Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Г.И. Шевелёва

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Учебное пособие

Для студентов вузов

Кемерово 2006

 

УДК. 389.1 + 658.562 (075)

БББ. 30.10 + 65.2/4 я 7

    Ш 37

 

           Рецензенты: доцент ГОУВПО Российского государственного

                                 торгово-экономического университета Кемеровского

                                 института (филиала), канд. техн. наук О.М. Фаттахова;

                                 Зам. начальника отдела сертификации продукции и

                                  услуг ООО «Сертификационный центр»,

                                  И.В. Шушпанникова

 

            Рекомендовано редакционно-издательским советом Кемеровского

            технологического института пищевой промышленности

 

Шевелёва Г.И.

 

Ш 37 Метрология, стандартизации и сертификация: Учебное пособие / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – 2-е изд., перераб. и доп. – Кемерово, 2006. – 100с.

       ISBN

 

    В учебном пособии рассматриваются основные положения, связанные с метрологическими правилами и нормами, вопросы квалиметрии (измерения качества), фундаментальные сведения о стандартизации. Представлен материал по техническому регулированию, который необходим для развития внешнеэкономической деятельности предприятий.

    Предназначено для студентов вузов, аспирантов и преподавателей.

 

 

ISBN                                                                            

                                                                                   УДК 381.1 + 658.562 (075)

                                                                                   ББК 30.10 + 65.2/4 я 7

 

 

                                                                                     

 

 

                                                                                        © Г.И. Шевелёва, 2006

                                                                                                        © КемТИПП, 20

Предисловие

 

    Переход России к рыночной экономике определил новые условия для деятельности отечественных предпринимателей и организаций не только на внутреннем рынке, но и на внешних.

Метрология, стандартизация и сертификация являются инструментами обеспечения безопасности, качества продукции, работ и услуг – важного аспекта многогранной коммерческой деятельности.

Международное сотрудничество по этим направлениям требует гармонизации отечественных норм с международными. Метрология, стандартизация и сертификация в том виде, как это было в плановой экономике, не только не вписывалось в новые условия работы, но и тормозили интеграцию России в цивилизованное экономическое пространство. Особенно ярким примером тому служат условия вступления нашего государства во Всемирную торговую организацию (ВТО). Закон РФ «О техническом регулировании» который рассматривается в настоящем учебном пособии, позволяет преодолеть технические барьеры в международной торговле и обеспечить коммерческий успех.

Знания в области метрологии и стандартизации в одинаковой степени важны для специалистов по реализации продукции, которые могут использовать возможности и преимущества полученных знаний для выпуска конкурентоспособной продукции.

Метрология, стандартизация и сертификация неразрывно связаны между собой, поэтому изучение их в одной дисциплине даёт более полное представление о важности каждого из этих направлений для развития внешнеэкономической деятельности предприятий и обеспечения условий, необходимых для присоединения страны к международным системам сертификации и вступления во Всемирную торговую организацию (ВТО).

 

Глава 1.Метрология

История развития метрологии

 

Метрология как наука охватывает круг проблем, связанных с измерениями. В дословном переводе с древнегреческого «метрон» - мера, «логос» - речь, слово, учение или наука. Таким образом, метрология – наука об измерениях.

Наука об измерениях возникла в незапамятные времена. Для этого, в первую очередь, использовались подручные средства. Из глубины веков дошли до нас единицы веса драгоценных камней – «карат», что в переводе с языков древнего юго-востока означает «семя боба», «горошина». Многие меры были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Так, в Киевской Руси применялись в обиходе: локоть – расстояние от локтя до конца среднего пальца (50 см); пядь – от «пять», «пятерка» - расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев (18-19 см); сажень – от «достигать», «сягать», т.е. можно достать (216 см); косая сажень – предел того, что можно достать, расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки. Древнее происхождение имеют и «естественные» меры. Первыми из них, получившими повсеместное распространение, стали меры времени. На основе астрономических наблюдений в древнем Вавилоне установили год, месяц, час. Ни в древнем мире, ни в средние века не существовало метрологической службы, но имеются сведения о применении образцовых мер и хранении их в церквах и монастырях, а также о ежегодных поверках средств измерений. Так, «золотой пояс» великого князя Святослава Ярославича (1070-е гг.) служил образцовой мерой длины.

