Теоретические основы метрологии

Теоретические основы метрологии

как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры. Д.И. Менделеев

Физические величины

Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины. Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы,… В последнее время все большее распространение получает подразделение величин на физические и нефизические, хотя…

Шкалы измерений

Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Оценивают величины при… Шкала величины – упорядоченная последовательность ее значений, принятая по… В соответствии с логической структурой проявления свойств различают пять основных типов шкал измерений.

Виды и методы измерений

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количественного познания свойств… Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из… По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

Общие сведения о средствах измерений

 

Средство измерений (СИ) представляет собой техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики.

СИ можно классифицировать по двум признакам:

― конструктивное исполнение;

― метрологическое назначение.

По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки и измерительные системы и т.д.

Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относят гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС). Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера (например, гиря, плоскопараллельная концевая мера длины), называются однозначными. Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера (например, линейка с миллиметровыми делениями), называются многозначными

Широкое применение находят наборы и магазины мер. Указанное на мере (или приписанное мере) значение величины является номинальным значением меры. Разность между номинальным и действительным значениями меры называется погрешностью меры, которая является метрологической характеристикой меры.

Особую категорию средств измерений составляют стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Например, образцы свойств: образец твердости, образец цвета и др., и образцы состава: чистые металлы, образцы марки стали, газовые смеси и др. Стандартный образец – средство измерений в виде вещества (материала), состав и свойства которого установлены при метрологической аттестации. В последние годы стандартные образцы нашли широкое применение в метрологической деятельности и в практике измерений.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы по способу получения результата измерений подразделяют на показывающие (аналоговые и цифровые) и регистрирующие (самопишущие и печатающие). Для измерительных приборов обязательно должны быть нормированы:

― цена деления шкалы и пределы шкалы для аналоговых приборов;

― выходной код, число его разрядов, номинальная цена единицы наименьшего разряда кода для цифровых приборов.

Кроме этих нормируются и другие характеристики, оказывающие влияние на результат измерения.

Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения. В отличие от измерительного прибора сигнал на выходе измерительного преобразователя не может восприниматься наблюдателем. Измеряемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной, преобразованная – выходной. Соотношение, устанавливающее связь между входной и выходной величинами, называется функцией преобразования измерительного преобразователя и является для него основной метрологической характеристикой. Функция преобразования может быть выражена формулой, графиком, таблицей.

Для категории средств измерений, охватывающей измерительные приборы и измерительные преобразователи, применяют термин "измерительное устройство".

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте.

Измерительная система – совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связей, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

По метрологическому назначению средства измерений подразделяют на два вида:

― рабочие средства измерений, которые предназначены для получения результатов измерений при решении различных производственных задач;

― эталоны, которые предназначены для воспроизведения, хранения и передачи размеров единиц рабочим средствам измерений.

Рабочие средства измерений по условиям применения подразделяются на:

― лабораторные, используемые при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях;

― производственные, используемые для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров;

― полевые, используемые непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, суда и пр.

К каждому виду рабочих средств измерений предъявляются специфические требования, например, к лабораторным – повышенная точность и чувствительность, к производственным – повышенная стойкость у ударно–вибрационным нагрузкам, к полевым – высокая стабильность в условиях резкого перепада температур, давления и т.д.

Государственные и рабочие эталоны хранят и применяют Государственные научные метрологические центры. Эталоны (бывшие образцовые средства измерений) предназначены только для передачи размеров единиц, их хранят и применяют органы государственной метрологической службы и метрологические службы юридических лиц. Поэтому увязка рабочих средств измерений с Государственным эталоном является исключительно метрологической задачей и выполняют эту задачу аттестованные в установленном порядке специалисты.

 

Основы технических измерений

 

Для того чтобы можно было провести измерение и достичь поставленную перед ним цель, необходимо сформулировать измерительную задачу, в которую должны войти следующие составляющие элементы измерений:

― объект измерения, т.е. измеряемая величина;

― единица измерения, с которой сравнивается эта величина;

― средство измерений, выбор которого должен быть оптимальным для достижения требуемого результата измерений;

― результат измерения, представляющий, как правило, именованное число, например, метр, килограмм;

― точность измерений, которая, как правило, задается при постановке измерительной задачи.

 

Понятие погрешности измерений

Непосредственной задачей измерения является определение значений измеряемой величины. В результате измерения физической величины с истинным… Истинное значение величины неизвестно и оно применяют только в теоретических… Погрешность результата измерения ∆ – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины:…

Выбор средств измерений по точности

Для решения поставленной измерительной задачи важным этапом является выбор средства измерения. Все средства измерений, независимо от их конкретного… Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей… Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы. Понятие статической…

Государственная система обеспечения единства измерений

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – это система обеспечения единства измерений в стране, реализуемая, управляемая и… Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в… Деятельность по обеспечению единства измерений (ОЕИ) направлена на охрану прав и законных интересов граждан,…

Правовая подсистема ГСИ

Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодательная метрология, которая представляет собой свод государственных актов и… По состоянию на 2007 год нормативная база метрологии представлена более 2800… Основными правовыми актами по метрологии в России являются:

Техническая подсистема ГСИ

 

Технической основой ГСИ являются:

1. Система (совокупность) государственных эталонов единиц и шкал физических величин – эталонная база страны.

