования должен быть назначен компетентный сотрудник в качестве официального уполномоченного, чтобы гарантировать, что подтверждения произведены в соответствии с данной системой и оборудование находится в удовлетворительном состоянии.

Измерительное оборудование должно быть стандартизировано на любой другой вид продукции, а также подвергаться периодической поверке и проверке.

Утверждение типа средств измерений - решение (уполномоченного на это государственного органа управления) о признании типа средств измерений узаконенным для применения на основании результатов их испытаний государственным научным метрологическим центром или другой специализированной организацией, аккредитованной Росстандартом страны.

Поверка средств измерений - установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

Поверку исходных эталонов органов государственной метрологической службы и уникальных средств измерений (которые не могут быть поверены этими органами) осуществляет ГНМЦ (по специализации).

Поверке подвергают средства измерении, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору.

При поверке используют эталон. Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными нормативными документами по поверке. Поверку проводят специально обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы.

Результаты поверки средств измерений, признанных годными к применению, оформляют выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, установленными нормативными документами по поверке.

Другими официально уполномоченными органами, которым может быть предоставлено право проведения поверки, являются аккредитованные метрологические службы юридических лиц. Аккредитация на право поверки средств измерений проводится уполномоченным на то государственным органом управления

Виды поверок

Первичная поверка средств измерений - поверка, выполняемая при выпуске средства измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы партиями, при продаже.

Периодическая поверка средств измерений - поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.

Примечание - Межповерочные интервалы для периодической поверки устанавливаются нормативными документами по поверке в зависимости от стабильности того или иного средства измерений и могут устанавливаться от нескольких месяцев до нескольких лет.

Внеочередная поверка средств измерений - поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.

Примечание - Необходимость внеочередной поверки может возникнуть вследствие разных причин: ухудшение метрологических свойств средства измерений или подозрение в этом, нарушение условий эксплуатации, нарушение поверительного клейма и др.

Инспекционная поверка средств измерений - поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.

Комплектная поверка средств измерений - поверка, при которой определяют метрологические характеристики средства измерений, присущие ему как единому целому.

Поэлементная поверка средств измерений - поверка, при которой значения метрологических характеристик средств измерений устанавливаются по метрологическим характеристикам его элементов или частей.

Примечания- Поэлементную поверку обычно проводят для измерительных систем или измерительных установок, когда неосуществима комплектная поверка

Выборочная поверка средств измерений - поверка группы средств измерений, отобранных из партии случайным образом, по результатам которой судят о пригодности всей партии.

Калибровка средств измерении - совокупность операций, устанав-ливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.

Примечания

1. Калибровке могут подвергаться средства измерений, не подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору.

2. Результаты калибровки позволяют определить действительные значения измеряемой величины, показываемые средством измерений, или поправки к его показаниям, или оценить погрешность этих средств. При калибровке могут быть определены и другие метрологические характеристики.

3. Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средства измерений, или сертификатом о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах. Сертификат о калибровке представляет собой документ, удостоверяющий факт и результаты калибровки средства измерений, который выдастся организацией, осуществляющей калибровку.

Градуировка средств измерений - определение градуировочной характеристики средства измерений.

До 1994 года в нашей стране применялся термин «образцовое средство измерений», которое служило промежуточным звеном, расположенным между эталоном и рабочим средством. С целью приближения отечественной терминологии к международной было принято решение именовать образцовые средства измерений рабочими эталонами.

Результат поверки позволяет оценить погрешность показаний измерительного прибора, измерительной системы или вещественной меры или распределить значения по отметкам на произвольных шкалах.      

При поверке можно также определить другие метрологические свойства.           Результат поверки должен быть зарегистрирован в документе, который иногда называют «сертификат поверки», протокол поверки или свидетельство о поверке.

Результаты поверки должны быть зарегистрированы с достаточной детализацией, чтобы можно было продемонстрировать прослеживаемость всех измерений и чтобы любое измерение можно было воспроизвести в условиях, близких к первоначальным.

          В зарегистрированную информацию должно входить:

·   описание и индивидуальная идентификация оборудования;

·   дата завершения каждого подтверждения;

·   результаты поверки, полученные после и до любого рода юстировки или ремонта;

·   назначенный интервал между подтверждениями;

·   идентификация методики подтверждения;

·   установленный предел допустимой погрешности;

·   источник поверки, использованной для обеспечения прослеживаемости;

·   соответствующие условия окружающей среды и заявление о необходимых в связи с этим корректировках;

·   заявление о недостоверности измерения, связанной с поверкой оборудования, о их суммарном эффекте;

·   подробности о техническом обслуживании (уходе, юстировке, ремонте, модификации и пр.);

·   любые ограничения по применению;

·   идентификация персонала, ответственного за правильность зарегистрированной информации;

·   индивидуальная идентификация любых сертификатов поверки и другой соответствующей документации.

Рис.8.1 Принципиальная схема поверки средств измерений

Цель поверок предполагает, что значение для каждого измерительного эталона в цепи было определено с использованием другого измерительного эталона, который обычно имеет меньшую недостоверность изменений, вплоть до международного или национального измерительного эталона.

Поверка, юстировка и эксплуатация измерительных эталонов и измерительного оборудования должны осуществляться в условиях окружающей среды, контролируемых до такой степени, которая необходима для гарантии получения правильных результатов измерений. Соответствующим образом должны быть учтены температура, ее изменение, влажность, освещенность, вибрации, контроль запыленности, чистота, электромагнитная интерференция и другие факторы, влияющие на результаты измерений.