Важнейшим метрологическим документом является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины. Её медные экземпляры рассылались по городам на хранение выборным людям – старостам, соцким. С этих мер надлежало сделать клейменные деревянные копии для городских померщиков, а с тех, в свою очередь, деревянные копии для использования в обиходе. Образцовые меры, с которых снимались первые копии, хранились централизованно в приказах Московского государства. Таким образом, можно говорить о начале создания при Иване Грозном государственной системы обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы.

Развитие торговли и расширение внешних экономических связей требовало не только уточнения мер, но и установления их соотношения с другими странами, а также унификации мер и более четкой организации контрольно-поверочной деятельности. Еще в договоре Великого Новгорода с немецкими городами (1269 г.), приведены соотношения между мерами договаривающихся сторон. Были установлены соответствия различных «Весов» фунту (409,5 г.) и размер сажени (216 см.).

Московские указы, касавшиеся введения единых мер в стране, отсылались на места вместе с образцами казенных мер. Работы по надзору за мерами и их поверку проводили два столичных учреждения: Померная изба и Большая таможня. Они же разрешали конфликты, возникавшие в торговых операциях. В провинции надзор был поручен персоналу воеводских и земских изб, а также старостам и другим «верным людям». Государственная дисциплина была суровой. За злоумышленную порчу контрольных мер грозило наказание – вплоть до смертной казни.

Метрологической реформой Петра I к обращению в России были допущены английские меры – футы (304,8 мм), дюймы (25,4 мм). Для обеспечения вычислении были изданы таблицы мер и соотношений между русскими и иностранными мерами. Начинают выделяться метрологические центры. Основанная в 1725 г. Петербургская академия наук занялась воспроизведением угловых единиц, единиц времени и температуры. Другие метрологические центры занялись вопросами единства мер и метрологического обслуживания в области торговли, проводили опеку измерительных хозяйств горных заводов, рудников и монетных дворов. В России назрела необходимость создания единого руководящего метрологического центра.

В 1936 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер. В качестве исходных мер длины комиссия изготовила мерный аршин (72 см) и деревянную сажень (216 см.), за меру жидких веществ было принято ведро Московского каменномостного литейного двора. Важнейшим результатом было создание русского эталонного фунта – бронзовой золоченной гири, узаконенной в качестве первичного образца (государственного эталона) русских мер и весов. Этот фунт почти 100 лет оставался единственным эталоном в стране.

В развитии отечественной метрологии можно выделить несколько этапов.

Первый этап стихийной метрологической деятельности продолжался от ее зарождения до 1892 г. Качественные изменения в статусе метрологии стали происходить только с середины 19 века. Этот период характерен централизацией метрологической деятельности и началом широкого участия русских ученых в работе международных метрологических организаций. Так, указом «О системе Российских мер и весов» (1935 г.) были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень, равная 7 английским футам и платиновый Фунт, практически совпадает по весу с бронзовым золоченным фунтом.

В 1842 г. на территории Петропавловской крепости в специально построенном «несгораемом» здании открылось первое централизованное метрологическое и поверочное учреждение России – «Депо образцовых мер и весов», куда и помещаются на хранение созданные эталоны, их копии, а также образцы различных иностранных мер (в настоящее время эти образцы хранятся в музее Менделеева в Санкт-Петербурге. В Депо хранились эталоны и их копии, изготавливались образцовые меры для местных органов, а также проводилась поверка и сличение образцовых мер с иностранными. Эта деятельность регламентировалась «Положением о мерах и весах» (1842 г.), которое заложило основы государственного подхода к обеспечению единства измерений.

