метрология. метрология 23.02.01 2020 2. самарский государственный университет путей сообщения (Самкжт структурное подразделение Самгупс)
 Скачать 5.45 Mb.
|
Классы точности средств измеренийКласс точности — это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерений с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования, изложенных в предыдущей главе. Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются раздельные нормы на систематическую и случайные составляющие, а также на средства измерений, для которых нормированы номинальные функции влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие величины. Классы точности не устанавливаются и на средства измерений, для которых существенное значение имеет динамическая погрешность. Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в виде одночленной формулы либо в виде двухчленной формулы   где А их выражаются одновременно либо в единицах измеряемой величины, либо в делениях шкалы измерительного прибора. Более предпочтительным является задание пределов допускаемых погрешностей в форме приведенной или относительной погрешности. Пределы допускаемой приведенной основной погрешности нормируются в виде одночленной формулы  где число р = 1 • 10я, 1,5 • 10я, 2 • 10я, 2,5 • 10я, 4 • 10я, 5 • 10я, 6 • 10я (л =1,0, -1,-2, ...)• Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться либо одночленной формулой  либо двухчленной формулой  где Хк — конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, с и d выбираются из того же ряда, что и число р. В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной или относительной погрешности можно нормировать по более сложным формулам или даже в форме графиков или таблиц. Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются относительной погрешностью по одночленной формуле (1.24), присваивают классы точности, выбираемые из ряда чисел р и равные соответствующим пределам в процентах. Так, для средства измерений с 5 = 0,002 класс точности обозначается 0,2. Если пределы допускаемой основной относительной погрешности выражаются двухчленной формулой, то класс точности обозначается как c/d, где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный прибор класса точности 0,02/0,01 характеризуется пределами допускаемой основной относительной погрешности, %:  Классы точности обозначаются римскими цифрами или буквами латинского алфавита для средств измерений, пределы допускаемой погрешности которых задаются в форме графиков, таблиц или сложных функций входной, измеряемой или воспроизводимой величины. К буквам при этом допускается присоединять индексы в виде арабской цифры. Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Недостатком такого обозначения класса точности является его чисто условный характер. В заключение данного раздела следует отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений само по себе не может обеспечить единства измерений. Для достижения единства измерений необходима регламентация самих методик проведения измерений. Занятие №12 Тема 2.8 Государственный метрологический контроль и надзор 1. Сферы распространения метрологического контроля и надзора, установленные Законом РФ №102 “Об обеспечении единства измерений”. Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) осуществляется ГМС с целью проверки соблюдения правил законодательной метрологии — Закона об обеспечении единства измерений, государственных стандартов, правил по метрологии и других НД. Объектами ГМКиН являются: средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений, количество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии (рис. 11). Основными целями закона "Об обеспечении единства измерений", принятого в 2008 г., являются: • установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации; • регулирование отношений государственных органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений; • защита прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики России от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; • содействие прогрессу на основе создания и применения государственных эталонов единиц ФВ; • гармонизация российской системы измерений с мировой практикой. Закон закрепляет ряд основных понятий метрологии. Одним из главных является единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Кроме этого, в Законе даны определения таких понятий, как средство измерений, эталон, единицы величины, метрологическая служба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средства измерения, сертификат об утверждении типа средств измерений, аккредитация на право поверки средств измерений, лицензия на изготовление (ремонт, продажу, прокат) средств измерений, сертификат о калибровке. Приведенные определения соответствуют специальной терминологии Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) осуществляется ГМС с целью проверки соблюдения правил законодательной метрологии — Закона об обеспечении единства измерений, государственных стандартов, правил по метрологии и других НД. Объектами ГМКиН являются: средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений, количество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии (рис. 11). В соответствии со ст. 1 