Регистрационные записи должны содержать как первоначальные, так и скорректированные значения. Внесенные поправки необходимо четко обосновать. Записи должны храниться до тех пор, пока не исчезнет вероятная необходимость их использования для справок. При этом следует принять все необходимые меры, чтобы гарантировать невозможность случайного уничтожения регистрационных записей.

Назначение системы подтверждения заключается в обеспечении того, чтобы риск получения результатов измерений на данном оборудовании с недопустимыми погрешностями оставался в приемлемых границах.

Рекомендуется использовать статистические методы для анализа результатов поверок нескольких сходных единиц измерительного оборудования или для прогнозирования суммарной погрешности по стандарту ИСО 9004-87.

Связанная с поверкой погрешность должна быть как можно меньше. Для большинства областей измерений она должна быть не более одной третьей, а предпочтительно одной десятой допустимой погрешности при использовании прошедшего подтверждение оборудования.

Для проверки сохранения способности прибора производить измерения рекомендуется применять соответствующий прибору поверочный измерительный эталон, который сам по себе нуждается также в калибровке и подтверждении. Однако использование поверочного эталона не заменяет систематическую поверку и подтверждение прибора, но может предотвратить использование прибора, который в промежутке между двумя обязательными подтверждениями перестал соответствовать техническим условиям.

Планы и методики проверки должны быть документированы. Проведение проверки и анализа качества, а также любые последующие корректировочные действия должны быть зарегистрированы.

. Аттестация испытательного оборудования

Метрологическая экспертиза - анализ и оценивание экспертами-метрологами правильности применения метрологических требований, правил и норм, в первую очередь связанных с единством и точностью измерений.

Примечания

Различают метрологическую экспертизу документации (технических заданий, проектов конструкторских и технологических документом, различных программ) и метрологическую экспертизу объектов (например, макетов сложных средств измерений, испытательных бассейнов)

Метрологическая аттестация средств измерений - признание метрологической службой узаконенным для применения средства измерений единичного производства (или ввозимого единичными экземплярами из-за границы) на основании тщательных исследований его свойств.

Примечания

Метрологической аттестации могут подлежать средства измерений, не подпадающие под сферы распространения государственного метрологического контроля или надзора

Сертификационные испытания средств измерений - контрольные испытания средств измерений, проводимые с целью установления соответствия характеристик их свойств национальным и (или) международным нормативным документам

Метрологическая аттестация средств измерений (МА) выполняется метрологическими НПО и НИИ, органами государственной или ведомственной метрологической службы. Метрологической аттестации обычно подвергают средства измерений, не подлежащие государственным приемочным испытаниям или утверждению органами государственной метрологической службы. Как правило, - это уникальные средства измерений, как разработанные в стране, так и ввезенные в нее в единичных экземплярах. Допускается проводить метрологическую аттестацию отдельных экземпляров серийных средств измерений, если они отобраны для применения в качестве образцовых средств измерений или для применения в условиях или режимах, не предусмотренных эксплуатационной документацией на них. На основании результатов метрологической экспертизы выдается свидетельство, в котором, наряду с признанием средства измерений законным, указывают его назначение и метрологические характеристики.

Аттестация испытательного оборудования проводиться с целью определения нормирования точностных характеристик оборудования, их соответствия требованиям нормативно-технической документации и установления пригодности оборудования к эксплуатации.

К нормированным точностным характеристикам испытательного оборудования относятся установленные НД характеристики, определяющие возможности оборудования воспроизводить и поддерживать режимы и условия испытаний в заданных диапазонах, с требуемой точностью и стабильностью, в течение установленного срока.

Порядок проведения аттестации

Испытательное оборудование должно подвергаться первичной, периодической и, в случае необходимости, внеочередной аттестации.

Первичная, периодическая и внеочередная аттестация должны проводиться для:

1 испытательного оборудования общепромышленного применения в соответствии с государственными стандартами или методическими указаниями на методы и средства аттестации испытательного оборудования;

2 испытательного оборудования отраслевого применения в соответствии с отраслевыми стандартами или другой отраслевой НТД на методы и средства аттестации испытательного оборудования;

3 импортного испытательного оборудования и оборудования специального применения по методикам аттестации организаций, применяющих это оборудование, утвержденным головной организацией министерства (ведомства) по метрологической службе.

Опытные образцы испытательного оборудования должны представляться на аттестацию предприятием-разработчиком, серийно выпускаемое оборудование - предприятием-изготовителем, а испытательное оборудование, находящееся в эксплуатации, импортное и оборудование специального применения - предприятием, применяющим это оборудование.

Испытательное оборудование должно представляться на аттестацию с технической документацией и вспомогательными техническими средствами, необходимыми для его нормального функционирования. Применяемые средства измерений должны иметь действующие документы, свидетельствующие об их государственной или ведомственной поверке. К проведению аттестации допускаются лица, прошедшие специальное обучение и сдавшие экзамены в установленном порядке.

Первичная аттестация испытательного оборудования

При первичной аттестации должны быть проведены всесторонние исследования с целью определения:

- возможности испытательного оборудования воспроизводить и под- держивать режимы и условия испытаний в заданных диапазонах, с требуемой точностью и стабильностью, в течение установленного срока;

4 действительных значений нормированных точностных характеристик и их соответствия НД;

5 погрешностей измерений и регистрации параметров испытательных режимов;

6 перечня нормативных точностных характеристик, подлежащих проверке в процессе эксплуатации;

7 методов и средств проведения последующих аттестаций и их периодичности;

8 выполнения требований безопасности и охраны окружающей среды.

