Основы технических измерений

Измерения физических величин, проводимые опытным путем с помощью определенных методов и средств, называются техническими измерениями..

Техническое измерение может быть:

- прямое, при котором числовое значение определяемой величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение температуры термометром, размера-линейкой и др.);

- косвенное, при котором числовое значение определяемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, подвергаемой прямому измерению;

- абсолютное, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин;

- относительное, основанное на измерении величины, относящейся к одноименной величине, принимаемой за единицу.

В машиностроении к техническим измерениям относят лишь линейные и угловые, т. е. измерения геометрических параметров деталей, сборочных единиц и изделий; отклонения расположения и формы, волнистость и шероховатость поверхностей.

Научной основой технических измерений является метрология (ГОСТ 16263—70), в которой рассматриваются общая теория измерений, единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений, методы определения точности измерений, основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений, эталоны и образцовые средства. Все единицы физических величин определены Международной системой единиц (СИ), которая принята в СССР и других странах и содержит шесть основных и 58 производных единиц (ГОСТ 8.057—80).

Для воспроизведения и хранения единиц величин применяют эталоны, утвержденные в качестве исходных для страны. Так, для метра введен световой эталон, а именно 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями атома криптона-86.

Передача единиц величин от эталона к рабочим средствам измерений осуществляется по ступенькам образцовых мер и измерительных приборов: государственные эталоны — рабочие эталоны (ГОСТ 8.372— 80), образцовые средства измерений — рабочие средства измерений (ГОСТ 8.382—80). Точность образцовых мер и измерительных приборов понижается от ступеньки к ступеньке в 2—4 раза.

В соответствии с поверочной схемой средства измерений периодически подвергаются поверке, которая заключается в определении метрологическим отделом погрешностей средств измерений и установлении их пригодности к применению. Цель метрологической службы заключается в обеспечении единства измерений. Комплекс стандартов, регламентирующий пределы допускаемых погрешностей, методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений, называется Государственной системой обеспечения единства измерений

Важную роль в технических измерениях играют технические средства измерений. Средства измерений общего назначения можно подразделить на три основные группы: меры; калибры; универсальные измерительные приборы и инструменты.

Меры предназначены для передачи размера единицы длины, проверки и градуировки средств измерений, для точных измерений и гочной разметки. К ним относятся плоскопараллельные концевые меры длины (плитки) и угловые меры.

Калибры представляют собой тела и устройства, предназначенные для контроля (нахождения) в заданных границах размеров, взаимного расположения поверхностей и формы деталей. К ним относятся гладкие предельные калибры (скобы и пробки), резьбовые калибры (резьбовые кольца, скобы и пробки) и др.

Универсальные измерительные приборы и инструменты, показывающие доступную для непосредственного визуального наблюдения измерительную информацию, подразделяют на механические, оптические, пневматические и электрические

Совокупность средств измерений (мер, приборов, преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, называется измерительной системой. Она предназначена для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи или использования в автоматических системах управления. Универсальные измерительные приборы и инструменты предназначены для определения действительных размеров.

Механические приборы и инструменты в зависимости от устройства измерительной цепи имеют следующие разновидности:

- простейшие инструменты — лекальные, синусные и измерительные линейки, поверочные плиты (для контроля плоскости), поверочные угольники 90°, образцы шероховатости поверхности;

- штангенинструменты и нониусные угломеры — штангенциркуль (измерение наружных и внутренних размеров), штангенглубиномер (измерение пазов и высот выступов) и др.;

- пружинные приборы — микрокатор ИГП, микатор ИПМ, мини-катор ИРП, предназначенные для относительных измерений размеров, отклонений расположения формы поверхностей;

- микрометрические приборы—микрометр, микрометрический нутромер, применяемые в основном для измерения толщины листов и труб;

- зубчатые приборы — часовые индикаторы ИЧ и ИТ, предназначенные для относительных измерений наружных размеров, отклонений формы и расположения поверхностей;

- рычажно-зубчатые приборы — рычажная скоба СР (пассаметр), индикаторы ИРБ, ГИРБ2 и ИРТ, а также индикаторный нутромер, предназначенный для измерения отверстий;

рычажно-зубчатые микрометрические инструменты — рычажный микрометр MP (для измерения наружных размеров и параметров зубчатых колес).

Каждый универсальный инструмент и прибор характеризуется назначением, принципом действия, особенностями конструкции и метрологическими показателями.

Основной постулат метрологии. Порядок проведения измерений

Измерение (сравнение неизвестного с известным) происходит под влиянием множества случайных и неслучайных, аддитивных (прибавляемых) и мультипликативных (умножаемых) факторов, точный учёт которых невозможен, а результат совместного воздействия непредсказуем.

