Метрология. МЕТРОЛОГИЯ. Роль метрологии, стандартизации и сертификации
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
1 РОЛЬ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Метрология, стандартизация и сертификация – это комплексная дисциплина. Здесь все взаимосвязано и одинаково важно. Экономическое состояние государства во многом зависит от международной торговли. Международные рынки требуют соответствия продукции определенным требованиям. Требования, как показывает международная практика, наиболее часто закладываются в стандартах. Продукция изготавливается в соответствии со стандартами, а оценка соответствия обеспечивается с помощью сертификации, основывающей свои заключения на результатах испытаний и измерений, входящих в сферу деятельности по метрологии. Таким образом, как показывает международный опыт, система стандартов и система оценки соответствия являются необходимыми элементами для поставки на рынок востребованной, качественной, безопасной продукции и базовыми элементами в области технического регулирования. Реализуя соответствие изготавливаемой продукции требованиям стандартов изготовитель обеспечивает возможность выхода ее на рынок. Основными инструментами обеспечения качества продукции и услуг являются метрология, стандартизация и сертификация. В последние годы резко возросла роль точных и достоверных измерений во всех видах деятельности общества, непрерывно совершенствуется измерительная техника, развиваются системы аккредитации испытательных и калибровочных лабораторий и пр. что требует от тех, кто проводит измерения, глубоких знаний основ метрологии и измерительной техники и особенно практических навыков в использовании средств измерений. Возрастает роль стандартизации в ликвидации технических барьеров между странами. Расширение масштабов торговли в сочетании со специализированным и кооперированным производством в мире невозможно без гармонизации нормативных документов, сближения технического законодательства заинтересованных государств. Сертификация продукции, работ и услуг заключается в подтверждении их соответствия установленным требованиям и напрямую связана с их качеством. Введение в действие от 1-го июля 2003 г. Федерального закона «О техническом регулировании» № 184-ФЗ положило начало реформе технического регулирования законодательно и направлены на создание основ единой политики в областях технического регулирования, стандартизации и сертификации, отвечающей современным международным требованиям. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций. Проблемы обеспечения единства измерений, стандартизации и сертификации являются актуальными и затрагивают многие сферы экономики, права, науки и техники. 2 § 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ. ЭТАПЫ ЕЕ РАЗВИТИЯ Научные направления метрологии Метрология – наука об измерения, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности. Метрология зародилась в глубокой древности и используется в настоящее время во всех науках и дисциплинах. Подсчитано, например, что ежедневно в России выполняются 200 млрд. измерений с использованием 1 млрд. средств измерений, что свыше 4 млн. человек считают измерения своей профессией, что доля затрат на измерения составляет 10–15 % от всех затрат общественного труда и что около 40 % всего объема промышленности относится к отраслям с измерительным технологическим процессом. Метрология содержит 5 научных направлений: теоретическое, практическое, прикладное законодательное и квалиметрическое. Теоретическая метрология изучает общенаучные основы всех элементов измерения. Практическая метрология рассматривает вопросы связанные с применением результатов метрологических исследований в практической деятельности. Прикладная метрология разрабатывает специальные вопросы измерений в специфических сферах метрологической деятельности, т.е. в подводном мире, космосе, спорте и т.д. Законодательная метрология представляет собой комплекс взаимосвязанных общих правил, требований и норм, регламентируемых и контролируемых государством с целью обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений. Квалиметрия (от 2 греческих слов: gualis – какой по качеству и metreo – измеряю) исследует и характеризует обширную и значимую область измерений показателей качества, в т.ч. пищевых продуктов и продовольственного сырья. 2.2 Этапы развития метрологии В истории развития метрологии выделяют 4 последовательных этапа: стихийный, научный, нормативный и стандартизационный. Стихийный этап развития метрологии – самый продолжительный, он растянут от ее зарождения на заре цивилизации до 1891 года и характеризуется хаотичной, неупорядоченной метрологической деятельностью и накоплением информации. О древнейшем происхождении метрологии свидетельствуют дошедшие до нас подручные, естественные и вещественные меры. Из подручных мер широко известны: единица веса драгоцкнных камней - карат (в переводе с древнеарабского и древнеиндийского – семя боба), единица аптекарского веса – гран (в переводе с латинского – зерно), древнерусские единицы длины: пядь (расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев), косая сажень (расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки), древнеяпонская единица площади – татами (размер циновки, на которой может разместиться «средний» человек). К естественным мерам относятся временные единицы – год, месяц, час, установленные древними вавилонямами на основе астрономических наблюдений; впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды. Примером вещественных мер служит мина – единица времени, принятая в Вавилоне во II веке до н.э. и равная промежутку времени, за который из водяных часов 3 вытекает около 500 г воды; мина соответствует приблизительно 2 астрономическим часам и является прародительницей современной минуты. Первые зачатки организованной метрологической деятельности появились на Руси. Так, «золотой пояс» великого князя Святослава Ярославовича (1070 г.) служил образцовой мерой или эталоном длины; Двинская грамота царя Ивана Грозного (1550 г.) регламентировала порядок хранения и передачи новой меры сыпучих веществ – медной осмины, которую предписывалось рассылать старостам для хранения и изготовления деревянных копий в целях повседневного использования. Качественные сдвиги, подготовившие переход метрологии во 2 этап развития, происходят на протяжении IVIII и IIX веков: • в 1725 г. основана Петербургская академия наук, которая воспроизвела единицы времени, температуры и получила копии туаза и фунта; • в 1840 г. введена в действие во Франции метрическая система мер: в ее основе лежит единственная единица – метр, равный 1/40 000 000 части земного меридиана, проходящего через Париж; • в 1842 г. на территории Петропавловской крепости в специально построенном здании открыто первое централизованное учреждении России – Депо образцовых мер и весов, призванное хранить отечественные и иностранные эталоны и их копии, изготавливать и сличать новые эталоны; • в 1849 г. опубликован первый на русском языке учебник Ф.И. Петрушевского «Общая метрология», обобщивший все накопленные к тому времени сведения в области метрологической деятельности. Научный этап развития метрологии длился с 1892 по 1917 гг. и в этот период метрология становится в число точных естественно-научных дисциплин. В связи с большой работой проделанной Д.И. Менделеевым для развития метрологической деятельности этот этап также называют «менделеевским». Нормативный этап развития метрологии существовал с 1918 по 1945 гг. и проявился метрологической деятельностью, основной на нормативной документации различного уровня. Стандартизационный этап развития метрологии начинается в 1946 г. и продолжается по настоящее время. Он характеризуется повсеместным внедрением стандартизации, как главной организационно-правовой формы обеспечения единства измерений. 27 апреля 1993 г. принят Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» в котором управление метрологической деятельностью переходит от административного к законодательному и адаптируется Российская система измерений к мировой системе измерений. § 2. ЭЛЕМЕНТЫ ИЗМЕРЕНИЯ Измерение формируется из 10 составляющих элементов: объекта измерения, измеряемой величины, единицы измерения, средства измерения, принципа измерения, метода измерения, методики измерения, условий измерения, результата измерения и погрешности измерения. Объект измерения – физическое тело, система, процесс или явление окружающего мира, характеризующиеся одной или несколькими измеряемыми величинами, или параметрами, например, отпускаемый продукт, у которого 4 определяют массу или объем; товар, у которого исчисляют стоимость цену; работа, продукция или услуга, у которых контролируют качество и т.д. Алгоритм измерения – точное предписание о порядке выполнения операций, обеспечивающих измерение физической величины. Измеряемая величина, параметр – общепринятая или законодательно установленная характеристика, или мера, одного из свойств объекта измерения, общая для них в качественном аспекте и одновременно индивидуальная в количественном отношении. Измеряемые величины обладают 2 качественными и 2 количественными характеристиками: • вид – первичная качественная характеристика измеряемой величины, представленная определенным наименованием, или названием, величины без указания к какому непосредственно объекту измерения эта величина относится, например, длина, масса, температура и т.д.; • размерность – вторичная качественная характеристика измеряемой величины, представленная символическим обозначением вида величины с помощью определенной заглавной латинской буквы, например, скорость – S; масса – M и т.д.; • размер - первичная количественная характеристика измеряемой величины, связанная с конкретным объектом измерения и показывающая во сколько раз измеряемая величина больше или меньше, чем для другого; • единица измерения - вторичная количественная характеристика измеряемой величины, представленная измеряемой величиной определенного фиксированного размера с единичным числовым значением и предназначенная для количественного выражения величин, например, 1 м – единица длины; 1 кг – единица массы и т.д. Средство измерения – техническое средство или комплекс технических средств, предназначенные для измерения, имеющие нормированные метрологические характеристики и воспроизводящие одну или несколько единиц физических величин. Принцип измерения - физические или физиологические эффекты и явления, лежащие в основе метода измерения, например, термоэлектрический, фотоэлектрический, экспертный и т.д. Метод измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с выбранными принципом и средством измерения. С учетом характера используемого средства измерения все методы измерения классифицируются на: инструментальные, неинструментальные и комбинаторные. Результат измерения – значение физической величины, полученное путем ее измерения. Истинное значение измеряемой физической величины – это значение, идеальным образом отражающее свойство данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. На практике оно практически всегда неизвестно. Действительное значение измеряемой физической величины – значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него. Действительное значение может быть получено при помощи рабочих эталонов. Нормирующее значение Х N – значение, которое в большинстве случаев принимают равным диапазону показаний СИ. Если принять Х В за верхний предел измерения, а Х Н - за нижний предел измерения, то X N = X B - X H 5 § 3. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обусловливает его различие или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина – это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Реальные величины делятся, в свою очередь на: физические и нефизические. Физическая величина (ФВ) – это одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого из них. Физическая величина (ФВ) может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках; К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам — философии, социологии, экономике и т. д. Физические величины подразделяются на измеряемые (которые могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения) и оцениваемые (для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения). По наличию размерности ФВ делятся на: размерные и безразмерные. Понятия «физическая величина» и «измерение» тесным образом связаны с понятием шкалы физической величины – упорядоченной совокупностью значений физической величины, служащей исходной основой для измерений данной величины. Шкалы измерений Шкалой измерений называют порядок определения и обозначения возможных значений конкретной величины или проявлений какого-либо свойства. Понятия шкалы возникли в связи с необходимостью изучать не только количественные, но и качественные свойства природных и рукотворных объектов и явлений. Различают пять основных типов шкал: 1. Шкала наименований (классификации) основана на приписывании свойствам объектов определенных чисел, которые выполняют функцию имен. В ней отсутствуют понятия «больше», «меньше», единицы измерения и нулевое значение. Процесс оценивания в таких шкалах состоит в достижении эквивалентности путем сравнения испытуемого образца с одним из эталонных образцов (например, атлас цветов). Таким образом, шкала наименований отражает качественные свойства. 2. Шкала порядка (ранжирования) упорядочивает объекты относительно какого- либо их свойства в порядке убывания или возрастания, например, землетрясений (шкала Рихтера), силы морского ветра (шкала Бофорта), твердости материалов (шкала Мооса). Эти шкалы описывают уже количественные свойства. В них можно говорить лишь о том, что больше или меньше, хуже или лучше, но невозможно дать оценку, во 6 сколько раз больше или меньше. В некоторых случаях в шкалах порядка может быть нулевая отметка. 3. Шкала интервалов (разностей) содержит разность значений физической величины. Для этих шкал имеют смысл соотношения эквивалентности, порядка, суммирования интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойств. Шкала состоит из одинаковых интервалов, имеет условную (принятую по соглашению) единицу измерения и произвольно выбранное начало отсчета – ноль. Примером такой шкалы являются различные шкалы времени, начало которых выбрано по соглашению (от Рождества Христова, от переселения пророка Мухаммеда из Мекки в Медину). Температурные шкалы Цельсия и Фаренгейта также являются шкалами интервалов. Результаты измерений по шкале интервалов (разностей) можно складывать и вычитать. 4. Шкала отношений – это шкала интервалов с естественным нулевым значением и принятой по соглашению единицей измерений. В ней нуль характеризует естественное нулевое количество данного свойства. Например, абсолютный нуль температурной шкалы. Это наиболее совершенная и информативная шкала. Результаты измерений в ней можно вычитать, умножать и делить. В некоторых случаях возможна и операция суммирования для аддитивных величин. Аддитивной называется величина, значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент и разделены друг на друга (например, длина, масса, сила и др.). Неаддитивной величиной называется величина, для которой эти операции не имеют физического смысла, например, термодинамическая температура. Примером шкалы отношений является шкала масс. 5. Абсолютные шкалы – это шкалы отношений, в которых однозначно (а не по соглашению) присутствует определение единицы измерения. Абсолютные шкалы присущи относительным единицам (коэффициенты усиления, полезного действия и др.), единицы таких шкал являются безразмерными. Шкалы наименований и порядка называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений – метрическими (материальными). Абсолютные и метрические шкалы относятся к разряду линейных. § 4. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Системой единиц физических величин называется совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами. Обоснованно, но произвольным образом выбираются несколько ФВ, называемых основными. Остальные величины, называемые производными, выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними (например, плотность вещества, ускорение). В 1960 г. ХI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц физических величин (русское обозначение СИ, международное SI) на основе шести основных единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и кандела (свеча). В 1971 г. к СИ была добавлена седьмая основная единица – количества вещества (моль). Кроме основных Генеральной конференцией были утверждены дополнительные и производные единицы физических величин. 7 |