200501 Лекции Метрологическое обеспечение 2011. Курс лекций по дисциплине метрологическое обеспечение Краткая история развития и основные понятия в области
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
1 КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ» 1. Краткая история развития и основные понятия в области метрологии Метрология как область практической деятельности зародилась около 5 тысяч лет назад. В процессе развития человеческого общества измерения были основой отношений людей между собой, с окружающими предметами и природой. При этом вырабатывались единые представления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставления. Наименования единиц измерения и их размеры появлялись в давние времена чаще всего в соответствии с возможностью применения единиц и их размеров без специальных технических устройств. В России в качестве единиц длины применялись «аршин», «вершок», «пядь», «сажень». Пядью, например, называлось расстояние между большим и средним пальцами ладони, примерно равное 17 -18 сантиметрам. Для поддержания единства установленных мер еще в древние времена создавались эталонные (образцовые) меры. К ним относились бережно: в средние века они хранились в храмах как наиболее надежных местах для хранения ценных предметов. По мере развития промышленного производства повышались требования к применению и хранению мер, усиливалось стремление к унификации размеров единиц физических величин. По мере унификации единиц измерений во многих государствах вводились законодательные нормы, которые защищали покупателей от недобросовестности производителей и продавцов товаров и услуг. Например, в Наказе Петра I «О сборе в Московской Большой таможне пошлин» (1698 г.) сказано: «за найденные непрямые, воровские весы лавки опечатать, товары отобрать и семьей сослать». В Уставе воинских артикулов (1716 г.) указано: «Наказание за обмер и обвес - возвратить добро втрое, взимать штраф, подвергнуть телесному наказанию». В 1758 г. Елизавета Петровна своим Указом повелела: «Сделать аршины железные верные и с обеих концов заклейменные так, чтобы ни урезать, ни упиловать невозможно было». В 1840 г. во Франции была введена метрическая система мер, впервые предложенная в1791 г. Парижской академией наук и принятая Учредительным собранием. Эта система получила свое название по названию основной единицы - метра, принятого равным одной сорокамиллионной части длины меридиана, проходящего через Париж. За единицу веса в метрической системе был принят килограмм – вес кубического дециметра чистой воды при температуре + 4 С. Важность широкого внедрения метрической системы мер и весов в 2 науку и технику оценил великий русский ученый Д.И. Менделеев. В 1867 г. с трибуны съезда русских естествоиспытателей он выступил с призывом содействовать подготовке метрической реформы в России. По его инициативе Петербургская академия наук предложила учредить международную организацию, которая обеспечивала бы единообразие средств измерений в международном масштабе. Это предложение получило одобрение, и 20 мая 1875 г. на проведенной в Париже Дипломатической метрологической конференции, в которой участвовали 17 государств (в том числе Россия), была принята Метрическая конвенция. Д.И. Менделеев сыграл большую роль в становлении метрологии в России. Он был директором Главной Палаты мер и весов и руководил отечественной метрологией в период с 1892 по 1907 г. В широко известной фразе великого ученого «Наука начинается... с тех пор, как начинают измерять»,— выражен, по существу, важнейший принцип развития науки, который не утратил актуальности и в наши дни. Метрология была долгое время описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измерений возрастала, и с конца прошлого века благодаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень. Развитие естественных наук привело к появлению новых принципов, методов и средств измерений. В свою очередь, развитие измерительной техники и метрологии стимулировало развитие естественных наук, становилось все более мощным средством исследования. Известно множество примеров, которые подтверждают роль измерений как инструмента познания. Так, повышение точности измерений плотности воды привело в 1932 г. к открытию тяжелого изотопа водорода — дейтерия. Можно выделить три главные функции измерений в народном хозяйстве: 1) учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии; 2) измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования всех отраслей промышленности, транспорта и связи; 3) измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ и материалов, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях народного хозяйства. От качества средств измерений (СИ) и методов измерений зависит эффективность выполнения указанных функций. Рассмотрим примеры, относящихся к первой функции СИ. Погрешности эксплуатируемых в настоящее время счетчиков энергии (в среднем 1,5 - 2 %) приводят к неопределенности в учете такого же количества электроэнергии; состояние современного весового хозяйства 3 таково, что в процессе взвешивания может остается неучтенной до 1 % массы всей измеряемой продукции. Повышение точности измерений позволяет определить и устранить недостатки технологических процессов. Это приводит к повышению качества продукции, экономии сырья и материалов, энергетических ресурсов. Например, известно, что урожайность сельскохозяйственных культур в значительной мере зависит от оптимального и заранее устанавливаемого количества вносимых в почву удобрений и расхода воды при поливе и, следовательно, от точности измерений массы удобрений и расхода воды. Около 200 млрд измерений ежедневно производится в России, а доля затрат на измерения составляет 10-15 % от затрат общественного труда. В отраслях промышленности, производящих сложную технику (электротехника, станкостроение и др.), она достигает 50—70%. О масштабах затрат на получение достоверных результатов измерений свидетельствуют следующие цифры: в 1998 г. стоимость этих работ в России была равна 3,8 % от величины валового национального продукта (ВНП). В развитых странах эта цифра достигает 12% ВВП. Число СИ растет в геометрической прогрессии относительно прироста промышленной продукции. В настоящее время в нашей стране по приблизительной оценке эксплуатируется более 1,5 млрд СИ. Следовательно, измерения являются важнейшим инструментом познания объектов и явлений окружающего мира и играют огромную роль в развитии народного хозяйства. Измерение можно определить как процесс нахождения физической величины опытным путем с помощью средств измерений. Повышение качества измерений и успешное внедрение новых средств и методов измерений зависят от уровня развития метрологии как науки. Таким образом, метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Под единством измерений понимается состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Основным законодательным актом в области обеспечения единства измерений (ОЕИ) и метрологии является принятый в 1993 г. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», направленный на защиту прав и законных интересов граждан и экономики страны в целом от отрицательных последствий недостоверных измерений. Объектами метрологии являются единицы физических величин и системы единиц, эталоны и средства измерений, принципы и методы измерений и измерительного контроля, методики выполнения измерений и контроля, погрешности измерений. Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и 4 законодательную. Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований принципов, методов и средств измерений, созданием системы единиц измерений, точным определением физических постоянных. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии, в частности, обеспечением единства измерений. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые имеют статус правовых положений (технических регламентов) и обязательны для исполнения (в соответствии с Законом РФ «О техническом регулировании»). Терминология Метрология наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99). Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность. Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную. Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства. Терминология, используемая в метрологии, приведена в Законе №102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений": аттестация методик (методов) измерений - исследование и подтверждение соответствия методик (методов) измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям; ввод в эксплуатацию средства измерений - документально оформленная в установленном порядке готовность средства измерений к использованию по назначению; 5 государственный метрологический надзор - контрольная деятельность в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, осуществляемая уполномоченными федеральными органами исполнительной власти и заключающаяся в систематической проверке соблюдения установленных законодательством Российской Федерации обязательных требований, а также в применении установленных законодательством Российской Федерации мер за нарушения, выявленные во время надзорных действий; государственный первичный эталон единицы величины - государственный эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей в Российской Федерации точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории Российской Федерации; государственный эталон единицы величины - эталон единицы величины, находящийся в федеральной собственности; единица величины - фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин; единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы; измерение - совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины; испытания стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа - работы по определению метрологических и технических характеристик однотипных стандартных образцов или средств измерений; калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений; методика (метод) измерений - совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности; метрологическая служба - организующие и (или) выполняющие работы по обеспечению единства измерений и (или) оказывающие услуги по обеспечению единства измерений структурное подразделение центрального аппарата федерального органа исполнительной власти и (или) его территориального органа, юридическое лицо или структурное подразделение юридического лица либо объединения юридических лиц, работники юридического лица, индивидуальный предприниматель; метрологическая экспертиза - анализ и оценка правильности установления и соблюдения метрологических требований применительно к 6 объекту, подвергаемому экспертизе. Метрологическая экспертиза проводится в обязательном (обязательная метрологическая экспертиза) или добровольном порядке; метрологические требования - требования к влияющим на результат и показатели точности измерений характеристикам (параметрам) измерений, эталонов единиц величин, стандартных образцов, средств измерений, а также к условиям, при которых эти характеристики (параметры) должны быть обеспечены; обязательные метрологические требования - метрологические требования, установленные нормативными правовыми актами Российской Федерации и обязательные для соблюдения на территории Российской Федерации; передача единицы величины - приведение единицы величины, хранимой средством измерений, к единице величины, воспроизводимой эталоном данной единицы величины или стандартным образцом; поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям; прослеживаемость - свойство эталона единицы величины или средства измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным первичным эталоном соответствующей единицы величины посредством сличения эталонов единиц величин, поверки, калибровки средств измерений; прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно от средства измерений; сличение эталонов единиц величин - совокупность операций, устанавливающих соотношение между единицами величин, воспроизводимых эталонами единиц величин одного уровня точности и в одинаковых условиях; средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений; стандартный образец - образец вещества (материала) с установленными по результатам испытаний значениями одной и более величин, характеризующих состав или свойство этого вещества (материала); технические системы и устройства с измерительными функциями - технические системы и устройства, которые наряду с их основными функциями выполняют измерительные функции; технические требования к средствам измерений - требования, которые определяют особенности конструкции средств измерений (без ограничения их технического совершенствования) в целях сохранения их метрологических характеристик в процессе эксплуатации средств измерений, достижения достоверности результата измерений, предотвращения несанкционированных настройки и вмешательства, а 7 также требования, обеспечивающие безопасность и электромагнитную совместимость средств измерений; тип средств измерений - совокупность средств измерений, предназначенных для измерений одних и тех же величин, выраженных в одних и тех же единицах величин, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации; тип стандартных образцов - совокупность стандартных образцов одного и того же назначения, изготавливаемых из одного и того же вещества (материала) по одной и той же технической документации; утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений - документально оформленное в установленном порядке решение о признании соответствия типа стандартных образцов или типа средств измерений метрологическим и техническим требованиям (характеристикам) на основании результатов испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа; фасованные товары в упаковках - товары, которые упаковываются в отсутствие покупателя, при этом содержимое упаковки не может быть изменено без ее вскрытия или деформирования, а масса, объем, длина, площадь или иные величины, определяющие количество содержащегося в упаковке товара, должны быть обозначены на упаковке; эталон единицы величины - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины Государственная система обеспечения единства измерений Государственная система обеспечения единства измерений — это система обеспечения единства измерений в стране, реализуемая, управляемая и контролируемая федеральным органом исполнительной власти по метрологии — Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование). Деятельность по обеспечению единства измерения направлена на охрану прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики путем защиты от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах жизни общества на основе конституционных норм, законов, постановлений Правительства РФ и нормативных документов (НД). Обеспечение единства измерений в стране осуществляется: на государственном уровне; на уровне федеральных органов исполнительной власти; на уровне юридических лиц. Цель государственной системы обеспечения единства измерений — создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения 8 задач по обеспечению единства измерений и предоставление всем субъектам деятельности возможности оценивать правильность выполняемых измерений. |