Основной постулат метрологии - отсчёт – является постоянным, но случайным числом.

Существуют следующие виды поверок:

- Первичная поверка - проводится для средств измерений утвержденных типов при выпуске их из производства, после ремонта, при ввозе из-за границы. При утверждении типа средств измерений единичного производства на каждое из них оформляется сертификат об утверждении типа; первичную поверку данные средства измерений не проходят.

- Периодическая поверка проводится для средств измерений, находящихся в эксплуатации, через определённые межповерочные интервалы. Необходимость поверки обусловлена возможностью утраты измерительным средством метрологических показателей из-за временных и других воздействий.

Периодичность поверки зависит от временной нестабильности метрологических характеристик (метрологической надёжности), интенсивности эксплуатации и важности результатов, получаемых с помощью средств измерений.

- Внеочередная поверка проводится: при необходимости подтверждения пригодности средства измерений к применению; в случае применения средства измерений, в качестве комплектующего по истечении половины межповерочного интервала; в случае повреждения клейма или утери свидетельства о поверке; при вводе в эксплуатацию после длительной консервации (более одного межповерочного интервала); при отправке средств измерений потребителю после истечения половины межповерочного интервала.

- Экспертная поверка проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

- Инспекционная поверка выполняется в рамках государственного надзора или ведомственного контроля, для контроля качества первичных или периодических поверок и определения пригодности средств измерений к применению.

Тема 9. Государственная система обеспечения единства измерений

План

9.1.Базовые стандарты

9.2.Метрологическая служба

9.3.Калибровка средств измерений

 

Базовые стандарты

Аббревиатура СКС — структурированные кабельные системы — уже настолько распространена, что не требует пояснений для большинства пользователей персональных компьютеров. Под этим термином понимают телекоммуникационную инфраструктуру зданий или, другими словами, среду передачи любых слаботочных сигналов в пределах (комплекса) жилых, офисных и промышленных зданий.

Эта стандартизованная основа локальных компьютерных и офисных телефонных сетей завоевывает все большее признание благодаря ряду преимуществ — универсальности, удобству эксплуатации и надежности. Успех данной технологии зависит в немалой степени от организаций, развивающих, внедряющих и использующих СКС, и, в том числе, от организаций стандартизации.

Разработку общепризнанных стандартов СКС ведут в США, в Европейской и Международной организациях стандартизации.

США

В средине 80-х годов ряд компаний, представляющих телекоммуникационную и компьютерную индустрию США, выступили с инициативой разработки стандартов кабельной инфраструктуры зданий. В рамках Ассоциации электронной промышленности (EIA) было создано несколько рабочих групп. Проект Инженерного комитета TR-41, получил название TR-41.8. Комитет учредил несколько рабочих групп по следующим направлениям стандартизации:

TR-41.8.1 Рабочая группа кабельной проводки коммерческих и промышленных зданий;

TR-41.8.2 Рабочая группа кабельной проводки жилых зданий и малых офисов;

TR-41.8.3 Рабочая группа телекоммуникационных каналов и помещений / Администрирования;

TR-41.8.4 Рабочая группа магистралей жилых зданий и малых офисов;

TR-41.8.5 Рабочая группа определений;

TR-41.7.2 Рабочая группа по заземлению и электрическим соединениям;

TR-41.7.2 Рабочая группа по рекомендациям электромагнитной совместимости.

Технические комитеты Ассоциации электронной промышленности (EIA) и координационные комитеты Правления EIA разрабатывают стандарты совместно. Члены комитетов работают добровольно без какой-либо компенсации. Компании, которые они представляют, не обязательно являются членами Ассоциации. Таким образом, принятые документы являются результатом договоренности заинтересованных специалистов и отражают их разносторонний опыт, в данной области, имеющийся к моменту утверждения стандартов.

В 1998 году Сектор телекоммуникаций Ассоциации электронной промышленности был преобразован в Ассоциацию телекоммуникационной промышленности (TIA), подчиняющуюся Техническому совету. Став независимой организацией, Ассоциация продолжает осуществлять деятельность по стандартизации совместно с Ассоциацией электронной промышленности (EIA). Эти организации представлены в названиях стандартов как ANSI/TIA/EIA.

ANSI/TIA/EIA пересматривает большинство стандартов каждые пять лет. В результате стандарты могут быть подтверждены, дополнены или изменены. Изменения, которые предполагается внести, направляются Председателю комитета или в секретариат ANSI/TIA/EIA.