Подготовка, организация и проведение первичной аттестации возлагаются на предприятие-разработчика (для опытных образцов оборудования), предприятие-изготовителя (для серийно выпускаемого оборудования) и на предприятие, применяющие оборудование (для импортного оборудования специального применения) .

Первичной аттестации подлежат:

9 опытные образцы испытательного оборудования;

10  серийные образцы испытательного оборудования;

11  испытательное оборудование специального применения;

12  импортное испытательное оборудование.

Первичная аттестация опытных образцов и серийно выпускаемого испытательного оборудования проводиться как обязательная часть государственных, приемочных, квалификационных или периодических испытаний, предусмотренных ГОСТами или другими стандартами, регламентирующими порядок проведения испытаний. Первичная аттестация испытательного оборудования, подвергаемого приемо-сдаточным испытаниям, проводится как составная часть этих испытаний.

В состав комиссии для проведения первичной аттестации испытательного оборудования, кроме представителей, предусмотренных ГОСТами, должны входить:

13  представители Росстандарта и головной (базовой) организации метрологической службы министерства (ведомства) - заказчика (основного потребителя);

14  представители заказчика - при аттестации оборудования, применяемого для испытаний продукции, поставляемой с приемкой заказчика.

Первичная аттестация испытательного оборудования специального применения и импортного оборудования проводиться комиссией, назначаемой руководством предприятия, использующего это оборудование. В состав комиссии включаются представители испытательных подразделений и метрологической службы предприятий, головной (базовой) организации министерства (ведомства) по метрологической службе и, в случае необходимости, представители Росстандарта и (или) заказчика. При первичной аттестации испытательного оборудования, используемого для проведения государственных испытаний продукции, в состав комиссии должны входить представители Росстандарта, головной организации по государственным испытаниям этой продукции и заказчика (основного потребителя).

Испытательное оборудование (кроме импортного) предоставляется на первичную аттестацию вместе с технической документацией, прошедшей метрологическую экспертизу, в состав которой должны входить:

15  утвержденное техническое задание на разработку (для опытных образцов);

16  эксплуатационные документы по ГОСТу, включая формуляр;

17  программа первичной аттестации;

18  проект методики периодической аттестации.

Импортное испытательное оборудование представляется на первичную аттестацию вместе с эксплуатационной документацией, программой первичной аттестации и проектом методики периодической аттестации.

Результаты первичной аттестации опытных образцов и серийно выпускаемого оборудования оформляются:

19  аттестатом или протоколом испытаний, предусмотренного ГОСТом или другими стандартами, регламентирующими порядок проведения испытания продукции (при приемочных, квалификационных и периодических испытаниях);

20  записью результатов аттестации в эксплуатационные документы в соответствии с ГОСТом.

Перечень нормированных точностных характеристик, подлежащих проверке в процессе эксплуатации, объем, методы и средства последующих аттестаций и их периодичность должны быть внесены в формуляр и инструкцию по эксплуатации в соответствии с ГОСТ 2.601.

Результаты первичной аттестации испытательного оборудования специального применения и импортного оформляются протоколом аттестации и аттестатом.

Периодическая аттестация испытательного оборудования

Периодическую аттестацию испытательного оборудования проводят в процессе его эксплуатации испытательные подразделения предприятий (организаций), применяющих это оборудование, участием его метрологической службы по программам, утвержденным руководителями этих подразделений.

Периодическая аттестация испытательного оборудования проводиться в объеме, необходимом для проверки соответствия его нормативных точностных характеристик требованиям НД на оборудование или для установления пригодности оборудования к применению для испытаний продукции в соответствии с действующей НД на методы испытаний этой продукции.

Периодическая аттестация проводиться в сроки, установленные при первичной аттестации или графиками периодической аттестации, утвержденными руководителями предприятий (организаций), применяющих это оборудование, и согласованными при необходимости с головными (базовыми) организациями по метрологической службе. Периодичность аттестации устанавливается с учетом стабильности проверяемых параметров, условий и интенсивности использования оборудования.

Периодическая аттестация испытательного оборудования, применяемого для испытаний продукции, поставляемой с приемкой заказчика, а также согласование сроков программ проведения аттестации, производится с участием представителя заказчика.

Внеочередная аттестация

Внеочередную аттестацию проводят:

21  при вводе в эксплуатацию испытательного оборудования после транспортирования и длительного оборудования;

22  после ремонта, модернизации, капитальной переделки фундамента, после перемещения испытательного оборудования, устанавливаемого стационарно, если перечисленные операции могут привести к изменению нормированных точностных характеристик;

23  при ухудшении качества выпускаемой продукции;

24  по указанию представителей Росстандарта, осуществляющих проверку предприятий.

Внеочередную аттестацию проводят испытательные подразделения предприятий (организаций) с участием своих метрологических служб по методикам и программам, утвержденным руководителями предприятий, или органы Росстандарта (при проверке предприятий) по методикам и программам, утвержденным органами Росстандарта.

Испытательное оборудование, признанное по результатам периодической и внеочередной аттестации испытательного оборудования, применяемого для проведения государственных испытаний продукции, должны принимать участие представители Росстандарта и головной организации по государственным испытаниям этой продукции.

При положительных результатах периодической и внеочередной аттестации на испытательное оборудование наносят аттестационное клеймо с указанием даты аттестации и срока очередной аттестации.

