Поскольку истинное значение Xи неизвестно, погрешность находят по приближенной формуле
Единство измерений в РФ
Единство измерений в нашей стране определяет Закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений».
Единство измерений: состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
Определение понятия «единство измерений» охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц, разработку систем воспроизведения единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью, проведение измерений с погрешностью, не превышающей установленные пределы и др. Единство измерений должно выдерживаться при любой точности измерений, необходимой народному хозяйству.
Обеспечение единства измерений (ОЕИ): совокупность субъектов, норм, средств и видов деятельности, достаточная для обеспечения заданного уровня единства измерений.
На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется государственными стандартами ГСИ или методическими указаниями метрологических институтов и других органов государственной метрологической службы. На уровне предприятия эта деятельность регламентируется как нормативными документами ГСИ, так и ведомственными НТД.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ): государственная система управления субъектами, нормами, средствами и видами деятельности по обеспечению заданного уровня измерений в Российской Федерации.
В ГСИ входит: правовая подсистема; техническая подсистема и организационная подсистема.
Правовая подсистема - комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконодательных актов (в том числе межотраслевых НД ГСИ), объединенных общей целевой направленностью, устанавливающих согласованные требования к следующим взаимосвязанным объектам деятельности по ОЕИ:
- совокупности узаконенных единиц величин и шкал измерений;
- терминологии в области метрологии;
- воспроизведению и передаче размеров единиц величин и шкал измерений;
- способам и формам представления результатов измерений и характеристик их погрешностей;
- методам оценивания погрешности и неопределенности измерений;
- порядку разработки и аттестации методик выполнения измерений;
- комплексам нормируемых метрологических характеристик средств измерений;
- методам установления и корректировки межповерочных (рекомендуемых межкалибровочных) интервалов;
- порядку проведения испытаний в целях утверждения типа средств измерений и сертификации средств измерений;
- порядку проведения поверки и калибровки средств измерений;
- порядку осуществления метрологического контроля и надзора;
- порядку лицензирования деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;
- типовым задачам, правам и обязанностям метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц;
- порядку аккредитации метрологических служб по различным направлениям метрологической деятельности;
- порядку аккредитации поверочных, калибровочных, измерительных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля;
- терминам и определениям по видам измерений;
- государственным поверочным схемам;
- методикам поверки (калибровки) средств измерений;
- методикам выполнения измерений.
Техническую подсистему ГСИ составляют:
- совокупность межгосударственных, государственных эталонов и эталонов единиц величин и шкал измерений;
- совокупность военных эталонов – резерва государственных эталонов;
- совокупность стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;
- совокупность стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;
- средства измерений и испытательное оборудование, необходимое для осуществления метрологического контроля и надзора;
- совокупность специальных зданий и сооружений для проведения высокоточных измерений в метрологических целях;
- совокупность научно-исследовательских, эталонных, испытательных, поверочных, калибровочных и измерительных лабораторий (в том числе передвижных) и их оборудования.
Организационная подсистема включает:
- Государственную метрологическую службу;
- иные государственные службы ОЕИ;
- метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц.
1.6 Организация работы по метрологии и стандартизации в г. Новокузнецке
Новокузнецкий филиал Федерального государственного учреждения «Кемеровский центр стандартизации, метрологии и сертификации» является одним из ведущих подразделений Федерального агенства по техническому регулированию и метрологии. Деятельность его направлена на обеспечение единства измерений на базе современно оснащенного метрологического комплекса. Осуществляя в г.Новокузнецке законодательно закрепленные функции контроля и надзора за соблюдением обязательных требований государственных стандартов, метрологических правил и норм в сферах: здравоохранения, охраны окружающей среды, безопасности труда, торговых операций и взаимных расчетов между покупателями и продавцами.
Основной вид деятельности новокузнецкого филиала - поверка и калибровка средств измерений на территории Кемеровской области.
В настоящее время в метрологических лабораториях Филиала (ул. Народная, 49) имеются исходные рабочие эталоны:
- меры длины и массы;
- давления и вакуума;
- физико-химического состава жидкостей;
- pH (водородного показателя жидкостей);
- температуры;
- времени и частоты и другие.
С их помощью сотрудниками "Филиала" проводится государственная поверка, аттестация и калибровка различных средств измерений (СИ), в том числе:
- механических;
- геометрических;
- электрических;
- радиотехнических;
- физико-химических и оптико-физических;
- ультразвуковых.
Методы поверок и обработка результатов постоянно совершенствуются, внедряются нормативные документы по поверке новых типов средств измерений, растет точность и качество выполняемых работ.
1.7 Измеряемые величины, показатели качества
Рисунок 4 – Измерительные величины
Величина - это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной
Основными объектами измерения в метрологии являются физические величины (рисунок 5).