Международные организации стандартизации

Международная организация стандартизации (ISO) и Международная электротехническая комиссия (IEC) образуют орган стандартизации, признанный во всем мире. Национальные организации — члены ISO и IEC принимают участие в разработке стандартов в составе Технических комитетов. Комитеты, созданные отраслевыми организациями, взаимодействуют друг с другом в смежных областях. В совместной работе принимают участие другие международные, правительственные и неправительственные организации.

Международная организация стандартизации и Международная электротехническая комиссия учредили Объединенный технический комитет ISO/IEC JTC 1, специализирующийся в области информационных технологий. Проекты международного стандарта, одобренные Объединенным техническим комитетом, передаются в национальные организации стандартизации для голосования. Для принятия стандарта требуется не менее 75% голосов.

Европейские организации стандартизации

Европейский комитет стандартизации электротехники (CENELEC) действует регионально в тесной координации с Международной организацией стандартизации. Страны, входящие в CENELEC, принимают европейские стандарты в качестве национальных без каких-либо поправок. Европейские стандарты публикуются на трех официальных языках — английском, французском и немецком. Переводы на другие языки, сделанные членами CENELEC, и заверенные в Центральном секретариате, получают статус официальных версий.

Базовые стандарты СКС

Базовыми стандартами структурированных кабельных систем являются: ANSI/TIA/EIA-568-А. Стандарт телекоммуникационных кабельных систем коммерческих зданий. Октябрь 1995 года; ISO/IEC 11801. Информационные технологии. Структурированная кабельная система для помещений заказчиков. Июль 1995 года; EN 50173:1995. Информационные технологии. Структурированные кабельные системы. Июль 1995 года.

Стандарты призваны служить общественным интересам, устраняя недопонимание между производителями и потребителями, обеспечивая взаимозаменяемость и универсальное качество продукции наряду с ее доступностью и грамотным использованием. Стандарты телекоммуникационной инфраструктуры зданий должны обеспечить работу разнотипного оборудования любых производителей, создание кабельных системы на этапе строительства зданий и их длительную эксплуатацию.

Стандарт ANSI/TIA/EIA-568-А заменил ANSI/TIA/EIA-568, действовавший с июля 1991 года. В новую редакцию вошли дополнения, принятые в форме технических бюллетеней: EIA/TIA TSB 36, TIA/EIA TSB 40 и TIA/EIA TSB 40а. Бюллетени содержали параметры категорий 3, 4 и 5 для кабелей типа незащищенная витая пара (UTP) и разъемов. В стандарт добавлены спецификации Проекта TSB 53 защищенной кабельной системы с волновым сопротивлением 150 ом, многомодового оптоволокна 62,5/125 мкм, одномодового волокна, ОВ разъемов и ограничений для оптоволоконной среды передачи. Системы категории 1 и 2 исключены из данного стандарта.

Международный стандарт ISO/IEC 1180 был подготовлен Подкомитетом 25 ISO/IEC JTC 1 "Подключение оборудования информационных технологий". Европейский стандарт EN 50173 был принят Техническим комитетом 115 "Электротехнические аспекты телекоммуникационного оборудования". В дополнение к американскому стандарту, определяющему в качестве альтернативной среды передачи защищенные системы с волновым сопротивлением 150 ом (разработка IBM) определены параметры незащищенных четырехпарных систем с волновым сопротивлением 120 ом (разработка Alcatel). Характеристики универсальных 100-омных систем различаются незначительно.

Базовые международные и европейские стандарты совпадают практически буквально. Однако ISO/IEC и CENELEC разрабатывают собственные стандарты в смежных областях. В Европе, например, существует Директива ЭМС, определены собственные параметры экранированных и оптоволоконных кабелей. Международная организация стандартизации ведет разработку стандартов проектирования, монтажа, администрирования, измерений и внедрения приложений. Названия взаимосвязанных действующих и разрабатываемых стандартов приводятся в приложениях к каждому документу. В обобщенном виде их можно найти на странице Перечень стандартов СКС сайта компании EcoLAN.

Россия принимает участие в работе Международной организации стандартизации (ISO), но не входит в CENELEC. Поэтому в данном обзоре за основу взяты положения и терминология международных стандартов. В США действует ряд стандартов, которые только разрабатываются в упомянутых организациях и широко применяются при создании СКС во всех странах. Организации ISO / CENELEC используют разработки ANSI/TIA/EIA как ступени для движения вперед. При этом они исправляют недостатки американских стандартов. В обзоре приведены отличия американских стандартов и отмечены исправленные недостатки.

Метрологическая служба

По закону РФ “Об обеспечении единства измерений” Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает:

- государственные научные метрологические центры;

- органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт - Петербурга.