Лекция № 9

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.       Метрологические характеристики средств измерений

Качество измерений зависит от многих факторов. В некоторых случаях, однако, требуется знать, какое влияние на результаты измерений и их точность оказывают свойства средств измерений. К таким случаям относятся:

априорная оценка точности измерений. При ее выполнении наряду с другими факторами должна учитываться точность средств измерений;

выбор средств измерений, применение которых в известных условиях обеспечит требуемую точность измерений. Эта задача является обратной по отношению к предыдущей;

сравнение различных типов средств измерений по их метрологическим свойствам как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации;

использование средств измерений в качестве комплектующих при разработке сложных измерительных систем. Одни и те же требования к измерительной системе могут удовлетворяться при различных сочетаниях

свойств средств измерений, используемых в качестве комплектующих. Оптимальное сочетание должно быть результатом технико-экономического обоснования;

определение точности информационных систем расчетным путем, когда экспериментальное решение этой задачи связано с большими трудностями или вообще невозможно из-за специфики условий работы. Эта же задача возникает при проектировании информационных систем.

Характеристики свойств средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений и их точность, называются метрологическими характеристиками средств измерений. Их можно разбить на группы:

1. Характеристики, предназначенные для определения показаний средств измерений. К ним относятся: функция преобразования измерительного преобразователя, значения однозначной или многозначной меры; цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

2. Характеристики качества показаний - точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением или его аналогом. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при метрологической аттестации средства измерений.

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции влияния и учет изменений метрологических характеристик средств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах.

4. Динамические характеристики средств измерений, учитывающие их инерционные свойства.

5. Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений. Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной сигналы линейного измерительного преобразователя.

6. Неинформативные параметры выходного сигнала, обеспечивающие нормальную работу устройств, подключенных к средству измерений. Например, выходным сигналом преобразователя напряжения в среднюю частоту следования импульсов является последовательность импульсов. Для определении значения измеряемого напряжения к выходу преобразователя подключается частотомер. Он будет нормально работать только в случае, если амплитуда и форма импульсов преобразователя, хотя они и не несут информации о значении измеряемого напряжения, удовлетворяют определенным требованиям. В противном случае частотомер будет измерять частоту следования этих импульсов неточно, либо вообще не будет работать.

2.Классы точности средств измерений

Учет всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений - сложная и трудоемкая процедура, оправданная только при измерениях очень высокой точности, характерных для метрологической практики. В обиходе и на производстве, как правило, такая точность не нужна. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

Класс точности средств измерений - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.

Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Это важно при выборе средств измерений и зависимости от заданной точности измерений.

Класс точности средств измерений конкретного типа
устанавливают в стандартах технических требований (условий) или в других нормативных документах.

В стандартах на средства измерений конкретного типа устанавливаются требования к метрологическим характеристикам, в совокупности определяющие класс точности средств измерений этого типа. У плоскопараллельных концевых мер длины, например, такими характеристиками являются: пределы допускаемых отклонений от номинальной длины и плоскопараллельности; пределы допускаемого изменения длины в течение года. У мер электродвижущей силы (нормальных элементов) - пределы допускаемой нестабильности ЭДС в течение года.

При малоизменяющихся метрологических характеристиках допycкается устанавливать требования, единые для двух и более классов точности.

Независимо от точности нормируют метрологические характеристики, требования к которым целесообразно устанавливать едиными для средств измерений всех классов точности.

Классы точности присваиваются типам средств измерений с учетом результатов государственных приемочных испытаний. Средствам измерений с несколькими диапазонами измерений одной и той же физической величины или предназначенными для измерений разных физических величин могут быть присвоены различные классы точности для каждого диапазона или каждой измеряемой величины. Так, амперметр с диапазонами 0-10, 0-20 и 0-50 А может иметь разные классы точности для отдельных диапазонов; электроизмерительному прибору, предназначенному для измерений напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один - как вольтметру, другой - как омметру.

Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпуса средств измерений, приводятся в нормативно-технических документах. При этом в эксплуатационной документации на средство измерений, содержащей обозначение класса точности, должна быть ссылка на стандарт или технические условия, в которых установлен класс точности для этого типа средств измерений.

Обозначения могут иметь форму заглавных букв латинского алфавита (например, М, С и т. д.) или римских цифр (I, II, III, IV и т. д.) с добавлением условных знаков. Смысл таких обозначений раскрывается в нормативно-технической документации. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку точности показаний средства измерений.

Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой, нулевое значение входного (выходного) сигнала у которых находится на краю или вне диапазона измерений, обозначение класса точности арабской цифрой из ряда (1; 1,5; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5;6) . 10n , где n = 1, 0, -l, -2 и т. д., означает, что значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель отсчетного устройства, более чем на соответствующее число процентов от верхнего предела измерении.

Пример. Указатель отсчетного устройства вольтметра класса точности 0,5 шкала которого приведена на рис. 5, показывает 124 В. Чему равно измеряемое напряжение?

Решение. Для указанного прибора измеряемое напряжение не может отличаться от того, что показывает указатель, больше чем на 1 В. Следовательно, измеряемое напряжение 123<= U <= 125 В.

Если при тех же условиях нулевое значение находится внутри диапазона измерении, то значение измеряемой величины не отличается от того, что показывает указатель, больше чем на соответствующее классу точности число процентов от большего из модулей пределов измерений.

Пример. Указатель отсчетного устройства амперметра класса точности 1,5 шкала которого видна на рис. 6, показывает 4 А. Чему равна измеряемая сила тока.

Решение. Для указанного прибора измеряемая сила тока не может отличаться от той, которую показывает указатель, более чем на 0,3 А. Поэтому измеряемая сила тока 3,7<= I <= 4,3 А.