Рисунок 5 – Физические величины
Физическими величинами называются общепринятые или установленные законодательным путём характеристики (меры) различных свойств, общих в качественном отношении для многих физических объектов (физических систем, их состояний и происходящих в них процессов), но в количественном отношении индивидуальных для каждого из них. К физическим величинам относятся: длина, время, температура, масса, плоский и телесный углы, сила, давление, скорость, ускорение, электрическое напряжение, сила электрического тока, индуктивность, освещённость и многие другие.
Между измеряемыми величинами существуют связи и зависимости выражаемые математическими соотношениями и формулами.
В подобных зависимостях одни величины выступают как основные, а другие- как производные от них. Вся современная физика может быть построена на семи основных величинах. В качестве основных физических величин выбраны такие, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. С помощью этих и двух дополнительных величин: плоского и телесного углов - введённых исключительно для удобства, образуется всё многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.
Объектами измерений являются не только физические величины. И стоимость, и цена являются мерами различных свойств товарной продукции. Они относятся не к физическим, а к экономическим показателям. Показатели качества - количественная характеристика свойств продукции, входящая в состав ее качества
В квалиметрии (от латинского - какой по качеству, и от греческого - измеряю) - разделе метрологии, посвященном измерению качества, различают следующие виды показателей качества продукции:
1. Показатели назначения характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она предназначена, и обуславливают область её применения.
2. Показатели надёжности характеризуют свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
3. Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов характеризуют свойства изделия, отражающие его техническое совершенство по уровню или степени потребляемых им сырья, материалов, топлива и трудовых ресурсов при эксплуатации.
4. Эргономические показатели характеризуют систему «человек-изделие» и учитывают комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических и психологических свойств человека, проявляющихся в производственных и бытовых процессах.
5. Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность форм, целостность композиции и совершенство производственного исполнения.
6. Показатели технологичности характеризуют свойства состава и структуры или конструкции продукции, определяющие её приспособленность к достижению минимальных затрат при производстве, эксплуатации и восстановлении для заданных значений показателей качества продукции, объёма её выпуска и условий выполнения работ.
7. Показатели транспортабельности характеризуют способность продукции к перемещению в пространстве (транспортировке), не сопровождающемуся её использованием или потреблением.
8. Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации с другими изделиями.
9. Патентно-правовые показатели характеризуют степень обновления технических решений, использованных в продукции, их патентную защиту, а также возможность беспрепятственной реализации продукции в стране и за рубежом.
10. Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении продукции.
11. Показатели безопасности характеризуют особенности продукции, обуславливающие при её использовании безопасность обслуживающего персонала.
12. Потребительские показатели характеризуют социальное назначение, функциональность, легкость усвоения, удобство управления, и т.д.
13. Обобщенным показателем эффективности использования продукции является интегральный показатель качества, который определяют как соотношение полезного суммарного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных затрат на её создание и эксплуатацию или потребление.
Получение сведений о количественных характеристиках величин и является задачей измерений.
1.8 Классификация единиц. Международная система единиц
Для практических целей измерения, в качестве основных величин и единиц, следует выбирать такие, которые могут быть воспроизведены с наибольшей точностью. (В механике это длина, масса и время).
Главнейшими системами единиц физических величин являются:
Система СГС - система единиц физических величин СГС, в которой, основными единицами являются сантиметр - единица длины; грамм - единица массы и секунда - единица времени, была установлена в 1881 г. первым Международным конгрессом электриков. Введено наименование для двух важнейших производных единиц : дина (гречес. - сила ) для единицы силы -1 дина = 105 Н и эрг (гречес. - работа) для единицы работы - 1эрг = 107 Дж. Для измерения мощности применяется ЭРГ в секунду, для измерения кинематической вязкости - стокс, динамической - пуаз. Давление измеряют в динах на квадратный сантиметр — бар (гре- ческ. - тяжесть), 1 бар = 105Па = 105 Н/м2.
Система МКГСС - система единиц физических единиц с тремя основными единицами: метр - единица длины, килограмм-сила - единица силы и секунда - единица времени.
Килограмм - сила (кгс) - это сила, которая сообщает массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение 9,80665 м/с2 (нормальное ускорение свободного падения).
Абсолютная практическая система единиц установлена в 1881 г. первым Международным конгрессом электриков.
В числе практических электрических единиц были приняты:
а) электрического сопротивления - Ом;
б) электродвижущей силы - Вольт;
в) силы электрического тока - Ампер;
г) электрической ёмкости - Фарада;
д) энергии - Джоуль;
е) мощности - Ватт;
ж) индуктивности - Генри;
з) потока магнитной индукции - Вебер;
и) электрической проводимости - Сименс.