Госстандарт России осуществляет управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации. На него возложены следующие функции:

- межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений в Российской Федерации;

- представление Правительству Российской Федерации предложений по единицам величин, допускаемым к применению;

- установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

- определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

- осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

- осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров Российской Федерации о признании результатов испытаний и поверки средств измерений;

- руководство деятельностью Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения единства измерений;

- участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

Госстандарт России руководит службой времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

В состав Государственной метрологической службы входят государственные научные метрологические центры, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС), научно-исследовательские институты и около 100 центров стандартизации и метрологии.

Научные центры являются держателями государственных эталонов, а также проводят исследования по теории измерений, принципам и методам высокоточных измерений, разработке научно-методических основ совершенствования российской системы измерений. Наиболее крупные среди научных центров:

НПО ВНИИ метрологии имени Д.И. Менделеева (ВНИИМ, Санкт-Петербург), который специализируется на величинах длины и массы, а также механических, теплофизических, электрических, магнитных величинах, ионизирующих излучениях, давлении, физико-химическом составе и свойствах веществ.

НПО ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Московская область) занимается эталонами радиотехнических и магнитных величин, времени и частоты, акустических и гидроакустических величин, а также низких температур, твердости и др.

НПО ВНИИ оптико-физических измерений (ВНИИОФИ, Москва) - это центр по оптическим и оптико-физическим величинам, акустико-оптической спектрорадиометрии, измерениям в медицине, а также единицам измерения параметров лазеров.

Сибирский государственный научно-исслсдовательский институт метрологии (СНИИМ, Новосибирск) занимается радиотехническими, электрическими и магнитными величинами.

Уральский научно-исследовательский институт метрологии (УНИИМ, Екатеринбург) руководит исследованиями по стандартным образцам состава и свойств веществ и материалов.

ВНИИМС специализируется на геометрических и электрических величинах, давлении, параметрах электромагнитной совместимости.

Центрами эталонов являются также: ВНИИ расходометрии (Казань), специализация которого - расход и объем веществ; НПО "Эталон" (Иркутск), область деятельности которого - региональные эталоны времени и частоты, а также электрических величин; НПО Дальстандарт (г. Хабаровск), специализирующееся на региональных эталонах времени и частоты, а также теплофизических величинах.

Государственные научные метрологические центры несут ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов единиц величин, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений.

Органы государственной метрологической службы осуществляют государственный метрологический контроль и надзор на территориях субъектов РФ.

Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени, частоты и определения параметров вращения Земли.

Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов в отраслях народного хозяйства в целях обеспечения единства измерений на основе их применения.

Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов в науке и технике в целях обеспечения единства измерений на основе их применения.

Метрологические службы государственных органов управления РФ и юридических лиц (предприятия, организации, учреждения) создаются в необходимых случаях в установленном порядке для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений и для осуществления метрологического контроля и надзора.

Создание метрологических служб или иных организационных структур по обеспечению единства измерений является обязательным при выполнении работ в сферах: здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда; торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом, в том числе на операции с применением игровых автоматов и устройств; государственные учетные операции; обеспечение обороны государства; геодезические и гидрометеорологические работы; банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции; производство продукции, поставляемой по контрактам для государственных нужд в соответствии с законодательством Российской Федерации; испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов Российской Федерации; обязательная сертификация продукции и услуг; измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитражного суда, государственных органов управления Российской Федерации; регистрация национальных и международных спортивных рекордов.

Метрологические органы предприятий, являясь важнейшим звеном метрологической службы, призваны обеспечить необходимую и достаточно достоверную измерительную информацию при проектировании, испытании и контроле качества выпускаемой продукции. В связи с этим основными задачами метрологической службы являются следующие:

1. Обеспечение надлежащего состояния мер и измерительных приборов, применяемых на предприятии.

2. Систематическое изучение эксплуатационных качеств измерительной аппаратуры, установление надежности ее работы и оптимальных сроков периодической поверки.

3. Проведение надзора за состоянием и правильным применением измерительной и испытательной техники, за соблюдением установленных методов измерения и испытаний во всех подразделениях предприятия.

4. Активное участие в вопросах выбора и назначения средств измерений, активная политика в области автоматизации измерений и разработки, испытаний и внедрения новой прогрессивной измерительной техники, связанной с дальнейшим подъемом технического уровня предприятия и повышения качества выпускаемой продукции.

Основные задачи, права и обязанности таких служб независимо от форм собственности определены в правилах по метрологии ПР 50-732-93 “Типовое положение о метрологической службе государственных органов управления и юридических лиц”.

В состав метрологических служб предприятий и организаций могут входить самостоятельные калибровочные лаборатории, а также структурные подразделения по ремонту средств измерений.