У средств измерений с установленным номинальным значением отличие измеряемой величины от той, что показывает указатель, не может превысить соответствующего числа процентов от номинального значения.

Рис. 9.1. Лицевая панель вольтметра класса точности 0,5 с равномерной шкалой

Пример. Цифровой частотомер класса точности 2,0 с номинальной частотой 50 Гц, цифровое табло которого показано на рис. 7, показывает 47 Гц. Чему равна измеряемая частота?

Решение. У такого прибора измеряемая частота не может отличаться от цифры на табло больше чем на 1 Гц. Следовательно, измеряемая частота 46 Гц <= f <=48 Гц.

Рис. 9.2. Лицевая панель амперметра класса точности 1,5 с равномерной шкалой

В других случаях, когда классы точности обозначаются цифрами из приведенного выше ряда, следует обращаться к стандартам на средства измерений этого вида.

Рис. 9.3. Лицевая панель частотомера класса точности 2,0 с номинальной частотой 50 Гц

Обозначение классов точности цифрами из того же ряда предпочтительных чисел может сопровождаться применением дополнительных условных знаков. Так, например, отметка снизу ( 0,5√ , 1,6√ , 2,5√ и т.п.) означает, что у измерительных приборов этого типа с существенно неравномерной шкалой значение измеряемой величины не может отличаться от того, что показывает указатель отсчетного устройства, больше чем на указанное число процентов от всей длины шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений, Заключение цифры в окружность (например, ; и т.д.) означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое показывает указатель.

Пример. Указатель отсчетного устройства мегаоммегра класса точности с неравно-мерной шкалой, представленной на рис. 8, показывает 40 МОм. Чему равно измеряемое сопротивление?

Решение. При таком обозначении класса точности измеряемая величина не может отличаться от значения, которое показывает указатель, более чем на 2,5 %. Поэтому измеряемое сопротивление 39 МОм <= R <=41 МОм.

Иногда обозначение класса точности дается в виде дроби, например, 0,02/0,01. Это означает, что измеряемая величина не может отличаться от значения X, показанного указателем, больше чем на ± [с + d (xk, / х) - 1)] %, где с и d соответственно числитель и знаменатель в обозначении класса точности, а хк - больший (по модулю) из пределов измерений.

Рис. 9.4 Лицевая панель мегаомметра класса точности 2,5 с неравномерной шкалой

Пример. Указатель отсчетного устройства ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 со шкалой, показанной на рис. 9, показывает -25 А. Чему равна измеряемая сила тока?

Решение. Измеряемая сила тока отличается от той, что показывает указатель, не больше чем на [0,02 + 0,01(50А/25А - 1) ] % = 0,03 %. Таким образом, измеряемая сила тока 24,992 А < I < 25,008 А.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что класс точности является обобщенной характеристикой средств измерений. Знание его позволяет определить не точность конкретного измерения, а лишь указать пределы, в которых находится значение измеряемой величины.

Рис 9.5 Лицевая панель ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 с равномерной шкалой

. Метрологическая надежность средств измерений

В процессе эксплуатации любого средства измерений может возникнуть неисправность или поломка, называемые отказом. Внезапные отказы, вследствие их случайности, невозможно прогнозировать.

По характеру своего проявления внезапные отказы являются явными. Они сравнительно легко обнаруживаются, и после выяснения их причин возникшие неисправности устраняются. Сложнее обстоит дело с диагностикой так называемых постепенных отказов, которые заключаются в том, что с течением времени метрологические характеристики перестают соответствовать установленным для них нормам, и средство измерений вследствие этого становится непригодным для применения по назначению. Такие отказы являются скрытыми и могут быть обнаружены только при очеред-- ной поверке средства измерений. Поэтому межповерочные интервалы устанавливаются исходя из требования обеспечения метрологической надежности средств измерений.

Метрологическая надежность - это свойство средств измерений сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение определенного времени при нормальных режимах и рабочих условиях эксплуатации. Метрологическим отказом называется выход метрологической характеристики средства измерений за пределы нормы. Метрологические отказы являются результатом старения и износа элементов и узлов средств измерений, так что их интенсивность с течением времени возрастает.

метрология величина погрешность измерение

Лекция № 10

ЮСТИРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.       Назначение юстировочных устройств

На всех стадиях производства возникает основная задача - как получить наивысшую оптимальную точность прибора при наименьших затратах.

Погрешность показаний приборов зависит от параметров, определяющих точность их работы. К таким параметрам относятся:

технологические погрешности, которые вызывают погрешности размеров, погрешность формы и взаимного расположения рабочих поверхностей;

шероховатость рабочих поверхностей;

погрешности выбора конструктивной схемы прибора;

погрешности отсчета по шкале;

температурные погрешности.

С целью уменьшения технологических погрешностей показаний приборов можно уменьшить допуски на изготовление деталей прибора. Однако этот путь не всегда является целесообразным и экономически выгодным.

Второй, наиболее распространенный путь - это снижение влияния технологических погрешностей на показания прибора. Заключается он в том, что при разработке метрологической схемы прибора и при проектировании предусматривают возможность юстировки, т.е. выверки и регулировки прибора и его узлов при изготовлении и эксплуатации и приведения его к требуемой точности.

В этом случае детали прибора изготавливают в пределах сравнительно больших допусков, но с незначительными погрешностями формы и расположения поверхностей. Точность показаний прибора обеспечивается плавной регулировкой взаимного расположения его деталей и узлов, специальными регулировочными и юстировочными устройствами и компенсаторами. Устройства и компенсаторы, кроме компенсации погрешности изготовления и сборки, позволяют компенсировать износ подвижных деталей в процессе эксплуатации прибора, повышая эффективность его использования.

