Конспект. Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций. Лекция 1 Общие вопросы стандартизации, метрологии и сертификации
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ» ЛЕКЦИЯ № 1 Общие вопросы стандартизации, метрологии и сертификации Динамичное развитие экономики России невозможно без повышения конкурентоспособности отечественных товаров и услуг, как на внутреннем, так и на внешнем рынке. Ориентация только на ценовую конкуренцию в современных условиях решающего успеха уже не гарантирует. Определяющим для потребителей во всех странах мира стало качество. Очевидно, что производители должны знать требования, предъявляемые к качеству выпускаемых ими товаров, изучать их. Эти требования, как правило, не одинаковы для различных групп потребителей и отличаются в зависимости от покупательной способности населения уровня конкуренции, климатических условий, культурных традиций и многих других факторов. А это означает, что качеством продукции и услуг необходимо управлять, уметь количественно оценивать и анализировать их показатели, варьировать влияющими на них процессами. Дисциплина, читаемая мною, помогает вам изучить основы теории и практики метрологии, системы метрологического обеспечения, стандартизации и сертификации. Метрология – наука об измерениях, а измерение – один из важнейших путей познания. Они играют огромную роль в современном обществе. Наука, промышленность, экономика и коммуникация не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения качества и технического уровня выпускаемой продукции, безопасной и безаварийной работы транспорта, обоснования медицинских и экологических диагнозов, анализа информационных потоков. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Для их получения влечены миллионы людей и большие финансовые средства. Примерно 15% затрат общественного труда расходуется на проведение измерений. По оценкам экспертов, от 3 до 9% валового национального продукта передовых индустриальных стран приходится на измерения и связанные с ними операции. На современном этапе развития мирового сообщества, характеризующегося высокими темпами интенсификации производства, применением взаимосвязанных систем машин и приборов, использованием широкой номенклатуры веществ и материалов, значительно возросли требования к специалистам в области стандартизации. В этих условиях роль стандартизации, как важнейшего звена в системе управления техническим уровнем и качеством продукции и услуг на всех этапах научных разработок, проектирования, производства, эксплуатации и утилизации имеет первостепенное значение. Стандартизация изучает вопросы разработки и применения таких правил и норм, которые отражают действие объективных технико-экономических законов, играют большую роль в развитии промышленного производства, вносят значительный вклад в рост общественного богатства; способствует улучшению использования основных фондов, природных богатств. Стандартизация имеет непосредственное отношение к совершенствованию управления производством, повышению качества всех видов товаров и услуг. Большое значение для регулирования механизмов рыночной экономики приобрела сертификация. Для многих видов продукции и процессов она стала обязательной. Сертификация рассматривается как официальное подтверждение соответствия стандартам и во многом определяет конкурентоспособность продукции. На лекциях по сертификации рассматриваются средства и методы проведения работ по различным видам сертификации. В последние годы к традиционно широко практикуемой сертификации продукции добавились сертификация услуг в торговле, туризме, бытовом обслуживании и даже в сфере образования. Активно развивается сертификация систем качества и экологического управления предприятий на соответствие стандартам серии ИСО 9000 и ИСО 14000, а также сертификация персонала. Рис.1. Триада методов и видов деятельности по обеспечению качества Сущность и содержание метрологии Метрология – от греч. «метрон» – мера, «логос» – учение – наука об измерениях, методах и средствах достижения требуемой точности. РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения». Предметом метрологии является изучение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Метрология делится на три раздела, основным из которых является «Теоретическая метрология», занимающаяся изучением фундаментальных вопросов теории измерений (основные представления метрологии – основные понятия и термины; учение о физ. величинах; теория физ. величин; средства измерений; теория погрешностей и т.д.). Второй раздел – прикладная (практическая) метрология – посвящен изучению вопросов практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. В ее ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения. Законодательная метрология рассматривает установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц ФВ, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений в интересах общества. Основное понятие метрологии – измерение. Согласно РМГ 29-99 измерение ФВ – это совокупность операций по применению технических средств, хранящих единицу ФВ, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины. Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом. Философский аспект состоит в том, что измерения являются важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. Научный аспект измерений состоит в том, что посредством измерений в науке осуществляется связь теории и практики. Без измерений невозможна проверка научных гипотез и соответственно развитие науки. Измерение обеспечивает получение количественной информации об объекте управления или контроля, без которой нельзя точно воспроизвести все заданные условия технического процесса, обеспечить высокое качество изделий и эффективного управления объектов. Все это составляет технический аспект измерений. Понятие о физической величине. Классификация физических величин. Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обуславливает его различие или общность с другими объектами (явлениями процессами) и обнаруживается в его отношении к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величина. Величина – это свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. Классификация величин – два вида: величины материального вида (реальные) и величины идеальные, которые относятся главным образом к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические. Физическая величина в самом общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных науках (физика, химия) и технических науках. К нефизическим величинам следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т.п. Документ РМГ 29-99 трактует физическую величину как одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них (в том, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше чем для другого). Например, прочность, масса и т.д. Так свойство прочность в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань и многие другие, в то время как степень прочности у них разная. Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность ведения и использования таких единиц является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Под оцениванием понимается операция приписывания данной величины определенного числа, проводимая по установленным правилам. Оценивание величины осуществляется при помощи шкал. Шкала величины – упорядоченная совокупность значений величины, служащая исходной основой для измерения данной величины. Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Следует отметить, что оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии. 1. По видам явлений ФВ делятся на: − Вещественные, т.е. величины, описывающие физические и физико- химические свойства веществ, материалов и изделий из них. К этой группе относятся масса, плотность, эл. сопротивление, емкость, индуктивность и др. Для их измерения необходимо использовать вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. При этом пассивные ФВ преобразуются в активные, которые и измеряются. − Энергетические, т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. К ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия. Эти величины называют активными. Они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии. − Характеризующие протекание процессов во времени. К этой группе относятся различного вида спектральные характеристики, корреляционные функции и другие параметры. 2. По принадлежности к различным группам физических процессов ФВ делятся на: пространственно-временные, механические, электрические, магнитные, тепловые, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики. 3. По степени условной независимости от других величин данной группы все ФВ делятся на основные (условно-независимые), производные (условно зависимые) и дополнительные. В настоящее время в системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. К дополнительным ФВ относится плоский и телесный углы. 4. По наличию размерности ФВ делятся на размерные, т.е. имеющие размерность и безразмерные. Теоретические основы технических измерений Вспомним, что является основным объектом измерения в метрологии? – физическая величина. Общая характеристика объектов измерений Физическая величина применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов), которые изучаются в любых науках. Существуют основные и производные величины. Величины, характеризующие фундаментальные свойства материального мира, являются основными. ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин» устанавливает 7 основных физических величин: − Длина; − Масса; − Время; − Термодинамическая температура; − Количество вещества; − Сила света; − Сила электрического тока. С помощью этих физических величин создается все многообразие производных величин и описывается любое свойство физических явлений. Измеряемые физические величины имеют качественную и количественную характеристики. Как можно качественно различать измеряемые физические величины? – размерностью. Согласно международному стандарту ИСО – размерность обозначается символом dim -(dimension). Размерность основных физических величин – длины, массы и времени обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l = L; dim m = M; dim t = T. Размерность производной физической величины выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена: dim X = L α ∙ M β ∙ T γ ..., где L, M, T ... – размерности основных соответствующих физических величин. α, β, γ ... – показатели размерности (могут быть целыми, дробными, равными нулю или отрицательными). Если α, β, γ = 0, то величина будет безразмерной. Величина может быть относительной (диэлектрическая проницаемость – это отношение одноименных величин), может быть логорифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжения). Итак, качественная характеристика измеряемой величины – размерность. Количественная характеристика измеряемой величины – размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения. Простейший способ получения информации о размере ФВ – сравнение его с другим. Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Фиксированные точки являются опорными (или реперными). Точкам шкалы могут быть присвоены цифры, называемые баллами. Например, знания оцениваются по четырехбальной реперной шкале – отлично, хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно. По реперным шкалам измеряются чувствительность пленок, твердость минералов, международная сейсмическая шкала – интенсивность землетрясений. К шкалам порядка относится шкала Мооса для определения твердости минералов, которая содержит 10 опорных (реперных) минералов с различными условными числами твердости: тальк – 1; гипс – 2; кальций – 3; флюорит – 4; апатит – 5; ортоклаз – 6; кварц – 7; топаз – 8; корунд – 9; алмаз – 10. Отнесение минерала к той или иной градации твердости осуществляется на основании эксперимента, который состоит в том, что испытуемый минерал царапается опорным. Если после царапанья испытуемого минерала, например, кварцем (7), на нем остается след, а после ортоклаза (6) – не остается, то твердость испытуемого минерала составляет более 6, но менее 7. Более точного ответа в этом случае дать невозможно. Недостаток реперных шкал – неопределенность интервалов между реперными точками. Шкала интервалов (шкала разностей). Эти шкалы являются дальнейшим развитием шкал порядка и применяются для объектов, свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности. Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало – нулевую точку. К таким шкалам относится летоисчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово и т.д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов. На шкале интервалов определены действия сложения и вычисления интервалов. Действительно, по шкале времени интервалы можно суммировать или вычитать и сравнивать, во сколько раз один интервал больше другого, но складывать даты каких-либо событий бессмысленно. Шкала отношений. Пример температурная шкала Кельвина. Начало отсчета – абсолютный нуль температуры, когда прекращается тепловое движение молекул. Вторая реперная точка – температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал между этими реперами равен 273,16°С. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз больше или меньше. Шкала наименований (шкала классификаций) – это своего рода качественная, а не количественная шкала. Она не содержит нуля и единиц измерения. Шкалы наименований являются атласами цветов. Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей. Один и тот же размер может быть представлен по разному. Длина перемещения L = 1 м = 100 см = 1000 мм – это три значения измеряемой величины являются оценками размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Это отвлеченное число называется числовым значением. В нашем примере это 1, 100, 1000. Чтобы получить значение физической величины ее измеряют или вычисляют согласно основного уравнения измерения Q = X ∙ [Q] где Q – значение измеряемой физической величины; X – числовое значение измеряемой величины (в принятой единице); [Q] – выбранная для измерения единица измерения. Пример: необходимо измерить отрезок прямой в 10 см с помощью линейки (имеющий деления в см или мм). Q 1 = 10 см при X 1 = 10 [Q 1 ] = 1 см, Q 2 = 100 мм при X 2 = 100 [Q 2 ] = 1 мм. Числовое значение результата измерения изменилось, т.к. применили различные единицы (1 см и 1 мм), но длина отрезка прямой (размер его физической величины) не изменился. Виды и методы измерений. Цель измерения – получение значения этой величины в форме, удобной для пользования. Измерения классифицируются: − По характеристикам точности – равноточные (ряд измерений какой- либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений (СИ) и в одних и тех же условиях), неравноточные (выполнены несколько различными по точности СИ и в несколько различных условиях); − По числу измерений в ряду измерений – однократные, многократные; − По отношению к изменению измеряемой величины: − Статические - измерение неизменной во времени физической величины, например, измерение размеров земельного участка; − Динамические – измерение изменяющейся по размеру физической величины, например, измерение переменного напряжения электрического тока. − По выражению результата измерений: − Абсолютные – измерения, основанные на прямых измерениях величин и использовании значений физических констант (F= mg); − Относительные – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы. − По общим приемам получения результатов измерений: − Прямые - искомое значение получают непосредственно, например, масса на весах; − Косвенные. Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. По общим приемам получения результатов измерений различают: прямой метод измерений и косвенный метод измерений. − По условию измерения – контактный и бесконтактный метод. − Контактный – чувствительный элемент прибора приводится в контакт с объектом измерения (измерение температуры тела термометром); − Бесконтактный – измерение расстояния до объекта, например, радиолокатора. Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей различают: − Методы непосредственной оценки – определяют значение величины непосредственно по отчетному устройству показывающего СИ (вольтметр). Мера, отражающая единицу измерения, в измерении не участвует. Ее роль играет шкала, проградуированная при производстве СИ; − При методе сравнения с мерой, измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешивающими гирями). |