Тема 1.5. Основи метрології

Питання 1. Історія розвитку метрології. Мета і завдання метрології

Література: 2, с. 82 - 86; 3, с. 112 - 126.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

При вивченні цього питання необхідно звернути увагу на те, що метрологія як наука охоплює усі проблеми, пов'язані з вимірюванням. Метрологія - це наука про міри та вимірювання. Вона прийшла до нас із досвіду предків і пройшла великий шлях від науки порівнювального опису мір до науки, яка визначає характер сучасного науково-технічного прогресу.

Згідно з ДСТУ 2681, метрологія - це наука про вимі­рювання, методи, засоби забезпечення їх єдності та способи до­сягнення визначеної точності.

Метрологія як наука охоплює певне коло проблем:

• створення загальної теорії вимірювання;

• визначення фізичних констант і фізико-хімічних вла­стивостей речовин та отримання стандартних зразків цих вла­стивостей;

• розробка стандартних методів і засобів випробувань і контролю;

• розробка основ забезпечення єдності вимірювань.

У розвитку вітчизняної метрології виділяють кілька етапів.

Перший етап - період від стихійного зародження метро­логічної діяльності до створення єдиних еталонів. Він охоплює великий проміжок часу, аж до 1892 р. Для цього періоду характерна централізація метрологічної діяльності, участь учених у роботі міжнародних метрологічних організацій.

Другий етап називають Менделєєвським етапом. Він охоплює проміжок часу від 1892 р. до 1917 р. У цей період в Росії, а також в Україні впроваджується метрична система мір. У 1892 р. Депо зразків мір і ваг очолює Д.І. Менделєєв, який доклав немало зусиль для впровадження метричної системи мір.

У 1903 р. Депо перетворено в Головну палату мір і ваг, яка стала однією із перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю.

Заслуги Д.І. Менделєєва в галузі метрології визнані вченими усього світу. Під його керівництвом були поновлені російські міри і створена система еталонів: розроблені порівнювальні таблиці російських метричних і англійських мір, почала утворюватися Державна метрологічна служба; здійснено цілий ряд наукових досліджень у галузі метрології. З 1899 р. почали виробляти лінійки з метрологічними нормативами, які знайшли широке використання в різних галузях.

Третій етап розвитку метрології охоплює період з 1918 р. до 1945 р. і називається нормативним етапом. У цей період створюється нормативно-технічна документація з метрології різного рівня, уся інформація зосереджується в Головній палаті мір і ваг; здійснюється комплекс заходів щодо створення Державної метрологічної системи мір. Впровадження міжна­родної метричної системи мір було пов'язано з проведенням метричної реформи, яка здійснювалася в країні протягом дев'яти років.

Період з 1945 р. до 1980 р. належить до четвертого етапу розвитку метрології. Цей етап характеризується інтенсивним розвитком метрологічної діяльності: розробляється і впровад­жується ДСС, аналізується накопичений досвід у галузі метро­логічної науки, переглядається нормативна документація і розробляються нові стандарти на методи контролю, вимірю­вальну техніку. З 1963 р. міжнародна система одиниць фізичних величин почала впроваджуватись як обов'язкова в усіх галузях науки, техніки та в народному господарстві. У 1967 р. відбу­вається зародження кваліметрії. Відмінною особливістю четвер­того етапу є повсюдне впровадження стандартизації як головної організаційно-правової форми забезпечення єдності вимірюван­ня в країні.

На п'ятому етапі розвитку метрології, який охоплює 1980 - 1991 рр., приділяється значна увага проблемам вимірю­вання якості продукції. У цей період розвивається кваліметрія як розділ метрології, що вивчає питання, пов'язані з вимірюванням якості продукції. Метрологічні методи починають впроваджу­вати і використовувати при управлінні якістю продукції, вимірюванні нефізичних величин.

Розвиток метрології з 1992 р і до наших днів є шостим етапом розвитку метрології. Він пов'язаний зі створенням національної метрологічної системи, еталонної та вимірю­вальної бази. Здійснюється удосконалення кваліметрії, зароджу­ється і впроваджується система відповідності продукції (сертифікації). Метрологічна наука спрямована на удоскона­лення стандартизації й управління якістю продукції в незалежній Україні.

Еталонна база України нараховує 31 державний еталон одиниць вимірювань фізичних величин, у тому числі таких, як маса, довжина, температура, сила світла, час і частота, тиск, прискорення сили ваги, об'єм і об'ємна витрата газу, молярна частка компонентів у газових середовищах, електричний опір, магнітна індукція тощо та 52 робочих еталони. В основу більшості еталонів, що розробляються, закладені нові технічні рішення.

