Основы стандартизации и технические измерения лекции. Конспект лекций метрология

ЛЕКЦИЯ № 1. Метрология

1. Предмет и задачи метрологии

С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п. Данные подобных измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Сегодня никакая отрасль народного хозяйства не могла бы правильно и продуктивно функционировать без применения своей системы измерений. Ведь именно с помощью этих измерений происходит формирование и управление различными технологическими процессами, а также контролирование качества выпускаемой продукции. Подобные измерения нужны для самых различных потребностей в процессе развития научно-технического прогресса: и для учета материальных ресурсов и планирования, и для нужд внутренней и внешней торговли, и для проверки качества выпускаемой продукции, и для повышения уровня защиты труда любого работающего человека. Несмотря на многообразие природных явлений и продуктов материального мира, для их измерения существует такая же многообразная система измерений, основанных на очень существенном моменте – сравнении полученной величины с другой, ей подобной, которая однажды была принята за единицу. При таком подходе физическая величина расценивается как некоторое число принятых для нее единиц, или, говоря иначе, таким образом получается ее значение. Существует наука, систематизирующая и изучающая подобные единицы измерения, – метрология. Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.

Происхождение самого термина «метрология» возводя! к двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное развитие метрологии пришлось на конец XX в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом. Следует отметить и особое участие в создании этой дисциплины Д. И. Менделеева, которому подевалось вплотную заниматься метрологией с 1892 по 1907 гг… когда он руководил этой отраслью российской науки. Таким образом, можно сказать, что метрология изучает:

1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;

2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;

3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.

Выделяют несколько основных направлений метрологии:

1) общая теория измерений;

2) системы единиц физических величин;

3) методы и средства измерений;

4) методы определения точности измерений;

5) основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения;

6) эталоны и образцовые средства измерений;

7) методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от эталонов рабочим средствам измерения. Важным понятием в науке метрологии является единство измерений, под которым подразумевают такие измерения при которых итоговые данные получаются в узаконенных единицах, в то время как погрешности данных измерений получены с заданной вероятностью. Необходимость существования единства измерений вызвана возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных районах, в различные временные отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.

Следует различать также объекты метрологии:

1) единицы измерения величин;

2) средства измерений;

3) методики, используемые для выполнения измерений и т. д.

Метрология включает в себя: во-первых, общие правила, нормы и требования, во-вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:

1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;

2) принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;

3) погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей;

4) обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;

5) государственной метрологической службе;

6) методике поверочных схем;

7) рабочих средствах измерений.

В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.

2. Термины

Очень важным фактором правильного понимания дисциплины и науки метрология служат использующиеся в ней термины и понятия. Надо сказать, что, их правильная формулировка и толкование имеют первостепенное значение, так как восприятие каждого человека индивидуально и многие, даже общепринятые термины, понятия и определения он трактует по-своему, используя свой жизненный опыт и следуя своим инстинктам, своему жизненному кредо. А для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех, поскольку такой подход дает возможность оптимально и целиком понимать какое-либо жизненное явление. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне. Поскольку Россия на сегодняшний момент воспринимает себя частью мировой экономической системы, постоянно идет работа над унификацией терминов и понятий, создается международный стандарт. Это, безусловно, помогает облегчить процесс взаимовыгодного сотрудничества с высокоразвитыми зарубежными странами и партнерами. Итак, в метро логии используются следующие величины и их определения:

1) физическая величина, представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;

2) единица физической величины, что подразумевает под собой физическую величину, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;

3) измерение физических величин, под которым имеется в виду количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;

4) средство измерения, представляющее собой техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;

5) измерительный прибор представляет собой средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем;

6) мера – также средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера. Например, если прибор аттестован как средство измерений, его шкала с оцифрованными отметками является мерой;

7) измерительная система, воспринимаемая как совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций;

8) измерительный преобразователь – также средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия;

9) принцип измерений как совокупность физических явлений, на которых базируются измерения;

10) метод измерений как совокупность приемов и принципов использования технических средств измерений;

11) методика измерений как совокупность методов и правил, разработанных метрологическими научно-исследовательскими организациями, утвержденных в законодательном порядке;

12) погрешность измерений, представляющую собой незначительное различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерения;

13) основная единица измерения, понимаемая как единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден;

14) производная единица как единица измерения, связанная с основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения, не имеющая эталона;

15) эталон, который имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины, для трансляции ее габаритных параметров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения. Существует понятие «первичный эталон», под которым понимается средство измерений, обладающее наивысшей в стране точностью. Есть понятие «эталон сравнений», трактуемое как средство для связи эталонов межгосударственных служб. И есть понятие «эталон-копия» как средство измерений для передачи размеров единиц образцовым средствам;

16) образцовое средство, под которым понимается средство измерений, предназначенное только для трансляции габаритов единиц рабочим средствам измерений;

17) рабочее средство, понимаемое как «средство измерений для оценки физического явления»;

18) точность измерений, трактуемая как числовое значение физической величины, обратное погрешности, определяет классификацию образцовых средств измерений. По показателю точности измерений средства измерения можно разделить на: наивысшие, высокие, средние, низкие.

3. Классификация измерений

Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.

1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.

Неравноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.