Внесистемные единицы.
Наряду с системами единиц физических величин в практику измерений вводились единицы, не входящие ни в одну из систем - так называемые внесистемные единицы. Возникновение большинства из них связано с соображениями удобства при измерениях тех или иных величин. Так, единица давления - атмосфера, равная давлению, производимому силой 1кгс на площадь 1см2, ибо атмосфера близка по размерам к среднему значению давления атмосферного воздуха на уровне моря.
К числу важнейших внесистемных единиц, имеющих широкое применение, относятся единицы длины - ангстрем, световой год - парсек; площади - ар, гектар; объёма - литр; массы - карат; давления - атмосфера, бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба; количества теплоты - калория; электрической энергии - электрон вольт, киловатт в час; акустических величин-децибел, фон, октава; ионизирующих излучений- рентген, рад, кюри.
Международная система единиц - СИ.
SI - начальные буквы наименования Systeme International. На XIV ГКМВ (Генеральная конференция по мерам и весам) был утверждён перечень семи основных, двух дополнительных и двадцати семи производных единиц, а также приставок для образования кратных и дольных единиц.
Кратная единица - это единица ФВ, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Например, единица длины - километр - равна 103м, т.е. кратна метру.
Дольная единица - единица ФВ, значение которой в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, единица длины - миллиметр равна 10-Зм, т.е. является дольной.
С 1 января 1982г. введён в действие ГОСТ 8. 417-81 /СТ СЭВ 1052-78/, «ГСИ. Единицы физических величин», в соответствии с которыми осуществляется переход на Международную систему единиц СИ во всех областях науки, техники, народного хозяйства, а также и в учебном процессе (включая учебники и учебные пособия) во всех учебных заведениях.
Основные единицы СИ.
Дополнительные единицы СИ
Метр (1 м) равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Килограмм (1 кг) – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.
Секунда (1 с) равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер (1 А) – сила не изменяющегося тока, который вызывает между проводниками силу взаимодействия, равную 2 х 10-7 Н на каждый метр длины.
Кельвин (1 К) – единица термодинамической температуры –1/273,161 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Кандела (1 Кn) – единица силы света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 х 1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср2.
Моль (1 М) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг.
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их обозначение
| Множи- тель | При- ставка | Обозначение приставок | Множи- тель | При- ставка | Обозначение приставок | ||
| Междуна- родное | Русское | Междуна- родное | Русское | ||||
| 1018 | Экса | E | Э | 10-1 | деци | D | д |
| 1015 | Пета | P | П | 10-2 | санти | C | с |
| 1012 | Тера | T | Т | 10-3 | милли | M | м |
| 109 | Гига | G | Г | 10-6 | микро | M | мк |
| 106 | Мега | M | Ь | 10-9 | нано | N | н |
| 103 | Кило | K | К | 10-12 | пико | P | п |
| 102 | Гекто | H | Г | 10-15 | фемто | F | ф |
| 101 | Дека | da | Да | 10-18 | атто | A | а |
Достоинства СИ:
1. Универсальность, т.к. 7 основных единиц и 2 дополнительные являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира, и дающих возможность образовывать производные единицы для любых физических величин во всех отраслях науки и техники.
2. Система СИ построена для физических величин, позволяющих представить физические явления в форме математических уравнений.
3. Высокая точность основных единиц позволяет повысить точность измерений и обеспечить их единство.
4. Устранена множественность единиц для выражения величин одного и того же рода.
5. Применение системы СИ дает производству и внешней торговле эффективную прибыль.
Изготовители машин, установок, средств измерений должны поставлять продукцию в единых единицах (особенно для специализации и кооперации узлов; стандартных блоков и средств измерений; запчастей).
Документом по определению физических величин и их единиц является инструкция МИ 2630 - 2000 «Метрология, физические величины и их единицы».
Глава 2 Средства и методы измерений
2.1. Классификация методов измерений
Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).
Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений.
Метод измерений — приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.
Измерения могут быть классифицированы следующим образом (рисунок 6):
Рисунок 6 – Классификация измерений
Классификация измерений
По видам измерений:
- прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно;
- косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной;
- совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для определения зависимости между ними;
- совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях;
-избыточные измерения (точнее информативно-избыточные измерения) — измерения нескольких рядов однородных физических величин, размеры которых связаны между собой по закону арифметической или геометрической прогрессии, при неизменных или нормировано измененных значениях параметров нелинейной (в общем случае) функции преобразования сенсора (или измерительного канала в целом), при которых искомое значение физической величины получают приведенным к входу измерительного канала путем обработки результатов промежуточных измерений по уравнению избыточных измерений, т.е. опосредованно;
- совокупные измерения — частный случай избыточных измерений;
- избыточные измерения обеспечивают автоматическое (естественное) исключение систематических составляющих погрешности конечного результата измерений.