вышеназванного Закона ГМКиН распространяется на строго ограниченные сферы (их 17), объединенные в 10 направлений: 1) здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности; 2) торговля и товарообменные операции, выполнение работ по расфасовке товаров; 3) государственные учетные операции; 4) обеспечение обороны государства; 5) геодезические и гидрометеорологические работы; 6) банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции; 7) осуществление мероприятий государственного контроля (надзора); 8) оценка соответствия промышленной, а также иной продукции и объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям; 9) измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитража, других органов государственного управления; 10) регистрация национальных и международных спортивных рекордов. Анализируя указанный перечень, следует отметить следующее: перечень возглавляют непроизводственные сферы, недостоверность измерений в этих сферах может иметь очень серьезные последствия — угрозу безопасности людей (здравоохранение, охрана окружающей среды), а также большие финансовые потери (торговые, банковские операции) для населения и страны в целом. (Привести пример о хакерах, делающих отчисления «очень маленьких процентов» от любой операции, проводимой банком, и получающих от этого свой кусок хлеба с маслом). Примерами СИ, являющимися объектами ГМКиН, являются: в здравоохранении — средства измерения кровяного давления, медицинские термометры, аналитические весы, шприцы, камеры и приборы счета клеток, средства взвешивания; области охраны окружающей среды, обеспечения безопасности труда — дозиметры при контроле уровня радиации, шумомеры, шинные манометры для автомобилей, приборы для измерений содержания окиси углерода в выхлопных газах автомобилей; сфере торговых операций — СИ для контроля количества товара, в частности длины (жесткие и гибкие метры, измерительные ленты, штангенциркули, микрометры), площади (планиметры и мерильные машины для измерения площади поверхностей), объема (бутыли и бочки с указанием номинального объема, колбы, мерники, мерные цилиндры, градуированные пробирки, пипетки), массы (гири и весы различных типов), температуры (термометры). Нужно иметь в виду, что СИ одного и того же назначения могут быть и не быть объектом ГМКиН. Например, СИ длины на национальных и международных соревнованиях являются объектом ГМКиН, а на рядовых работах на садовом участке не являются. Прибор для измерения давления в промышленных установках (манометр) является объектом ГМКиН, если используется для контроля давления в паровом котле, и не является объектом в резервуарах, работающих под низким давлением, так как неточные измерения в последнем случае не будут причиной аварийной ситуации. По мнению ряда метрологов-прикладников (В.А. Брюханов и др.), перечень СИ, подпадающий под ст. 1, является необоснованно расширенным, так как охватывает 70—80% всех измерений в народном хозяйстве. «Избыточность» перечня серьезно усложняет задачу исполнения закона. Ни в одной промышленно развитой стране государство не берет под свой контроль столь объемную часть измерений. Так, в Германии ГМК и Н охвачено не более 20—25% СИ. 2. Виды и характеристики государственного метрологического контроля: утверждение типа средств измерений, поверка средств измерений, лицензирование деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату СИ. Законом об обеспечении единства измерений предусмотрено три вида контроля и три вида надзора. Государственный метрологический контроль включает: утверждение типа средств измерений; поверку средств измерений, в том числе эталонов; лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению и ремонту средств измерений. Государственный метрологический надзор осуществляется: за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;  количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций; количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. Утверждение типа СИ необходимо для новых марок (типов) СИ, при выпуске из производства или ввозе по импорту. Указанная процедура предусматривает обязательные испытания СИ, принятие решения об утверждении типа, его государственную регистрацию, выдачу сертификата об утверждении типа. Испытания СИ проводятся государственными научными метрологическими центрами, аккредитованными в качестве государственных центров испытаний СИ (ГЦИ СИ). Решением Ростехрегулирования в качестве ГЦИ СИ могут быть аккредитованы специализированные организации вне системы Ростехрегулирования. Например, ряд СИ медицинского назначения проходят в ГЦИ системы Минздрава России. Испытания проводят по утвержденной программе, которая может предусматривать определение метрологических характеристик конкретных образцов СИ и экспериментальную апробацию методики поверки. Положительные результаты испытаний являются основанием для принятия агенством Ростехрегулирование решения об утверждении типа СИ, которое удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип СИ вносится в Государственный реестр, который ведет Ростехрегулирование. На СИ утвержденного типа и эксплуатационные документы, сопровождающие каждый экземпляр, наносится знак утверждения типа установленной формы (рис. 12, а).
 Рис. 12. Знаки в метрологии: а — знак утверждения типа СИ; б — поверительное клеймо; в — знак системы добровольной сертификации СИ При истечении срока действия сертификата, наличии информации от потребителей об ухудшении качества СИ, при внесении в их конструкцию или технологию изготовления изменений, влияющих на нормированные метрологические характеристики, проводятся испытания на соответствие СИ утвержденному типу. Если СИ изготавливаются или ввозятся из-за рубежа в единичных экземплярах, то процедура утверждения типа проводится по упрощенной схеме. В соответствии с международными соглашениями, заключенными Россией с другими странами, бывшим Госстандартом было принято решение о признании результатов испытаний при утверждении типа СИ, что является основанием для внесения типа импортируемых СИ в Государственный реестр и их применения в Российской Федерации. Информация об утверждении типа СИ и решение об его отмене публикуются в официальных изданиях агентства Ростехрегулирование. Информационное обслуживание заинтересованных юридических и физических лиц данными об утвержденных типах СИ осуществляется ВНИИ метрологической службы Ростехрегулирования. Информация об утверждении типа и решение о его отмене оперативно публикуются в журнале «Измерительная техника». Осуществляется также официальное издание описаний утвержденных типов СИ, что позволяет ЦСМ иметь достоверную информацию и использовать ее при выполнении надзорных функций. Как факт успешной реализации Закона об обеспечении единства измерений можно расценивать динамику роста числа утверждаемых в России типов СИ: в 1993 г. — 275, в 1994 г. — 579, в 1995 г. — 631, в 1996 г. — 828, в 1997 г. — 1026, в 1998 г. — 1200. Около половины этого числа — СИ отечественного производства. В 2002 г. было утверждено 1850 новых типов СИ, в том числе 828 типов иностранного производства. Поверка СИ. СИ, подлежащие ГМКиН, подвергаются поверке органами ГМК при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. В отличие от процедуры утверждения типа, в которой участвует типовой представитель СИ, поверке подлежит каждый экземпляр СИ. Согласно законодательству РФ допускается продажа и выдача напрокат только поверенных СИ. Перечни групп СИ, подлежащих поверке, утверждаются Ростехрегулированием. Развернутые перечни СИ, подлежащие поверке, составляют юридические и физические лица — владельцы СИ*. Правильность указанных перечней контролируется органами ГМС. Анализ (проведенный ВНИИ метрологической службы) сфер распространения ГМКиН показал, что более 50% парка СИ должны подвергаться поверке. Учитывая, что на территории РФ эксплуатируется около 1,5 млрд СИ, ежегодная потребность в поверке составляет 150 - 200 млн единиц СИ. Положение осложняется тем, что в последнее время этот парк интенсивно пополняется новыми типами приборов, используемых в сфере ГМКиН, — электрическими и газовыми счетчиками, бытовыми счетчиками холодной и горячей воды, теплосчетчиками и т.п. Поэтому органы ГМС не в состоянии обеспечить поверку только своими силами. По решению Ростехрегулирования право поверки может быть предоставлено аккредитованным МС юридическим лицам. Занятие №13 Тема 2.9 Система обеспечения единства измерений Под единством измерений понимают состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и они обеспечиваются с помощью единообразных средств измерений (СИ), а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Как таковое, понятие «единство измерений», очень емкое. Оно охватывает ряд важнейших задач практической метрологии: унификацию единиц физических величин, разработку систем воспроизведения величин и передачу их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью и т. Д. Единство измерений должно обеспечиваться при любой точности измерений, необходимой в практической метрологии. На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений направлена деятельность государственных и ведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленными правилами, требованиями, нормами и порядками. Для обеспечения единства измерений реализуют следующие научно-технические, методические и административные мероприятия: Использование законодательно установленной системы единиц физических величин, разрешенных для применения. Разработка и применение эталонов единиц физических величин, воспроизводящих единицы в соответствии с их определением. Использование только аттестованных данных о физических константах и физико-химических свойствах материалов и веществ. Государственные испытания при разработке, выпуске и импорте приборов. Периодическая поверка находящихся в обращении средств измерений. Изъятие из обращения неисправных приборов. Руководит деятельностью метрологической службы Российской Федерации и ее координирует Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (в него 30 июня 2004 г. Преобразован Госстандарт России). К субъектам метрологии относятся: Государственная метрологическая служба Российской Федерации (ГМС), Meтрологические службы (МС) федеральных органов власти и юридических лиц и международные метрологические организации. Общие требования и основные метрологические правила установлены законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений». Конкретные метрологические нормы и правила изложены и нормативных документах (стандартах, правилах, рекомендациях и пр.). Комплекс стандартов и нормативных документов, обеспечивающий достижение и поддержание единства измерений, составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ), технической основой которой является государственная эталонная база. Эталонная база Российской Федерации состоит из 1176 государственных первичных и специальных эталонов. Для проверки соблюдения метрологических правил и норм ГМС осуществляет государственный метрологический контроль и надзор. Объектами государственного метрологического контроля и надзора являются: средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений, качество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии. Государственный метрологический контроль и надзор обеспечивает утверждение типа средств измерений, поверку средств измерений, лицензирование юридических и физических лиц, занимающихся изготовлением, ремонтом, продажей и прокатом средств измерений. ГМС осуществляет контроль и надзор за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками измерений, эталонами, соблюдением метрологических правил и норм. Государственные органы управления Российской Федерации, а также юридические и физические лица, виновные в нарушении метрологических норм и правил, изложенных в законах РФ «О техническом регулировании» и «Об обеспечении единства измерений», несут уголовную, административную или гражданско-правовую ответственность в соответствии с действующим законодательством. Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установочных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Воспроизведение единицы физической величины – совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей точностью посредством государственного эталона. Различают воспроизведение основной и производной единиц. Воспроизведение основной единицы производят путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии определением единицы. Осуществляют такое воспроизведение с помощью национальных первичных эталонов. Например, единица массы – 1 килограмм (точно) воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное знач нанесение отметок на шкалу, соответственно показаниям образцового средства измеренияВоспроизведение производной единицы – определение значения физической величины в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведение единицы силы – Ньютона – осуществляется на основании известного уравнения механики F=mg, где m – масса тела; g – ускорение свободного падения. Передача размера единицы – приведение размера единицы величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передают «сверху вниз» – от более точных средств измерений к менее точным. Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. Хранение эталона единицы физической величины предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживать метрологические характеристики эталона в установленных пределах. При хранении первичного эталона выполняются регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера. Поверка – это операция, заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при проверке СИ, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого СИ с более точным СИ – рабочим эталоном. Поверочная схема – нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и который утвержден в установленном порядке Градуировка средств измерений 1 кг. Эталоны единиц физических величин Эталон – средство измерения (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы физической величины с наивысшей точностью для данного уровня развития измерительной техники с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы физической величины в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок. Сличаемость – возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерений. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результате сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличений. Различают следующие виды эталонов: первичный – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране точностью. Первичные эталоны – уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений; специальный – обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью неосуществима и служит для этих условий первичным эталоном; государственный – первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны. Государственные эталоны подлежат периодическим сличениям с государственными эталонами других стран. Вторичный эталон – хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей физической величины. По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие: эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создается в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он не всегда является его физической копией; эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (например, международные сличения эталонов); эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель; рабочий эталон – применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Погрешности государственных первичных и специальных эталонов характеризуются неисключенной систематической погрешностью, случайной погрешностью и нестабильностью. Неисключенная систематическая погрешность описывается границами, в которых она находится. Случайная погрешность определяется средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений при воспроизведении единицы с указанием числа независимых измерений. Нестабильность эталона задается изменением размера единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, за определенный промежуток времени. Оценки погрешностей вторичных эталонов характеризуются отклонением размеров хранимых ими единиц от размера единицы, воспроизводимой первичным эталоном. Рабочие эталоны при необходимости подразделяют на 1-й, 2-й и последующие разряды, определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. При этом рабочие средства измерений 1-го разряда считаются исходными и подлежат поверке непосредственно по рабочим эталонам 1-го разряда. Рабочие средства измерений 2-го, 3-го и последующих разрядов являются подчиненными и подлежат поверке по рабочим эталонам 1-го, 2-го и последующих разрядов соответственно. Различным видам измерений, исходя из требований практики и уровня точности измерений, устанавливают различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых соответствующими стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.  Занятие №14 |