2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.

Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.

Многократные измерения – это измерение одной или нескольких величин, выполненное четыре и более раз. Многократное измерение представляет собой ряд однократных измерений. Минимальное число измерений, при котором измерение может считаться многократным, – четыре. Результатом многократного измерения является среднее арифметическое результатов всех проведенных измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.

3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.

Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины. Примером такой постоянной во времени физической величины может послужить длина земельного участка.

Динамические измерения – это измерения изменяющейся, непостоянной физической величины.

4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.

Технические измерения – это измерения, выполняемые техническими средствами измерений.

Метрологические измерения – это измерения, выполняемые с использованием эталонов.

5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютные измерения – это измерения, которые выполняются посредством прямого, непосредственного измерения основной величины и (или) применения физической константы.

Относительные измерения – это измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин, причем числитель является сравниваемой величиной, а знаменатель – базой сравнения (единицей). Результат измерения будет зависеть от того, какая величина принимается за базу сравнения.

6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла (мера – транспортир).

Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.

Совокупные измерения – это измерения, результатом которых является решение некоторой системы уравнений, которая составлена из уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.

Совместные измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.

4. Единицы измерения

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).

В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:

1) единица длины (механика) – метр;

2) единица массы (механика) – килограмм;

3) единица времени (механика) – секунда;

4) единица силы электрического тока (электричество) – ампер;

5) единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин;

6) единица силы света (оптика) – кандела;

7) единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль.

В Международной системе единиц есть дополнительные единицы:

1) единица измерения плоского угла – радиан;

2) единица измерения телесного угла – стерадиан. Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Например, количество электричества выражается через секунды и амперы.

5. Основные характеристики измерений

Выделяют следующие основные характеристики измерений:

1) метод, которым проводятся измерения;

2) принцип измерений;

3) погрешность измерений;

4) точность измерений;

5) правильность измерений;

6) достоверность измерений.

Метод измерений – это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.

Существует несколько критериев классификации методов измерений.

1. По способам получения искомого значения измеряемой величины выделяют:

1) прямой метод (осуществляется при помощи прямых, непосредственных измерений);

2) косвенный метод.

2. По приемам измерения выделяют:

1) контактный метод измерения;

2) бесконтактный метод измерения. Контактный метод измерения основан на непосредственном контакте какой-либо части измерительного прибора с измеряемым объектом.

При бесконтактном методе измерения измерительный прибор не контактирует непосредственно с измеряемым объектом.

3. По приемам сравнения величины с ее мерой выделяют:

1) метод непосредственной оценки;

2) метод сравнения с ее единицей.

Метод непосредственной оценки основан на применении измерительного прибора, показывающего значение измеряемой величины.

Метод сравнения с мерой основан на сравнении объекта измерения с его мерой.

Принцип измерений – это некое физическое явление или их комплекс, на которых базируется измерение. Например, измерение температуры основано на явлении расширения жидкости при ее нагревании (ртуть в термометре).

Погрешность измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Погрешность, как правило, возникает из-за недостаточной точности средств и методов измерения или из-за невозможности обеспечить идентичные условия при многократных наблюдениях.

Точность измерений – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.

Количественно точность измерений равна величине относительной погрешности в минус первой степени, взятой по модулю.

Правильность измерения – это качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной или фиксировано изменяющейся при многократных измерениях погрешности (систематическая погрешность). Данная характеристика зависит, как правило, от точности средств измерений.

Основная характеристика измерений – это достоверность измерений.

Достоверность измерений – это характеристика, определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на достоверные и недостоверные. Достоверность измерений зависит того, известна ли вероятность отклонения результатов измерения от настоящего значения измеряемой величины. Если же достоверность измерений не определена, то результаты таких измерений, как правило, не используются. Достоверность измерений ограничена сверху погрешностью измерений.

6. Понятие о физической величине. Значение систем физических единиц

Физическая величина является понятием как минимум двух наук: физики и метрологии. По определению физическая величина представляет собой некое свойство объекта, процесса, общее для целого ряда объектов по качественным параметрам, отличающееся, однако, в количественном отношении (индивидуальная для каждого объекта). Классическим примером иллюстрации этого определения служит тот факт, что, обладая собственной массой и температурой, все тела имеют индивидуальные числовые значения этих параметров. Соответственно размер физической величины считается ее количественным наполнением, содержанием, а в свою очередь значение физической величины представляет собой числовую оценку ее размеров. В связи с этим существует понятие однородной физической величины, когда она является носителем аналогичного свойства в качественном смысле Таким образом, получение информации о значениях физической величины как некоего числа принятых для нее единиц и есть главная задача измерений. И, соответственно, физическая величина, которой по определению присвоено условное значение, равное единице, есть единица физической величины. Вообще же все значения физических величин традиционно делят на: истинные и действительные. Первые представляет собой значения, идеальным образом отражающие в качественном и количественном отношении соответствующие свойства объекта, а вторые – значения, найденные экспериментальным путем и настолько приближенные к истине, что могут быть приняты вместо нее. Однако этим классификация физических величин не исчерпывается. Есть целый ряд классификаций, созданных по различным признакам Основными из них является деления на:

1) активные и пассивные физические величины – при делении по отношению к сигналам измерительной информации. Причем первые (активные) в данном случае представляют собой величины, которые без использования вспомогательных источников энергии имеют вероятность быть преобразованными в сигнал измерительной информации. А вторые (пассивные) представляют собой такие величины, для измерения которых нужно использовать вспомогательные источники энергии, создающие сигнал измерительной информации;

2) аддитивные (или экстенсивные) и неаддитивные (или интенсивные) физические величины – при делении по признаку аддитивности. Считается, что первые (аддитивные) величины измеряются по частям, кроме того, их можно точно воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании размеров отдельных мер. А вторые (неаддитивные) величины прямо не измеряются, так как они преобразуются в непосредственное измерение величины или измерение путем косвенных измерений.

