Основные сведения о средствах измерений

ЛЕКЦИИ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ,

СЕРТИФИКАЦИИ И КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА »

ЛЕКЦИЯ 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

Основные понятия

 

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданного уровня точности.

В переводе с греческого метрон – мера, логос – учение, понятие, т.е. учение о мерах.

Метрология делится на три самостоятельных и взаимодополняющих раздела.

1. Теоретическая метрология, в которой излагаются общие вопросы теории измерений.

2. Прикладная метрология рассматривает комплексы общих правил, требований и норм, а так же другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

3. Законодательная метрология рассматривает комплексы общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений (СИ).

К основным задачам метрологии относятся:

1. Общая теория измерений.

2. Единицы физических величин и их системы.

3. Методы и средства измерений.

4. Методы определения точности измерений.

5. Основы обеспечения единства измерений и единообразия СИ.

6. Эталоны и рабочие эталоны.

7. Методы передачи размеров единиц от эталонов или рабочих эталонов рабочим СИ.

Физической величиной (параметром) называют свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Размер физической величины – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию физическая величина (ФВ).

Единица физической величины – это физическая величина, которой, по определению, приписано значение, равное единице. Единицу физической величины определяют путем пропорционального деления основного интервала шкалы физической величины.

 

[ S ] =(S1-S0)/n,

(1.1)

 

где: [ S ] – некоторый размер ФВ, называемый единицей ФВ;

S₁ –верхний размер ФВ(конечный);

S₀ –нижний размер ФВ(начальный);

n –доля интервала ФВ;

(S₁-S₀) –интервал между размерами S₁ и S₀,называемый основныминтервалом шкалы ФВ.

 

Измеряемая величина – это ФВ, выбранная для измерения.

Измерение – это нахождение физической величины (ФВ) опытным путем с помощью специальных технических средств.

Измерительное преобразование – отражение размера одной ФВ размером другой ФВ, функционально с ней связанной.

Процесс решения любой задачи измерения включает в себя три этапа: подготовку, проведение измерения (эксперимента) и обработку результатов.

В общем случае СИ называется техническое средство (мера, измерительный прибор или преобразователь, измерительная система), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики (класс точности, вариация и т.п.).

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Результат измерений величины Х можно записать в виде формулы, называемой основным уравнением измерения:

 

Х = Y [ Х ],

(1.2)

 

где Y – отвлеченное число, называемое числовым значением ФВ;

[ Х ] –единица ФВ.

 

Результат измерения – это значение физической величины, найденное путём её измерения.

Различают истинное и действительное значение измеряемой величины.

Истинное значение ФВ – значение ФВ, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта.

 

Классификация измерений

 

Измерения классифицируются по нескольким признакам:

По первому признаку измерения подразделяются на статические, при которых измеряемая величина (ИВ) остаётся постоянной во времени в процессе измерения, и динамические, при которых ИВ изменяется в процессе измерения.

Классификация по второму признаку является в большей степени условной, однако широко применяется в измерительной технике.

По третьему признаку измерения подразделяются на 3 класса:

1 класс: Измерения максимально возможной точности, достижимой при современном уровне техники. Это измерения, связанные с созданием и воспроизведением эталонов.

2 класс: Контрольно–поверочные измерения, погрешности которых не должны превышать заданного значения. Такие измерения осуществляются в основном государственными и ведомственными метрологическими службами и ремонтными организациями.

3 класс: Технические измерения, в которых погрешность результата определяется метрологическими характеристиками средств измерения. Технические измерения являются наиболее распространёнными и выполняются во всех отраслях хозяйства и науки. К ним, в частности, относятся и теплотехнические измерения.

Четвертый признак. Под наблюдением понимают экспериментальную операцию, выполняемую в процессе измерения, в результате которой получают одно значение из серии значений величин, подлежащих совместной обработке для получения результата измерений.

По пятому признаку измерения подразделяются в зависимости от значение из серии значений величин, подлежащих совместной обработке для получения результата измерений. Измерения подразделяются в зависимости от вида уравнения измерения, что и определяет способ получения результата.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (по показаниям ИП).

Примером прямых измерений может служить: измерение длины линейкой, масса весами, температура термометром, давление – манометром.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, измеренными прямым методом.

Примером косвенных измерений может служить измерение расхода методом переменного перепада давления, электрического сопротивления по падению напряжения и силе тока и т.п.

Методы измерений

 

Прямые измерения являются наиболее распространёнными и служат основой для более сложных видов измерений.

Различают два метода прямых измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря – мера массы.

Метод непосредственной оценки (отсчёта) – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительный прибор (ИП) прямого действия. (Прибор прямого действия – ИП, в котором сигнал измерительной информации движется в одном направлении с входа на выход). Например: линейка, штангенциркуль, жидкостный манометр.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Метод сравнения с мерой подразделяют на нулевой и дифференциальный в зависимости от наличия или отсутствия при сравнении разности между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой.

Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

Приборы, принцип работы которых основан на нулевом (компенсационном) методе относятся автоматические потенциометры, уравновешенные мосты и др. Простейший прибор сравнения – равноплечные весы.

Дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на ИП воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой (газоанализаторы, неуравновешенные мосты).

Как в нулевом, так и в дифференциальном методе могут быть выделены методы противопоставления, замещения и совпадения.

Метод противопоставления – метод, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Метод замещения – метод, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. (Измерение сопротивления методом замещения в лабораторной работе по поверке пирометрических милливольтметров).

Метод совпадений – метод, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов (стрелочные весы).

 

Погрешности измерений

 

Истинного значения измеряемой величины получить невозможно и на практике приходится пользоваться её действительным значением. При этом разность между полученным и действительным значением измеряемой величины определяет погрешность измерения ±D.

В зависимости от причин возникновения, характера и условий появления принято выражать погрешность измерения ∆ суммой двух составляющих, называемых случайной (ψ) и систематической (Q) погрешностями измерений:

 

±D = ψ + Q

(1.3)

 

Случайная погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Случайная погрешность определяется факторами, появляющимися нерегулярно с изменяющейся интенсивностью. Она не может быть исключена из результата измерений. Однако проведением ряда повторных измерений с использованием для их обработки методов математической статистики определяют значение измеряемой величины со случайной погрешностью.

Ожидаемая случайная погрешность – это погрешность, которая получается в результате специально созданных условий измерения, характеризующихся тем, что интенсивность всех действующих факторов доводится до некоторого уровня, обеспечивающего более или менее равное влияние на формирование погрешности.

Грубой случайной погрешностью называют погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях.

Причинами грубых погрешностей могут являться неисправность СИ, резкое изменение условий измерений и влияющих величин.

Промах – погрешность измерения, которая явно и резко искажает результат.

Промах является случайной субъективной ошибкой. Его появление – следствие неправильных действий экспериментатора.

Грубые погрешности и промахи обычно исключаются из экспериментальных данных, подлежащих обработке.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.

Выявление и оценка систематической погрешности является наиболее трудным моментом любого измерения. Обнаруженная и оцененная систематическая погрешность исключается из результата измерения введением поправки.

Погрешность метода измерений – обусловлена несовершенством метода измерений.

Инструментальная погрешность измерения – зависит от погрешности применяемых СИ и состоит из трёх составляющих (погрешность конструкции, технологическая, старения).

Погрешность установки – является следствием неправильности монтажа средств измерения.

Погрешность от влияющих величин – является следствием воздействия на объект и СИ внешних факторов (тепловых и воздушных потоков, магнитных, электрических и других полей, атмосферного давления, влажности воздуха и т.п.).

По характеру проявления погрешности делятся на постоянные и переменные погрешности:

· Постоянные погрешности – не изменяют своего значения при повторных измерениях. Например: неправильная установка начала отсчёта и т.п.

· Переменные погрешности – при повторных измерениях могут принимать разные значения. Причина их появления – действие внешних факторов и особенности СИ.

Вышеперечисленные погрешности могут иметь место, как при статических, так и при динамических измерениях. Погрешности, возникающие при этих измерениях, принято называть статическими и динамическими.

 

Категории стандартов

 

Различают стандарты следующих категорий:

Межгосударственный стандарт (ГОСТ) - региональный стандарт, принятый государствами, присоединившимися к Соглашению о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификацией применяемый ими непосредственно. Объектами стандартизации ГОСТ являются продукция, работы и услуга, имеющие межотраслевое значение, в частности: продукция массового применения, в том числе продукты питания, объекты научно-технических и социально-экономических целевых программ, составляющие элементы крупных научно-хозяйственных комплексов (транспорт, связь, охрана окружающей среды и другие), общие требования, правила и нормы.

Государственный стандарт РФ (ГОСТ Р) - национальный стандарт, утвержденный Государственным комитетом РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

Стандарты отраслей (ОСТ) - стандарт, утвержденный государственным органом по управлению отраслью (министерством или ведомством) применительно к продукции, работам и услугам отраслевого значения в том случае, если на объект стандартизации отсутствует ГОСТ Р.

Стандарт предприятия (СТП) - стандарт, утвержденный руководителем предприятия (объединения предприятий) приказом или личной подписью на первой странице стандарта. Стандарт предприятия разрабатывается на: инструмент и технологическую оснастку, используемые на предприятии; составные части изделий, имеющие оборот внутри предприятия; процессы организации и управления производством (должностные инструкции, правила расчета с поставщиками, система стимулирования труда и другие).