2. Система передачи размеров единиц и шкал физических величин от эталонов ко всем СИ с помощью эталонов и других средств поверки.

3. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих СИ. обеспечивающих исследования, разработки, определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов.

4. Система государственных испытаний СИ (утверждение типа СИ), предназначенных для серийного или массового производства и ввоза из–за границы партиями.

5. Система государственной и ведомственной метрологической аттестации, поверки и калибровки СИ.

6. Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

7. Система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

Различают децентрализованное и централизованное воспроизведение единиц.

При децентрализованном единицы воспроизводятся там, где выполняются измерения (м² и др. производные физические величины).

При централизованном информация о единицах передается с места их централизованного хранения и воспроизведения. Оно осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами.

Эталон единицы величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью передачи её размера другим средствам измерений данной величины.

От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них – рабочим средствам измерений.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно–технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

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

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности MБMB состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условии международных экономических связей.

Сличению подлежат как эталоны основных величин системы SI, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и снеговые эталоны – один раз в 3 года.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном.

Вторичные эталоны (их иногда называют «эталоны–копии») могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования.

Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда) и рабочим средствам измерений.

Каждый эталон состоит из воспроизводящей части и приспособлений или устройств, обеспечивающих съем и передачу информации о размере единицы.

Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов – это образцы веществ и материалов, химический состав или физические свойства которых типичны для данной группы веществ (материалов), определены с необходимой точностью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом. Они играют важную роль в обеспечении единства измерений.

Стандартные образцы используются для градуировки, поверки и калибровки химического состава и различных свойств материалов (механических, теплофизических, оптических и др.). Они могут применяться непосредственно для контроля качества сырья и промышленной продукции путем сличения. По существу стандартные образцы служат для поддержания единства измерений, то есть являются средствами измерений.

Стандартные образцы подвергаются специальным испытаниям, по результатам которых они получают свидетельства (сертификат) и вносятся в государственный реестр стандартных образцов, а он, в свою очередь, является составной частью (разделом) Государственного реестра средств измерений.

Образцы состава и образцы свойств в зависимости от уровня утверждения подразделяются на: государственные, отраслевые и предприятий.

В России действует Государственная служба стандартных образцов (ГССО) в составе НПО ВНИИМ им Д. И. Менделеева.

 

Организационная подсистемаГСИ

Организационная подсистема ГСИ представлена метрологическими службами. "Метрологическая служба" – совокупность субъектов деятельности и… В настоящее время метрологическая служба России состоит из Государственной… Государственная метрологическая служба включает:

Международные организации по метрологии

Международная организация мер и весов (МОМВ) – межправительственная организация, в состав которой входит Международное бюро мер и весов (МБМВ),… Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) учреждена в 1956… Решения МОЗМ носят рекомендательный характер. Россия отвечает в ней за определенные области метрологии – ведет два…

Государственный метрологический надзор и контроль

Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) осуществляется государственными метрологическими службами с целью проверки соблюдения… Объектами ГМКиН являются: средства измерений, эталоны, методики выполнения… В соответствии со ст. 13 вышеназванного Закона ГМКиН распространяется на строго ограниченные сферы (их 23),…

Стандартизация

Стандартизация является инструментом обеспечения качества продукции, работ и услуг – важного аспекта многогранной коммерческой деятельности. Проблема качества актуальна для всех стран независимо от зрелости их рыночной… Отставание национальных систем стандартизации во многом предопределило те трудности, которые испытывают отечественные…

Задачи стандартизации

· обеспечение взаимопонимания между разработчиками, изготовителями, продавцами и потребителями (заказчиками); · установление оптимальных требований к номенклатуре и качеству продукции в… · установление требований по совместимости (конструктивной, электрической, электромагнитной, информационной,…

Основные понятия

Объект стандартизации - предмет, подлежащий или подвергающийся стандартизации. Объектом стандартизации может быть продукция, работа (процесс) или услуга, которые следует понимать как материал, оборудование, систему, протокол, функции, термины методы, деятельность и т. д., имеющие перспективу многократного применения в науке, технике и т.д.

Область стандартизации - совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации, например машиностроение, сельское хозяйство, транспорт, величины и единицы и др.

Уровень стандартизации - форма участия в деятельности по стандартизации с учетом географического, политического и экономического признака. В связи с чем стандартизация может быть:

- международной, когда участие в ее работе открыто для соответствующих органов всех стран;

- национальной, когда работа проводится на уровне одной конкретной страны;

- региональной, когда участие в ее работе открыто для соответствующих органов стран только одного географического, политического или экономического района мира;

- административно-территориальной, когда работа проводится на уровне какой-либо административно-территориальной единицы.

