1. История развития стандартизации

Человек прошел долгий путь развития труда от грубых каменных топоров и наконечников из кремня для стрел до микросхем и информационного общества. На протяжении очень долгого времени трудовая деятельность человека совершенствовалась, усложнялись орудия труда. Для более эффективного развития самые удачные результаты человеческой деятельности в дальнейшем использовались как стандарт.

Наибольшее распространение стандартизация получила в эпоху Ренессанса, когда начали развиваться и укрепляться связи между различными странами. К самым масштабным достижениям стандартизации времен перехода от ручного труда к машинному производству можно отнести, например, оружейные замки Леблана, предложенные им в 1785 г. Эти замки подходили для всех выпускаемых тогда ружей. В Германии был принят стандартный калибр ружей в 13,9 мм и стандартная ширина железнодорожной колеи, а в Англии – система крепежной резьбы.

Одним из основополагающих и рубежных событий в истории стандартизации является основание Международного бюро мер и весов, а также Международная метрическая конвенция, подписанная в 1895 г. послами 19 государств.

В России одним из первых стандартов можно назвать кружала, т. е. калибры для пушечных ядер, утвержденные Иваном Грозным. Петр I очень много внимания уделял моментам, связанным с внешней торговлей. Он стремился поднять авторитет России, как экспортера товаров высокого качества Требования к качеству экспортируемых товаров ужесточились, а для контроля над выполнением этих требований были созданы специальные комиссии, называемые бракеражными.

Первый государственный орган, отвечающий за стандартизацию, – Комитет по стандартизации при Совете Труда и Обороны – был создан в 1925 г. Комитет руководил ведомствами, занимающимися стандартизацией, а также вводил в обращение утвержденные стандарты. Основной категорией стандартов был общесоюзный стандарт – ОСТ. Комитетом были приняты стандарты на прокат из черных металлов и некоторые сорта пшеницы, а также на товары массового потребления.

Но в 1940 г. порядок разработки стандартов был изменен: вместо наркоматов был организован Всесоюзный комитет по стандартизации, и ОСТы заменили ГОСТами – Государственными общесоюзными стандартами. Но через некоторое время Всесоюзный комитет по стандартизации был расформирован. И вместо него был создан Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.

В 1968 г. произошло довольно значимое событие в истории стандартизации – принято Постановление Совета Министров СССР «Об улучшении работы по стандартизации в стране». На основе этого Постановления впервые появилась Государственная система стандартизации (ГСС), представляющая собой совокупность Государственных стандартов. Всего было утверждено 4 категории стандартов:

1) ГОСТ – Государственный стандарт СССР;

2) РСТ – республиканский стандарт;

3) ОСТ – отраслевой стандарт;

4) СТП – стандарт предприятия.

В 1985 г. вышло Постановление Совета Министров СССР «Об организации работы по стандартизации», в котором была определена основная задача стандартизации – создание определенного набора нормативно-технической документации с целью четко обозначить набор стандартов качества продукции, ее производства и использования.

В 1990 г. вышло Постановление Совета Министров СССР «О совершенствовании организации работы по стандартизации», которое должно было отвечать требованиям переходной экономики. Главная задача стандартизации была определена, как установление соответствия между системой стандартов СССР и Международной системой стандартов. Обязательными требованиям к качеству товаров и услуг, согласно Постановлению, стали требования, определяющие безопасность, экологичность, взаимозаменяемость и совместимость продукции; вместо Государственных стандартов стало возможным использование Международных стандартов зарубежных стран, если они в большей мере подходили для удовлетворения потребностей национальной экономики Распад СССР поставил перед стандартизацией новую задачу, а именно: согласование политики стандартизации на территории СНГ. 13 марта 1992 г. страны СНГ подписали Соглашение о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации. Для реализации данного Соглашения был организован Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, призванный руководить принятием стандартов на межгосударственном уровне.

Еще одно достойное внимания событие – принятие в 1993 г. Закона РФ «О стандартизации». Данный Закон утверждает нормативные документы в качестве средств государственной защиты прав потребителей. Этот Закон сделал возможными не только обязательные стандарты, утвержденные в СССР, но и стандарты, включающие в себя не только обязательные, но и рекомендуемые требования.

В 1992–2001 гг. направление развития стандартизации определялось в соответствии с Соглашением, принятым в 1992 г. Освоение мирового рынка и подготовка к вступлению во ВТО предусматривали, чтобы требования национальных стандартов соответствовали требованиям Международных стандартов, следовательно, активизировались работы в данном направлении.

В 2002–2003 г. направление работ по стандартизации определялось Законом «О техническом регулировании», который послужил началом преобразования системы российских стандартов, необходимой для полноценного участия России в международной торговле и вступления во ВТО.

