Часть 1. МЕТРОЛОГИЯ

Международный университет природы, общества и человека “Дубна”

Кафедра “Биофизика”

РњРѕРєСЂРѕРІ Р®.Р’.

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

И РЎР•РТИФИКАЦИЯ

Учебное пособие

Дубна, 2007

РџРЕДИСЛОВИЕ

Данное пособие предназначено для студентов университета «Дубна», у которых метрология, стандартизация и сертификация не являются основной специальностью. Пособие составлено в соответствии с программой курса «Метрология, стандартизация и сертификация», читаемого автором в объеме 32 академических часов. В нем рассмотрены основы метрологии и технического регулирования, включающего в себя вопросы, связанные с техническими регламентами, стандартизацией и сертификацией.

При написании учебного пособия была использована литература по указанным отраслям знаний, в том числе вышедшие в последнее время нормативные документы и публикации в периодической печати, касающиеся различных аспектов деятельности в области метрологии, стандартизации и сертификации. В частности, рассмотрены положения Федерального закона «О техническом регулировании». Основная использованная литература приведена в разделе «Библиографический список».

Введение данного курса в учебные программы обусловлено все возрастающей ролью метрологии как науки об измерениях и различных аспектов технического регулирования в развитии науки и техники, в производстве, в торговле, образовании, бытовом обслуживании, в повышении качества товаров и услуг и в других областях человеческой деятельности.

Поскольку первоначально РєСѓСЂСЃ читался студентам, обучающимся РїРѕ специальности В«Радиационная безопасность человека Рё окружающей среды», РІ нем РІ качестве примеров рассматриваются РІРѕРїСЂРѕСЃС‹, связанные СЃ метрологическим обеспечением Рё стандартизацией РІ области измерения ионизирующих излучений.

Автор выражает благодарность Тимошенко Г.Н. за техническую помощь при оформлении учебного пособия.

Часть 1. МЕТРОЛОГИЯ

Глава 1. Метрология как наука об измерениях

1.1. Понятие и основные проблемы метрологии

Слово «метрология» по своему образованию состоит из греческих слов «метро» - мера и «логос» - учение и означает учение о мерах. Слово «мера» в общем смысле означает средство оценки чего-либо. В метрологии оно имеет два значения: как обозначение единицы (например, «квадратные меры») и как средство для воспроизведение единицы величины.

В современной метрологии термин «мера физической величины» означает средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Примером мер являются гири, измерительные сопротивления и т.п.

В соответствии с принятым определением метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Под единством измерений понимается такое их состояние, когда результаты измерений выражаются в узаконенных единицах величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Единство измерений призвано обеспечить прежде всего сопоставимость результатов измерений, полученных в разных местах и в разное время, с помощью различных методов и средств измерений. Это связано со все возрастающим ростом требований в современном обществе к точности и достоверности используемой измерительной информации практически во всех сферах деятельности — научно-технической, экономической и социальной.

Подробнее содержание понятия «единство измерений» будет развернуто ниже, после изучения разделов о единицах величин и погрешностях измерений.

Точность измерений характеризует близость их результатов к истинному значению измеряемой величины и отражает близость к нулю погрешности результата измерений.

Предмет метрологии как науки об измерениях составляют следующие задачи:

• общая теория измерений;
• единицы физических величин Рё РёС… системы;
• методы Рё средства измерений;
• методы определения точности измерений;
• РѕСЃРЅРѕРІС‹ обеспечения единства измерений;
• эталоны единиц физических величин;
• методы передачи размеров единиц РѕС‚ эталонов Рє рабочим средствам измерений.

Метрология состоит из следующих основных разделов:

• теоретическая (фундаментальная) метрология, предметом которой является разработка фундаментальных РѕСЃРЅРѕРІ метрологии, таких, например, как общая теория измерений Рё теория погрешностей, теория единиц физических величин Рё РёС… систем, теория шкал Рё поверочных схем Рё РґСЂ.;
• законодательная метрология, которая представляет СЃРѕР±РѕР№ совокупность обязательных для применения метрологических правил Рё РЅРѕСЂРј РїРѕ обеспечению единства измерений, которые функционируют РІ ранге правовых положений Рё находятся РїРѕРґ контролем государства;
• практическая (прикладная) метрология, которая решает РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ практического применения разработок теоретической метрологии Рё положений законодательной метрологии, РІ частности, РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ поверки Рё калибровки средств измерений.

Выделение законодательной метрологии с самостоятельный раздел обусловлено необходимостью законодательного регулиро-вания и контроля со стороны государства за деятельностью по обеспечению единства измерений.

