Базуев А.М. Метрология стандартизация. Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное государственное образовательное
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» A.M. Базуев, А.В. Бойко, Е.А. Еремин Метрология, стандартизация и сертификация Учебно-методическое пособие Барнаул 2010 УДК 389:006 (072) Рецензенты – д.т.н., профессор кафедры информационных тех- нологий Алт.ГТУ В.Н. Седалищев; к. с-х н., доцент кафедры физики АГАУ Ю.В. Беховых. Базуев А.М. Метрология, стандартизация и сертификация: учебно- методическое пособие / А.М. Базуев,А.В. Бойко, Е.А. Еремин. Барна- ул: Изд-во АГАУ, 2010. 63 с. Учебно-методическое издание подготовлено в соответствии с ут- вержденной программой по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Приведен порядок выполнения заданий по темам: классы точности, определение закономерности изменения системати- ческой погрешности и оценка случайной погрешности, метрологиче- ское обеспечение контроля за состоянием окружающей среды, стандартиза- ция, системы сертификации. Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальностям: 120301 – «Землеустройство», 120302 – «Земельный кадастр», 120303 – «Городской кадастр», 280401 – «Мелиорация, ре- культивация и охрана земель» со специализацией «Мелиоративное и дорожное строительство», 280301 – «Инженерные системы с.-х. водо- снабжения, обводнения и водоотведения», 280302 – «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией ин- ститута природообустройства АГАУ (протокол № 1 от 21 сентября 2010 г.). © Базуев А.М., Бойко А.В., Еремин Е.А., 2010 © ФГОУ ВПО АГАУ, 2010 3 Введение Метрология, стандартизация и сертификация – это взаимо- связанные области знаний, поэтому изучение их в одном учебном курсе дает более полное представление о важности каждого из этих направлений деятельности. Целью изучения дисциплины "Метрология, стандартизация и сер- тификация" является формирование у студентов знаний, умений и навыков в различных областях деятельности с целью обеспечения бо- лее высокой эффективности работы. Знания в области метрологии, стандартизации и сертификации в одинаковой степени важны для студентов всех специальностей института природообустройства. Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обес- печения их единства и способах достижения требуемой точности. Измерения являются одним из важнейших путей развития науч- но-технического прогресса, познания природы и общества человеком. В практической деятельности мы постоянно имеем дело с измере- ниями, они имеют первостепенное значение во всех сферах произ- водства и потребления, при оценке качества товаров, внедрении но- вых технологий. Велико значение измерений в современном обществе. Они слу- жат не только основой научно-технических знаний, но имеют перво- степенное значение для учета материальных ресурсов и планирова- ния, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствова- ния технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности. Метрология имеет большое значение для прогресса естествен- ных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания природы челове- ком, открытий и практического применения точных знаний. Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основ- ных путей их совершенствования. Основными задачами метрологии являются: - установление единиц физических величин, государственных этало- нов и образцовых средств измерений; 4 - разработка теории, методов и средств измерений и контроля; - обеспечение единства измерений; - разработка методов оценки погрешностей, состояния средств изме- рения и контроля; - разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или об- разцовых средств измерений рабочим средствам измерений. Стандартизация (в соответствии с законом «О техническом ре- гулировании») – это деятельность по установлению правил и харак- теристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности про- дукции, работ или услуг. Стандартизация осуществляется в целях: - повышения уровня безопасности жизни и здоровья граждан, имуще- ства физических и юридических лиц, государственного или муници- пального имущества, экологической безопасности, безопасности жизни и здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов; - повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникно- вения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; - обеспечения научно-технического прогресса; - повышения конкурентоспособности продукции, работ, услуг; - рационального использования ресурсов; - технической и информационной совместимости; - сопоставимости