3. Принципы и методы стандартизации Перечислим основные принципы стандартизации.1. Принцип добровольности стандартов реализуется в процессе принятия решения о применении стандарта. Если было принято решение применять какой-либо стандарт, то хозяйствующий субъект

4. Объекты и субъекты стандартизации Продукцию или услугу, для которой разрабатываются и устанавливаются стандарты, называют объектом (предметом) стандартизации.Субъектами стандартизации являются: Центральный орган исполнительный власти в сфере стандартизации, совет

10. Методы стандартизации Метод стандартизации – это совокупность средств достижения целей стандартизации.Рассмотрим основные методы стандартизации.1. Упорядочение объектов стандартизации является универсальным методом стандартизации товаров, работ и услуг. Данный

ЛЕКЦИЯ № 4. Основы сертификации и лицензирования 1. Общие понятия о сертификации, объекты и цели сертификации Процедура сертификации направлена на подтверждение соответствия объекта сертификации предъявляемым к нему нормам и требованиям.В результате проведения

30. Органы и комитеты по стандартизации Закон Российской Федерации «О техническом регулировании» (статья 14) формулирует основные направления деятельности Национального органа Российской Федерации по стандартизации.Согласно положениям вышеозначенного Закона в состав

34. История развития стандартизации Одним из основополагающих и рубежных событий в истории стандартизации является основание Международного бюро мер и весов, а также Международная метрическая конвенция, подписанная в 1895 г. послами 19 государств.В России одним из первых

36. Принципы и методы стандартизации Перечислим основные принципы стандартизации.1. Принцип добровольности стандартов реализуется в процессе принятия решения о применении стандарта. Если было принято решение применять какой-либо стандарт, то хозяйствующий субъект

37. Нормативные документы / по стандартизации, их категории Нормативными документами по стандартизации в РФ являются:Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ Р) – нормативный документ, являющийся национальным стандартом, утвержденный Центральным органом

43. Методы стандартизации Метод стандартизации – это совокупность средств достижения целей стандартизации. Рассмотрим основные методы стандартизации.1. Упорядочение объектов стандартизации является универсальным методом стандартизации товаров, работ и услуг. Данный

5.1.1. Сущность процессов стандартизации Важным элементом в системах управления качеством изделий является стандартизация - нормотворческая деятельность, которая находит наиболее рациональные нормы, а затем закрепляет их в нормативных документах типа стандарта,

5.1.2. Система стандартизации России Органы и службы стандартизации - организации, учреждения, объединения и их подразделения, основной деятельностью которых является осуществление работ по стандартизации или выполнение определенных функций по стандартизации. Органы

Лекция 5 Концептуальные основы защиты информации в автоматизированных системах Учебные вопросы:1. Анализ и типизация организационных и программно-аппаратных структур автоматизированных систем предприятия2. Анализ возможных угроз и их специфика в различных типах

Лекция 6 Основы обеспечения информационной безопасности в банковской сфере Учебные вопросы:1. Особенности информационной безопасности банков2. Анализ состояния банковских автоматизированных систем сточки зрения безопасности3. Принципы защиты банковских

Лекция 7 Теоретические основы информационной безопасности в информационно-телекоммуникационных сетях Учебные вопросы:1. Обобщенная модель процессов информационной безопасности2. Унифицированная концепция защиты

Лекции по метрологии

(для студентов заочного отделения)

Часть I . Основы метрологии

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности.

Единство измерений – результаты выражены в узаконенных единицах и установлены допустимые погрешности.

Метрология определяет как правильно проводить измерения, поэтому является базовой наукой.

В РФ имеется примерно 1,5 млрд. средств измерений (СИ).

Официально началом участия государства в метрологическом деле в России считается 1893 г., когда была создана Главная палата мер и весов. Возглавил ее Д.И. Менделеев. Он и считается первым метрологом России.

В 1930 г. был создан Госстандарт СССР. Сейчас работу в РФ возглавляет Росстандарт. Подразделения государственной метрологической службы (ГМС) Росстандарта:

Научные метрологические центры и НИИ;

Опытные заводы;

Издательства, учебные заведения;

Территориальные органы (областные);

Метрологические службы органов управления и юридических лиц (на каждом предприятии есть метрологическая служба).

В метрологии выделяют три направления:

1. Законодательное (разработка нормативных документов, испытания СИ, утверждение типа СИ, их поверка, калибровка, сертификация, метрологический контроль и надзор).

2. Фундаментальное или научное (разработка новых методов измерений, средств измерений, методов обработки результатов измерений, определения погрешностей).

3. Практическое или прикладное.

Базовые законы по метрологии :

«Об обеспечении единства измерений»

«О техническом регулировании».

Основные метрологические термины и определения

Физическая величина (ФВ) – одно из свойств физического объекта, которое является общим в количественном отношении для многих физических объектов, отличаясь количественным значением.

Отличие: ФВ имеет единицу измерения.

Пример ФВ: ток, напряжение, …

Размер ФВ – количественное содержание ФВ в данном объекте.

Значение ФВ – количественная оценка ФВ в виде некоторого числа единиц данной ФВ.

Единица ФВ – ФВ, которой по определению придано значение, равное единице.

Измерение – нахождение значений ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств.

Точность измерений – степень приближения результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Численно оценивается с помощью погрешностей.

Погрешность измерений – отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины.

Действительное значение – значение, определенное экспериментально (с помощью эталонных средств измерений) и настолько близкое к истинному, что может быть за него принято.

Истинное значение – значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношении соответствующее свойство данного физического объекта.

Средства измерений (СИ) – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные погрешности (класс точности).

Единицы измерений. Системы единиц

Все первые единицы измерений были привязаны к телу человека или каким-то широко распространенным предметам.

