И сертификация неразрушающих методов и средств контроля
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В.К. Кулешов, И.С. Филатов МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета Издательство Томского политехнического университета 2008 2 УДК 620.179.(075.8) ББК 31.42я73 К90 Кулешов В.К. К90 Метрология, стандартизация и сертификация неразрушаю- щих методов и средств контроля: учебное пособие / В.К. Кулешов, И.С. Филатов. – Томск: Изд-во Томского политех- нического университета, 2008. – 81 с. ISBN 5-98298-321-7 В учебном пособии рассмотрены основные понятия положения по мет- рологии, стандартизации и сертификации методов и приборов контроля каче- ства. Особое внимание обращено на неразрушающие методы. Пособие разработано в рамках реализации Инновационной образова- тельной программы ТПУ по направлению «Неразрушающий контроль» и предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 220501 «Управление качеством», 200102 «Приборы и методы контроля качества и ди- агностики». УДК 620.179.(075.8) ББК 31.42я73 Рецензент Доктор технических наук, профессор ТПУ Б.И. Капранов ISBN 5-98298-321-7 © ГОУ ВПО «Томский политехнический университет», 2008 © Кулешов В.К., Филатов И.С., 2008 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2008 3 Содержание 1. ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................5 2. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА...................................................................6 3. МЕЖДУНАРОДНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗАЦИИ.........9 4. МЕТРОЛОГИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ .....10 4.1. Общие положения ..........................................................................10 4.2. Термины и определения ................................................................12 4.2.1. Метрология и ее разделы....................................................12 4.2.2. Физические величины.........................................................12 4.2.3. Измерения физических величин ........................................13 4.2.4. Средства измерительной техники .....................................14 4.2.5. Принципы, методы и методики измерений ......................15 4.2.6. Результаты измерений физических величин....................16 4.2.7. Погрешности измерений ....................................................16 4.2.8. Погрешности средств измерений ......................................17 4.2.9. Условия измерений .............................................................18 4.2.10. Эталоны единиц физических величин ............................18 4.2.11. Метрологическая служба и ее деятельность ..................19 4.3. Основные задачи метрологического обеспечения на государственном уровне.......................................................................21 4.4. Государственная метрологическая служба .................................25 5. ФИЗИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ. СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.......28 5.1. Физические единицы и их измерение..........................................28 5.2. Международная система единиц..................................................29 5.2.1. Основные единицы СИ .......................................................29 5.2.2. Производные единицы СИ .................................................31 6. ОСНОВЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО НАДЗОРА И ВЕДОМСТВЕННОГО КОНТРОЛЯ ЗА СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЙ 36 6.1. Средства измерений.......................................................................36 6.2. Государственные испытания средств измерения .......................39 6.3. Аттестация нестандартных средств измерений..........................41 6.4. Поверка средств измерений ..........................................................43 6.5. Государственный метрологический надзор ................................46 6.6. Калибровка и поверка средств измерений ..................................48 4 7. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ .....................................49 7.1. Общие принципы ...........................................................................49 7.2. Классификация видов и методов неразрушающего контроля ..50 7.3. Общие особенности методов неразрушающего контроля.........55 8. СТАНДАРТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ..........................................................56 9. ПОВЕРКА СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ...............57 9.1. Роль метрологического обеспечения СНК в повышении качества продукции...............................................................................57 9.2. Методы поверки. Нормативные документы по поверке............58 9.3. Подготовка и проведение поверки...............................................60 9.4. Создание и организация поверочных подразделений ведомственных метрологических служб ............................................61 9.5. Некоторые особенности поверки СНК ........................................62 10. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПОВЕРКЕ СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ.......................................66 11. СЕРТИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ...................................70 12. АТТЕСТАЦИЯ (АККРЕДИТАЦИЯ) ЛАБОРАТОРИЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ..........................................................72 13. СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ ПЕРСОНАЛА ПО НЕРАЗРУШАЮЩЕМУ КОНТРОЛЮ ................................................73 Список литературы .......................................................................................80 5 1. ВВЕДЕНИЕ Проблема обеспечения высокого качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обслуживания и обеспечения производства. Проблема заключается в умении правиль- но измерять и контролировать параметры материалов, изделий и других видов продукции, поддерживать заданные технологические режимы, измеряя множество параметров технологических процессов, результаты которых преобразуются в управляющие команды. В соответствии с ГОСТ 125–76 «Метрологическое обеспечение. Основные положения» метрологическое обеспечение – это установле- ние и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и тре- буемой точности измерений. Научной основой метрологического обеспечения является метроло- гия. В соответствии с РМГ 29–99 «Метрология. Основные термины и оп- ределения». Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрология органически связана со стандартизацией. Эта связь вы- ражается, прежде всего, в стандартизации единиц измерений, системы го- сударственных эталонов, средств измерений и методов поверок, в созда- нии стандартных образцов свойств и состава веществ. В свою очередь, стандартизация опирается на метрологию, обеспечивающую правиль- ность, достоверность, требуемую точность и сопоставимость результатов испытаний материалов и изделий, а также использует методы определения и контроля качества, разработанные и метрологически аттестованные. На метрологическое обеспечение в различных отраслях промыш- ленности тратится 25–30 % общих затрат. Снижение этих затрат и по- вышение качества продукции возможно только с решением вопросов сертификации продукции и систем качества. Поэтому на современном этапе проблемы сертификации, стандар- тизации и метрологии органически связаны. В данном курсе эти про- блемы будут рассмотрены последовательно. 6 2. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Потребность в измерениях возникла с незапамятных времен. Для этого в первую очередь использовались подручные средства. Из глуби- ны веков дошли до нас единица массы драгоценных камней – карат, что в переводе с языков древнего юго-востока означает «семя боба» (горо- шина), а также единица аптекарской массы – гран, что в переводе с ла- тинского означает «зерно». В Киевской Руси применялись меры «вершок» – длина фаланги указательного пальца, «локоть» – расстояние от локтя до конца сред- него пальца, «сажень» – три локтя, «верста» и др. Древние вавилоняне до н.э. установили меры времени: год, месяц, час, минута. Установленные образцовые меры хранились в церквах и монасты- рях. Так, «золотой пояс» Святослава Ярославича (1070 г.) служил об- разцовой мерой длины. В 1136 г. был издан устав Новгородского князя Всеволода «О церковных судах и людях и о мерилах торговли», в кото- ром предписывалось, что «все весы и мерила блюсти без пакости, ни умаливати, ни умнажати, а всякий год извешивати». Нарушитель нака- зывался – вплоть до смертной казни. Важнейшим метрологическим документом является «Двинская гра- мота» Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хране- ния и передачи размера меры сыпучих веществ – осьмины. Ее медные эк- земпляры рассылались по городам на хранение выборным людям (ста- ростам, целовальникам). С этих мер надлежало сделать клейменные де- ревянные копии для городских померщиков. С этих копий готовились деревянные копии для использования в обиходе, то есть при Иване Гроз- ном началась создаваться государственная система обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы. Московские указы, касавшиеся введения единых мер в стране, от- сылались на места вместе с образцами казенных мер. Работы по надзору за мерами и их поверку проводили два столичных учреждения «Помер- ная изба» и «Большая таможня». В провинции надзор был поручен пер- соналу воеводских и земских изб, а также старостам. Метрической реформой Петра I к обращению в России были допу- щены английские меры: футы, дюймы, приравнена