В 1791 г. Национальным собранием Франции была принята первая в истории система единиц физических величин. Она представляла собой метрическую систему мер. В нее входили: единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса. А в их основу были положены две общеизвестные ныне единицы: метр и килограмм. Ряд исследователей считают, что, строго говоря, эта первая система не является системой единиц в современном понимании. И лишь в 1832 г. немецким математиком К. Гауссом была разработана и опубликована новейшая методика построения системы единиц, представляющая собой в данном контексте некую совокупность основных и производных единиц.

В основу своей методики ученый заложил три основные независимые друг от друга величины: массу, длину, время. А в качестве основных единиц измерения данных величин математик взял миллиграмм, миллиметр и секунду, поскольку все остальные единицы измерения можно с легкостью вычислить с помощью минимальных. К. Гаусс считал свою систему единиц абсолютной системой. С развитием цивилизации и научно-технического прогресса возникли еще ряд систем единиц физических величин, основанием для которых служит принцип системы Гаусса. Все эти системы построены как метрические, однако их отличием служат различные основные единицы. Так, на современном этапе развития выделяют следующие основные системы единиц физических величин:

1) система СГС (1881 г.) или Система единиц физических величин СГС, основными единицами которых являются следующие: сантиметр (см) – представленный в виде единицы длины, грамм (г) – в виде единицы массы, а также секунда (с) – в виде единицы времени;

2) система МКГСС (конец XIX в.), использующая первоначально килограмм как единицу веса, а впоследствии как единицу силы, что вызвало создание системы единиц физических величин, основными единицами которой стали три физических единицы: метр как единица длины, килограмм-сила как единица силы и секунда как единица времени;

3) система МКСА (1901 г.), основы которой были созданы итальянским ученым Дж. Джорджи, который предложил в качестве единиц системы МКСА метр, килограмм, секунду и ампер.

На сегодняшний день в мировой науке существует неисчислимое количество всевозможных систем единиц физических величин, а также немало так называемых внесистемных единиц. Это, конечно, приводит к определенным неудобствам при вычислениях, вынуждая прибегать к пересчету при переводе физических величин из одной системы единиц в другую. Сложилась ситуация, при которой возникла серьезная необходимость унификации единиц измерения. Требовалось создать такую систему единиц физических величин, которая подходила бы для большинства различных отраслей области измерений. Причем в роли главного акцента должен был звучать принцип когерентности, подразумевающий под собой, что единица коэффициента пропорциональности равна в уравнениях связи между физическими величинами. Подобный проект был создан в 1954 г. комиссией по разработке единой Международной системы единиц. Он носил название «проект Международной системы единиц» и был в конце концов утвержден Генеральной конференцией по мерам и весам. Таким образом, система, основанная на семи основных единицах, стала называться Международной системой единиц, или сокращенно СИ, что происходит от аббревиатуры французского наименования «Systeme International* (SI). Международная система единиц, или сокращенно СИ, содержит семь основных, две дополнительных, а также несколько внесистемных, логарифмических единиц измерения, что можно видеть в таблице 1.

Таблица 1

Международная система единиц или СИ

Решениями Генеральной конференции по мерам и весам приняты такие определения основных единиц измерения физических величин:

1) метр считается длинной пути, который проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды;

2) килограмм считается приравненным к существующему международному прототипу килограмма;

3) секунда равна 919 2631 770 периодам излучения, соответствующего тому переходу, который происходит между двумя так называемыми сверхтонкими уровнями основного состояния атома Cs133;

4) ампер считается мерой той силы неизменяющегося тока, вызывающего на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия при условии прохождения по двум прямолинейным параллельным проводникам, обладающим такими показателями, как ничтожно малая площадь кругового сечения и бесконечная длина, а также расположение на расстоянии в 1 м друг от друга в условиях вакуума;

5) кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры, так называемой тройной точки воды;

6) моль равен количеству вещества системы, в которую входит такое же количество структурных элементов, что и в атомы в C 12 массой 0,012 кг.

