200501 Лекции Метрологическое обеспечение 2011. Курс лекций по дисциплине метрологическое обеспечение Краткая история развития и основные понятия в области
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Государственная метрологическая служба выполняет работы по обеспечению единства измерений в стране на межрегиональном и межотраслевом уровне и осуществляющая государственный метрологический контроль и надзор. Государственная метрологическая служба включает государственные научные метрологические центры (ГНМЦ) и территориальные органы, расположенные в субъектах Российской Федерации, (республиках, автономных областях, автономных округах, областях, городах Москве и Санкт-Петербурге). В состав Государственной метрологической службы входят следующие национальные метрологические институты: ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы» (ВНИИМС, г. Москва); ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева» (ВНИИМ, г. С.-Петербург); 25 ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико- технических и радиотехнических измерений» (ВНИИФТРИ, Московская обл.); ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико- физических измерений» (ВНИИОФИ, г. Москва); ФГУП «Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии» (СНИИМ, г. Новосибирск); ФГУП «Уральский научно-исследовательский институт метрологии» (УНИИМ, г. Екатеринбург); ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» (ВНИИР, г. Казань); а также Восточносибирский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВС ВНИИФТРИ, г. Иркутск) и ВНИИФТИ «Дальстандарт» (г. Хабаровск), вошедшие в 2007 г. в состав ФГУП "ВНИИФТРИ". Государственные научные метрологические центры несут ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений. Они являются хранителями государственных эталонов, ведут исследования в области теории измерений, принципов и методов высокоточных измерений, разработки научно-методических основ совершенствования российской системы измерений. Органами Государственной метрологической службы являются центры стандартизации, метрологии и сертификации (ЦСМ), расположенные по всей территории России. Крупнейшими из них являются ФГУ "Ростест- Москва" и ФГУ "Тест-Санкт-Петербург". Они ведут работы по поверке и калибрювке средств измерений, осуществляют государственный метрологический контроль за обеспечением единства измерений. Для целей обеспечения единства измерений созданы и другие государственные службы: Государственная служба времени и частоты и определения параметров Земли (ГСВЧ), Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО), Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД). Руководство этими Службами и координацию их деятельности осуществляет Ростехрегулирование. Метрологические службы органов государственного управления и юридических лиц создаются для выполнения работ по соблюдению единства измерений, повышения уровня метрологического обеспечения. Допускается возложение отдельных функций метрологической службы на иные структурные подразделения. Метрологические службы органов государственного управления и юридических лиц организуют свою 26 деятельность на основе положений Закона «Об обеспечении единства измерений», других законодательных и нормативных документов, регламентирующих вопросы метрологии. Основные задачи, права и обязанности метрологических служб органов государственного управления и юридических лиц независимо от форм собственности последних определены в документе ПР 50.732-93 «Типовое положение о метрологической службе государственных органов управления и юридических лиц». Метрологическая служба органа государственного управления представляет собой систему, образуемую приказом его руководителя, и может включать: подразделение (службу) главного метролога в центральном аппарате; головные и базовые организации метрологической службы в отраслях; метрологические службы предприятий. Метрологическая служба юридического лица (ранее применялся термин метрологическая служба предприятия) выполняет работы по обеспечению единства измерений и осуществляющая метрологический контроль и надзор на данном предприятии (в организации). К основным задачам метрологических служб относятся: поверка и калибровка средств измерения; надзор за состоянием и применением средств измерения, за аттестованными методиками выполнения измерений и эталонами единиц величин, применяемыми для калибровки средств измерения, за соблюдением метрологических правил и норм и нормативных документов по обеспечению единства измерений; выдача обязательных предписаний, направленных на предотвращение, прекращение или устранение нарушений метрологических правил и норм; проверка своевременности представления средств измерения на испытания для утверждения типа, а также на поверку и калибровку; анализ состояния измерений, испытаний и контроля на предприятии. Государственные центры испытаний средств измерений Государственные центры испытаний средств измерений (ГЦИ СИ) -государственные научные метрологические центры, аккредитованные Госстандартом России с признанием их полномочий в области проведения работ, связанных с испытаниями средств измерений. Требования к аккредитуемым государственным центрам испытаний средств измерений ГЦИ СИ должен иметь структуру, персонал, испытательное оборудование, средства измерений, помещения и прочие условия, обеспечивающие проведение испытаний средств измерений: 27 персонал должен иметь профессиональную подготовку, технические знания и опыт, необходимые для выполнения возложенных на него обязанностей по испытаниям средств измерений; ГЦИ СИ должен иметь испытательное оборудование и средства измерений, необходимые для проведения испытаний средств измерений в аккредитованной области; руководство по качеству должно содержать сведения об оснащенности эталонами, средствами измерений, стандартными образцами и испытательным оборудованием, необходимым для проведения испытаний в аккредитованной области; испытательное оборудование, необходимое для проведения испытаний в аккредитованной области, должно быть аттестовано и иметь соответствующий аттестат по ГОСТ 24555-81 "Порядок аттестации испытательного оборудования. Основные положения"; средства измерений, необходимые для проведения испытаний в аккредитованной области, должны иметь свидетельства о поверке или сертификат о калибровке; стандартные образцы веществ и материалов должны отвечать требованиям нормативных документов по обеспечению единства измерений. ГЦИ СИ должен располагать соответствующими нормативными документами по обеспечению единства измерений; типовыми программами и программами испытаний средств измерений; документацией, устанавливающей технические требования к испытываемым средствам измерений; методиками поверки испытываемых в области аккредитации средств измерений; эксплуатационной документацией на испытательное оборудование и средства измерений и другими документами, необходимыми для проведения испытаний средств измерений в соответствии с областью аккредитации. Программы и методики испытаний типа средств измерений должны соответствовать МИ 2146 "Порядок разработки и требования к содержанию программ испытаний средств измерений для целей утверждения их типа". ГЦИ СИ должен располагать помещениями, обеспечивающими необходимые условия проведения испытаний и исключающими отрицательные воздействия на результаты измерений; результаты испытаний оформляют в протоколах испытаний на основании которых составляют акт испытаний средств измерений для целей утверждения типа и описание типа средств измерений условия хранения протоколов и другой документации должны обеспечивать ее сохранность и конфиденциальность; руководство по качеству ГЦИ СИ должно соответствовать ИСО/МЭК 49 "Руководящие положения по разработке "Руководства по качеству испытательной лаборатории". 28 Информация об аккредитованных Государственных центрах испытаний СИ (ГЦИ СИ), с действующими на данный момент аттестатами, размещена на сайте ФГУП "ВНИИМС". Классификация средств измерений Средство измерений техническое средство, предназначенное для измерений (определение по 102-ФЗ от 26.06.2008г.); техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени (определение по РМГ 29-99). Классификация средств измерений По техническому назначению: мера физической величины - cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне; измерительный преобразователь - техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи; измерительная установка (измерительная машина) - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте; измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях; измерительно-вычислительный комплекс - функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи. По степени автоматизации: автоматические; 29 автоматизированные; ручные. По стандартизации средств измерений: стандартизированные; нестандартизированные. По положению в поверочной схеме: эталоны; рабочие средства измерений. По значимости измеряемой физической величины: основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей; вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности. Метрологические характеристики средств измерений Метрологическими характеристиками, согласно ГОСТ 8.009-84, называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений. Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик: Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок): - Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой; - Значение однозначной меры; - Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; - Вид выходного кода для цифровых средств измерений; Характеристики погрешностей средств измерений; Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам; Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.). Метрологические свойства средств измерений 30 Метрологические свойства СИ — это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы: свойства, определяющие область применения СИ; свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения. К основным метрологическим характеристикам, определяющим область применения СИ, относятся диапазон измерений и порог чувствительности. Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений. Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг. К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов. Точность измерений СИ определяется их погрешностью. Погрешность средства измерений — это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением. Для рабочего СИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего разряда (допустим, 4-го), для эталона 4-го разряда, в свою очередь, — значение величины, полученное с помощью рабочего эталона 3-го разряда. Таким образом, за базу для сравнения принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке. Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: по способу выражения — абсолютные, относительные; по характеру проявления — систематические, случайные; по отношению к условиям применения — основные, дополнительные. Наибольшее распространение получили метрологические свойства, 31 связанные с абсолютными и относительными погрешностями. Систематическая погрешность — cоставляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть погрешность градуировки, в частности погрешность показаний прибора с круговой шкалой и стрелкой, если ось последней смещена на некоторую величину относительно центра шкалы. Если эта погрешность известна, то ее исключают из результатов разными способами, в частности введением поправок. При химическом анализе систематическая погрешность проявляется в случаях, когда метод измерений не позволяет полностью выделить элемент или когда наличие одного элемента мешает определению другого. Величина систематической погрешности определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений СИ. Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какой-либо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении они порождают рассеяние результатов. Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений. Поскольку рассеяние носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной погрешности задают вероятность. Оценка погрешности измерений СИ, используемых для определения показателей качества товаров, определяется спецификой применения последних. Например, погрешность измерения цветового тона керамических плиток для внутренней отделки жилища должна быть по крайней мере на порядок ниже, чем погрешность измерения аналогичного показателя серийно выпускаемых картин, сделанных цветной фотопечатью. Дело в том, что разнотонность двух наклеенных рядом на стену кафельных плиток будет бросаться в глаза, тогда как разнотонность отдельных экземпляров одной картины заметно не проявится, так как они используются разрозненно. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ определяется назначением, условиями эксплуатации и многими другими факторами. У СИ, применяемых для высокоточных измерений, нормируется до десятка и более метрологических характеристик в 32 стандартах технических требований (технических условий) и ТУ. Нормы на основные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации на СИ. Учет всех нормируемых характеристик необходим при измерениях высокой точности и в метрологической практике. В повседневной производственной практике широко пользуются обобщенной характеристикой — классом точности. Класс точности СИ — обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. При этом для каждого класса точности устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающим уровень точности СИ данного класса. Классы точности присваиваются средствам измерений при их разработке (по результатам приемочных испытаний). В связи с тем что при эксплуатации их метрологические характеристики обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки). Таким образом, класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений. |