Стандарты обществ и общественных объединений (СТО) разрабатываются и применяются научно-техническими, инженерными и другими общественными объединениями и имеют целью быстрое распространение и использование результатов различных исследований и разработок в практической работе. Стандарты имеют статус добровольного применения.

Виды стандартов

 

В зависимости от назначения и содержания стандарты делятся следующие виды:

Основополагающий стандарт - национальный стандарт, имеющий широкую область применения или содержащий общие положения определенной области. Основополагающие стандарты подразделяются на организационно-методические стандарты, общетехнические стандарты.

Организационно-методические стандарты устанавливают общие организационно-технические положения по ведению работ в определенной области: цели и задачи, классификационные структуры объектов стандартизации, правила разработки и внедрения нормативных и технических документов.

Общетехнические стандарты устанавливают: термины и определения, многократно используемые в науке, технике, строительстве, культуре и других сферах, условные обозначения (цифровые коды, буквенные обозначении физических величин, обозначения размерности физических величин), размерности физических величин, требования к построению и изложению документов, требования и нормы, необходимые для технического обеспечения производственных процессов. 

  Стандарт на продукцию - устанавливает требования к качеству продукции. На продукцию разрабатываются следующие разновидности стандартов: стандарт общих технических условий, стандарт технических условий. В первом случае стандарт содержит общие требования к группе однородной продукции, во втором - к конкретной продукции, услуге.

Стандарт на методы контроля - стандарт, который устанавливает методы контроля одного определенного показателя, характеризующего какую-либо группу продукции или методы комплексного испытания определенной группы продукции.

Стандарт на процесс - нормативный документ, устанавливающий порядок и правила выполнения самостоятельной технологической операции или совокупности технологических операций, то есть в целом процесса переработки сырья или изготовления (выработки) продукции.

В стандарте указываются способы, приемы и режимы выполнения какой-то работы, необходимое технологическое оборудование и вспомогательные материалы. При выполнении операции должны быть предусмотрены меры по безопасности и охране окружающей природы.

Сертификация производств

Сертификация производства – официальное подтверждение органом сертификации наличия необходимых и достаточных условий производства данной продукции, обеспечивающих стабильность ее качества.

 

Таблица 3.2. - Содержание этапов сертификации производств

Наименование этапа	Краткое содержание	Исполнитель	Чем заканчивается этап
Представление заявки на сертификацию производства	Подготовка исходных материалов и оформление заявки	Предприятие-заявитель	Направлением заявки в организацию, проводящую сертификацию производства
Предварительная оценка	Экспертиза исходных материалов, сбор и анализ информации о качестве реализуемой продукции, оценка целесообразности проведения последующих этапов сертификации производства	Орган, проводящий сертификацию производства	Заключением договора на проведение сертификации производства или выдачей заключения о ее нецелесообразности
Составление методики сертификации или принятие существующей	Регламентация объектов и процедур проверки производства и правил принятия решения или оценка существующей методики	Орган, проводящий сертификацию производства	Принятием методики
Проверка производства	Формирование комиссии экспертов, составление программы проверки, проверка производства, составление акта и отчета о результатах проверки	Орган, проводящий сертификацию производства	Принятие решения о возможности выдачи сертификата
Оформление сертификата соответствия производства	Оформление сертификата, внесение его в Государственный реестр, выдача сертификата предприятию	Орган, проводящий сертификацию производства	Внесением сертификата в Государственный реестр и выдачей предприятию
Инспекционный контроль за сертифицированным производством	Выполнением процедур проверки стабильности качества изготовления продукции в соответствии с методикой сертификации	Орган, проводящий сертификацию производства	Оформлением актов проверок

 

Вместе с заявкой в орган по сертификации представляется:

1. Нормативная документация на продукцию.

2. Структурная схема предприятия с указанием служб, цехов и участков, видов технологических процессов, характеристики используемого оборудования, количества работающих.

3. Исходные материалы, в т.ч.:

- сведения об опыте изготовления продукции заявленного вида;

- сведения о проверках продукции специальными государственными контрольно-надзорными органами;

- сведения о ГОСТах и других нормативных актах, регламентирующих нормы, правила и меры по обеспечению качества и безопасности продукции;

- кратная характеристика основных технологических процессов, определяющих качество и безопасность продукции;

- краткая характеристика испытательной и контрольно-измерительной базы;

- характеристика работ по установлению причин дефектов и повышению качества;

- сведения о предприятиях (организациях), привлекаемых для изготовления продукции;

- коэффициент рекламаций;

- уровень гарантийных ремонтов;

- сведения об основных потребителях продукции.

При положительных результатах проверки производства орган по сертификации оформляет сертификат соответствия и выдает предприятию

В течение срока действия сертификата орган по сертификации осуществляет надзор за стабильностью характеристик продукции путем инспекционного контроля производства.

ЛЕКЦИЯ 4. ОСНОВЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Назначения