Кроме того, Международная система единиц содержит две достаточно важные дополнительные единицы, необходимые для измерения плоского и телесного углов. Так, единица плоского угла – это радиан, или сокращенно рад, представляющий собой угол между двух радиусов окружности, длина дуги между которыми равняется радиусу окружности. Если речь идет о градусах, то радиан равен 57°17 48 ". А стерадиан, или ср, принимаемый за единицу телесного угла, представляет собой, соответственно, телесный угол, расположение вершины которого фиксируется в центре сферы, а площадь, вырезаемая данным углом на поверхности сферы, равна площади квадрата, сторона которого равна длине радиуса сферы Другие дополнительные единицы СИ используются для формирования единиц угловой скорости, а также углового ускорения и т. д. Радиан и стерадиан используются для теоретических построений и расчетов, поскольку большая часть значимых для практики значений углов в радианах выражаются трансцендентными числами. К внесистемным единицам относятся следующие:

1) за логарифмическую единицу принята десятая часть бела, децибел (дБ);

2) диоптрия – сила света для оптических приборов;

3) реактивная мощность – Вар (ВА);

4) астрономическая единица (а. е.) – 149,6 млн км;

5) световой год, под которым понимается такое расстояние, которое луч света проходит за 1 год;

6) вместимость – литр;

7) площадь – гектар (га).

Кроме того, логарифмические единицы традиционно делят на абсолютные и относительные. Первые абсолютные логарифмические единицы – это десятичный логарифм соотношения физической величины и нормированного значения Относительная логарифмическая единица образуется как десятичный логарифм отношения любых двух однородных величин. Существуют также единицы, вообще не входящие в СИ. Это в первую очередь такие единицы, как градус и минута. Все остальные единицы считаются производными, которые согласно Международной системе единиц образуются с помощью самых простейших уравнений с использованием величин, числовые коэффициенты которых приравнены к единице. Если в уравнении числовой коэффициент равен единице, производная единица называется когерентной.

Название: Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций.

Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ и предназначен для освоения студентами ВУЗов специальной дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация».
Лаконичное и четкое изложение материала, продуманный отбор необходимых тем позволяют быстро и качественно подготовиться к семинарам, зачетам и экзаменам по данному предмету.

Оглавление
ЛЕКЦИЯ № 1. Метрология
1. Предмет и задачи метрологии
2. Термины
3. Классификация измерений
4. Единицы измерения
5. Основные характеристики измерений
6. Понятие о физической величине. Значение систем физических единиц
7. Физические величины и измерения
8. Эталоны и образцовые средства измерений
9. Средства измерений и их характеристики
10. Классификация средств измерения
11. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование
12. Метрологическое обеспечение, его основы
13. Погрешность измерений
14. Виды погрешностей
15. Качество измерительных приборов
16. Погрешности средств измерений
17. Метрологическое обеспечение измерительных систем
18. Выбор средств измерений
19. Методы определения и учета погрешностей
20. Обработка и представление результатов измерения
21. Поверка и калибровка средств измерений
22. Правовые основы метрологического обеспечения. Основные положения Закона РФ «Об обеспечении единства измерений»
23. Метрологическая служба в России
24. Государственная система обеспечения единства измерений
25. Государственный метрологический контроль и надзор
ЛЕКЦИЯ № 2. Техническое регулирование
1. Основные понятия технического регулирования
2. Основные принципы технического регулирования
3. Правовые основы
4. Положения Государственной системы технического регулирования и стандартизации
5. Органы и комитеты по стандартизации
6. Технические регламенты: понятие и сущность. Применение технических регламентов
8. Порядок разработки и принятия технического регламента. Изменение и отмена технического регламента
ЛЕКЦИЯ № 3. Основы стандартизации
1. История развития стандартизации
2. Стандартизация: сущность, задачи, элементы
3. Принципы и методы стандартизации
4. Объекты и субъекты стандартизации
5. Нормативные документы по стандартизации, их категории
6. Виды стандартов
7. Общероссийские классификаторы
8. Требования и порядок разработки стандартов
9. Классификация средств размещения
10. Методы стандартизации
11. Методы определения показателей качества
12. Основополагающие Государственные стандарты
ЛЕКЦИЯ № 4. Основы сертификации и лицензирования
1. Общие понятия о сертификации, объекты и цели сертификации
2. Условия сертификации
3. Правила и порядок проведения сертификации
4. Развитие сертификации
5. Понятие качества продукции
6. Защита прав потребителя
7. Система сертификации. Схема сертификации
8. Обязательная сертификация. Добровольная сертификация
9. Органы по сертификации
10. Подтверждение соответствия. Формы подтверждения соответствия
11. Аккредитация органов по сертификации
12. Финансирование работ по сертификации
13. Сертификация импортной продукции
14. Номенклатура сертифицированных услуг (работ) и порядок их сертификации
15. Нормативная база сертификации
16. Правовое регулирование маркированной продукции

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций. Демидова Н.В., Бисерова В.А., Якорева А.С. 2007 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Лаконичное и четкое изложение материала, продуманный отбор необходимых тем позволяют быстро и качественно подготовиться к семинарам, зачетам и экзаменам по данному предмету.

ЛЕКЦИЯ № 1. Метрология

1. Предмет и задачи метрологии

1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;

2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;

3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.

2. Термины

физическая величина,

представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;

единица физической величины,

что подразумевает под собой физическую величину, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;

измерение физических величин,

под которым имеется в виду количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;

средство измерения,

представляющее собой техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;

3. Классификация измерений

Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.

По характеристике точности

измерения делятся на равноточные и неравноточные.

Равноточными измерениями

физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.

Неравноточными измерениями

физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.

По количеству измерений

измерения делятся на однократные и многократные.

4. Единицы измерения

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).