Так в России для измерения длины:

- пядь – расстояние между большим и средним пальцами;

- аршин – 4 пяди;

- локоть ;

В Англии:

- дюйм (с 1324 г. !) – три круглых сухих ячменных зерна, уложенных по длине;

- фут – 12 дюймов;

- ярд – 3 фута.

В 1496 г. был создан эталон ярда – латунный восьмигранный стержень.

По мере развития измерений изобретались новые единицы измерений и острой стала проблема сопоставимости результатов.

Так в электротехнике к 1870 г. в мире применялось 15 единиц измерения сопротивления, восемь – напряжения, пять – тока и т.д. В 1881 г. состоялся Первый международный электротехнический конгресс, на котором вопросу единых единиц измерения уделили много внимания.

Истории известно несколько международных систем единиц измерения.

С 1963 г. в большинстве стран, в том числе и в России используется система СИ . Она включает семь основных величин (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль), две дополнительных (радиан и стерадиан) и множество производных (ом, ватт, герц, вольт и т.д.).

Некоторые виды деятельности Росстандарта

1. Утверждение типа СИ .

Оно необходимо для постановки на производство и выпуск в обращение новых типов СИ или ввоз их из-за границы.

Процедура утверждения предусматривает:

Обязательные испытания СИ;

Принятие решения об утверждении типа СИ;

Его регистрацию;

Выдача свидетельства (ранее - сертификата) об утверждении типа СИ.

Утвержденный тип СИ подлежит внесению в Госреестр СИ, который ведет Росстандарт. На СИ утвержденного типа и эксплуатационные документы наносится знак утверждения типа СИ.

Знак утверждения типа СИ

2. Поверка СИ . Поверка СИ заключается в установлении органом ГМС пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным требованиям (в первую очередь – указанному на СИ классу точности).

Поверка СИ осуществляется в аккредитованном испытательном центре (лаборатории) аттестованным в качестве поверителя физическим лицом.

Различают поверки:

Первичную, после изготовления;

Периодическую (в эксплуатации, например, раз в год);

а также внеочередную, инспекционную, экспертную.

Знак поверки (голографический)

Для обеспечения единства измерений в стране существует Государственная поверочная схема. Она установлена для обеспечения правильной передачи размеров единиц от эталонов к рабочим СИ. Утверждена схема Росстандартом.

Стрелки на схеме показывают какие менее точные СИ следует поверять СИ данного уровня. Так по эталонным СИ 1-го разряда, например, следует поверять эталонные СИ 2-го разряда, а также рабочие СИ высшей точности.

Эталонные СИ можно применять только для поверки, а рабочие – при любых измерениях. Класс точности эталонного прибора должен быть в 5 раз выше, чем у поверяемого (иногда допускается в 3 раза). На каждом этапе передачи размеров единиц регламентируется метод передачи.

Государственная поверочная схема

Обязательность поверки СИ определяется областью их применения. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» содержит их перечень. Это военная и космическая техника, медицина, торговля, фиксация рекордных результатов в спорте и т.д.

Если же область применения данного СИ в вышеназванный перечень не входит, то в процессе эксплуатации проводят или его поверку добровольно, или калибровку.

Процедура калибровки схожа с процедурой поверки, однако проводить ее могут и не только государственные метрологические службы, но и службы юридических лиц, если они имеют на это право (аккредитование).

3. Лицензирование деятельности по изготовлению, ремонту и продаже СИ.

Лицензия – документально оформленное разрешение, выдаваемое органом государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории юридическому или физическому лицу на осуществление им деятельности по изготовлению, ремонту и продаже СИ.

Лица, претендующие на лицензию на изготовление СИ, должны иметь свидетельство об утверждении типа СИ. При этом проверяется наличие помещений, соответствующего оборудования и СИ, уровень подготовленности персонала и т.д.

4. Сертификация СИ – носит добровольный характер.

Знаки сертификации

а) – добровольная

б) – обязательная.

Методы измерений

Метод измерений (МИ) – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей.

МИ делятся на методы непосредственной оценки , когда измеряемое значение определяют по отсчетному устройству измерительного прибора (например, ток по амперметру) и методы сравнения с мерой , когда в процессе измерений устанавливается равенство или определенное соотношение с мерой. Т.к. в процессе измерений участвует мера, то точность измерений методами второй группы возможна значительно выше, чем у первой, хотя процесс измерений может быть сложнее.

Различают методы одновременного и разновременного сравнения с мерой.

Наиболее известный метод одновременного сравнения – нулевой . При измерениях этим методом действие измеряемой величины А х на индикатор сводится к нулю встречным действием известной величины А 0 . При этом А х = А 0 .

Из методов разновременного сравнения рассмотрим метод замещения . Согласно ему измеряемая А х заменяется известной А 0 , и изменением А 0 цепь приводится в прежнее состояние (например, вместо резистора R x в цепь ставится магазин сопротивлений, и изменением его сопротивления R 0 восстанавливают в цепь прежний ток. При этом R x = R 0 ).

Методики выполнения измерений

С учетом того, что погрешность измерений зависит не только от класса точности, но и от других причин, которые определяются выбранным методом и процедурой измерений (условия измерения; погрешность, вносимая оператором и т.д.) создаются методики выполнения измерений (МВИ).

МВИ – совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.

МВИ, по сути, прописывает технологический процесс измерений (устанавливает метод и процедуру измерений, условия их проведения, требования к помещениям, оборудованию и оператору, правила обработки результатов измерений, определения погрешностей).