Деятельность РїРѕ обеспечению единства измерений (ОЕИ) регулируется Законом РР¤ «Об обеспечении единства измерений», принятом РІ 1993 Рі. Это закон устанавливает правовые РѕСЃРЅРѕРІС‹ обеспечения единства измерений РІ РР¤. РћРЅ регулирует отношения государственных органов управления РР¤ СЃ физическими Рё юридическими лицами РїРѕ вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи, поверки Рё импорта средств измерений Рё направлен РЅР° защиту интересов граждан Рё СЌРєРѕРЅРѕРјРёРєРё страны РѕС‚ отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. Подробнее правовые РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ обеспечения единства измерений рассматриваются ниже РІ соответствующем разделе.

Р’ РРѕСЃСЃРёРё сформирована Государственная система обеспе-чения единства измерений (ГСИ) как система управления деятельностью РїРѕ обеспечению единства измерений, возглавляемая, реализуемая Рё контролируемая Федеральным агентством РїРѕ техническому регулированию Рё метрологии (Ростехрегулиро-ванием). Целью ГСИ является создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических условия для решения задач РїРѕ ОЕИ Нормативная база ГСИ насчитывает более 2500 обязательных Рё рекомендательных документов, регламентирующих практически РІСЃРµ аспекты РІ области метрологии. Подробнее Рѕ задачах Рё составе ГСИ будет сказано РІ разделе Рѕ правовых основах ОЕИ.

В настоящей главе рассматриваются основные понятия, входящие в определение метрологии.

1. Понятие измерения

Измерение является одной из самых древнейших операций в процессе познания человеком окружающего материального мира. Вся история цивилизации представляет собой непрерывный процесс становления и развития измерений, совершенствования средств методов и измерений, повышения их точности и единообразия мер.

В процессе своего развития человечество прошло путь от измерений на основе органов чувств и частей человеческого тела до научных основ измерений и использования для этих целей сложнейших физических процессов и технических устройств. В настоящее время измерениями охватываются все физические свойства материи практически независимо от диапазона изменения этих свойств.

С развитием человечества измерения приобретали все большее значение в экономике, науке, технике, в производственной деятельности. Многие науки стали называться точными благодаря тому, что они могут устанавливать с помощью измерений количественные соотношения между явлениями природы. По существу, весь прогресс науки и техники неразрывно связан с возрастанием роли и совершенствованием искусства измерений. Д.И. Менделеев говорил, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Не меньшее значение имеют измерения в технике, производственной деятельности, при учете материальных ценностей, при обеспечении безопасных условий труда и здоровья человека, в сохранении окружающей среды. Современный научно-технический прогресс невозможен без широкого использования средств измерений и проведения многочисленных измерений.

В нашей стране проводится более десятки миллиардов измерений в день, свыше 4 млн. человек считают измерение своей профессией. Доля затрат на измерения составляет (10-15) % всех затрат общественного труда, достигая в электронике и точном машиностроении (50-70) %. В стране используется около миллиарда средств измерений. При создании современных электронных систем (ЭВМ, интегральных схем и т. п.) до (60-80) % затрат приходится на измерения параметров материалов, компонентов и готовых изделий.

Все это говорит о том, что невозможно переоценить роль измерений в жизни современного общества.

Хотя человек проводит измерения с незапамятных времен и интуитивно этот термин представляется понятным, точно и правильно определить его не просто. Об этом говорит, например, дискуссия по вопросам понятия и определения измерения, прошедшая не так давно на страницах журнала «Измерительная техника». В качестве примера ниже приводятся различные определения понятия «измерение», взятые из литературы и нормативных документов разных лет.

1. Измерением называется познавательный процесс, заключаю-щийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения (М.Ф. Маликов, Основы метрологии, 1949 г.).
2. Нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263-70 по терминам и определениям метрологии, ныне не действующий).
3. Совокупность операций РїРѕ применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (РІ СЏРІРЅРѕРј или неявном РІРёРґРµ) измеряемой величины СЃ ее единицей Рё получение значения этой величины (Рекомендации РїРѕ межгосударственной стандартизации РРњР“ 29-99 Метрология. Основные термины Рё определения, 1999 Рі).
4. Совокупность операций, имеющих целью определить значение величины (Международный словарь по терминам в метрологии, 1994 г.).

Из рассмотрения приведенных определений понятия «измерение» наиболее предпочтительным, включающим РІ себя РІ той или РёРЅРѕР№ мере РІСЃРµ РґСЂСѓРіРёРµ приведенные определения, следует считать определение, приведенное РІ РРњР“ 29-99. Р’ нем учтена техническая сторона измерения как совокупность операций РїРѕ применению технического средства, показана метрологическая суть измерения как процесса сравнения СЃ размером единицы (мерой) Рё представлена познавательная сторона измерения как процесса получения значения величины.

Приведенные выше определения измерения могут быть выражены уравнением, которое в метрологии называется основным уравнением измерений: