Метрология. Структура метрологического обеспечения измерений.

Метрология. Структура метрологического обеспечения измерений.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

 

К основным направлениям метрологии относятся:

- 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 измерений;

- методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

 

Главным предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

 

Средство измерения (СИ) — это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование.

 

Структура метрологического обеспечения измерений.

-Научная метрология, являясь базой измерительной техники, занимается изучением проблем измерения в целом и образующих измерение элементов: средств измерений (СИ), физические величины (ФВ) и их единицы, методы измерения, результаты, погрешности и т.д.

 

-Нормативно-техническими основами метрологического обеспечения является комплекс гос. стандартов.

 

-Организационной основой метрологич. обеспечения нашего государства является метрологич. служба РК.

 

Гос. система обеспечения единства измерений устанавливает единую номенклатуру стандартных взаимоувязанных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации, методике оценивания и обеспечения точности измерений.

 

Физические свойства и величины.

Физическая величина (ФВ) — свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

ФВ делят на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые ФВ можно выразить количественно определенным числом установленных единиц измерения.

Для оцениваемых ФВ по каким-либо причинам нельзя ввести единицу измерения, их можно лишь оценить.

По степени условной независимости от каких-либо величин различают основные, производные и дополнительные ФВ.

По размерности делятся на размерные и безразмерные.

ФВ бывают истинные, действительные, измеренные.

Истинное значение ФВ — значение, которое идеальным образом отображало бы в качественном и количественном отношении соответствующие свойства объекта.

Действительное значение ФВ — значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для определенной цели может быть использовано вместо него.

Измеренное значение ФВ — значение величины, отсчитанной по индикаторному устройству средства измерения.

Условие измерения — это совок-ть влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средств измерения. 3 вида: нормальные, рабочие, предельные.

 

Международная система единиц.

Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц ФВ.

 

Основные характеристики системы СИ:

1) универсальность;

2) унификация всех областей и видов измерений;

3) возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением с наименьшей погрешностью.

Основные единицы системы СИ.

1. длина (метр)

2. масса (кг)

3. время (сек)

4. сила электрического тока (ампер)

5. температура (Кельвин)

6. количество вещества (моль)

7. сила света (кандела)

 

2 дополнительные:

плоский угол (радиан)

телесный угол (стерадиан)

Производные ФВ

Единицы ФВ бывают кратные и дольные.

 

Основные характеристики измерений.

Результат — значение ФВ, полученное путем ее измерения.

Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерения и истинным значением величины.

Точность измерения — отражает меру близости результатов измерения к истинному значению измеряемой величины.

Правильность — это характеристика, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений.

Достоверность — это степень доверия к результату измерения, характеризующаяся вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах или в указанном интервале.

 

Виды измерений.

 

Измерения в зависимости от способа обработки экспериментальных данных делятся на:

1) Прямые измерения — это измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения (напр., измерение вольтметром напряжения источника).

2) Косвенные измерения — измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

3) Совместные измерения — это одновременные измерения нескольких одноименных величин для нахождения зависимости между ними; при этом решают систему уравнений. Пример: определяют зависимость сопротивления резистора от температуры Rt = R0 (1+At+Bt2). При этом измеряют сопротивления резисторов при 3-х различных температурах, составляют систему уравнений из 3-х зависимых.

4) Совокупные измерения — это одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, составленных из результатов прямых измерений различных сочетаний этих величин. Пример: измерения сопротивления резисторов, соединенных D-ом. Т.е. измеряют сопротивления в вершинах и определяют сопротивления совокупных сопротивлений.

 

В зависимости от выражения результатов измерений:

1) абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких величин с использованием значений физических констант. Результат выражают в единицах измеряемой величины;

2) относительные измерения — соотношение величины и одноименной величины, играющей роль 1. При относительных измерениях используют внесистемную безразмерную единицу дБ.

Методы измерений.

 

Классификация методов измерения.

1 — метод измерения

2 — метод непосредственной оценки

3 — метод сравнения

4 — нулевой метод

5 — дифференциальный метод

6 — метод замещения

 

Взаимодействие средств измерения с объектом основано на физических явлениях, совокупность которых составляет принцип измерения. А совокупность приемов использования принципа и средств измерения называют методом измерения.

 

Метод непосредственной оценки — численное значение измеряемой ФВ непосредственно определяют по показаниям измерительного прибора.

 

Метод сравнения — метод, при котором измеряемую величину сравнивают с воспроизводимой мерой.

 

Нулевой метод: действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовым. Это фиксируется высокочувствительным прибором нуль-индикатором.

 

Дифференциальный метод: измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной. В этом случае уравновешивание измеряемой величины и известной производится не полностью.

 

Метод замещения: производится поочередное подключение на вход прибора измеряемой величины и известной величины, и по двум показаниям прибора оценивается значение неизвестной величины.

 

Погрешности измерений. Основные понятия и виды погрешностей (классификация).

Погрешность результата измерений — это разница между результатом измерения X и истинным значением Q измеряемой величины D = X — Q. (1)

 

Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерения и истинным значением измеряемой величины.

 

По характеру проявления погрешности делятся на: случайные, систематические, прогрессирующие и грубые.

 

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

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

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность — это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Грубая погрешность (промах) — это случайная погрешность результата отдельного наблюдения, входящего в ряд измерений, который для единых условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.

 

Шкалы измерений.

 

Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства образуют множества, отображения элементов которых на упорядоченное множество чисел (или в общем случае множество знаков), образуют шкалы измерений.

 

Шкала измерений количественного свойства является шкалой ФВ.

 

1. Шкала наименований (шкала классификаций) — это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. Они могут быть использованы для определения вероятности или частоты появления данного объекта, но их нельзя использовать для матем. операций. В таких шкалах отсутствует понятие нуля, больше, меньше, единицы измерения.

 

2. Шкала порядков (шкала рангов)

 

Если свойства данного эмпирического объекта может количественно возрастать или убывать, то для него может быть построена шкала порядка. В таких шкалах нуль существует или не существует, но принципиально нельзя ввести единицу измерения, поскольку не установлено отношение пропорциональности и нет возможности судить во сколько раз больше или меньше конкретное проявление свойства.

 

3. Шкала интервалов (шкала разности)

 

Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало — нулевую точку. На таких шкалах можно проводить операции сложения и вычитания.

 

Шкала интервалов величины Q описывается следующим уравнением

 

Q = Q0 + q[Q],

 

где q — числовое значение величины;

 

Q0 — начало отсчета шкалы;

 

[Q] — единица рассматриваемой величины.

 

4. Шкала отношений

 

В таких шкалах существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и единица измерений, установленная по соглашению

 

Q = q[Q]

 

5. Абсолютная шкала — это шкала, обладающая всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющая естественное однозначное определение единицы измерения и независящее от принятой системы единиц (коэф-т усилен.)

 

Шкалы наименований и порядков называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений метрическими (материальными). Абсолютные и метрические шкалы относятся к разряду линейных.

 

Поверочные схемы.

 

Поверочная схема — это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передачи размеров единицы от эталона к рабочим средствам измерения с указанием методов и погрешности и который утвержден в установленном порядке.

 

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ данной ФВ, имеющейся в стране.

 

Ведомственные поверочные схемы — распространяются на все СИ данной ФВ, подлежащей поверке в отдельном органе метрологической службы.

 

Локальная поверочная схема — распространяется на все СИ данной ФВ, подлежащей поверки в отдельном органе метрологической службы.

 

На чертежах поверочной схемы должны быть указаны: наименования СИ и методы поверки, номинальные значения ФВ или их диапазоны, допускаемые погрешности СИ.

 

Чертежи поверочных схем состоят из полей, расположенных друг под другом и имеют такие наименования: “эталоны”, “образцовые СИ n-го порядка”, “рабочие СИ”.

 

Инспекционной называется поверка, которая осуществляется при проведении гос-го надзора или ведомственного контроля.

 

Экспертная поверка — проводится при возникновении спорных вопросов по поводу исправности СИ.

 

В зависимости от того кем выполняется поверка, она бывает гос-ой и ведомственной. Гос-ую поверку осуществляют территориальные органы гос-х стандартов. Обязательной гос-ой поверке подлежат СИ, играющие особенно важную роль в обеспечении единства измерения в стране, служащие для цели материального учета, охраны и некоторые другие. Ведомственной поверке подлежат СИ разового выпуска, нестандартные, имеющих узкоотраслевой назначение, при отсутствии соответствующих ГОСТов и методических указаний гос. стандартов.

 

 

Если прибор предназначен для измерения определенной величины, то производится поверка на рабочих частотах. Не подлежат поверке СИ, которые служат для качественной оценки СИ, а также учебные СИ.

 

17. Основы стандартизации. Основные понятия и определения.

 

Стандартизация — это деятельность направленная на разработку и установление требований, норм, правил, хар-к как обязательных для выполнения так и рекомендуемых, обеспечивающая право потребителя на приобретение товаров надлежащего качества, а также право на безопасность и комфортность труда.

 

Цели стандартизации — это достижение оптимальной степени упорядочивания той или иной области по средствам широкого и многократного использования установленных положений, требований, норм для решения реально существующих, планируемых или потенциальных задач.

 

Общие цели стандартизации:

 

— Безопасность продукции, работ, услуг для жизни и здоровья людей, окружающей среды и имущества.

— Совместимость и взаимозаменяемость.

— Качество продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития НТП.

— Единство измерений

— Экономия всех видов ресурсов

Объект стандартизации — это продукция, процесс или услуга, для которой разрабатывают те или иные требования, хар-ки, параметры. Область стандартизации — это совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации. Международная стандартизация — участие стандартизации открыто для соответствующих органов любой страны. Региональная стандартизация — ее деятельность открыта только для соответствующих органов гос-в одного географ-го, политического или экономического региона мира. Национальная стандартизация.Административно-территориальная стандартизация.

 

Методы стандартизации.

 

Это прием или совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации. К ним относят: упорядочивание объектов стандартизации, параметрическая стандартизация, унификация продукции, агрегатирование, комплексная и опережающая стандартизация.

 

Основные направления унификации: разработка параметрических типоразмерных рядов, разработка типовых изделий, разработка унифицированных технических процессов, ограничение номенклатуры. Показателем уровня унификации является коэффициент применяемости:

 

Кп = (n-n0)/n*100%,

 

где n — общее число деталей, n0 — число оригинальных деталей.

 

А грегатирование — это метод создания машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов.

 

Комплексная стан-я — осуществляется планомерно установлению и применению системы взаимосвязанных требований к самому объекту стандартизации в целом и его основным элементам.

 

Опережающая стандартизация — устанавливается повышенная в отношении к уже достигнутым на практике нормам и требованиям к объектам стан-ции, которые согласно прогнозам будут оптимальными в последующее время.

 

19. Виды нормативных документов.

 

Документы, которые регламентируются ISO:

 

1. Стандарты — это нормативный документ, разработанный на основе консенсуса, утвержденный и направленный на достижение оптимальной степени упорядочивания в определенной области. В стандарте устанавливаются для всеобщего и многократного использования общие принципы, правила, характеристики, касающиеся различных видов деятельности и результатов.

 

2. Документ технических условий — устанавливает технические требования продукции, услуги, процессу процедуры, которые следует использовать для проверки соблюдения требований данного нормативного документа.

 

3. Свод правил — разрабатывается для процессов проектирования, монтажа оборудования и конструкций, технического обслуживания или эксплуатаций. Он может быть как самостоятельным документом, так и частью стандарта.

 

4. Регламент — это документ, в котором содержатся обязательные правовые нормы. Принимается органом власти. Разновидностью регламента является технический регламент, в котором содержатся технические требования к объекту стандартизации.

Виды стандартов.