результатов исследований (испытаний) и измере- ний, технических и экономико-статистических данных; - взаимозаменяемости продукции. Стандартизация направлена на достижение оптимальной степе- ни упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач. В развитом обществе стандартизация является одним из инст- рументов управления народным хозяйством. Она непосредственно влияет на повышение эффективности общественного производства, представляя собой научный метод оптимального упорядочения в масштабах государства номенклатуры и качества выпускаемой про- дукции. Стандарт и качество неотделимы друг от друга. Государст- венный стандарт предназначен концентрировать передовой промыш- 5 ленный опыт и новейшие достижения науки и техники, связывая их с перспективами развития народного хозяйства. Тем самым стандарт превращается в норму общественно необходимых требований к каче- ству продукции. Сертификация – форма осуществляемого органом по сертифи- кации подтверждения соответствия объектов требованиям техниче- ских регламентов, положениям стандартов или условиям договоров. Сертификация продукции является одним из путей обеспечения высокого качества продукции, повышения научного и торгово- экономического сотрудничества между странами, укрепления дове- рия между ними. В сертификации продукции, услуг и иных объектов участвуют первая (изготовитель или продавец), вторая (потребитель или покупа- тель), третья стороны (лицо или орган, признаваемые независимыми от участвующих сторон в рассматриваемом вопросе). К объектам сертификации относятся продукция, услуги, работы, системы качества, персонал, рабочие места и пр. В соответствии с законом РФ «О техническом регулировании» сертификация осуществляется в целях: - удостоверения соответствия продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, работ, услуг или иных объектов техническим регламентам, стандартам, ус- ловиям договоров; - содействия приобретателям в компетентном выборе продукции, ра- бот, услуг на российском и международном рынках; - создания условий для обеспечения свободного перемещения това- ров по территории Российской Федерации, а также для осуществле- ния международного экономического, научно-технического сотруд- ничества и международной торговли. Сертификация имеет ряд достоинств особенно в международ- ных торгово-экономических отношениях. Она способствует: дости- жению доверия к качеству изделий; предотвращению импорта в стра- ну изделий, не соответствующих требуемому уровню качества про- дукции; предотвращению экспорта аналогичной продукции; упроще- нию выбора продукции потребителем; защите изготовителя от конку- ренции с поставщиками не сертифицированной продукции и обеспе- чению ему рекламы и рынка сбыта; улучшению «качества» стандар- тов путем выявления в них устарелых положений и стимулированию переработки этих стандартов. 6 I. Классы точности средств измерений Одним из решающих факторов, определяющих точность изме- рений, является точность средств измерений (СИ). Для средств изме- рений, используемых в повседневной практике, принято деление на классы точности. Класс точности – обобщенная характеристика СИ, определяе- мая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешно- стей, а также другими свойствами, влияющих на точность. Класс точности характеризует СИ в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств. Класс точности включает систематическую и случайную по- грешности. Систематическая погрешность – составляющая погрешности, которая является постоянной или закономерно изменяется при мно- гократных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность СИ – это составляющая, изменяю- щаяся при повторных измерениях одной и той же величины случай- ным образом. Точность измерения зависит не только от точности СИ, но и от метода измерений, условий измерения и т.д. В качестве основных ГОСТ 8. 401 - 80 устанавливает три вида классов точности СИ: - для пределов допускаемой абсолютной погрешности в едини- цах измеряемой величины или делениях шкалы; - для пределов допускаемой относительной погрешности; - для пределов допускаемой приведенной погрешности. Абсолютная погрешность ∆ выражается в единицах измеряе- мой величины и может быть задана: - одним числом ∆ = ± а– постоянная во всем диапазоне измере- ния; - в виде двучлена ∆ = ± (а + вх), если в СИ присутствуют одно- временно постоянная и прогрессивная составляющая, где х – значе- ние измеряемой величины или число делений, отсчитанное по шкале, а, в – положительные числа, не зависящие от х. Поскольку абсолютная погрешность выражается в абсолютных единицах ФВ, это не дает возможности сравнить СИ и оценить значе- ние погрешности. Для этой цели используются относительные по- 7 грешности (отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженные в процентах): δ = ± ∆ /Х д × 100% (1) В средствах измерения с преобладающей постоянной погрешно- стью удобно нормировать предел допустимой относительной по- грешности: δ = ± а/х = ± с = const (2) Таким способом нормируют счетчики электроэнергии, отдель- ные жидкостные манометры и др. Класс точности таких приборов обозначается на шкале арабской цифрой без дополнительного знака, например 1,5. Это означает, что абсолютная погрешность СИ составляет 1,5 к нормируемому значе- нию измеряемой величины, т.е. максимальному значению шкалы СИ. Эта погрешность называется приведенной допускаемой погрешно- стью: γ = ∆ /X N 100% (3) где Х N – нормирующее значение измеряемой величины. Пример 1. При измерении давления воды в напорном трубопро- воде показания манометра класса точности 2,5 составило 8,5 кгс/см 2 Диапазон показания шкалы (0…..16) кгс/см 2 . Определить фактиче- ское значение давления и пределы его варьирования. Абсолютная погрешность определится из формулы (3): 100 N X × ± = ∆ γ , кгс/см 2 где γ = 2,5% - показатель класса точности прибора; Х N = 16 кгс/см 2 - предел показаний шкалы прибора. 4 , 0 100 16 5 , 2 ± = × ± = ∆ , кгс/см 2 8 Тогда фактическое значение давления будет находиться в пре- делах: P = 8,5 ± 0,4 = ( 8,1 …. 8,9 ), кгс/см 2 Для нормирования погрешности с постоянной и прогрессивной составляющими используются двучленное уравнение абсолютной погрешности ∆ = ±(a + bx). Относительная погрешность выразится: ) ( X a b X bX a Х + ± = + ± = ∆ ± = δ (4) Для увязки δ с конечным значением Х к шкалы проведем преоб- разования уравнения (4): ⋅ + − + ± = k k k X X X a X a k X а b δ (5) Обозначим const X a b c k = + = , d = а/Х к = const, отсюда: δ = ±{с + d ( X к /Х – 1 )} × 100% (6) Класс точности c/d обозначается на цифровых СИ, магнитах ем- костей, сопротивлений. Например класс точности 0,02/0,01 означает, что с = 0,02, a×d = 0,01, т.е приведенное значение относительной по- грешности к началу диапазона измерения γ н = 0,02%, а к концу γ к = 0,01%. Пример 2. Указатель шкалы ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 показывает 25А. Чему равна измеряемая сила тока? Предел измерения 50 А. Для определения относительной погрешности используется формула (6). δ = ± {0,02 + 0,01 (50/25 – 1)} δ = ± {0,02 + 0,01 (2 – 1)} × 100%= ± 3% Абсолютная погрешность будет равна: 9 ∆ = ± 3 × 25/100 = 0,75 А Измеренная сила тока будет равна: Ι = 25 ± 0,75 = (24,25 …. 25,75) А Если нормируется допустимая относительная погрешность, то класс точности обозначается δ , где δ - значение допустимой относи- тельной погрешности в % к показанию измерительного прибора, т.е. % 100 × ∆ ± = П X δ (7) Тогда абсолютная погрешность определится: % 100 П Х ⋅ ± = ∆ δ (8) где X п - значение измеряемой величины. % 100 П П П Х Х Х Х ⋅ ± = ∆ ± = δ (9) Пример 3. При измерении частоты вращения вала тахометр класса точности показывает 1300 об/мин. Определить фактиче- скую частоту вращения вала. Абсолютная погрешность определяется по известной относи- тельной погрешности (формула 8): ∆ = ± 1,0 ×1300/100 = ± 13 об/мин Фактическая частота вращения вала находится в пределах: n = 1300 ± 13 = (1287…1313) , об/мин. Шкалы некоторых приборов с существенно неравномерной шкалой градуируют в миллиметрах, абсолютная погрешность при этом выражается также в миллиметрах. Если для такого прибора нормируется значения приведенной погрешности γ , то класс точно- 1.0 10 сти его обозначаетсяγ , где γ - значение приведенной погрешности, выраженное в % к длине шкалы или ее части соответственно диапа- зону измерения. Пример 4. Влажность почвы определялась по измеренному со- противлению, измеряемому мегоомметром класса точности 1,0. Оп- ределить фактическое значение сопротивления (КОм), если показание прибора равно 3 КОм. Приведенная погрешность γ = 1% длины шкалы. Тогда абсолютная погрешность измерения сопротивления опре- деляется по формуле (3): ∆ R = ± 3×1/100 = 0,03 КОм Фактическое значение сопротивления: R = 3 ± 0,03 = 2,97 … 3,03 КОм Задачи для самостоятельной работы 1. Показания шкалы гидрометрической вертушки класса точно- сти равно 0,75 м/с. Определить абсолютную погрешность измере- ния скорости воды в канале и диапазон колебания значения скорости. 2. При измерении давления воды в трубопроводе манометр класса точности 1,5 показал 0,65 МПа. Диапазон показаний шкалы равен (0 – 1) МПа. Определить фактическое значение давления воды. 3. Мегаомметр класса точности 1,0 при измерении сопротивле- ния образца почвы показал 3,8 КОм на участке шкалы с диапазоном показаний (2 – 5) КОм. Определить фактическое значение сопротив- ления почвы. 4. Для измерения расхода воды в оросительном канале примене- на система, состоящая из трубчатого водомерного сооружения (ТВС) и измерительного прибора ДРС-60. Средняя квадратическая относи- тельная погрешность ТВС равна % 4 ± = с σ , ДРС-60 – % 5 , 3 ± = пр σ . По- казание прибора равно 4,6 м 3 /с. Определить суммарную относитель- ную погрешность и фактическое значение расхода воды. 5. Показание интеграционной гидрометрической установки ГР- 101 при измерении средней скорости течения воды составило 1,75 м/с. Класс точности установки 2,0. Диапазон измерения средней ско- рости от 0,2 до 2,5 м/с. Определить абсолютную погрешность и фак- тическое значение средней скорости. 5 11 6. Определить суммарную относительную погрешность измере- ния расхода воды в канале трубчатым водомером-регулятором с пе- редачей информации на расстояние. Средняя квадратическая относи- тельная погрешность трубчатого сооружения равна 4,5%, измери- тельного прибора – 3,5%, системы телеизмерения – 3,0%. Показание прибора равно 12,5 м 3 /с. Определить также абсолютную погрешность измерения и фактическое значение расхода. 7. Измеряемая частота вращения вала изменялась от 1250 до 2700мин -1 . Измерение оборотов проводилось тахометром класса точ- ности . Как изменилась абсолютная погрешность измерений ми- нимального и максимального значений частоты вращения вала? 8. При измерении давления воды в трубопроводе манометром класса точности в течение определенного времени оно изменя- лось от 11 до 14 кгс/см 2 . Как изменилась абсолютная погрешность измерения при минимальном и максимальном показаниях манометра? Определить фактические значения минимального и максимального давления. 9. Указатель шкалы ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 со шкалой от -50 до +50 А показывает 20 А. Чему равна измеряемая сила тока? 10. Указатель шкалы амперметра класса точности 1,5 показыва- ет 4 А. Диапазон показаний шкалы -5 – +20 А. Чему равна измеряе- мая сила тока? 11. Манометр класса точности при измерении давления во- ды в трубопроводе показал 7,5 кгс/см 2 . Чему равно измеряемое дав- ление? 12. Тахометр класса точности 1,0 со шкалой (0 – 3000) об/мин показал 1600 об/мин. Чему равна измеряемая частота вращения? 13. Давление воды в трубопроводе измерялось манометром класса точности 2,5 со шкалой (0 – 1) МПа и манометром класса точ- ности с аналогичной шкалой. Показания обоих манометров со- ставили 0,75 МПа. Определить фактические значения измеряемого давления и сравнить точность приборов. 14. Для измерения расхода воды в хозяйственном канале ис- пользуется трубчатый водомер-регулятор с коническим насадком и динамический расходомер ДРС-60. Указатель шкалы расходомера показывает 1,4 м 3 /с. Среднеквадратическая относительная погреш- ность трубчатого регулятора равна ± 4,5%, прибора – ± 4%. Опреде- лить фактический расход воды в канале. 1,5 2,5 2,5 2,5 12 15. Индукционный расходомер ИР-51 класса точности показал 0,65 м 3 /с. Определить абсолютную погрешность измерения расхода воды в трубопроводе и диапазон значений фактического рас- хода. 16. При измерении сопротивления образца почвы мегаомметр класса точности 1,0 показал 1,8 КОм на участке шкалы (0 – 2) КОм. Определить фактическое сопротивление образца почвы. 17. Для измерения влажности почвы используется прибор АМ- 11 и тарировочный график зависимости влажности от сопротивления почвы, определяемого прибором. Средняя квадратическая относи- тельная погрешность прибора составляет ± 1,2%, погрешность опре- деления по графику – ± 1,5%. Определить суммарную среднюю квад- ратическую погрешность измерения влажности и диапазон значений фактической влажности, если значение измерений влажности почвы равно 17%. 18. Барограф М-22 класса точности 0,2, с диапазоном регистра- ции атмосферного давления (590 – 800) мм ртутного столба, зареги- стрировал давление 742 мм рт. ст. Определить абсолютную погреш- ность измерения и диапазон колебания фактического значения давле- ния. 19. Показание барометра-анероида М-67 класса точности составило 748 мм рт. ст. Определить абсолютную погрешность изме- рения и диапазон колебания фактического значения атмосферного давления. 20. Пригоден ли расходомер ДРС-60 класса точности для измерения расхода воды 5 м 3 /с с необходимой точностью ± 0,1 м 3 /с? 2,0 0,2 4,0 13 |