Еталонна база України дозволяє підрозділам Державної метрологічної служби забезпечувати державну повірку понад 99 %, тобто майже 12 млн. засобів вимірювальної техніки, що експлуатуються в Україні та підлягають державній повірці.

З метою удосконалення законодавчої бази з метрології та гармонізації її з міжнародними нормами прийнято Закон України "Про метрологію і метрологічну діяльність" від 11.02.98 № 113/98-ВР зі змінами і доповненнями. Вінвизначає правові основи забезпечення єдності вимірювань в Україні, регулює відносини у сфері метрологічної діяльності та спрямований на захист громадян і національної економіки від наслідків недостовірних результатів вимірювань. Закон сприяє економічній незалежності нашої держави, науково-технічному прогресу в економіці країни, підвищенню рівня метрологічного забезпечення промисловості, науки, оборони, охорони здоров'я, безпеки праці та інших сфер життєдіяльності нашого суспільства.

Запитання для самоперевірки

1. Які проблеми охоплює метрологія як наука?

2. Роль метрології в народному госпо­дарстві?

3. Основні завдання метрології?

4. Які основні етапи розвитку метрології?

5. Основні напрями діяльності Держспоживстандарту Укра­їни в галузі метрології?

6.Яка мета прийняття Закону України "Про метро­логію і метрологічну діяльність"?

Питання 2. ДСТУ 2681-94 "Державна сис­тема забезпечень єдності вимірювань. Метрологія. Терміни та визначення". Види метрологічної діяльності

Література: 1, с. 86 - 91; 2, с. 179 - 191.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

При вивченні цього питання необхідно звернути увагу на те, що метрологія оперує рядом термінів, які встановлені ДСТУ 2681-94 "Державна система забезпечення єдності вимірювань. Метрологія. Терміни та визначення". Цей стандарт встановлює обов'язкові для використання терміни в усіх видах нормативної документації, науково-технічній, навчально-методичній літера­турі, що належить до метрології та метрологічного забезпе­чення, а також робіт зі стандартизації або при використанні результатів цих робіт, включаючи програмні засоби для комп'ютерних систем.

Під єдністю вимірюваньрозуміється такий стан вимірювання, згідно з яким його результати виражені в узаконених одиницях, і похибки вимірювання відомі з заданою ймовірністю. Єдність вимірювань забезпечується шляхом вико­ристання і вираження результатів в одиницях системи СІ. Потреба єдності вимірювання в країні, а також у світі, пов'язана з можливістю зіставлення результатів вимірювань, виконаних у різних місцях, у різний час з використанням різних методів і засобів вимірювань, а також забезпеченням взаємозамінності продукції, яка виробляється за однаковою технологією.

Нормативною основою метрологічного забезпечення є національні стандарти та інші нормативні документи Державної метрологічної системи України. Організаційна основа забезпе­чення єдності вимірювань - Метрологічна служба України, яка складеться із Центральних органів виконавчої України, яка складається із державної і метрологічних служб центральних органів виконавчої влади підприємств і організацій(відомчих служб).

До основних видів метрологічної діяльності належать:

• аналіз стану вимірювань у країні;

• метрологічне забезпечення підготовки виробництва;

• метрологічна експертиза нормативної документації;

• державні випробування засобів вимірювань;

• метрологічна атестація засобів вимірювання;

• повірка засобів вимірювань.

З усіх видів метрологічної діяльності найважливішу роль в удосконаленні технічних процесів виробництва різних товарів відіграє аналіз стану вимірювань і метрологічне забезпечення підготовки виробництва.

Аналіз стану вимірювань здійснюється з метою вста­новлення відповідності до сучасних вимог науки і техніки за­собів і методів вимірювань, що застосовуються в різних галузях народного господарства. На основі аналізу розробляються заходи щодо вдосконалення метрологічного забезпечення підприємств, оснащення їх сучасними засобами і методами вимірювань, які необхідні для підвищення ефективності виробництва та забезпечення якості продукції.

Загальне методичне керівництво і контроль за прове­денням аналізу метрологічного забезпечення на підприємствах галузі здійснює комісія комісія, яку призначає вище стояча організація. Аналіз обстеження підприємства комісія здійснює за визначеними напрямами.

За результатами аналізу стану вимірювань на підпри­ємстві складається пояснювальна записка з пропозиціями щодо поліпшення метрологічного забезпечення виробництва підпри­ємства.

