Метрология в современном мире

3.1 Метрология, измерения, измерительная техника

Метрология в самом широком понимании представляет собой науку об измерениях, о методах и средствах, обеспечении их един­ства, о способах достижения требуемой точности. Метрология служит теоретической основой измерительной техники. метрология занимается вопросами теории и практики обеспечения единства измерений. И чем больше развивается измерительная техника, тем большее значение приобретает метрология, создающая и совершенствующая теоре­тические основы измерений, обобщающая практический опыт в об­ласти измерений и направляющая развитие измерительной тех­ники.

Измерения являются одним из путей познания природы чело­веком, объединяющие теорию с практической деятельностью чело­века. Они являются основой научных знаний, служат для учета материальных ресурсов, обеспечения требуемого качества продук­ции, взаимозаменяемости деталей и узлов, совершенствования технологии, автоматизации производства, стандартизации, охра­ны здоровья и обеспечения безопасности труда и для многих дру­гих отраслей человеческой деятельности. Измерения количествен­но характеризуют окружающий материальный мир, раскрывая дей­ствующие в природе закономерности. Об этом очень образно ска­зал основоположник отечественной метрологии Дмитрий Иванович Менделеев: «Наука начинается... с тех пор, как начинают изме­рять».

Под измерительной техникой в широком понимании значения этих слов подразумевают как все технические средства, с по­мощью которых выполняют измерения, так и технику проведения измерений. Во всем мире ежедневно производятся сотни, тысячи миллиардов измерений. В интересах каждой страны, во взаимоот­ношениях между странами необходимо, чтобы результаты изме­рений, (где бы они не выполнялись), могли бы быть согласованы. Другими словами, необходимо, чтобы результаты измерений оди­наковых величин, полученные в разных местах и с помощью раз­личных измерительных средств, были бы воспроизводимы на уров­не требуемой точности.

В первую очередь для этого необходимо единообразие единиц физических величин и мер, осуществляющих вещественное их вос­произведение. Обеспечение высокой степени единообразия средств измерения является одним из условий обеспечения воспроизводи­мости результатов измерений. Кроме того, необходимо выполне­ние ряда других условий для того, чтобы обеспечить все те качества результатов измерений, которые нужны для их сопоставимо­сти и правильного использования, что в целом называют единст­вом измерений.

При всем множестве и многообразии предприятий, изготовляю­щих средства измерений, и при еще большем множестве (во много раз большем) предприятий, организаций и учреждений, произво­дящих измерения и использующих их результаты, метрология соз­дала и осуществила систему, направленную на всеобщее обеспе­чение единства измерений и единообразие средств измерений.Этасистема вылилась в единую государственную службу, которая называется мет­рологической службой страны.

 

 

3.2 Метрология, стандартизация и функции измерений

 

Проблема обеспечения высокого качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обслуживания производства. Это, в значительной мере, проблема умения правиль­но измерять параметры качества материалов и комплектующих из­делий, поддерживать заданные технологические режимы, т. е. из­мерять множество параметров технологических процессов, резуль­таты измерений которых преобразуются в управляющие команды.

В настоящее время нельзя назвать ни одной области науки, техники, многочисленных видов обслуживания населения, в ко­торых бы большая роль не принадлежала измерениям.

Метрология органически связана со стандартизацией, и эта связь выражается прежде всего в стандартизации единиц физических величин, системы государственных эталонов, средств изме­рений и методов поверок, в создании стандартных образцов свойств и состава веществ. В свою очередь стандартизация опи­рается на метрологию, обеспечивающую правильность и воспроиз­водимость результатов испытаний материалов и изделий, а также заимствует из метрологии методы определения и контроля ка­чества.

Можно выделить три главные функции измерений:

1) учет продукции, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии и т. д.;

2) измерения физических величин, технических параметров, ха­рактеристик процессов, состава и свойства веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции, в медицине, сельском хозяйстве и других отраслях;

3) измерения, проводимые для контроля и регулирования техно­логических процессов (особенно в автоматизированных производ­ствах) и для обеспечения нормального функционирования транс­порта и связи.

Наиболее наглядным является влияние метрологических харак­теристик измерений при выполнении первой из этих функций. Состояние современного весового хозяйства таково, что в про­цессе взвешивания остается неучтенным около 1% всех измеряе­мых продуктов производства. Не учитывается большая доля всех жидких и газообразных продуктов (нефть, газ, бензин и др.). Погрешности эксплуатируемых в настоящее время счетчиков энер­гии (в среднем 2%) приводят к неопределенности в учете такого же количества электроэнергии. Если эти проценты выразить в аб­солютных числах для зерна, нефти, газа, цемента, энергии, чугуна, стали, удобрений и других продуктов добычи и производст­ва, то многие потери, составляющие ежегодно многие сотни мил­лионов рублей, станут еще более очевидны.

Нарушение единства измерений, недостаточная их точность,невсегда продуманная организация измерений и метрологической службы приносят большие потери при выполнении второй и треть­ей функций измерений в народном хозяйстве.