По методам измерений:
- метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений;
- метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой;
- нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля;
- метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины;
- метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;
- дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами.
По условиям, определяющим точность результата
Метрологические измерения - измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения;
- контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения.
Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др.
По отношению к изменению измеряемой величины:
- статические и динамические.
По результатам измерений:
- абсолютное измерение - измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант.
- относительное измерение - измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную.
2.2 Основные средства измерений
Измерения выполняются с помощью технических средств, которые имеют нормированные погрешности и называются средствами измерений.
Классификация СИ выполнена в соответствии с рекомендацией РМГ29-99 «Рекомендации по межгосударственной стандартизации ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»
Индикаторами называются технические устройства и средства измерения, предназначенные для обнаружения (индикации) физических свойств объекта, то есть - наличия измеряемой физической величины.
Например, стрелка магнитного компаса - индикатор напряжённости магнитного поля; лакмусовая бумага - индикатор активности ионов водорода в растворах.
Меры. Вещественные меры предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера.
Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер. Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными: например, гиря, угловые плитки и измерительный конденсатор постоянной емкости. Многозначные меры, могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непрерывно заполняющих некоторый промежуток между определёнными границами: масштабная линейка и конденсатор переменной емкости - многозначные меры; а набор гирь и набор измерительных конденсаторов являются наборами мер.
Стандартные образцы и образцовые вещества представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определённого и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при определённых условиях является величиной с известным значением.
Измерительные преобразователи - средства измерений, служащие для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем (ЭДС термопары).
Измерительные приборы. К измерительным приборам относятся средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации о какой-то величине, подлежащей измерению, в форме, удобной для восприятия наблюдателем. Различают приборы прямого действия (амперметры, вольтметры и пр.) и приборы сравнения (компараторы) - которые сравнивают измеряемые величины с величинами, значения которых известны (измерительные потенциометры).
Измерительные установки состоят из функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, собранных в одном месте. В измерительных системах эти средства и устройства территориально разобщены и соединены каналами связи. И в установках, и в системах измерительная информация может быть представлена в форме удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.
Вспомогательные средства измерений. К ним относятся средства измерений величин, влияющие на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам измерений (например, термометр для измерения температуры окружающей среды при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах (например, психрометров для измерения влажности при точных интерференционных измерениях длин).
2.3 Поверка и калибровка средств измерений.
Эталонная база
Средства измерения, используемые в сферах государственного метрологического контроля, подлежат поверке при выпуске из производства и ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации и продаже.
Поверкой называется установление пригодности средств измерения применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия установленным требованиям.
Различают государственную и ведомственную поверку, а также первичную(при выпуске из производства, после ремонта, при ввозе из - за границы) и периодически проводимую через установленные промежутки времени. Периодические поверки устанавливают из расчета исправности СИ между поверкой. Возможно проведение внеочередной и инспекционной поверки.
Внеочередная поверка проводится, не зависимо от срока периодической поверки, когда необходимо убедиться в исправности СИ. Внеочередную поверку проводят при контроле поверочного процесса, при повреждении поверочного клейма.
Инспекционная поверка проводится при метрологической ревизии. Проверка осуществляется метрологической службой. Поверочные измерения выполняются при нормальных условиях, которые регламентируются ГОСТ 8.395-80 - Нормальные условия при поверки. Общие требования. Поверка является одним из звеньев передачи размера единицы от эталона к рабочим средствам измерения.
Органом государственной метрологической службы проводится аккредитация на право проведения поверки. По решению государственного стандарта право поверки может быть предоставлено другим организациям при условии их аккредитации на право поверки. Порядок аккредитации устанавливает государственный стандарт. Поверку проводят лица, аттестованные в качестве поверителей в органе государственной метрологической службы.
Поверка подразделяется на 3 части: метрологическую, техническую и административную. При метрологической поверке устанавливают:
- основную погрешность прибора;
- стабильность, повторяемость и дрейф;
- чувствительность к электромагнитным помехам, разрешающим способность считывающих устройств и т. д.
При технической поверке осуществляют: поверку общего состояния средств измерения, обнаружение грязи, износа, правильность установки средств измерения, оценку возможности получения неправильных измерений вследствие умышленного неправильного использования.
При административной поверке поверяют наличие знака поверительного клейма или сертификата о поверке, даты предыдущей поверки, целостность клейм, замков и других устройств, наличие документов (протоколов поверки, ремонтов).