Метрологічне забезпечення підготовки виробництва — це комплекс організаційно-технічних засобів, спрямованих на визначення з належною точністю характеристик виробів, вузлів, деталей, матеріалів та сировини, технологічних процесів й устаткування, що необхідні у виробництві та дають змогу досягти високої якості продукції і знищити непродуктивні витрати на її розробку та випуск.

Метрологічна експертиза НД включає метрологічну експертизу заявок на розробку нової техніки, технічного завдання (ТЗ), конструкторської і технологічної документації проектів стандартів. Метрологічна експертиза документації (проектів, стандартів) здійснюється шляхом аналізу й оцінки правильності прийнятих у документації технічних рішень щодо реалізації метрологічних норм і правил.

Державні випробування засобів вимірювання спрямовані на забезпечення єдності вимірювань у країні, встановлення раціональної номенклатури та ефективне використання парку засобів вимірювань, а також впровадження у виробництво та випуск засобів вимірювань, які за своїм технічним рівнем та якістю відповідають кращим вітчизняним і зарубіжним зразкам. До серійного виробництва, випуску в обіг і ввезення з-за кордону можуть бути допущені лише ті засоби вимірювання, типи яких пройшли державні випробування і занесені до Державного реєстру.

Метрологічна атестація засобів вимірювань - це дослід­ження засобів вимірювань, що використовуються метроло­гічним органом з метою визначення їх метрологічних власти­востей та видачі відповідного документа із зазначенням отрима­них даних.

Метрологічну атестацію відповідно до ДСТУ 3215 проходять засоби вимірювання, які не підлягають державним ви­пробуванням.

Повірка засобів вимірювання здійснюється з метою забезпечення єдності вимірювань відповідно до еталонів, це ви­значення метрологічними органами похибки засобів та встановлення їх придатності до застосування.

Застосування не повірених засобів вимірювань заборо­нено в Україні. Залежно від того, яка метрологічна служба здійснює повірку засобів вимірювань, вона може бути державною та відомчою.

Поряд із розглянутими видами метрологічної діяльності співробітники Державної метрологічної служби в національному науковому метрологічному центрі ведуть пошук і вивчення нових фізичних явищ та ефектів із метою розвитку еталонної бази країни, підвищення точності та розширення діапазонів відтворення одиниць фізичних величин.

Запитання для самоперевірки

1. Основна мета метрологічного забезпечення єдності вимірювань?

2. Яким документом регламентуються загальні правила і норми метрологічного забезпечення?

3. Перелічіть основні види метрологічної діяльності?

4. З якою метою здійснюється повірка засобів вимірю­вання?

Питання 3. Стандарти Державної системи забез­печень єдності вимірювань (ДСВ), їх основні завдання

Література:2, с. 92, 93,3, с. 191 - 196;

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

При вивченні цього питання необхідно звернути увагу на те, що законодавчою основою сучасних форм Державного метрологічного нагляду є Закон України "Про метрологію та метрологічну діяльність" від 11.02.98 № 113/98-ВР із змінами 2004р, Декрет Кабінету Міністрів України "Про державний нагляд за додержанням стандартів, норм і правил та відповідальність за їх порушення" зі змінами та доповненнями від 08.04.93 № 30-93.

Метою Державного нагляду та відомчого контролю є перевірка додержання вимог Закону "Про метрологію та метрологічну діяльність" та інших нормативно-правових актів України і НД з метрології для забезпечення єдності вимірювань як необхідної умови підвищення ефективності суспільного виробництва.

Державний метрологічний нагляд проводиться у формі:

• державних випробувань засобів вимірювальної техні­ки за ДСТУ 3400;

• державної перевірки засобів вимірювань за ДСТУ 2708;

• державної метрологічної атестації засобів вимірювань за ДСТУ 3215;

• перевірок за станом і правильністю використання засобів та методик вимірювань.

У нормативних документах Державної метрологічної служби виділяють базові та робочі документи. Базові документи чи основоположні стандарти - це стандарти, на основі яких розробляються усі інші нормативні документи для конкретних сфер вимірювань, вимірювальних процесів і засобів вимірювань.