. Основные принципы юстировки

Юстировочные устройства вводят в следующих случаях:

заданы строгие допуски на замыкающее звено;

встречаются длинные размерные цепи;

в размерной цепи имеются звенья, отклонения которых превосходят допуск на замыкающее звено;

сборочные базы не вполне определены или недостаточно точны;

в процессе эксплуатации нарушается рабочее состояние прибора и требуется его выверка.

Основными причинами, вызывающими необходимость ремонта и юстировки деталей и узлов измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, являются следующие:

износ контактов отдельных деталей, входящих в узлы, влияющие на передаточное отношение приборов;

нарушение взаимного расположения деталей и узлов, влияющих на стабильность и точность показаний прибора;

нарушение плавности взаимного перемещения деталей в приборе;

нарушение измерительного усилия;

загрязнение оптических и коррозия механических деталей;

поломка деталей;

неправильная регулировка.

Юстировка измерительных приборов для линейных и угловых измерений, включая оптические и оптико-механические, основана на следующих принципах:

1.       Установка положения плоскости детали относительно заданной прямой или плоскости осуществляется тремя юстировочными винтами.

2.       Поступательное перемещение детали в определенном направлении осуществляют одной или двумя парами соосных и направленных друг против друга юстировочных винтов. При двух парах соосных винтов оси их должны быть параллельны. Наряду с поступательным перемещением детали (узла) можно производить ее поворот.

.         Поступательное перемещение детали в двух направлениях, чтобы установить одну из ее точек (А) в заданном положении, осуществляется двумя парами соосных юстировочных винтов.

Рассмотренные основные принципы должны учитываться при конструировании измерительных приборов. Их применение позволяет по возможности обеспечить независимость выходных показателей прибора от точности изготовления его деталей и узлов.

Для полного решения юстировочной задачи необходимо выполнить следующее:

1.       На основании изучения устройства прибора , принципа действия, его назначения, условий работы и технических требований строго сформулировать задачу юстировки, т.е. выделить те метрологичесукие характеристики прибора, на которые могут влиять ошибки отдельных деталей и положение узлов, выявить конструктивные и юстировочные базы деталей узлов и прибора в целом и установить требования к точности их взаимоориентирования.

2.       Рассмотреть возможность регулировки основных оптических и механических деталей и узлов; найти величины их действительных смещений и поворотов, влияющих на данные свойства и характеристики прибора; выбрать вид сборки, рассмотреть возможность сборки узла или всего прибора по принципу взаимозаменяемости. При неизбежности использования сборки с компенсацией наметить минимальное, но достаточное число юстировочных регулировок независимого действия.

.         Предложить способ поверки, позволяющий прямо или косвенно выявить погрешности, подлежающие устранению в процессе юстировки.

.         Разработать методику юстировки, т.е. определить инструмент или дополнительные средства и наметить последовательность выполнения операций для достижения заданной точности.

.         Предусмотреть надежную фиксацию юстировочных деталей и узлов.

.         Предусмотреть возможность сохранения, поддержания или периодического восстановления рабочего состояния прибора в условиях эксплуатации.

. Классификация конструкций юстировочных устройств СИ

По назначению юстировочные устройства СИ можно классифицировать следующим образом:

устройства для установки измерительных приборов и преобразователей относительно контролируемой детали в позицию измерения;

устройства для установки относительного положения измерительных опорных, базировочных и рабочих поверхностей СИ;

устройства, позволяющие уменьшить или исключить влияние различных факторов на точность измерения (влияние неравномерного измерительного усилия, зазоров, неравномерного распределения усилий зажима, инерционности механических частей прибора;

устройства для непосредственного воздействия на чувствительность измерительного прибора.

Устройства для установки и настройки СИ в позицию измерения

К таким устройствам относятся различные типы стоек и штативов.

Стойки имеют измерительные столы и предназначены для установки как измерительных приборов, индикаторов и преобразователей, так и контролируемой детали.

Стойки выпускают нескольких типов: С- I, С-II, С-III и С-IV. Первые два типа стоек имеют отверстия под индикатор диаметром 28 мм, остальные диаметром 8 мм. Стойки типа С- I имеют дополнительные сменные столы: круглый гладкий, круглый ребристый с выступающей сферической вставкой и круглый ребристый с выступающим средним ребром.

Штативы выпускают типов Ш- I для индикаторов с ценой деления 0,001 - 0,005 мм и Ш-II для индикаторов с ценой деления 0,01 мм. Кроме того, имеются аналогичные штативы с магнитным основанием ШМ-I и ШМ-II.

Электроконтактные измерительные преобразователи настраивают на предельные размеры измеряемой детали при помощи настроечных микрометрических винтов, которые имеют шкалы для грубой настройки. Точная настройка контактов осуществляется по концевым мерам.

Устройства для установки относительного положения измерительных опорных, базировочных и рабочих поверхностей СИ

В СИ для контроля размеров и погрешностей формы деталей требуется выдерживать точное взаимное расположение плоскостей и прямых, например, параллельность измерительных поверхностей микрометров, штангенциркулей, перпендикулярность плоскостей измерительных столов, стоек приборов направлению перемещения измерительных штоков.

В конструкциях современных измерительных приборов используют опоры для регулирования положения по высоте и наклона одной детали относительно другой. Устройство состоит из разрезной втулки, двух шайб в виде шаровых сегментов и винта. При ослабленном винте деталь может наклоняться в пределах зазора между винтом, шайбами и втулкой.