Виды измерений

1. По способу получения результатов измерений:

- прямые – измерения, при которых искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений (например, нахождение напряжения по показаниям вольтметра).

- косвенные – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (например, нахождение по закону Ома сопротивления по измеренным напряжению и току).

Совместные – производимые одновременно измерения двух или более неодноименных величин для нахождения зависимости между ними (например, измерения сопротивления и температуры).

2. По характеру зависимости измеряемой величины от времени различают измерения статические и динамические .

3. По количеству равноточных (равной точности) измерений различают измерения однократные и многократные . Преимущество многократных – в значительном снижении влияния случайных факторов на погрешность измерений.

Средства измерений

Средство измерений (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики.

Основные группы СИ:

1. Меры (эталоны). Эталоны – высокоточные меры.

Меры – СИ, предназначенные для хранения и воспроизведения физической величины заданного размера с определенной точностью.

Первичные эталоны воспроизводят единицы ФВ с наивысшей точностью. Например, первичный в РФ эталон времени обеспечивает погрешность не более одной секунды в 500 тысяч лет. От первичного эталона размер передается эталонам-копиям, а от них – разрядным эталонам (см. поверочную схему).

2. Измерительные приборы (ИП) – СИ, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

По форме измерительной информации различают приборы аналоговые (в том числе стрелочные) и цифровые.

Есть ИП показывающие (результат считывается) и регистрирующие (результат прибором фиксируется).

По характеру применения: стационарные (щитовые) и переносные (лабораторные).

3. Измерительные установки – стационарные установки, содержащие несколько измерительных устройств (например, установка для поверки амперметров и вольтметров постоянного тока содержит источники питания, эталонные приборы, резисторы в термостате и др. оборудование).

4. Измерительные преобразователи – СИ, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающихся непосредственному восприятию наблюдателем.

Основные группы:

Масштабные, ослабляющие или усиливающие измерительный сигнал (измерительные трансформаторы, делитель напряжения, усилители и др.);

Фильтры, отделяющие сигнал от помех;

Аналого-цифровые преобразователи;

Преобразователи неэлектрических величин в пропорциональные им электрические (датчики).

5. Измерительные системы – совокупности функционально объединенных мер, измерительных приборов, преобразователей, компьютеров и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерения нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

6. Измерительные принадлежности – устройства, обеспечивающие технику безопасности и удобство измерений.

7. Виртуальные приборы – состоят из персонального компьютера с программным обеспечением и встроенной в него аналого-цифровой платой сбора данных.

Погрешности

Погрешности СИ делятся:

В зависимости от условий возникновения на основные и дополнительные;

В зависимости от изменения во времени измеряемой величины на статические и динамические;

В зависимости от значения измеряемой величины на аддитивные и мультипликативные;

По закономерности проявления – систематические и случайные.

Погрешности СИ можно численно выразить как абсолютную, относительную и приведенную.

Основная – погрешность СИ при его применении в нормальных условиях;

Дополнительная – возникающая дополнительно к основной при применении СИ в условиях, когда влияющие величины (температура, влажность и т.п.) выходят за установленные границы.

Статическая – при измерении не меняющейся во времени величины.

Динамическая – при измерении меняющейся во времени величины.

Аддитивная – не зависящая от размера измеряемой величины.

Мультипликативная – увеличивающаяся с ростом измеряемой величины.

Систематическая – постоянная или закономерно меняющаяся.

Случайная – изменяющаяся случайным образом.

Абсолютная – погрешность СИ, выраженная в единицах измеряемой величины.

Это разность между показанием прибора Х и действительным значением Х д измеряемой величины:

.

Поправка – абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком. При сложении поправки с Х получается Х д .

Относительная:

.

Относительная погрешность более информативна, чем абсолютная, т.к. есть привязка к показанию прибора.

Приведенная :

,

где Х Н равен пределу измерений.

Класс точности СИ

Класс точности (К) – обобщенная характеристика точности СИ, выражаемая пределами допускаемых погрешностей.

У аналоговых ИП класс точности выражается одним числом, у цифровых – двумя числами в виде отношения.

У аналоговых:

.

Т.е. класс точности показывает максимально возможную приведенную погрешность. Соответствие прибора этому условию и проверяется при поверке.

Для стрелочных амперметров и вольтметров, например, установлены следующие К:

0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0.

,

где Х – показания прибора.

У цифровых приборов класс точности выражается в виде c/d , например: 0,1/0,05.

В этом случае:

,

где Х К – конечное значение выбранного диапазона измерений.

Нормируемые метрологические характеристики

средств измерений

Метрологическая характеристика (МХ) – характеристика одного их свойств СИ, влияющая на результат измерений и его погрешность.

При поверке (калибровке) СИ определяют действительные значения МХ и сравнивают с установленными нормами.

МХ нормируют для нормальных условий эксплуатации.

1. Погрешность – основная МХ. Максимально допустимая погрешность СИ определяется его классом точности.

2. Собственная потребляемая из контролируемой цепи мощность (чем меньше, тем лучше, т.к. включение СИ в цепь не должно искажать режим ее работы).

3. Область рабочих частот (диапазон частот).