1) единица длины (механика) –

2) единица массы (механика) –

килограмм;

3) единица времени (механика) –

5. Основные характеристики измерений

Выделяют следующие основные характеристики измерений:

1) метод, которым проводятся измерения;

2) принцип измерений;

3) погрешность измерений;

4) точность измерений;

ЛЕКЦИЯ № 2. Техническое регулирование

1. Основные понятия технического регулирования

Основным нормативным документом, дающим определение и толкование технического регулирования, является Закон «О техническом регулировании». Исходя из определения, данного в этом документе, техническое регулирование подразумевает под собой «правовое регулирование отношений в области установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, в области установления и применения на добровольной основе требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению или оказанию услуг, а также правовое регулирование отношений в области оценки соответствия».

В этом же нормативном документе приводится перечень основных понятий, необходимых для оптимального технического регулирования:

1) аккредитация, представляющая собой официальное признание Госорганом по вопросам аккредитации компетентности юридического или физического лица с возможностью выполнения работы в области оценки соответствия;

2) безопасность товара, процессов производства, хранения, использования, перевозки, реализации и утилизации, под которой подразумевается такое состояние, при котором полностью исключается риск возможного причинения вреда жизни и здоровью граждан, имуществу юридических или физических лиц и имуществу муниципальных и Государственных органов, окружающей экологии, а также жизни и здоровью животных и растений;

3) ветеринарно-санитарные и фитосанитарные меры, под которыми подразумеваются обязательные для исполнения процедуры и требования, создаваемые для защиты от рисков, которые возможны при проникновении, распространении и закреплении вредоносных и болезнетворных организмов, заболеваний и их переносчиков, включая случаи их распространения с помощью растений или животных посредством контактирования с товарами, грузами, транспортными средствами и различными материалами, из-за наличия разнообразных добавок, токсинов, других загрязняющих веществ, сорных растений, вредителей, болезнетворных организмов, которые могут находиться в кормах и пищевых продуктах, а также процедуры и требования для защиты от распространения иных возможных вредных организмов;

2. Основные принципы технического регулирования

Закон РФ «О техническом регулировании» формулирует и основные принципы технического регулирования. К ним относятся следующие:

1) принцип использования единых правил и установление требований к товарам, процессам их производства, хранения, перевозки, использования, реализации и утилизации, в том числе выполнение различных работ и оказание услуг населению. Этот принцип можно считать одним из основных условий внесения требований стандартизации в технические регламенты, что санкционирует приведение в соответствие эти требования и их изложение в технических регламентах и ряде других документов, необходимых в сфере стандартизации;

2) принцип соответствия технического регулирования степени развитости национальной экономики, а также степени становления материально-технической базы и развития науки и техники;

3) принцип независимости от продавцов, производителей, приобретателей и исполнителей. Иными словами органы по аккредитации и сертификации должны быть независимы в административном, организационном, финансовом, экономическом смыслах;

4) должна быть установлена единообразная система правил получения аккредитации;

3. Правовые основы

Согласно положениям Закона «О техническом регулировании» законодательство РФ состоит из данного Федерального закона, а также из ряда других нормативных актов,

принимаемых в соответствии с существующим уже на данный момент законодательством РФ по данному вопросу При этом фиксируется главенство Международных законов над данным российским законодательством в случае возникновения противоречий в урегулировании какого-либо вопроса. Согласно ст. 1 вышеозначенного Закона РФ, его правовые нормы помогают регулировать отношения, формирующееся:

1) в процессе разработки, применения, использования, принятия в добровольном порядке требований к товарам, процессам их производства, хранения, транспортировки, реализации и утилизации, в том числе в области выполнения работ и предоставления различных услуг населению;

2) в процессе оценки соответствия.

Специально оговорены сферы бизнеса, которые не охватываются положениями данного Закона. Они не влияют на Государственные образовательные стандарты, стандартные положения, касающиеся вопросов бухучета и выпуска ценных бумаг и проспектов эмиссии ценных бумаг, а также правила, регулирующие аудиторскую деятельность. Далее в данном нормативном акте вводится система основных терминов и понятий, необходимых в сфере реализации технического регулирования, а также стандартизации и сертификации.

4. Положения Государственной системы технического регулирования и стандартизации

Свод правил и положений, содержащих порядок проведения работ по стандартизации РФ и касающихся фактически всех основных отраслей народного хозяйства страны, независимо от уровня управления, именуется Государственной системой стандартизации или ГСС. Основными правовыми документами, регламентирующими данную систему, является ряд Межгосударственных и Государственных уставов, как раз и содержащих основные правила, регулирующие вопросы организации и проведения работ по стандартизации. Для этой цели был организован специализированный орган под названием «Международный совет по стандартизации, метрологии и сертификации», основные задачи которого определяются следующими положениями:

1) предоставление проектов межгосударственных стандартов на утверждение;

2) выборка перспективных направлений в сфере стандартизации;

3) рассмотрение и принятие основных направлений в сфере стандартизации и метрологии, расходов на их проведение.

Также к органам службы стандартизации относятся организации, учреждения, объединения и подразделения, основная составляющая деятельности которых лежит в области проведения непосредственно работ по стандартизации или в области выполнения определенных функций по стандартизации.