 Первые описательные труды по метрологии были созданы Петрушевским, «Общая метрология» вышла в 1849 г. и была удостоена императорской Академией наук Демидовской премии.

В 1892 г. управляющим Депо был назначен Д.И. Менделеев (1834-1907 гг.). Он так много сделал для отечественной метрологии, что период с 1892-1918 гг. называют менделеевским этапом развития метрологии. В 1893 г. Менделев преобразует Депо образцовых мер а Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Лишь 8 лет спустя в США организуется Национальное бюро эталонов, а в 1900 г. в Англии. Под руководством Д.И. Менделеева была проведена работа по созданию русской системы эталонов и их сличение с иностранными, начала создаваться государственная метрологическая служба. Научные труды Д.И. Менделеева по метрологии не утратили своего значения и в настоящее время. Он определил метрологию как науку: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры». Основанные им научные направления на долгие годы определили пути развития отечественной метрологии, обеспечили ей передовые позиции и высокий авторитет на международной арене.

Но даже Менделееву не удалось в условиях царизма внедрить в России метрическую систему. Декрет «О введении Международной метрической системе мер и весов» был принят в 1918 г. Издание декрета открывает начало третьего – нормативного этапа в развитии отечественной метрологии. С этого времени сначала важнейшие, а затем и менее важные постановления в области метрологии вводятся нормативными актами – поначалу постановлением правительства, а позже, наряду с ними – нормативно-техническими документами разного уровня (технические условия, республиканские, отраслевые, общесоюзные стандарты и др.)

При современном развитии науки и техники невозможно обойтись без измерений. Что же такое провести измерение? Это наличие не только материальных объектов и физических явлений, но и тех технических средств, которыми производят измерения, а также методов, позволяющих грамотно осуществлять процесс измерений. Это позволило сформулировать современное определение метрологии – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Как видно из определения, в сферу вопросов, рассматриваемых как метрологические следует отнести:

- физические величины;

- единицы физических величин;

- измерение физических величин;

- принципы, методы и методики измерений;

- средства измерительной техники;

- результаты измерений;

- погрешности средств измерений;

- погрешности измерений;

- обеспечение единства измерений (эталоны, поверочные схемы, МС).

Большинство проводимых измерений в народном хозяйстве – это не самоцель, а промежуточная операция для достижения конечной цели – управления технологическими процессами: учета ресурсов, испытания и контроля параметров сырья, полуфабрикатов и готовой продукции и т.п. Для этого требуется регламентация со стороны государства многих норм требований и правил, используемых в процессе измерений, т.е. в обеспечении единства измерений в стране.

Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообщих 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, называется метрологией. Термин законодательная метрология является официальным. В практической деятельности приходится встречаться с понятиями теоретическая (изучение теоретических основ) и практическая метрология (посвящена изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии и положений в законодательной метрологии).

 

 

Объекты измерений и их меры

Рис. 1. Классификация величины

 

 

Предметом познания, как уже говорилось, являются объекты, свойства и явления окружающего мира. Таким объектом, например, является окружающее нас пространство, а его свойством – протяженность. Последняя может характеризоваться различными способами. Общепринятой характеристикой (мерой) пространственной протяженности служит длина.

Общепринятые или установленные законодательным путем 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 называются ФИЗИЧЕСКИМИ ВЕЛИЧИНАМИ. Кроме длины, времени, температуры, массы к физическим величинам относятся плоский и телесный углы, сила, давление, скорость, ускорение, электрическое напряжение, сила электрического тока, индуктивность, освещенность и многие другие. Все они определяют некоторые общие в качественном отношении физические свойства, количественные характеристики могут быть совершенно различными. Получение сведений об этих количественных характеристиках и является задачей измерений.