У измерительных приборов к МХ также относят:

- диапазон показаний – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значением шкалы;

- диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы (классом точности) допускаемые пределы погрешности. Пределы диапазона измерений на шкале выделяются точками, если они не совпадают с начальным и конечным значениями шкалы.

- чувствительность (например, для амперметра это число делений на ампер);

- цена деления – обратная чувствительности МХ (для амперметра это число ампер на деление).

Локальные поверочные схемы

Для поверки амперметров и вольтметров классов точности 1,0 и больше обычно используется метод непосредственного сличения с эталонным прибором. В основе метода лежит проведение одновременных измерений поверяемым и эталонными приборами. Погрешность определяют как разницу показаний, принимая показания эталонного за действительное значение измеряемой величины.

Предел измерений эталонного прибора выбирается несколько больше предела поверяемого, но не более, чем на 25 %. Класс точности эталонного прибора должен быть в 5 раз выше, чем у поверяемого. (пример: для поверки приборов классов 1,0 подходит эталонный прибор класса 0,2).

Поверка проводится на всех числовых отметках шкалы поверяемого (кроме нулевой) при двух вариантах изменения тока (напряжения): при увеличении («вверх» по шкале) с остановкой на каждой числовой отметке. Затем – тоже «вниз» по шкале.

Для того, чтобы оценить соответствие прибора указанному на нем классу точности, следует сопоставить с ним полученные значения приведенной погрешности. Если все значения
, то прибор классу точности соответствует. Если же хотя бы одно значение превышает К – вывод противоположный.

Напоминание: амперметры включаются при поверке последовательно, а вольтметры – параллельно друг другу.

Вопросы к экзамену по метрологии

для студентов заочного отделения

ч. I . Основы метрологии

Метрология. Основные термины и определения. Метрологические службы в стране.

Утверждение типа средства измерений. Поверка. Лицензирование.

Методы измерений. Методики измерений. Виды измерений.

Средства измерений. Их метрологические характеристики.

Погрешности измерений.

Классы точности.

Поверка амперметров и вольтметров.

ч. II . Электрические измерения

Измерительные приборы.

Аналоговые измерительные приборы. Общие узлы. Обозначения на циферблате.

Шунты, добавочные резисторы, делители напряжения.

Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Магнитоэлектрические приборы.

Омметры. Схемы.

Электродинамические приборы. Схема ваттметра.

Электронно-лучевые осциллографы.

Метрология, стандартизация и сертификация

Глава 1 Метрология

§1 Объект и предмет метрологии

Метрология (от греч. «metron»– мера, «logos» – учение) – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства измерений и методах и средствах обеспечения их требуемой точности.

Любая наука является состоявшейся, если она имеет свой объект, предмет и методы исследования. Предмет любой науки отвечает на вопрос ЧТО ей изучается.

Предметом метрологии является измерение свойств объектов (длины, массы, плотности и т.д.) и процессов (скорость протекания, интенсивность протекания и др.) с заданной точностью и достоверностью.

Объектом метрологии является физическая величина. (Понятие «физическая величина» будет рассмотрено в теме «Основные понятия и определения метрологии»). Объект науки может быть общим для ряда других наук.

Метрологию разделяют на три основных раздела: «Теоретическая метрология», «Прикладная (практическая) метрология» и «Законодательная метрология». Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства измерений. Понятие «единство измерений» будет рассмотрено в следующем параграфе.

§2 Основные понятия и определения метрологии

Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения ф.в. заданного размера.

Физическая величина – это одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого физического объекта.

Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в установленных единицах измерения (единицах физической величины).

Оцениваемые физические величины это величины, для которых единицы измерений не могут быть введены. Их определяют при помощи установленных шкал.

Физические величины классифицируются по следующим видам явлений:

а) вещественные – они описывают физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

б) энергетические – описывают энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и поглощение (использование) энергии;

в) физические величины, характеризующие протекание процессов во времени. Единицей физической величины – называют физическую величину фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице, и которое применяется для количественного выражения однородных с ней физических

Различают основные и производные единицы физических величин. Для некоторых физических величин единицы устанавливаются произвольно, такие единицы физических величин называют основными. Производные единицы физических величин получают по формулам из основных единиц физических величин.

Система единиц физических величин – это совокупность основных и произ-

водных единиц физических величин, относящихся к некоторой системе величин. Так, в международной системе единиц СИ (Система Интернациональная) при-

нято семь основных единиц физических величин: единица времени – секунда (с), единица длины – метр (м), массы – килограмм (кг), единица силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кандела (кд) и единица количества вещества – моль (моль).

Эталон единицы физической величины – это средство измерения, предназна-

ченное для хранения и воспроизведения единицы физической величины с целью её передачи другим средствам измерений данной величины.

Понятие единство измерений характеризует состояние измерений, когда их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны и не выходят за установленные пределы с заданной вероятностью.

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

§2.1 Классификация погрешностей измерения

Погрешности классифицируются по следующим признакам: 1 По форме числового выражения а) абсолютные; б) относительные.

Например, вагон массой 50т измерен с абсолютной погрешностью ±50 кг, а в относительном выражении эта погрешность составит 0,1%.