 

Стандарты основополагающие. Разрабатываются с целью содействия взаимопонимания, техн. единства и взаимосвязи деят-ти в разл. областях науки, техники и производства. Этот вид стандартов устанавливает такие организационные принципы и положения, требования, правила и нормы, кот. рассматриваются как общие для этих сфер и должны способствовать выполнению целей, общих как для науки, так и для производства. В целом они обеспечивают их взаимодействие при разработке, создании и эксплуатации продукта или услуг таким образом, чтобы выполнялись требования по охране окруж. среды, безопасности продукта или процесса для жизни, здоровья, имущества человека, а также ресурсосбережению и др. общетехн. нормам, предусмотренными гос. стандартами на продукцию. Примером основополагающих стандартов могут быть комплексные стандарты (ЕСКД, ЕСТД, ЕСДП, нормативные документы по организации Госуд. системы стандартизации в России и др.)

 

Стандарты на продукцию, услуги. Устанавливают требования к группам однородной продукции (услуг) или к конкретной продукции (услугам).

 

Примером стандартов на продукцию, услуги могут быть: а)стандарты общих техн. требований. регламентируют общие для группы однородной продукции нормы и требования, обеспечивающий оптимальный уровень качества, кот. должен быть заложен при проектировании и задан при изготовлении конкретных видов продукции, входящие в данную группу б)стандарты пар-ров и (или) размеров. Устанавливают параметрические или размерные ряды продукции по основным потребительским (эксплутационным) характеристикам, на базе кот. должна проектироваться продукция конкретных типов, моделей, марок, подлежащих изготовлению соответствующими отраслями в)стандарты типов конструкции, размера, марки, сортамента. Определяют конструктивные исполнения и основные размеры для определения группы изделий, унификации и обеспечения взаимозаменяемости при разработке конкретных типоразмеров, моделей и т.д. Стандарты марок устанавливают номенклатуру марок и химич. состав материала (сырья). Стандарты сортамента регламентируют геом. формы и размеры продукции г)стандарты правил приёмки. Регламентируют правила приёмки определённой группы или вида продукции для обеспечения единства требований при приёмки продукции по качеству и количеству.

 

Стандарты на процессы. Устанавливают требования к конкретным процессам, кот. осуществляются на разных стадиях жизненного цикла продукции (проектирования, производства, потребления, хранения, ремонта, утилизации). Стандарты на процессы включают след. нормативы: а)требования к методам автоматизированного проектирования продукции, модульного конструирования б)схемы технолог. процесса изготовления продукции в)требования к технолог. режимам и влияющим на них факторам

 

г)правила потребления (эксплуатации) д)общие требования к хранению, транспортированию, ремонту и утилизации е)требования безопасности для жизни и здоровья людей и т.д.

 

Стандарты на методы контроля (испытаний, измерений, анализа). Устанавливают порядок отбора проб (образцов) для испытаний, методы испытаний (контроля, анализа, измерения) потребительских (эксплутационных) характеристик определённой группы продукции с целью обеспечения единства оценки показателей качества. Стандарты на методы контроля рекомендуют применять методы контроля, испытаний, измерений, анализа, в наибольшей степени обеспечивающие объективность оценки обязательных требований к качеству продукции, кот. содержатся в стандарте.

Схема сертификации.

 

Схема сертификации — это определенная совокупность действий, официально применяемая в качестве доказательства соответствия заданным требованиям. В качестве способов доказательства используют: испытание; проверку производства; инспекционный контроль; рассмотрение деклараций о соответствии.

 

Испытание — может производиться испытание какого-то типа продукции одного или нескольких образцов, или контроль качества партии, путем испытания средней пробы.

 

Проверка производства — применяется тогда, когда для объективной оценки качества недостаточно испытания, а необходим анализ технологического процесса для оценки стабильности продукции.

 

Инспекционный контроль — предусмотрен в большинстве схем. Проводят его путем выдачи сертификатов в форме испытания образцов, либо в форме контроля сертифицированной системы качества.

 

Рассмотрение деклараций о соответствии — это способ доказательства, который предоставляет изготовитель. Заключается в следующем: в орган по сертификации предоставляется заявка о декларации, в которой прилагаются протоколы испытаний и информация об организации на предприятии контроля качества продукции. Этот способ используется при сертификации продукции зарубежного изготовителя с высокой репутацией на рынке.

Метрология. Структура метрологического обеспечения измерений.

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

 

К основным направлениям метрологии относятся:

- 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 измерений;

- методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.