Устройства для регулирования перемещения деталей и узлов СИ

Точность относительных перемещений деталей и узлов в СИ регулируют при помощи различных юстировочных устройств для направляющих.

Направляющие - устройства , обеспечивающие прямолинейное или криволенейное перемещение одной детали по отношению к другой.

Различают следующие виды направляющих:

направляющие с трением скольжения (типа «ласточкин хвост»);

направляющие с трением качения (подшипники качения);

направляющие с внутренним молекулярным трением.

Для направляющих с трением скольжения предусмотрены еще и юстировочные устройства, которые позволяют компенсировать погрешности изготовления и износ.

Конструкции направляющих «ласточкин хвост» обычно служат для перемещения деталей и узлов приборов при помощи реечных или винтовых передач. Для компенсации износа имеется вкладыш, прижимаемый при помощи винта и пружины к рабочей поверхности «ласточкина хвоста».

Для перемещения частей приборов с большой массой применяют направляющие с шарикоподшипниками.

Устройства для регулирования и стабилизации измерительного усилия

Постоянное измерительное усилие обеспечивает стабильность измерений, устраняет влияние масляных пленок, охлажлающей жидкости и вибраций.

Измерительное усилие вызывает упругие деформации деталей и снижает точность измерений. Колебания измерительного усилий совместно с силами трения в подвижных частях СИ вызывает нестабильность показаний. Поэтому большое значение имеет стабилизация значения измерительного усилия во всем диапазоне измерений прибора. Обычно для создания измерительного усилия используют винтовые пружины, стержневые пружины и грузы.

Юстировочные устройства для воздействия на точность СИ

К этой группе устройств относятся устройства для непосредственного или косвенного воздействия на точность измерительных приборов.

К юстировочным устройствам непосредственного воздействия на точность СИ относятся устройства для регулирования чувствительности и передаточного отношения.

К устройствам косвенного воздействия относятся устройства для регулирования точности положения и перемещений различных узлов и деталей СИ, для регулирования зазоров в подвижных соединениях.

Конструкция устройств для регулирования чувствительности зависит от вида чувствительного элемента прибора.

В рычажно-зубчатых и рычажно-оптических индикаторах передаточное отношение регулируется изменением длин плеч рычагов при помощи резьбовых и эксцентриковых устройств.

В индикаторах с пружинными чувствительными элементами передаточное отношение реализуется либо изменением натяжения скрученной пружины (оптикатор), либо изменением расстояния между плоскими пружинами.

Вопросы для тестового контроля знаний студентов по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» по разделу «Метрология»

Варианты ответа	1. Вопрос: К числу государственных метрологических центров относятся:
1	Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС, г. Москва);
2	НПО «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ВНИИОФИ);
3	Томский государственный НИИ метрологии (ТНИИМ, г. Томск);
4	НПО «Всероссийский научно-исследовательский институт химико-технических и радиомеханических измерений» (ВНИИХТРМИ, пос. Курчатов, Московская обл.);

Варианты ответа	2. Вопрос: Государственная метрологическая служба находится в ведении Росстандарта и включает:
1	Метрологические подразделения центров стандартизации и метрологии.
2	Органы Архстройнадзора на территории республик в составе Российской Федерации, автономных областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.
3	Органы по сертификации и стандартизации продукции, услуг и систем качества.
4	Органы государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономных областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Варианты ответа	3. Вопрос: Физическая величина - это …
1	Явление, присущее большинству веществ и материалов, обладающее определенной размерностью.
2	Свойство, качественно общее для многих физических объектов, но количественно индивидуальное для каждого из них.
3	Признак, характерный для большой группы однотипных предметов, оказывающий влияние на параметры объекта.
4	Качество, позволяющее определить объект как отдельное физическое тело.

Варианты ответа4. Вопрос: В настоящее время система SI включает следующие основные единиц:
1	Длина - метр (м, m);
2	Мощность - ватт (Вт, W);
3	Освещенность - люкс (Лк, Lc);
4	Время - секунда (с, s);
Варианты ответа	5. Вопрос: Истинное значение физической величины, которое …
1	Идеальным образом отражает в качественном и количественном отношении свойства измеряемого объекта.
2	Найдено экспериментально с помощью специальных технических средств.
3	Установлено на основании известной функциональной зависимости.
4	Определено методами математической статистики и теории вероятностей.

Варианты ответа	6. Вопрос: Различают следующие виды погрешности результатов измерений:
1	Абсолютную.
2	Квадратическую.
3	Относительную.
4	Удельную.

Варианты ответа	7. Вопрос: Систематическая погрешность - составляющая суммарной погрешности измерения….
1	Изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
2	Изменяющейся в выбранной системе исчисления (системе координат).
3	Остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторном измерении одной и той же величины.
4	Остающаяся неизменной до и после проведения измерения или испытания.

Варианты ответа	8. Вопрос: Грубая погрешность - погрешность измерения ….
1	Зависящая от наблюдателя и связанная с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов.
2	Представляющая собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины.
3	Существенно превышающая ожидаемую при данных условиях проведения испытаний погрешность.
4	Определяемая как алгебраическая разность между полученными при измерении с истинным значением искомой величины.

Варианты ответа	9. Вопрос: По причине возникновения погрешности разделяются на:
1	Статические и динамические.
2	Инструментальные.
3	Методические и субъективные.
4	Периодические.
Варианты ответа	10. Вопрос: Государственный метрологический контроль включает:
1	Утверждение типа и поверку СИ, в том числе эталонов.
2	Лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату СИ.
3	Проверку правильности выполнения поверочных и юстировочных работ.
4	Координация работы отделений государственного метрологического контроля в регионах.

