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.
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.
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.
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.
Объектовая и параметрическая стандартизации
Главная задача стандартизации - своевременное установление и экономическое обоснование оптимальных по структуре, составу и уровню требований к объектам стандартизации.
Сертификация и ее роль в повышении качества продукции