5. Органы и комитеты по стандартизации

Закон Российской Федерации «О техническом регулировании» (статья 14) формулирует основные направления деятельности Национального органа Российской Федерации по стандартизации:

1) утверждение национальных стандартов;

2) принятие программы разработки национальных стандартов;

3) организация экспертизы проектов национальных стандартов;

4) обеспечение согласованности национальной системы стандартизации потребностям национальной экономики, а также зависимость ее от уровня состояния материально-технической базы и научно-технического прогресса;

1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;

2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;

3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.

Выделяют несколько основных направлений метрологии:

1) общая теория измерений;

2) системы единиц физических величин;

3) методы и средства измерений;

4) методы определения точности измерений;

5) основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения;

6) эталоны и образцовые средства измерений;

Следует различать также объекты метрологии:

1) единицы измерения величин;

2) средства измерений;

3) методики, используемые для выполнения измерений и т. д.

1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;

2) принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;

4) обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;

5) государственной метрологической службе;

6) методике поверочных схем;

7) рабочих средствах измерений.

2. Термины

9) принцип измерений как совокупность физических явлений, на которых базируются измерения;

10) метод измерений как совокупность приемов и принципов использования технических средств измерений;

Лекции по метрологии

(для студентов заочного отделения)

Часть I . Основы метрологии

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности.

Единство измерений – результаты выражены в узаконенных единицах и установлены допустимые погрешности.

Метрология определяет как правильно проводить измерения, поэтому является базовой наукой.

В РФ имеется примерно 1,5 млрд. средств измерений (СИ).

Официально началом участия государства в метрологическом деле в России считается 1893 г., когда была создана Главная палата мер и весов. Возглавил ее Д.И. Менделеев. Он и считается первым метрологом России.

В 1930 г. был создан Госстандарт СССР. Сейчас работу в РФ возглавляет Росстандарт. Подразделения государственной метрологической службы (ГМС) Росстандарта:

Научные метрологические центры и НИИ;

Опытные заводы;

Издательства, учебные заведения;

Территориальные органы (областные);

Метрологические службы органов управления и юридических лиц (на каждом предприятии есть метрологическая служба).

В метрологии выделяют три направления:

1. Законодательное (разработка нормативных документов, испытания СИ, утверждение типа СИ, их поверка, калибровка, сертификация, метрологический контроль и надзор).

2. Фундаментальное или научное (разработка новых методов измерений, средств измерений, методов обработки результатов измерений, определения погрешностей).

3. Практическое или прикладное.

Базовые законы по метрологии :

«Об обеспечении единства измерений»

«О техническом регулировании».

Основные метрологические термины и определения

Физическая величина (ФВ) – одно из свойств физического объекта, которое является общим в количественном отношении для многих физических объектов, отличаясь количественным значением.

Отличие: ФВ имеет единицу измерения.

Пример ФВ: ток, напряжение, …

Размер ФВ – количественное содержание ФВ в данном объекте.

Значение ФВ – количественная оценка ФВ в виде некоторого числа единиц данной ФВ.

Единица ФВ – ФВ, которой по определению придано значение, равное единице.

Измерение – нахождение значений ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств.

Точность измерений – степень приближения результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Численно оценивается с помощью погрешностей.

Погрешность измерений – отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины.

Действительное значение – значение, определенное экспериментально (с помощью эталонных средств измерений) и настолько близкое к истинному, что может быть за него принято.

Истинное значение – значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношении соответствующее свойство данного физического объекта.

Средства измерений (СИ) – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные погрешности (класс точности).

Единицы измерений. Системы единиц

Все первые единицы измерений были привязаны к телу человека или каким-то широко распространенным предметам.

Так в России для измерения длины:

- пядь – расстояние между большим и средним пальцами;

- аршин – 4 пяди;

- локоть ;

В Англии:

- дюйм (с 1324 г. !) – три круглых сухих ячменных зерна, уложенных по длине;

- фут – 12 дюймов;

- ярд – 3 фута.

В 1496 г. был создан эталон ярда – латунный восьмигранный стержень.

По мере развития измерений изобретались новые единицы измерений и острой стала проблема сопоставимости результатов.

Так в электротехнике к 1870 г. в мире применялось 15 единиц измерения сопротивления, восемь – напряжения, пять – тока и т.д. В 1881 г. состоялся Первый международный электротехнический конгресс, на котором вопросу единых единиц измерения уделили много внимания.

Истории известно несколько международных систем единиц измерения.

С 1963 г. в большинстве стран, в том числе и в России используется система СИ . Она включает семь основных величин (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль), две дополнительных (радиан и стерадиан) и множество производных (ом, ватт, герц, вольт и т.д.).

Некоторые виды деятельности Росстандарта

1. Утверждение типа СИ .

Оно необходимо для постановки на производство и выпуск в обращение новых типов СИ или ввоз их из-за границы.

Процедура утверждения предусматривает:

Обязательные испытания СИ;

Принятие решения об утверждении типа СИ;

Его регистрацию;

Выдача свидетельства (ранее - сертификата) об утверждении типа СИ.

Утвержденный тип СИ подлежит внесению в Госреестр СИ, который ведет Росстандарт. На СИ утвержденного типа и эксплуатационные документы наносится знак утверждения типа СИ.