Варианты ответа11. Вопрос: Государственный метрологический надзор осуществляется:
1	За выпуском, состоянием и применением СИ, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм.
2	За правильностью оформления таможенных документов при ввозе товаров из-за границы.
3	За количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.
4	За выполнением обязательных требований по выполнению поверочных и юстировочных работ.

Варианты ответа12. Вопрос: Метрологические характеристики средств измерений - это …
1	Параметры точности измерительного прибора или оборудования, его чувствительность и разрешающая способность.
2	Технические характеристики, не являющиеся объектом измерения, но оказывающие влияние на результат.
3	Параметры , оказывающие влияние на показатели точности и стабильности.
4	Технические характеристики, описывающие свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений.

Варианты ответа13. Вопрос: Совокупность операций, которые устанавливают (для заданных условий) взаимосвязь между значениями, показываемыми измерительным прибором или измерительной системой, или значениями, представленными вещественной мерой или стандартным образцом и соответствующими значениями величины, реализованными в контрольном эталоне, называется …
1	Юстировкой .
2	Калибровкой.
3	Поверкой.
4	Проверкой.
Варианты ответа	14. Вопрос: Систематический и независимый анализ, позволяющий определить соответствие деятельности и результатов в области качества запланированными мероприятиями, а также эффективность их внедрения и соответствие постоянным целям, называется …
1	Юстировкой.
2	Калибровкой.
3	Поверкой.
4	Проверкой.

Варианты ответа	15. Вопрос: Операция , имеющая своей целью приведение прибора в рабочее состояние в соответствии с его назначением, называется …
1	Юстировкой.
2	Калибровкой.
3	Поверкой.
4	Проверкой.

Варианты ответа16. Вопрос: Обобщенная характеристика типа средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений, называется …
1	Эталоном.
2	Методом измерений.
3	Классом точности средств измерений.
4	Принципом измерения.

Варианты ответа17. Вопрос: Средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особым правилам и утвержденное в установленном порядке, называется …
1	Эталоном.
2	Методом измерений.
3	Классом точности средств измерений.
4	Принципом измерения.
Варианты ответа	18. Вопрос: Совокупность приемов использования принципов и средств измерений, называется …
1	Эталоном.
2	Методом измерений.
3	Классом точности средств измерений.
4	Принципом измерения.

Варианты ответа19. Вопрос: Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называется …
1	Эталоном.
2	Методом измерений.
3	Классом точности средств измерений.
4	Принципом измерения.

Варианты ответа	20. Вопрос: Метод непосредственной оценки - это …
1	Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
2	Метод, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
3	Метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
4	Метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Варианты ответа21. Вопрос: Метод противопоставления - это …
1	Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
2	Метод, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
3	Метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
4	Метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.
Варианты ответа	22. Вопрос: Метод замещения - это …
1	Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
2	Метод, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
3	Метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
4	Метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Варианты ответа23. Вопрос: Метод сравнения с мерой - это …
1	Метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.
2	Метод, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.
3	Метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.
4	Метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Варианты ответа24. Вопрос: По назначению к юстировочным устройствам средств измерений можно отнести следующие:
1	Устройства для установки измерительных приборов и преобразователей относительно контролируемой детали в позицию измерения.
2	Устройства для установки относительного положения измерительных опорных, базировочных и рабочих поверхностей измерительных средств.
3	Устройства, позволяющие уменьшить или исключить влияние оператора на точность измерения.
4	Устройства для непосредственного воздействия на шкалу измерительного прибора.

Варианты ответа25. Вопрос: Эталон, признанный официальным государственным решением служить в стране в качестве основы для установления значений всех других эталонов соответствующей величины, называется …
1	Национальным эталоном.
2	Измерительным эталоном.
3	Международным эталоном.
4	Стандартным образцом.
Варианты ответа	26. Вопрос: Вещественная мера, измерительный прибор, стандартный образец или система, предназначенные для определения, реализации, сохранения или воспроизведения единицы или одного либо нескольких значений величин, в целях передачи их другому измерительному прибору путем сличения, называется …
1	Измерительным эталоном.
2	Национальным эталоном.
3	Международным эталоном.
4	Стандартным образцом.

Варианты ответа	27. Вопрос: Эталон, признанный международным соглашением для того, чтобы служить в международном масштабе в качестве основы для установления значений всех других эталонов соответствующей величины, называется …
1	Национальным эталоном.
2	Измерительным эталоном.
3	Международным эталоном.
4	Стандартным образцом.

Варианты ответа	28. Вопрос: Материал или вещество, одно или несколько свойств которого достаточно точно установлены, чтобы использовать их для калибровки аппаратуры, оценки метода измерения или для приписывания значений материалов, называется …
1	Национальным эталоном.
2	Измерительным эталоном.
3	Международным эталоном.
4	Стандартным образцом.

Варианты ответа	29. Вопрос: Раздел математики, изучающий методы сбора, систематизации и обработки результатов наблюдений или измерений с целью выявления существующих закономерностей, называется …
1	Теория вероятностей.
2	Тригонометрическая геометрия.
3	Математическое ожидание.
4	Математическая статистика.
Варианты ответа	30. Вопрос: Величина, которая при алгебраическом сложении с некорректируемым результатом измерения компенсирует предполагаемую систематическую погрешность, называется …
1	Ошибка.
2	Погрешность.
3	Поправка.
4	Промах.