сажень семи англий- ским футам с делением ее на три аршина. Были выделены также метро- логические центры: комерц-коллегия, занимавшаяся вопросами единст- ва мер и метрологического обслуживания в области торговли, адмирал- тейств-коллегия заботилась о правильном применении угломерных 7 приборов, компасов и соответствующих мер, беринг-коллегия опекала измерительное хозяйство горных заводов, рудников и монетных дворов. Петербургская академия наук, основанная в 1725 году, занималась вос- произведением угловых единиц, единиц времени и температуры. Она имела в своем распоряжении образцовые меры и эталоны. В 1736 г. по решению сената в России был организован единый метрологический центр – Комиссия весов и мер под председательством директора монетного двора графа М.Г. Головина. В состав комиссии входил Л. Эйлер. В качестве исходных мер комиссия изготовила мед- ный аршин, деревянную сажень и специальное ведро. Был создан эта- лонный фунт. В 1747 г. была изготовлена бронзовая золоченая гиря (фунт), которая просуществовала 100 лет. Во Франции 8 мая 1790 г. учредительное собрание приняло декрет о реформе системы мер и поручило Парижской академии наук разрабо- тать соответствующие предложения. В 1795 г. была создана комиссия под руководством Лагранжа и Лапласа. В комиссию, которая разработала метрическую систему, входили Кулон, Даламбер, Лавуазье. Эта система была утверждена в 1799 г. Согласно ей единица длины – одна сорока- миллионная часть земного меридиана (метр), единица площади – м 2 , единица объема – м 3 . За единицу массы 1 кг взят дм 3 чистой воды при 4 °С. Были созданы платиновые эталоны метра и килограмма. Как обязательная эта система была введена во Франции в 1840 г. Широкое участие русских ученых в международной метрологиче- ской деятельности началось в середине XIX века. Указом от 1835 г. «О системе Российских мер и весов» утверждены эталоны длины и мас- сы – платиновая сажень, равная 7 английским футам, и платиновый фунт. В 1842 г. на территории Петропавловской крепости открывается пер- вое централизованное метрологическое и поверочное учреждение России – Депо образцовых мер и весов. В 1849 г. вышла книга Ф.И. Петрушевского «Общая метрология». В 1875 г. в Париже подписана метрологическая кон- венция, объединившая метрологов разных стран для международного со- трудничества, в результате чего Россия получила международные эталоны длины и массы. В 1892 г. управляющим депо был назначен Д.И. Менделеев. Менделеевский период в российской метрологии с 1892 по 1918 гг. стал этапом научного становления метрологии и перевода ее в число точных естественных наук, а также началом глубоко продуманного и планомерного включения метрологической деятельности в хозяйствен- ный механизм России. В 1893 г. Депо преобразуется в Главную палату мер и весов. Это было первое в мире научно-исследовательское учреждение метрологического профиля. По России было создано 25 метрологических палаток для целей поверки. Аналогичные учреждения были созданы в Анг- лии в 1900 г. (метрологическое отделение национальной физической лабо- ратории), в США в 1901 г. создано Национальное бюро эталонов. 8 Несмотря на громадный авторитет Менделеева в метрологии, ему не удалось внедрить метрическую систему в России. С 1899 г. она при- менялась факультативно. Международная метрическая система была введена в России в 1918 г. Декретом Совета народных комиссаров РСФСР от 14 сентября 1918 г. С этого же времени стали вводиться нор- мативные документы в области метрологии. В 1925 г. СНК СССР принял постановление о признании Междуна- родной метрической конвенции, заключенной 20 мая 1875 г. в Париже. В этом же году создается комитет по стандартизации, председателем которого был назначен В.В. Куйбышев. В 1926 г. утвержден первый общесоюзный стандарт «Пшеница, се- лекционные сорта зерна. Номенклатура». В последующие три года было создано 300 стандартов. В 1927 году число палаток достигло 72. 23 ноября 1929 г. ЦИК и СНХ СССР приняли Постановление об уголовной ответственности за несоблюдение обязательных стандартов и Положение о мерах и весах. За период с 1929 г. по 1932 г. было утвер- ждено более 4500 стандартов. В 1930 г. Комитет по стандартизации стал называться Всесоюзным комитетом стандартизации (ВКС) при Совете труда и обороны. С 1932 г. стали создаваться ведомственные комитеты по стандартизации с правом утверждения отраслевых стандартов. В 1940 г. Президиум Верховного Совета СССР издал указ «Об от- ветственности за выпуск недоброкачественной и некомплектной про- дукции и несоблюдение обязательных стандартов промышленными предприятиями». В этом же году Постановлением СНК СССР был обра- зован Всесоюзный комитет по стандартизации при Совнаркоме СССР и введена была категория государственных стандартов (ГОСТ). В 1954 г. был создан Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министерств