Знак утверждения типа СИ

2. Поверка СИ . Поверка СИ заключается в установлении органом ГМС пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным требованиям (в первую очередь – указанному на СИ классу точности).

Поверка СИ осуществляется в аккредитованном испытательном центре (лаборатории) аттестованным в качестве поверителя физическим лицом.

Различают поверки:

Первичную, после изготовления;

Периодическую (в эксплуатации, например, раз в год);

а также внеочередную, инспекционную, экспертную.

Знак поверки (голографический)

Для обеспечения единства измерений в стране существует Государственная поверочная схема. Она установлена для обеспечения правильной передачи размеров единиц от эталонов к рабочим СИ. Утверждена схема Росстандартом.

Стрелки на схеме показывают какие менее точные СИ следует поверять СИ данного уровня. Так по эталонным СИ 1-го разряда, например, следует поверять эталонные СИ 2-го разряда, а также рабочие СИ высшей точности.

Эталонные СИ можно применять только для поверки, а рабочие – при любых измерениях. Класс точности эталонного прибора должен быть в 5 раз выше, чем у поверяемого (иногда допускается в 3 раза). На каждом этапе передачи размеров единиц регламентируется метод передачи.

Государственная поверочная схема

Обязательность поверки СИ определяется областью их применения. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» содержит их перечень. Это военная и космическая техника, медицина, торговля, фиксация рекордных результатов в спорте и т.д.

Если же область применения данного СИ в вышеназванный перечень не входит, то в процессе эксплуатации проводят или его поверку добровольно, или калибровку.

Процедура калибровки схожа с процедурой поверки, однако проводить ее могут и не только государственные метрологические службы, но и службы юридических лиц, если они имеют на это право (аккредитование).

3. Лицензирование деятельности по изготовлению, ремонту и продаже СИ.

Лицензия – документально оформленное разрешение, выдаваемое органом государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории юридическому или физическому лицу на осуществление им деятельности по изготовлению, ремонту и продаже СИ.

Лица, претендующие на лицензию на изготовление СИ, должны иметь свидетельство об утверждении типа СИ. При этом проверяется наличие помещений, соответствующего оборудования и СИ, уровень подготовленности персонала и т.д.

4. Сертификация СИ – носит добровольный характер.

Знаки сертификации

а) – добровольная

б) – обязательная.

Методы измерений

Метод измерений (МИ) – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей.

МИ делятся на методы непосредственной оценки , когда измеряемое значение определяют по отсчетному устройству измерительного прибора (например, ток по амперметру) и методы сравнения с мерой , когда в процессе измерений устанавливается равенство или определенное соотношение с мерой. Т.к. в процессе измерений участвует мера, то точность измерений методами второй группы возможна значительно выше, чем у первой, хотя процесс измерений может быть сложнее.

Различают методы одновременного и разновременного сравнения с мерой.

Наиболее известный метод одновременного сравнения – нулевой . При измерениях этим методом действие измеряемой величины А х на индикатор сводится к нулю встречным действием известной величины А 0 . При этом А х = А 0 .

Из методов разновременного сравнения рассмотрим метод замещения . Согласно ему измеряемая А х заменяется известной А 0 , и изменением А 0 цепь приводится в прежнее состояние (например, вместо резистора R x в цепь ставится магазин сопротивлений, и изменением его сопротивления R 0 восстанавливают в цепь прежний ток. При этом R x = R 0 ).

Методики выполнения измерений

С учетом того, что погрешность измерений зависит не только от класса точности, но и от других причин, которые определяются выбранным методом и процедурой измерений (условия измерения; погрешность, вносимая оператором и т.д.) создаются методики выполнения измерений (МВИ).

МВИ – совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.

МВИ, по сути, прописывает технологический процесс измерений (устанавливает метод и процедуру измерений, условия их проведения, требования к помещениям, оборудованию и оператору, правила обработки результатов измерений, определения погрешностей).

Виды измерений

1. По способу получения результатов измерений:

- прямые – измерения, при которых искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений (например, нахождение напряжения по показаниям вольтметра).

- косвенные – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (например, нахождение по закону Ома сопротивления по измеренным напряжению и току).

Совместные – производимые одновременно измерения двух или более неодноименных величин для нахождения зависимости между ними (например, измерения сопротивления и температуры).

2. По характеру зависимости измеряемой величины от времени различают измерения статические и динамические .

3. По количеству равноточных (равной точности) измерений различают измерения однократные и многократные . Преимущество многократных – в значительном снижении влияния случайных факторов на погрешность измерений.

Средства измерений

Средство измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики.

Основные группы СИ:

1. Меры (эталоны). Эталоны – высокоточные меры.

Меры – СИ, предназначенные для хранения и воспроизведения физической величины заданного размера с определенной точностью.

Первичные эталоны воспроизводят единицы ФВ с наивысшей точностью. Например, первичный в РФ эталон времени обеспечивает погрешность не более одной секунды в 500 тысяч лет. От первичного эталона размер передается эталонам-копиям, а от них – разрядным эталонам (см. поверочную схему).

2. Измерительные приборы (ИП) – СИ, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

По форме измерительной информации различают приборы аналоговые (в том числе стрелочные) и цифровые.

Есть ИП показывающие (результат считывается) и регистрирующие (результат прибором фиксируется).