Первичная поверка проводится с целью обеспечения соответствия вводимых в действие СИ утвержденному типу. Последующая поверка проводится с целью установления пригодности к применению СИ находящихся в эксплуатации и подтверждение или снятие этого статуса. Первичная поверка может проводиться на территории изготовителя, пользователя, органа государственной метрологической службы или независимой организации. Место проведения поверки устанавливает изготовитель, торгующая организация или пользователь. Первичная поверка может проводиться поэтапно, например: часть поверки может проводиться перед установкой, а часть после установки СИ на месте эксплуатации. Первичной поверке, как правило, подлежит каждый экземпляр СИ. Для простейших средств измерения, выпускаемых массовым терражем, допускается выборочная поверка. При положительных результатах выборочной поверки на все средства измерения из поверяемой партии наносится знак поверителыюго клейма. Последующую поверку должен проходить каждый образец СИ или соответствующий образец данной совокупности СИ. Периодической поверке подвергается каждое СИ после определенного числа измерений со времени последней поверки или через определенные временные интервалы. Органы государственной метрологической службы обязаны учитывать результаты последующих поверок и разрабатывать рекомендации по корректировке межповерочного интервала. Результатом является подтверждение пригодности СИ к применению в сферах подлежащих государственному метрологическому контролю, или признание СИ не пригодными. При положительных результатах поверки на СИ наносится знак поверительного клейма и (или) выдается свидетельство - сертификат о поверке. У не пригодных СИ аннулируется сертификат и оттиск поверителыюго клейма и выписывается свидетельство о не пригодности. Органы государственной метрологической службы должны обеспечивать контроль поверочного процесса. При контроле проверяют правила и методику поведения поверки, персонал проводящий поверку, эталоны и вспомогательное оборудование, межповерочные интервалы, время и место проведения поверки и т.д.
В последние годы в связи с переходом к рынку возникли новые формы метрологической деятельности, одна из них - российская система калибровки.
Калибровка средств измерения — это совокупность операций выполняемых калибровочной лабораторией с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности средства измерения к применению в сферах, не подлежащих государственному метрологическому контролю в соответствии с установленными требованиями.
Отличие поверки от калибровки заключается в том, что поверку может выполнять орган государственной метрологической службы, а калибровку - любая аккредитованная и не аккредитованная организация. Поверка является обязательной в сферах государственного метрологического надзора, а калибровочная процедура - добровольная и предприятия сами решают вопрос о выборе форм и режимов контроля состояния средств измерения.
Поверочная схема средств измерения.
Поверочная схема средств измерения - документ, устанавливающий соподчинение средств измерения участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерения, с указанием методов и погрешностей при передаче.
Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы. Основные положения о поверочных схемах регламентированы ГОСТ 8.061-80 «Поверочные схемы. Содержание и построение».
Локальные схемы строятся на основе государственных. Государственные поверочные схемы утверждаются в качестве государственного стандарта.
Элементами поверочной схемы являются наличие государственного эталона, эталонов-копий, эталонов-свидетелей, рабочих эталонов, образцовые средств измерения и рабочих средств измерения, а также методов передачи размеров.
Поверочные схемы состоят из текстовой части и чертежа. В чертеже указывается наименования СИ, диапазоны значений физических величин, обозначение и оценка погрешности, наименование метода поверки.
Методы поверки должны отражать специфику поверочного процесса. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы.
Государственные поверочные схемы разрабатываются метрологическими институтами (рисунок 7).
Локальные поверочные схемы - предприятиями. Локальные схемы составляются при наличии более 2-х ступеней передачи размера единиц, они не должны противоречить государственным поверочным схемам.
ОСИ - образцовые средства измерения
2 - метод передачи размера единицы
Рисунок 7 - Государственная поверочная схема
Эталон (фр. etalon) — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.
Виды эталонов
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.
Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчинённым эталонам и имеющимся средствам измерений.
Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.
Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
Национальный эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
Наиболее известные эталоны: эталоны длины и массы, хранящиеся в Международном бюро мер и весов в Севре. Первый из них — «архивный метр» - на сегодня имеет лишь исторический интерес. Второй - эталон килограмма - сохраняет функцию международного эталона массы.
2.4 Погрешности средств измерений.
Основной постулат метрологии
Главной особенностью измерительной процедуры является то, что при ее повторении отсчет каждый раз получается разным. На основании громадного опыта практических измерений, накопленного к настоящему времени, может быть сформулировано следующее утверждение, называемое основным постулатом метрологии: отсчет является случайным числом. На этом постулате, который легко поддается проверке и остается справедливым в любых областях и видах измерений, основана вся метрология.
Точность результата измерений зависит от качества средств измерений: чем точнее средство измерений, тем точнее результат.