Стандарт — документ, в котором с целью добровольного многократного использования устанавливаются характеристики продукции, правила осуществления и характеристики процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или оказания услуг. Стандарт также может содержать требования к терминологии, символике, упаковке, маркировке или этикеткам и правилам их нанесения.

Технический регламент - документ, который принят международным договором Российской Федерации, ратифицированным в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, или федеральным законом, или указом президента Российской Федерации, или постановлением правительства Российской Федерации, и устанавливает обязательные для применеиия и исполнения требования к объектам технического регулирования (продукции, в том числе зданиям, строениям и сооружениям, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации).

- Главная цель Государственной системы стандартизации (ГСС) - с помощью стандартов, устанавливающих показатели, нормы и требования, соответствующие передовому уровню отечественной и зарубежной науки, техники и производства, содействовать обеспечению пропорционального развития всех отраслей народного хозяйства страны.

Принципы и методы стандартизации

- упорядочивание объектов (продукции, работ, услуг, процессов), создаваемых людьми в разных странах; - закрепление в нормативных документах оптимальных требований к упорядоченным… - установление правил применения этих нормативных документов.

Категории стандартов

Государственные стандарты устанавливают требования преимущественно к продукции массового и крупносерийного производства широкого и межотраслевого… Отраслевые стандарты устанавливают требования к продукции, не относящейся к… Республиканские стандарты устанавливают требования к продукции, выпускаемой предприятиями союзно-республиканского и…

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ

Стандартизация является одним из средств осуществления технической, экономической и социальной политики и обеспечения научно-технического прогресса. Стандартизация должна основываться на взаимном стремлении всех заинтересованных сторон, разрабатывающих, изготовляющих и потребляющих продукцию, к достижению согласия с учетом мнения каждой из сторон по управлению многообразием продукции, ее качеству, экономичности, применимости, совместимости и взаимозаменяемости, ее безопасности для окружающей среды, жизни., здоровья и имущества, а также другим вопросам, представляющим взаимный интерес. В этой связи большое значение имеют научные принципы и методы, применяемые в стандартизации.

Научные принципы стандартизации

В технической литературе часто встречаются такие понятия, как «гласность», «экономия ресурсов и расход материала», «классификация» и другие (более… К главным (руководящим) принципам стандартизации относятся: - планомерность (плановость);

Научные методы стандартизации

В стандартизации используются следующие методы: - философские; - общенаучные;

Объектовая и параметрическая стандартизации

Главная задача стандартизации - своевременное установление и экономическое обоснование оптимальных по структуре, составу и уровню требований к объектам стандартизации.

Стандартизация объектов

При выборе объектов стандартизации используют научный под-ход с учетом передовых достижений науки, техники и технологии и повышения… Например, в 1918 г. Советское правительство из трех систем измерения,… Для всех сфер человеческой деятельности характерно явление, когда многовариантные, сложные объекты требуется…

Стандартизация параметров объектов

Другими словами: параметр - это независимая взаимосвязанная величина, характеризующая какое-либо изделие или процесс (явление) в целом или его… Параметры изделии делятся на: - главные;

Организация и методика проведения стандартизации

Порядок разработки новых стандартов включает в себя 6 стадий: 1. Организация разработки стандарта и составление технического стандарта. 2. Разработка проекта стандарта и рассылка на отзыв.

Международная стандартизация

Международная стандартизация – это совокупность международных организаций по стандартизации и продуктов их деятельности – стандартов, рекомендаций,… Международная организация по стандартизации – самая крупная и авторитетная из… Основное назначение международных стандартов – это создание на международном уровне единой методической основы для…

Сертификация и ее роль в повышении качества продукции

 

Основные термины и понятия

Сертификация в переводе с латыни означает "сделано верно". Для того чтобы убедиться в том, что продукт "сделан верно", надо… Общепризнанным способом такого доказательства служит сертификация… Это может быть:

Сущность обязательной и добровольной сертификации

Сертификация может носить обязательный и добровольный характер. Обязательная сертификация осуществляется на основании законов и… Добровольная сертификация проводится по инициативе юридических или физических лиц на договорных условиях между…

Сертификация и повышение качества продукции

Специалисты считают, что сертификат соответствия на систему обеспечения качества дает фирме немало выгод и преимуществ. Он доказывает надежность… Сертифицированная система качества характеризует способность предприятия… Коренное повышение качества продукции в современных условиях является одной из ключевых экономических и политических…

Системы, схемы и этапы сертификации

Правила по проведению сертификации устанавливают общие рекомендации, которые применяются при организации и проведении работ по обязательной и… Правила определяют основные действия и функции, которые осуществляет… Федеральные органы исполнительной власти, создавшие свои системы обязательной сертификации, имеют право выдавать…