СССР, который возглавил всю рабо- ту в стране по метрологии, стандартизации и измерительной технике. На местах создаются лаборатории государственного контроля (ЛГК). Создается сеть научно-исследовательских метрологических институтов (ВНИИМ, ВНИИС, ВНИИФТРИ и др.). В 1970 г. введена в действие государственная система стандартиза- ции (ГСС), установившая единый порядок разработки, утверждения, ре- гистрации, издания, обращения и внедрения стандартов. Кроме того, были созданы Единая система технологической документации (ЕСТД) и Государственная система обеспечения единства измерении (ГСИ), регламентирующая все стороны метрологической деятельности. С сере- дины 70-х годов в Госстандарте начали разрабатываться и внедряться различные системы управления качеством. 9 В 1985 г. Госстандарт СССР выпустил рекомендации по разработке программ «Качество». К 1988 г. в России регламентировано было 24 000 го- сударственных, 54 000 отраслевых, 7 000 республиканских стандартов и 148 000 технических условий. Техническая база метрологического обеспече- ния состояла из 145 государственных и 348 вторичных эталонов, 4 100 типов образцовых средств измерений, 7 100 типов средств измерений и 4 100 стан- дартных образцов веществ и материалов, занесенных в Государственный ре- естр СССР. В метрологической службе было занято 3,5 млн человек. Следуя, начавшимся в стране преобразованиям Госстандарт про- вел ряд мероприятий об отказе от неоправданной нормативной доку- ментации, значительно сократил количество организационно- технических документов, упразднил нормативные документы отрасле- вого и республиканского уровня. 3. МЕЖДУНАРОДНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗАЦИИ Первое международное объединение по метрологии было создано в 1875 г. Метрическую конвенцию подписали 17 стран (в том числе и Рос- сия), цель которой заключалась в унификации национальных систем еди- ниц измерений и установлении единых эталонов длины и массы (метра и килограмма). На основе этой конвенции была создана межправительст- венная Международная организация мер и весов (МОМВ). Генеральная конференция по мерам и весам собирается не реже одного раза в четыре го- да. Первая конференция состоялась в 1898 г. В промежутках между конфе- ренциями работой МОМВ руководит избираемый на конференции Между- народный комитет мер и весов (МКМВ). В состав комитета входит 18 чле- нов крупнейших метрологов и физиков. В составе комитета работают 8 консультативных комитетов, которые подготавливают материалы и решения для Генеральных конференций. В соответствии с конвенцией была создана первая международная научно–исследовательская лаборато- рия – Международное бюро мер и весов (МБМВ), которая хранит и под- держивает международные эталоны. МБМВ расположен в г. Севр во Франции и координирует деятельность метрологических организаций более чем 100 государств. Деятельностью МБМВ руководит МКМВ. В 1956 г. создана Международная организация законодательной метрологии. (МОЗМ), объединяющая более 80 государств. Задачами МОЗМ являются: • разработка общих вопросов законодательной метрологии, в том числе установление классов точности средств измерений; • обеспечение единообразия определенных типов, образцов и систем измерительных приборов; 10 • рекомендации по их испытаниям для унификации метрологических характеристик; • порядок поверки и калибровки средств измерений; • гармонизация поверочной аппаратуры, методов сличения, поверок и аттестации эталонных, образцовых и рабочих измерительных приборов; • выработка оптимальных форм организации метрологических служб и обеспечение единства государственных предписаний по их ведению; • оказание научно-технического содействия развивающимся странам в создании и организации работ метрологических служб и их ос- нащение надлежащим оборудованием; • установление единых принципов подготовки кадров в области мет- рологии; • установление взаимного доверия к результатам измерений техни- ческих характеристик сырья, материалов и продукции, проводимых в каждой из стран-участниц конвенции, определение общих прин- ципов законодательной метрологии; • установление необходимых и достаточных характеристик и требо- ваний, которым должны отвечать средства измерений; • сертификация средств измерений, начатая с 1995 г. Исполнительным органом МОЗМ является Международный коми- тет законодательной метрологии (МКЗМ), расположенный в Париже. В 1958 г. создана Международная конференция по измерительной технике и приборостроению ИМЕКО, задача которой проведение раз в три года международных конгрессов и семинаров по актуальным про- блемам развития измерительной и диагностической техники. В составе ИМЕКО 19 стран. Вопросами стандартизации на международном уровне для целей метрологии занимаются ИСО (Международная организация по стандар- тизации) и МЭК (Международная электротехническая комиссия). |