В промышленности значительная часть измерений состава ве­щества все еще производится с помощью количественного или да­же качественного анализа. Погрешности этих анализов иногда бывают в несколько раз выше, чем разница между количествам отдельных компонентов, на которую согласно установленной для них рецептуре должны отличаться друг от друга металлы различ­ных марок, химических материалов и т. д. В результате происходит ухуд­шение качества машин и механизмов или даже возможные тяже­лые аварии. Недостаточная точность измерений размеров в станкостроитель­ной промышленности препятствует выпуску прецизионных станков высшего класса, а в свою очередь срок службы, например, подшип­ников, выпускаемых на недостаточно точном оборудовании, значи­тельно снижается.

В сельском хозяйстве активный контроль температуры и влажности в хранилищах может снизить потери зерна на 1-3%, отход картофеля - на 6-16%, ка­пусты - на 20%. Введение активного контроля физических усло­вий в теплицах позволит поднять производительность труда на 15%, снизить расход тепла на 10-15% и поднять урожайность овощей на 10-15%.

 

3.3 Метрология и повышение качества. Сертификация

 

Исключительно велика роль измерений в повышении качества продукции. Она заключается не только в контроле качества с помощью средств измерений, но и в обеспечении необходимых пока­зателей качества в самом технологическом процессе с помощью средств активного контроля.

Активный контроль подразумевает проведение измерений не по окончании изготовления (хранения и т.п.) изделия, во время производства. Это позволяет вмешиваться, при необходимости, в процесс производства с целью корректировки характеристик и останавливать процесс при достижении необходимых результатов. Таким образом, можно исключить потери связанные с браком.

Разработка каждого нового технологического процесса, созда­ние нового изделия должны основываться на уже разработанных и аттестованных методах и средствах измерений.

С увеличением сложности промышленных предприятий число «точек измерения» возросло во много раз. В результате, для из­мерительных комплексов службы управления отдельными про­мышленными установками потребовалось выделять отдельные по­мещения. Количество информации, получаемой от всех измери­тельных устройств, оказалось настолько большим, что для его переработки необходимо применять ЭВМ.

С каждым годом задача сбора и переработки измерительной информации становится все шире. Современные информационно-вычислительные комплексы позволяют собирать в центральном пункте все существенные результаты измерений, относящихся к одной установке или к цеху или к предприятию в целом. Эта ин­формация, соответственно обработанная, воссоздает картину всех важнейших процессов, происходящих на данном объекте (установ­ке, цехе, предприятии) и дает возможность управлять ими опти­мальным образом.

Быстродействие приборов позволяет накопить за короткий промежуток времени большое число результатов измерений. Возможность передачи этих результатов на обработку в вы­числительное устройство позволяет снизить погрешности измере­ний, обусловленные случайными причинами. Быстродействие определяет возможность снижения систематических погрешностей, и исключить влияние непостоянства, скажем, рабочего тока потенциометра на результат измерения. Существенно повышается точность косвен­ных измерений, так как быстродействие прибора обусловливает уменьшение зависимости измеряемой величины от непостоянства параметров влияющих величин.

В настоящее время стремятся строить измерительные средства по модульно-блочному принципу, согласно которому измеритель­ное средство комплектуется стандартными блоками, выполняю­щими определенные функции измерительной цепи. Это ускоряет построение измерительных средств, упрощается его эксплуатация и снижается себестоимость их производства.

Все чаще и чаще различные величины измеряются путем их преобразования в унифицированные электрические или пневмати­ческие сигналы. Необходимо подчеркнуть, что многие современные измеритель­ные устройства, особенно если они действуют с использованием вспомогательной электрической или пневматической связи, сами по себе содержат цепь регулирования и при их разработке и при­менении необходимо использовать теорию и технику автоматического регулирова­ния.

В области машиностроения существуют другие проблемы. Такой является уже упоминавшаяся ранее непрерывно растущая потребность в повышении точности измерения во всем диапазоне линейных размеров, особенно в об­ластях измерений малых величин, а также больших расстояний. Качество формы изделия еще не поддается измерению в такой степени, в какой это необходимо.

Автоматизация процесса изготовления предъявляет повышен­ные метрологические требования к измерительным устройствам, поскольку управление этим производством строится на использо­вании измерительной информации.

Важнейшей проблемой современного приборостроения является повышение эксплуатационной надежности и в особенности долго­временной метрологической надежности средств измерения. Если вообще отказ одного из всего комплекса измерительных устройств, может быть причиной выхода из строя станка или какой-либо дру­гой установки, то «метрологический отказ», т. е. нарушение точно­сти, потеря чувствительности и т. п., остающиеся незамеченными, могут стать причиной выпуска некондиционной продукции, иска­жений сигналов в линиях связи, появления нарушений в функцио­нировании транспорта, уменьшения эффективности средств обо­роны и т. д.

Оставаясь незамеченными в течение длительного времени, эти «метрологические отказы» в конце концов, при неблагоприятном стечении обстоятельств, могут стать причиной катастрофы.