ГОСТ Р ИСО 9000-2008 «Система менеджмента качества. Основные положения и словарь» определяет систему управления измерениями: совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, необходимых для достижения метрологического подтверждения пригодности и постоянного управления процессами измерения (рисунок 8).
Рисунок 8 - Обеспечение качества процессов измерения в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9000-2008 «Система менеджмента качества. Основные положения и словарь»
По окончании измерения необходимо получить не только значение физической величины, но и оценить точность результата измерения. Количественной мерой точности служат характеристики погрешности результата измерений. Классификация погрешностей измерений приведена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Классификация погрешностей измерений
Абсолютной погрешностью D результата измерения называется разность между результатом измерения X и истинным значением измеряемой величины Xи:
D = X – Xи. (1.1)
Поскольку истинное значение Xи неизвестно, погрешность находят по приближенной формуле
X – Xд, (1.2)
где Xд – действительное значение измеряемой величины, заведомо более точное, чем X.
Относительной погрешностью результата измерения называют отношение абсолютной погрешности к значениям Xд или X, выраженное в долях или процентах:
, (1.3)
или
(1.4)
В зависимости от источника возникновения погрешности результата измерения различают инструментальную и, методическую мет и субъективную суб составляющие этой погрешности:
= и + мет + суб (1.5)
Инструментальные /приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.
Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.
Субъективные /операторные/ личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.
Случайная погрешность — погрешность, меняющаяся (по величине и по знаку) от измерения к измерению. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т. п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений (например, при измерении диаметра тонкой проволоки, которая может иметь не совсем круглое сечение в результате несовершенства процесса изготовления), с особенностями самой измеряемой величины (например при измерении количества элементарных частиц, проходящих в минуту через счётчик Гейгера).
Систематическая погрешность — погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором.
Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс.
Грубая погрешность (промах) — погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи).
2.5 Измерительные приборы
Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.
Классификация измерительных приборов
По способу представления информации (показывающие или регистрирующие)
- показывающий измерительный прибор — измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений измеряемой величины;
- регистрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний. Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие регистрирующие приборы;
По методу измерений
- измерительный прибор прямого действия — измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной;
- измерительный прибор сравнения — измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно
По форме представления показаний
- аналоговый измерительный прибор — измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины;
- цифровой измерительный прибор — измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме;
По другим признакам
- суммирующий измерительный прибор — измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам;
- интегрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в котором значение измеряемой величины определяются путём её интегрирования по другой величине;
По способу применения и конструктивному исполнению (стационарные, щитовые, панельные, переносные).
По принципу действия учётом конструкции (с подвижными частями и без подвижных частей).
Для приборов с механической частью также по способу создания противодействующего момента (механическим противодействием, магнитным или на основе электромагнитных сил).
По характеру шкалы и положению на ней нулевой точки (равномерная шкала, неравномерная, с односторонней, двухсторонней (симметричной и несимметричной), с безнулевой шкалой).
По конструкции отсчётного устройства (непосредственный отсчёт, со световым указателем — световым зайчиком, с пишущим устройством, язычковые — вибрационные частотометры, со шкалой на оптоэлектронном эффекте — люминофор, ЖК, СИД).
По точности измерений (нормируемые и ненормируемые — индикаторы или указатели).
По виду используемой энергии (физическому явлению) — электромеханические, электротепловые, электрокинетические, электрохимические.
По роду измеряемой величины (вольтметры, амперметры, веберметры, частотометры, ваттметры и т. д.).
Глава 3 Основы метрологического обеспечения
Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Понятие «метрологическое обеспечение» применяется, как правило, по отношению к измерениям (испытанию, контролю) в целом.
Объектом МО являются все стадии жизненного цикла (ЖЦ) изделия (продукции) или услуги. Под ЖЦ понимается совокупность последовательных взаимосвязанных процессов создания и изменения состояния продукции от формулирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации или потребления.
3.1 Государственная система обеспечения единства измерений
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) - государственное управление субъектами, нормами, средствами и видами деятельности по обеспечению заданного уровня единства измерений в стране. Деятельность по обеспечению единства измерений направлена на охрану законных интересов граждан и установлению правопорядка и экономики, а также на содействие экономическому и социальному развитию страны путем защиты от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах общества.
Обеспечение единства измерений осуществляется на нескольких уровнях:
- государственном;
- уровне федеральных органов исполнительной власти;
- уровне юридического лица.
Основной целью Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) является создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений.