Объектами измерений являются не только физические величины. Например, в экономике существует понятие стоимости – свойства, общего для всех видов товарной продукции, но в количественном отношении индивидуального для каждого из них. Другой пример – цена. В эпоху зарождения товарного обмена она имела натуральное выражение и определялась эквивалентным количеством продуктов питания, поголовьем рогатого скота и т.п. С появлением всеобщего эквивалента – денег – и переходом к товарно-денежным отношениям цена стала выражаться в денежных знаках. И стоимость, и цена являются мерами различных свойств товарной продукции. Они относятся не к физическим, а к экономическими величинам, как их называют, экономическим показателями.

В сфере промышленного производства, в том числе в системе общественного питания, большое внимание уделяется качеству продукции. Оно определяется как совокупность ее свойств, обуславливающих удовлетворение определенных потребностей в соответствии с назначением продукции. Мерами этих свойств служат показатели качества. В КВАЛИМЕТРИИ (от латинского qualis – какой по качеству и греческого μετρον – измеряют) разделе метрологии, посвященном измерению качества, различают следующие виды показателей качества продукции: назначение, надежности, эргономические, технологичности, стандартизации и унификации, безопасности и др. Внутри каждого, вида можно выделить группы и отдельные показатели качества. Таким образом, качество, как и пространство, многомерно.

 

Таблица 1

 

Характеристика шкал, используемых в теории измерений

 

Наименование шкал	Характеристика
1. Наименований	Характеризуется только отношением эквивалентности
2. Порядка (ранговая)	эквивалентности и порядка
3. Разностей интервалов	Эквивалентности, порядка, разностей (суммирования) интервалов
4. Отношений	Эквивалентности, порядка, разностей, суммирования и умножения
5. Абсолютная	Эквивалентности, порядка, разностей, суммирования и умножения и определения единицы измерения

 

Шкала наименований – самая простая из всех типов шкал, это только ярлыки для различия и обнаружения изучаемых объектов (например, масло «крестьянское», масло «любительское»).

Шкала порядка (ранговая) соответствует свойствам, для которых имеют смысл не только отношение эквивалентности, но и отношение порядка, по возрастанию или уменьшению количественного проявления свойства.

Ранги – это места, занимаемые в шкале порядка, в старину – звания, чины, в спорте – это места, занятые на соревнованиях. По рангам можно составлять суждения типа «лучше – хуже», «больше - меньше», характерные для контроля. Характерные примеры шкал порядка – существующие шкалы твердости тел. Нам ясно, что сталь тверже резины, но насколько тверже – шкала порядка ответа не дает. В этой шкале тоже нет единиц измерения или мер сравнения.

Шкала разностей интервалов, отличается от шкалы порядка тем, что имеет смысл отношения, эквивалентности, порядка и разностей (суммирования) интервалов между различными количественными проявлениями свойства. Характерный пример – шкала интервалов времени, т.к. интервалы времени можно суммировать (вычитать), но складывать, например, даты каких-либо событий не имеет смысла. Применение шкалы интервалов относится к измерению.

Шкала отношений описывает свойства, к множеству самих количественных проявлений к которым применимы отношения эквивалентности, порядка и суммирования, а, следовательно, вычитания и умножения. В шкале отношений существует также естественный критерий нулевого количественного проявления свойства, т.е. в этой шкале положение нулевой точки строго определено.

Именно так, при фиксировании отсчета, мы измеряем интервалы времени, расстояние, силу, сравнивая результаты с секундой, метром, килограммом и другими единицами физических величин.

Абсолютные шкалы – обладают всеми признаками шкал отношений, но дополнительно в них существует естественное однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам. К таким величинам относятся: коэффициент усиления, добротность колебательной системы, ослабление и т.п. Среди абсолютных шкал выделяются ограниченные абсолютные шкалы, значения которых находятся в пределах от 0 до 1 (это КПД, отражения и т.п.).

По мере развития метрологии наблюдается тенденция рассматривать в качестве объектов измерений все новые и не только физические свойства, но и соответствующие им нефизические величины, поэтому создаются новые и совершенствуются уже известные шкалы.

 

Единицы измерений.

Множитель