По характеру применения: стационарные (щитовые) и переносные (лабораторные).

3. Измерительные установки – стационарные установки, содержащие несколько измерительных устройств (например, установка для поверки амперметров и вольтметров постоянного тока содержит источники питания, эталонные приборы, резисторы в термостате и др. оборудование).

4. Измерительные преобразователи – СИ, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающихся непосредственному восприятию наблюдателем.

Основные группы:

Масштабные, ослабляющие или усиливающие измерительный сигнал (измерительные трансформаторы, делитель напряжения, усилители и др.);

Фильтры, отделяющие сигнал от помех;

Аналого-цифровые преобразователи;

Преобразователи неэлектрических величин в пропорциональные им электрические (датчики).

5. Измерительные системы – совокупности функционально объединенных мер, измерительных приборов, преобразователей, компьютеров и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерения нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

6. Измерительные принадлежности – устройства, обеспечивающие технику безопасности и удобство измерений.

7. Виртуальные приборы – состоят из персонального компьютера с программным обеспечением и встроенной в него аналого-цифровой платой сбора данных.

Погрешности

Погрешности СИ делятся:

В зависимости от условий возникновения на основные и дополнительные;

В зависимости от изменения во времени измеряемой величины на статические и динамические;

В зависимости от значения измеряемой величины на аддитивные и мультипликативные;

По закономерности проявления – систематические и случайные.

Погрешности СИ можно численно выразить как абсолютную, относительную и приведенную.

Основная – погрешность СИ при его применении в нормальных условиях;

Дополнительная – возникающая дополнительно к основной при применении СИ в условиях, когда влияющие величины (температура, влажность и т.п.) выходят за установленные границы.

Статическая – при измерении не меняющейся во времени величины.

Динамическая – при измерении меняющейся во времени величины.

Аддитивная – не зависящая от размера измеряемой величины.

Мультипликативная – увеличивающаяся с ростом измеряемой величины.

Систематическая – постоянная или закономерно меняющаяся.

Случайная – изменяющаяся случайным образом.

Абсолютная – погрешность СИ, выраженная в единицах измеряемой величины.

Это разность между показанием прибора Х и действительным значением Х д измеряемой величины:

Поправка – абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком. При сложении поправки с Х получается Х д .

Относительная:

Относительная погрешность более информативна, чем абсолютная, т.к. есть привязка к показанию прибора.

Приведенная :

где Х Н равен пределу измерений.

Класс точности СИ

Класс точности (К) – обобщенная характеристика точности СИ, выражаемая пределами допускаемых погрешностей.

У аналоговых ИП класс точности выражается одним числом, у цифровых – двумя числами в виде отношения.

У аналоговых:

Т.е. класс точности показывает максимально возможную приведенную погрешность. Соответствие прибора этому условию и проверяется при поверке.

Для стрелочных амперметров и вольтметров, например, установлены следующие К:

0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0.

где Х – показания прибора.

У цифровых приборов класс точности выражается в виде c/d , например: 0,1/0,05.

В этом случае:

где Х К – конечное значение выбранного диапазона измерений.

Нормируемые метрологические характеристики

средств измерений

Метрологическая характеристика (МХ) – характеристика одного их свойств СИ, влияющая на результат измерений и его погрешность.

При поверке (калибровке) СИ определяют действительные значения МХ и сравнивают с установленными нормами.

МХ нормируют для нормальных условий эксплуатации.

1. Погрешность – основная МХ. Максимально допустимая погрешность СИ определяется его классом точности.

2. Собственная потребляемая из контролируемой цепи мощность (чем меньше, тем лучше, т.к. включение СИ в цепь не должно искажать режим ее работы).

3. Область рабочих частот (диапазон частот).

У измерительных приборов к МХ также относят:

- диапазон показаний – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значением шкалы;

- диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы (классом точности) допускаемые пределы погрешности. Пределы диапазона измерений на шкале выделяются точками, если они не совпадают с начальным и конечным значениями шкалы.

- чувствительность (например, для амперметра это число делений на ампер);

- цена деления – обратная чувствительности МХ (для амперметра это число ампер на деление).

Локальные поверочные схемы

Для поверки амперметров и вольтметров классов точности 1,0 и больше обычно используется метод непосредственного сличения с эталонным прибором. В основе метода лежит проведение одновременных измерений поверяемым и эталонными приборами. Погрешность определяют как разницу показаний, принимая показания эталонного за действительное значение измеряемой величины.

Предел измерений эталонного прибора выбирается несколько больше предела поверяемого, но не более, чем на 25 %. Класс точности эталонного прибора должен быть в 5 раз выше, чем у поверяемого. (пример: для поверки приборов классов 1,0 подходит эталонный прибор класса 0,2).

Поверка проводится на всех числовых отметках шкалы поверяемого (кроме нулевой) при двух вариантах изменения тока (напряжения): при увеличении («вверх» по шкале) с остановкой на каждой числовой отметке. Затем – тоже «вниз» по шкале.

Для того, чтобы оценить соответствие прибора указанному на нем классу точности, следует сопоставить с ним полученные значения приведенной погрешности. Если все значения
, то прибор классу точности соответствует. Если же хотя бы одно значение превышает К – вывод противоположный.