Основными задачами ГСИ являются:
- разработка оптимальных принципов управления деятельностью по обеспечению единства измерений;
- организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров;
- установление системы единиц величин и шкал измерений, допускаемых к применению;
- установление основных понятий в метрологии, унификация их терминов и определений;
- установление экономически рациональной системы государственных эталонов, их создание, утверждение, применение и совершенствование;
- установление систем передачи размеров единиц величин от государственных эталонов средствам измерений, применяемым в стране;
- создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплектных поверочных установок и лабораторий;
- установление общих метрологических требований к эталонам, средствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и всех других требований, соблюдение которых является необходимым условием обеспечения единства измерений;
- разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной техники; осуществление государственного метрологического контроля: поверка средств измерений;
- испытания с целью утверждения типа средств измерений, лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;
- осуществление государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц физических величин, соблюдением метрологических норм и правил; разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов государственной метрологической службы;
- аттестация методик выполнения измерений;
- калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора;
- аккредитация метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;
- аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;
- участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с обеспечением единства измерений;
- разработка совместно с уполномоченными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости метрологических работ и регулирование тарифов на эти работы;
- организация подготовки и переподготовка кадров метрологов;
- информационное обеспечение по вопросам обеспечения единства измерений;
- совершенствование и развитие ГСИ.
Государственная система обеспечения единства измерений состоит из следующих подсистем:
- правовой,
- организационной;
- технической.
Структура Государственной системы обеспечения единства измерений представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Государственная система обеспечения единства измерений
Правовая подсистема – комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконных актов, объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объектам деятельности по обеспечению единства измерений.
Объектами деятельности по обеспечению единства измерений являются:
- совокупность узаконенных единиц величин и шкал измерений;
- терминология в области метрологии;
- воспроизведение и передача размеров единиц величин и шкал измерений;
- способы и формы представления результатов измерений и характеристики погрешности;
- методы оценивания погрешности и неопределенности измерений;
- порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений;
- комплекс нормируемых метрологических характеристик средств измерений;
- методы установления и корректировки межповерочных интервалов;
- порядок проведения испытаний в целях утверждения типа средств измерений и сертификации средств измерений;
- порядок проведения поверки и калибровки средств измерений;
- порядок осуществления метрологического контроля и надзора;
- порядок лицензирования деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;
- типовые задачи, права и обязанности метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц;
- порядок аккредитации поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;
- порядок аккредитации метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;
- термины и определения по видам измерений;
- государственные поверочные схемы;
- методики поверки (калибровки) средств измерений;
- методики выполнения измерений.
Нормативная база ГСИ насчитывает более 2500 обязательных и рекомендательных документов, регламентирующих все аспекты в области метрологии. В их числе государственные и межгосударственные стандарты, правила по метрологии (ПР), методические инструкции (МИ), руководящие документы (РД), методические указания (МУ) и др.
К правилам (ПР) по метрологии относятся документы в области метрологии, устанавливающие обязательные для применения организационно-технические и общетехнические положения, порядки (правила процедуры), методы (способы, приемы) выполнения работ, а также обязательные требования к оформлению результатов этих работ. К рекомендациям относятся документы в области метрологии, содержащие добровольные для применения организационно-технические и общетехнические положения, порядки (правила процедуры), методы (способы, приемы) выполнения работ, а также рекомендуемые правила оформления результатов этих работ.
Основным основополагающим документом в области обеспечения единства измерений является ГОСТ Р 8.000 «ГСИ. Основные положения».
Техническую подсистему составляют:
- совокупность государственных эталонов, эталонов единиц величин и шкал измерений;
- совокупность военных эталонов – резерва государственных эталонов;
- совокупность стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;
- совокупность стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;
- средства измерений и испытательное оборудование, необходимы для осуществления метрологического контроля и надзора;
- совокупность специальных зданий и сооружений для проведения высокочастотных измерений в метрологических целях;
- совокупность научно-исследовательских, эталонных, испытательных поверочных, калибровочных и измерительных лабораторий и их оборудования.
Техническая основа состоит из 114 государственных эталонов, 76 установок высшей точности, около 15 млн. рабочих эталонов и средств испытаний, более 8000 типов стандартных образцов.
Организационная подсистема ГСИ – совокупность подразделений Росстандарта России, осуществляющих функции по обеспечению единства измерений.
Организационную подсистему ГСИ составляют следующие метрологические службы обеспечения единства измерений:
- Государственная метрологическая служба;
- иные государственные метрологические службы;
- метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц.
В Государственную метрологическую службу входят:
- подразделения центрального аппарата Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии России, осуществляющие функции планирования, управления, контроля деятельностью по обеспечению единства измерений на межотраслевом уровне;
- государственные научно-метрологические центры;
- органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, округов и городов.
К иным государственным службам обеспечения единства измерений относятся:
- Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ);
- Государственная служба стандартных образцов состава веществ и материалов (ГССО);
- Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГССД).
Организационную, научную и практическую деятельность по обеспечению единства измерений осуществляют 11 научно-исследовательских метрологических институтов и центров, около 100 ЦСМ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии России, более 30 тыс. метрологических служб организаций и предприятий.
3.2 Государственный метрологический контроль и надзор
Метрологический контроль и надзор - деятельность, осуществляемая органом ГМС (государственный контроль и надзор) или МС юридического лица для проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм.
Государственный метрологический контроль и надзор распространяются на жизненно важные для государства сферы деятельности, перечисленные в ст. 13 Закона «Об обеспечении единства измерений».
Государственный метрологический контроль включает:
- утверждение типа средств измерений;
- поверку средств измерений, в том числе эталонов;
- лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.
Государственный метрологический надзор осуществляется:
- за выпуском, состоянием и применением СИ, аттестованными МВИ (методиками выполнения измерений), эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм на предприятиях;
- за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;
- за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.
Основные задачи надзора: определение соответствия выпускаемых СИ утвержденному типу; состояние и правильность применения СИ; наличие и правильность применения аттестованных МВИ; контроль соблюдения метрологических правил и норм в соответствии с действующими нормативными документами.
Результаты каждой проверки оформляются соответствующим актом, в котором отражается состояние дел по всем вопросам проверки, и раскрываются причины выявленных нарушений метрологических норм и правил. Акт проверки передается руководству проверенного предприятия. А копия - органу ГМС и заинтересованным организациям.
Проверки проводят должностные лица ФАТР и М - главные государственные инспекторы и государственные инспекторы по обеспечению единства измерений, действующие на соответствующих территориях и аттестованные в установленном порядке. Государственные инспекторы при предъявлении служебного удостоверения вправе беспрепятственно:
- посещать объекты, где эксплуатируются, производятся, ремонтируются, продаются, содержатся или хранятся СИ независимо от подчиненности и форм собственности этих объектов;
- поверять средства измерения - их состояние и условия применения, а также соответствие утвержденному типу;
- проверять количество товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;
- отбирать образцы продукции и товаров, а также фасованные товары в упаковках любого вида для осуществления надзора;
- запрещать применение и выпуск СИ неутвержденных типов или не соответствующих утвержденному типу, а также неповеренных СИ;
- гасить поверительные клейма или аннулировать свидетельство о поверке, если СИ дает неправильные показания или просрочена дата очередной поверки;
- при необходимости изымать СИ из эксплуатации;
- давать обязательные предписания и устанавливать сроки устранения нарушений метрологических правил и норм.
Государственные инспекторы обязаны строго соблюдать законодательство России и нормативные документы ГСИ. За невыполнение или ненадлежащее выполнение должностных обязанностей, превышение полномочий и за иные нарушения, включая разглашение государственной или коммерческой тайны, они могут быть привлечены к ответственности в соответствии с законодательством.
Контрольные вопросы к разделу 1 «Метрология»
1 Что такое измерение? Приведите примеры измерений, постоянно встречающихся в повседневной жизни.
2 Каковы основные проблемы метрологии?
3 Что является важнейшей задачей метрологии?
4 Перечислите, из каких основных разделов состоит теоретическая метрология. Какие задачи в них решаются?
5 Перечислите основные задачи прикладной метрологии.
6 В чем заключаются задачи законодательной метрологии?
7 Чем отличаются средства измерений от других технических средств?
8 Какие средства измерений Вам известны?
9 Приведите пример методической погрешности результата измерения.
10 Чем систематическая погрешность результата измерения отличается от случайной?
11 Как оценивается точность результата измерения?
12 Как и для чего вводятся поправки в результаты измерений?
13 Сформулируйте определение физической величины, размера физической величины, значения физической величины и единицы физической величины.
14 В чем различие истинного и действительного значений физической величины?
15 Дайте определения системы физических величин, основной и производной физической величины.
16 Дайте определение системы единиц физических величин. Приведите примеры основных и производных единиц физических величин.
17 Перечислите преимущества международной системы единиц СИ.
18 Перечислите основные и дополнительные единицы системы СИ и дайте их определения.
19 Что такое эталон единицы физической величины?
20 Какие типы эталонов вам известны?
21 Что такое поверочная схема и для чего она предназначена? Какие существуют виды поверочных схем?
22 Дайте определение метрологического обеспечения.
23 Перечислите цели метрологического обеспечения.
24 Перечислите задачи метрологического обеспечения.
25 Что является основными классификационными признаками средств измерений?
26 На какие группы подразделяются средства измерений?
27 Что из себя представляют меры?
28 Что из себя представляют метрологические характеристики средств измерения?
29 Что из себя представляет Государственная метрологическая служба?
30 Что являются основными задачами метрологической службы?
31 Что вы знаете о метрологическом контроле за средствами измерения?