До основоположних (базових) стандартів належать: ДСТУ 2682 "Метрологічне забезпечення", який регламентує організацію метрологічного забезпечення, структуру, завдання державних та відомчих метрологічних служб; ДСТУ 2681 "Метрологія. Терміни та визначення"; ДСТУ 2708 "Метрологія. Перевірка засобів вимірювань. Організація і порядок прове­дення"; ДСТУ 3231 "Метрологія. Еталони одиниць фізичних величин. Основні положення, порядок розроблення, затверд­ження і реєстрації, зберігання та застосування" та ін. До базових НД Державної метрологічної системи України належать міждержавні стандарти класу 8: ГОСТ 8. 381., ГОСТ 8. 061. тощо. Група основоположних стандартів встановлює порядок нормування метрологічних характеристик засобів вимірювань, а саме: ГОСТ 8. 009, ГОСТ 8. 401 тощо.

Для подальшого розвитку метрології, підвищення ефек­тивності науково-дослідних, дослідно-конструкторських і проектних робіт, економії матеріалів та природних ресурсів важливого значення набувають достовірні дані про фізичні константи та властивості речовин і матеріалів. У цій галузі діє наука базових стандартів, наприклад ДСТУ 2568 "Метрологія. Державна служба стандартних довідкових даних України. Основні положення".

Базові чи основоположні стандарти Державної метроло­гічної системи покликані регулювати організаційні принципи і правила використання контрольно-вимірювальної техніки з метою забезпечення єдності та ефективності роботи засобів вимірювань.

Державні стандарти, які встановлюють основні поло­ження і вимоги до окремих об'єктів метрології, належать до робочих документів, які діляться на чотири групи.

1. Стандарти державних еталонів та повірочних схем.

2. Стандарти методів і засобів повірки мір та вимі­рювальних приладів.

3. Стандарти норм точності вимірювань.

4. Стандарти типових методик виконання вимірювань.

Базові та робочі документи складають основу норма­тивної бази системи метрологічного забезпечення народного господарства країни. Положення державних стандартів конкре­тизується з урахуванням вироблюваної продукції, особливостей технологічних процесів і загальної специфіки виробництва у галузевих та відомчих стандартах, методиках, методичних вка­зівках, інструкціях та інших робочих документах, які входять до системи НД з метрологічного забезпечення.

Метрологічне забезпечення економіки України регламен­тується нормативними документами з метрології, фонд яких становить понад 2 тис. документів. До фонду НД з метрології входять ДСТУ, ГОСТ, методичні вказівки, керівні документи, інструкції тощо. Законодавча база метрологічної системи гармонізується з міжнародними нормами.

Діяльність щодо забезпечення функціонування та розвитку Державної метрологічної системи координує Держспоживстандарт України, який приділяє велику увагу міжнародному та між­державному співробітництву з питань метрології.

Міждержавне співробітництво з питань нормативної бази в межах СНД здійснюється за програмами з розробки та пере­гляду нормативної бази основоположних документів, передачі розмірів одиниць фізичних величин від вихідних еталонів, створення та використання стандартних зразків складу, вла­стивостей речовин і матеріалів та інших питань. Міждержавною Радою стандартизації, метрології та сертифікації затверджені наступні правила з міждержавної стандартизації в галузі метрології:

• ПМГ 07-94 - порядок визнання результатів держав­них випробувань і затвердження типу засобів вимірювань;

• ПМГ07-94 - порядок визначення результатів пере­вірки засобів вимірювань;

• ПМГ 08-94 - порядок взаємного визнання акредитації лабораторій, що здійснюють випробування, перевірку або каліб­рування засобів вимірювань;

• ПМГ 15-96 - вимоги до лабораторій неруйнівного контролю та технічної діагностики;

• ПМГ 16-97 - положення про міждержавний стан­дартний зразок складу та властивостей речовин і матеріалів.

Останнім часом активізується розвиток науково-техніч­ного співробітництва з регіональною Організацією державних метрологічних установ центральної та східної Європи -КООМЕТ. Основною формою праці з організаціями країн-членів КООМЕТ є спільне виконання проектів, що дало змогу прискорити створення національної еталонної бази, звірення еталонів і вихідних засобів вимірювань, взаємний обмін інфор­мацією.

Запитаннядля самоперевірки

1. На вимогах яких нормативно-правових документів базується Державна метрологічна система України?

2. Які стандарти належать до основоположних (базових) стандартів?

3. На які групи поділяються робочі документи?

4. Які правила з міждержавної стандартизації затверд­жені в галузі метрології?

5. Хто координує забезпечення функціонування та роз­витку Державної метрологічної системи?

Питання 4. Еталони і зразки засобів вимірювання- національні та міжнародні. Шкала фізичної величини

Література: 1, с. 144 - 147; 2, с. 160 - 168.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

При вивченні цього питання необхідно звернути увагу нате, що еталон- це засіб вимірю­вальної техніки, якій забезпечує відтворення та/обо зберігання одиниці вимірювання одного чи декількох значеньта передачі її розміру іншим засобам, вимірювальної техніки. Еталони, які відтворюють одиницю з найвищою в країні точністю, називають первинними. Еталони, які забезпечують відтворення одиниці в особливих умовах і замінюють у цих умовах первинний еталон, називають спеціальними. Офіційно затверджені як вихідні для країни первинний і спеціальний еталони називають державними.

Кожний еталон складається із відтворювальної частини та пристосування чи обладнання, яке забезпечує знімання і передачу інформації про розміри одиниці.

Для передачі інформації про розміри одиниць викорис­товують вторинні еталони. Вторинні еталони - це еталони, які отримують розмір одиниці шляхом звірення з первинним еталоном, або уразі його відсутності – відповідного еталону іншої держави. Вторинні еталони залежно від призначення поділяють на:

• еталони-копії, призначені для передачі розміру оди­ниць робочим еталонам;

• еталони-передачі, застосовуються для звірення етало­нів, які за тих чи інших обставин не можуть бути безпосередньо звірені один з одним;

• робочі еталони, застосовуються для повірки чи калібрування засобів вимірювальної техніки.

• Калібрування засобів вимірювальної техніки - визначення в певних умовах або контроль метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки.

Зразкові засоби вимірювань - це міри, вимірювальні прилади чи перетворювачі, які використовуються для перевірки чи градуювання за ними інших засобів вимірювань і затверджені в установленому порядку як зразкові. Як зразкові засоби вимірювань використовують тільки ті міри, вимірювальні при­лади і перетворювачі, які пройшли метрологічну атестацію і мають свідоцтво із зазначеними метрологічними параметрами та розряд із загальної перевірочної схеми.

Зразкові засоби вимірювань слугують для передачі роз­міру одиниць від еталона до робочих засобів вимірювань. У по­рядку зниження точності зразкові засоби вимірювань поділяють на розряди: 1, 2, 3 і т. д.

Розряд зразкових засобів вимірювань - це категорія зразкового засобу вимірювань, який віднесено до одного й того самого ступеня перевірочної схеми. Зразкові засоби вимірювань зберігаються і використовуються органами державної та відомчої метрологічних служб.

Повірочна схема - це затверджений у встановленому порядку документ, який визначає засоби, методи і точність передачі розміру одиниці від еталона чи зразкового засобу вимірювання робочим засобам. Перевірочні схеми за їх призначенням поділяють на:

• державні, що регламентують передачу інформації про
розмір одиниць фізичної величини усім засобам вимірювань у
країні (очолює цю схему передачі інформації державний
еталон);

• відомчі, що охоплюють засоби вимірювання, які зна­ходяться в обігу окремого міністерства чи відомства (очолює цю схему передачі інформації робочий еталон);

• локальні, що розповсюджуються на вимірювання, які здійснюють окремі органи метрологічних служб.

Робочі засоби вимірювань використовуються для вимі­рювань, які не пов'язані з передачею одиниць. Робочі вимі­рювальні прилади групуються відповідно до основної допу­щеної похибки, а робочі міри поділяються за класами точності.

Система еталонів включає первинні та спеціальні етало­ни, які пов'язані один з одним і співвідносяться з підлеглими за перевірочною схемою зразковими засобами вимірювань. Число порядків у ланцюгу перевірочної схеми залежить від того, скіль­ки розрізнень у точності вимагається подолати під час передачі розміру від первинного еталона до робочих засобів вимірювань.

Передача розміру одиниць від державного первинного еталона здійснюється еталонами-копіями, а потім через робочі еталони до робочих засобів вимірювання і відбувається за ступенями зразкових мір та вимірювальних приладів. Точність зазначених мір знижується від ступеня до ступеня в 2 - 4 рази. Передача інформації про розміри одиниць від еталонів засобам вимірювань регламентується базовими національними стандар­тами (ДСТУ) та міжнародними (ГОСТ).

Шкала фізичної величини - це послідовний ряд значень однорідних фізичних величин, що присвоєні відповідно до узгоджених правил. Вимірювання в межах шкали звичайно виконується достатньо легко з високою відтворюваністю, тоді як прямі вимірювання з порівнянням еталонів є трудомісткі, а у деяких випадках - недостатньо надійні й точні.

Запитання для самоперевірки

1. Які еталони називаються первинними?

2. Які еталони належать до еталонів-копій?

3. Значення зразкових засобів вимірювань.

4. Призначення спеціальних еталонів.

5. Що включає система еталонів?