2 По источникам возникновения а) инструментальные (обусловленные свойствами средств измерения твердо-

сти, геометрических параметров и т.д.); б) методические погрешности, возникающие в результате несовершенства

принятого метода измерений, при использовании эмпирических зависимостей (формула получена на основе эксперимента) и т.д.;

в) субъективные – погрешности оператора. 3 По характеру проявления

а) систематическая – такая погрешность в процессе измерения одной и той же ф.в. остается постоянной или изменяется по определенному закону при одинаковых условиях измерения, т.е. не меняются внешние условия измерения (температура, давление, влажность, уровень вибраций и др.), оператор, класс точности измерительного прибора, цена деления измерительного прибора;

– постоянная (присутствует все время на протяжении измерений);

– временная;

б) случайная – это погрешность, которая изменяется случайным образом при повторном измерении одной и той же величины в одних и тех же условиях. Случай-

ные погрешности, в отличие от систематических, изменяются хаотично по неизвестному закону.

§2.2 Эталоны единиц физических величин

Эталоны физических величин – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины с целью ее передачи другим средствам измерения данной величины.

Все эталоны делятся на два больших вида:

1 Государственный первичный эталон. Он утвержден в качестве исходного для всей страны.

2 Вторичные эталоны, которые делятся на четыре группы:

А) Эталоны – свидетели. Они предназначены для замены государственного первичного эталона в случае его порчи или утраты.

Б) Эталоны – сравнения. Служат для сличения эталонов, которые по какимлибо причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом.

В) Эталоны – копии. Используются для передачи размеров к рабочим этало-

Г) Рабочие эталоны. Применяются для контроля качества продукции, а также для поверки рабочих средств измерения.

§3 Измерение физических величин

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Истинное значение физической величины – это значение, идеально отражаю-

щее соответствующее свойство объекта, как в количественном, так и в качественном отношениях.

Действительное значение физической величины – это значение, найденное опытным путём и настолько приближенное к истинному, что для данной цели может быть принято вместо него.

Измеренное значение физической величины – это значение, полученное при из-

мерении с применением конкретных методов и средств измерений. Свойства измерений:

а) точность – это свойство измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины;

б) правильность – это свойство измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны, когда они не искажены систематическими погрешностями;

в) сходимость – это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях одним и тем же средством измерения одним и тем же оператором. Сходимость – важное качество для методики измерений;

г) воспроизводимость – это свойство измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений выполняемых в разных условиях, т.е. в разное время, в

разных местах, разными методами и средствами измерений. Воспроизводимость – важное качество при испытаниях готовой продукции.

§3.1 Классификация измерений

Измерения классифицируются по следующим признакам: 1 По физической сущности измеряемой величины 2 По характеристике точности

А) Равноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической величины выполненных при одинаковых условиях (одно и тоже средство измерения, параметры среды, один и тот же оператор и т.д.)

Б) Неравноточные измерения – это ряд измерений какой-либо физической величины выполненных либо разными по точности приборами, либо при разных условиях измерения.

3 По числу измерений А) Однократные измерения

Б) Многократные измерения – измерения одной и той же физической величины результат, которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений.

4 По изменению измеряемой величины во времени А) Статические

Б) Динамические (при которых измеряемая величина изменяется во времени) 5 По метрологическому назначению А) Технические Б) Метрологические

6 По выражению результатов измерения А) Абсолютные – измеряемые в кг., м., Н и т.д.

Б) Относительные – измеряемые в долях или процентах.

7 По способу получения числового значения физической величины А) Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической вели-

чины получают непосредственно.

Б) Косвенные – это измерения, при которых искомое значение физической величины получают на основании прямых измерений других физических величин.

В) Совместные измерения – одновременное измерение двух или нескольких не одноименных ФВ для определения зависимости между ними.

Г) Совокупные – это одновременное измерение нескольких одноименных физических величин, а искомое значение величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

§3.2 Методы измерения физических величин

Метод измерений – это приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствие с реализованным принципом измерений. Методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, требуемой быстротой процесса изме-

рения и прочими данными. В предыдущей теме перечислялись виды измерений по способу получения числового значения. Наибольшее распространение, на практике, получили прямые измерения из-за их простоты и скорости исполнения.

Прямые измерения можно производить следующим методами, которые можно разделить на две основных группы:

1 Метод непосредственной оценки – значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству мерительного прибора (силу тока по амперметру, массы – по циферблатным весам и т.д.).

2 Метод сравнения с мерой – измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой (измерение массы рычажными весами с уравновешиванием гирями).

А) Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, при котором на измерительный прибор действует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой (измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).

Б) Нулевой метод – метод сравнения с мерой, когда результирующий эффект воздействия на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

В) Метод совпадений – метод сравнения с мерой, при котором разность между измеряемой величиной и величиной воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал прибора (измерение линейных размеров с помощью штангенциркуля).

Г) Метод замещения – метод сравнения с мерой, когда измеряемую величину замещают известной величиной воспроизводимой мерой (взвешивание с поочерёдным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов).

§3.3 Понятие о средстве измерений

Средство измерений – это техническое средство или комплекс средств, предназначенное для измерений. Оно имеет нормированные метрологические характеристики, воспроизводящие или хранящие единицу физической величины.

Средство измерений должно реализовывать одну из следующих функций:

– воспроизводить величину заданного размера;

– вырабатывать сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величи-

Такие сигналы могут любо непосредственно восприниматься органами чувств человека, либо проходить через вспомогательные (преобразующие приборы для этого).

Все средства измерений можно классифицировать по двум основным призна-

1 По метрологическому назначению средства измерения делятся на:

а) Рабочие средства измерения – применяются для проведения технических измерений.

– лабораторные (используются при научных исследованиях, при проектировании технических устройств, а также для проведения медицинских измерений);

– производственные (используются для контроля качества продукции на производстве и для контроля технологического процесса производства);

– полевые (используются непосредственно на всех видах транспорта).

б) Эталоны 2) По конструктивному исполнению средства измерения делятся на:

а) меры физической величины – это средства измерения, предназначенные для хранения и воспроизведения единицы физической величины

б) измерительные приборы – это средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в заданных пределах. Прибор, как правило, содержит устройство для преобразования измерительной величины, а также индикацию в наиболее доступной для восприятия форме.

в) измерительные преобразователи – это средства измерений, предназначенные для преобразования измерений физической величины в другую величину удобную для переработки, хранения и, при необходимости, дальнейшего преобразования г) измерительная установка – это комплекс функционально объединенных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин. Как правило, этот комплекс располагается в одном месте, например испытательный

д) измерительная система – это совокупность функционально объединенных измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей и других технических средств, размещенных в различных точках контролируемого пространства и предназначенных для измерения одной или нескольких физических величин

§3.4 Метрологические характеристики средств измерений и контроля

Эта характеристика одного из средств измерения влияющая на результат и его погрешность.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся метрологические характеристики средств измерений и контроля:

Цена деления шкалы прибора – это разность величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Она всегда указывается на шкале прибора.

Длина деления шкалы прибора – это фактическое расстояние между осями (центрами) соседних отметок шкалы прибора.

Начальное и конечное значение шкалы – наименьшее и наибольшее значение измеряемой величины, которые могут быть отсчитаны по шкале данного средства измерения.

Диапазон показаний средства измерений – это область значений шкалы прибо-

ра, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы. Существуют средства измерения, начальное значение которых не равно нулю (например, микрометрический нутромер).

Измерительное усилие – это усилие, возникающее в зоне контакта измерительного наконечника прибора с измеряемой поверхностью.

Перепад измерительного усилия – разность измерительного усилия при двух положениях указателя в пределах диапазона показаний.

Чувствительность – это способность средства измерения реагировать на изменения измеряемой величины. Определяется как отношение изменения выходного сигнала средств измерения к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Порог чувствительности средств измерения – то наименьшее значение изме-

нения физической величины, с которого возможно начать измерение этой величины данным средством измерения.

Вариация показаний измерительного прибора – это разность показаний прибо-

ра в одной и той же точке диапазона показаний при плавном подходе к этой точке показывающего элемента (стрелки) со стороны больших и меньших значений измеряемой величины.

§4 Правовые основы метрологии

Главным законодательным актом, обеспечивающим единство измерений, является Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Этот Закон направлен на защиту прав граждан и их интересов, а также на защиту интересов экономики страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

Единство измерений – характеристика качества измерений. Она заключается в том, что результаты измерений выражаются в установленных единицах, чьи размеры равны размерам воспроизводимых величин (с учетом погрешностей).

Закон определяет:

1) Основные метрологические понятия

2) Компетенцию Госстандарта России в обеспечении единства измерений

3) Единицы ФВ, государственные эталоны, средства и методики измерений

4) Компетенцию и структуру государственной метрологической службы

5) Метрологические службы государственных органов управления предприятий и организаций

6) Сферы распространения и виды государственного метрологического контроля и надзора

7) Права, обязанности и ответственность государственных инспекторов по обеспечению единства измерений

8) Закон определяет условия испытаний средств измерения

9) Требования к выполнению измерений по аттестованным методикам

10) Основные положения калибровки и сертификации средств измерения

11) Лицензирование деятельности организаций и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений

12) Источники финансирования работ по обеспечению единства измерений

13) Ответственность за нарушение положений этого закона

Кроме того, законом об «Обеспечении единства измерений» определяются сферы деятельности, в которых соблюдение метрологических требований, обязательно и на которые распространяется государственный метрологический надзор:

– здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды и обеспечение безопасности труда

– испытания и контроль качества продукции с целью определения соответствия обязательным требованием государственного стандарта РФ

– обеспечение обороны страны

– на обязательную сертификацию продукции и услуг

– на торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом,

в том числе на операции с применением игровых автоматов

– государственные учетные операции

– измерения, проводимые по поручениям органов суда, прокуратуры и государственных органов управления РФ

– на продукцию, поставляемую по контрактам для государственных нужд

– на геодезические и гидрометрические измерения

– на банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции

– на регистрацию национальных и международных рекордов

Государственная система обеспечения единства измерений состоит из нормативных документов устанавливающих правила и требования на достижение и поддержание единства измерений в РФ при требуемой точности.

§5 Метрологические службы, обеспечивающие единство измерений

Государственная метрологическая служба несет ответственность за метроло-

гическое обеспечение в стране на межотраслевом уровне и осуществляет государственный контроль и надзор в определенных законом сферах.

В состав государственной метрологической службы входят:

1 Государственные научные метрологические центры – органы государствен-

ной метрологической службы на территориях республик, областей, автономных округов, автономных областей, а также государственные метрологические службы городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Государственные научные метрологические центры являются хранителями государственных эталонов. Они проводят исследования в области теории измерений, а также в области применения принципов и методов высокоточных измерений; занимаются разработкой научно-методических основ совершенствования Российской системы измерений; разрабатывают нормативные документы по обеспечению единства измерений.

2 Государственная служба времени, частоты и определения параметров вра-

щения Земли.

Государственная служба времени, частоты занимается межрегиональной и межотраслевой координацией работ по обеспечению единства измерений времени и частот, а также по определению параметров частот вращения Земли. Также она занимается хранением и передачей размеров единиц времени, шкал атомного всемирного и координатного времени, координат полюсов Земли. Измерительную информацию этой службы используют службы навигации и управления судами, самолетами и спутниками, а также единая измерительная служба России.

3 Государственная служба стандартных образцов состава и свойств ве- ществ и материалов

Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материала организует создание и применение эталонных образцов состава и свойств веществ и материалов (металлов, сплавов, медицинских продуктов, мине-

рального сырья, почв и т.д.). Служба также разрабатывает средства сравнения стандартных образцов с характеристиками веществ и материалов, которые производятся промышленными, сельскохозяйственными и др. предприятиями для их идентификации и контроля.

4 Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов

Государственная служба стандартных справочных данных о физических кон- стантах и свойствах веществ и материалов обеспечивает разработку достоверных данных о физических константах, о свойствах веществ и материалах, а также о свойствах минерального сырья. Потребителями такой информации являются организации создающие новую технику к точности характеристик, которой предъявляют особо высокое требование.

§6 Передача размеров единиц физических величин

Передача размеров единиц физических величин – это приведение размеров еди-

ницы физической величины хранимой поверяемым средством измерения к размеру единицы ф.в., хранимой и воспроизводимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер передаётся от более точных средств измерений к менее точным.

Суть поверки и калибровки средств измерений заключается в нахождении погрешности средства измерения и установлении его пригодности к использованию.

Поверка средств измерений – это совокупность операций выполняемых государственной метрологической службой с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям. Поверка носит обязательный характер, и проводиться в отношении средств измерений, которые применяются в установленных законом сферах (здравоохранение, охрана окружающей среды, обеспечение обороноспособности страны и т.д.)

Калибровка средств измерений – это комплекс операций осуществляемых с целью определения и подтверждения действительных характеристик средств измерения и пригодности к применению этих средств измерений (неподлежащие государственному контролю и надзору). Калибровка носит добровольный характер.

Сопоставление государственного эталона, вторичного эталона и рабочих средств измерений определено государственной поверочной схемой.

Поверочная схема – документ, устанавливающий средства (с помощью чего), методы (каким образом) и точность передачи размеров единиц от государственного эталона к рабочим средствам измерения.

Виды поверок средств измерения

В РФ применяются следующие виды поверки средств измерения:

а) первичная поверка, ей подлежат средства измерений при выпуске из производства после ремонта, а также средства измерений ввозимые по импорту.

б) периодическая поверка, такой поверке подлежат средства измерения находящиеся в эксплуатации или на хранении.

в) внеочередная поверка, осуществляется при эксплуатации и хранении в сле-

дующих случаях:

– повреждение поверительного клейма;

– утрата свидетельства о поверке;

– ввод в эксплуатацию средства измерения, длительное время находящегося на хранении (длительность определяется государственной метрологической службой);

– неудовлетворительная работа прибора.

г) инспекционная поверка, ее проводят для подтверждения пригодности к применению средств измерений. При проведении государственного метрологического надзора.

д) экспертная поверка, производиться при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам средств измерений, их исправности и пригодности к применению.

§7 Государственный метрологический контроль и надзор за средствами изме-

Государственный метрологический контроль и надзор – это деятельность,

осуществляемая органами государственной метрологической службы по проверке юридических лиц на соответствие Закону «Об обеспечении единства измерений» и требованиям государственных стандартов и другим нормативным документам в области метрологии.

Государственный метрологический контроль осуществляется путем:

– калибровки средств измерений

– надзор за состоянием и применением средств измерений, за выполнением методик измерений и контроль мер применяемых при калибровке (контроль эталонов)

– выдача обязательных предписаний с целью устранения нарушений метрологических правил и норм

– проверка своевременности представления средств измерений на испытания для утверждения типа средств измерений, а также на поверку или калибровку

Государственный метрологический контроль включает:

1 Утверждение типа средств измерений необходимо для постановки на про-

изводство и выпусков в обращение новых типов средств измерений или при их ввозе по импорту. Процедура утверждения типа предусматривает обязательные испытания средств измерений. Принятие решения об утверждении типа, ее государственную регистрацию и выдачу сертификата об утверждении типа средства измерения. На средство измерения утвержденного типа наноситься специальное клеймо.

2 Поверка средств измерения, в том числе эталонов осуществляется органами государственного метрологического контроля и надзора РФ. В отличие от процедуры утверждения типа средства измерения, в котором участвует только одно средство измерения представляющее тип, поверке подлежит каждое средство измерения.

3 Согласно закону об обеспечении единства измерений деятельность по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений должна подвергаться ли- цензированию органами государственной метрологической службы.

Лицензия – это документально оформленное решение, выдаваемое органами