Основы метрологии

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрология делится на три раздела:

-Теоретическая метрология – раздел метрологии, который занимается разработкой фундаментальной основы метрологии, созданием единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений;

-Законодательная метрология – устанавливает государственные требования к допускаемым к применению в государстве единицам измерений, методам измерений, средствам измерений и измерительным лабораториям:

-Прикладная метрология занимается практическим применением разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии в различных сферах деятельности.

Единство измерений – это состояние измерений, характеризующиеся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах величин и погрешность измерений находится в установленных границах с заданной вероятностью [kql]

Модуль 1 Метрология

[ql]Тема 2. Метрология как деятельность[:]

План лекции (1 час)

1. Развитие метрологии от поверочной деятельности до деятельности по обеспечению средства измерений в Республике Казахстан

2. Роль метрологии в науке и производстве

3. Объекты метрологии и их характеристика

4. Цели и задачи метрологии

В 2008 году метрология Казахстана отметила 85 летний юбилей

Краткие сведения из истории развития метрологии.

Метрология – наука об измерениях, методах и способах обеспечения единства и требуемой точности измерений. Нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни использовались результаты измерений. Затраты на обеспечение и проведение измерений составляют примерно 20% общих затрат на производство продукции.

Метрология как наука и область практической деятельности зародилась в древности. Наименование единиц и их разделов в древние времена давались чаще всего в соответствии с возможностью определения их без специальных устройств, т.е. ориентировались, что было под рукой. (пядь, локоть.)

Пядь- прямая между концами вытянутых большого и указательного пальцами взрослого человека. Локоть –от локтевого сгиба до конца среднего пальца вытянутой руки.

При Петре 1 –сажень = 7 английских фунтов. В 1835 году Николай 1 в «Указе правительственному сенату» утвердил сажень основной мерой длины, за единицу массы –фунт =409,51241 грамма; аршин-0,7112 метра; верста-

В 1736 году сенат образовал комиссию мер и весов, которая должна была разработать эталонные меры и проект указа по организации поверочного дела в России. В 1841 году при Петербургском монетном дворе было организовано ДЕПО образцовых мер и весов - первое государственное поверочное учреждение. В эти годы в России были заложены основы единой государственной метрологической службы.

Важным этапом в развитии метрологии явилось подписание Россией метрической конвенции 20 мая 1875 года, в этом же году была создана Международная организация мер и весов (МОМВ) с центром во Франции город Севр. В 1889 году в Депо образцовых мер и весов поступили эталоны килограмма и метра. В 1893 году в Петербурге на базе Депо была образована Главнгая палата мер и весов, которую до 1907 года возглавлял великий ученый Д. И. Менделеев. В это время проводились глубокие метрологические исследования. Менделеевым была организована сеть поверочных палаток , осуществляющих поверку, клеймение и ремонт мер и весов, контроль за правильным применением. В 1900 году в Москве был открыт Всероссийский научно - исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС). В 1918 году был принят декрет «О введении международной метрической системы». В 1930 произошло объединение метрологии и стандартизации. В 1954 году образован Комитет стандартов, мер и измерительной приборов при Совете Министров СССР ( Госстандарт СССР).

После распада СССР управление метрологической службой в Казахстане стало осуществлять Государственный комитет республики Казахстан по стандартизации, метрологии и сертификации.

2.Роль метрологии в науке и производстве

С помощью измерений получают информацию о состоянии производственных, экономических и социальных процессов.

Измерительная информация служит основой для принятия решений о качестве продукции при внедрении систем качества в научных экспериментах и т.д.

Для реализации положений большинства законов Республики Казахстан (например «О защите прав потребителя»; «О стандартизации»; «О сертификации продуктов и услуг» и т.д.) необходимо использование достоверной и сопоставимой информации. Эффективное сотрудничество с другими странами, совместные разработки научно-технических программ, дальнейшее развитие торговых отношений требуют взаимного доверия к измерительной информации, которая является основой взаимных расчетов при торговых операциях, заключении контрактов на поставку материалов, изделий, оборудования.

Создание единого подхода к измерениям гарантирует взаимопонимание, возможность унификации и стандартизации методов и средств измерений, взаимного признание результатов измерений и испытаний продукции в международной системе товарообмена.

Возможность применения результатов исследований определяется тремя условиями:

- результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством РК) единицах;

- известны с необходимой заданной достоверностью значения показателей точности результатов измерений;

- значение показателей точности обеспечивают оптимальное, в соответствии с выбранными критериями, решения задачи (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям - то обеспечено единство измерений, – при которых погрешности не выходят за установленные границы заданной вероятности. Третье условие гласит, что недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок контроля, к экономическим потерям.

Если соблюдаются все три условия, то говорят о метрологическом обеспечении.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология – наука об измерениях; организационной – метрологическая служба республики Казахстан.

Технические средства включают различные системы, в т.ч.: эталонов; передачи размеров единиц от эталона рабочим средствам измерений; стандартных образцов; стандартных справочных данных и др.

Правила и нормы по метрологическому обеспечению единства измерений установлены в Законах республики Казахстан «Об обеспечении единства измерений» и нормативных документах Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Введение Закона позволило привести управление метрологической инфраструктуры страны на законодательные принципы, гарантировать основы метрологического обеспечения с международными метрологическими правилами и нормами, начать формирование рыночных отношений в сфере производства метрологической продукции и услуг с сочетанием элементов государственного управления.

К сферам Государственного метрологического контроля и надзора в соответствии с Законом относится: здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда, торговые операции, взаимные расчеты между покупателем и продавцом, государственные учетные операции, обеспечение обороны государства, производство продукции для государственых нужд, испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязятельным требованиям государственных стандартов, обязятельная сертификация продукции и услуг и т.д.

3. Объекты метрологии и их характеристика

Объектами метрологии являются:

-единицы величин;

-средства измерений;

-эталоны;

-методики выполнения измерений

Измерение – совокупность операций, выполняемых с помощью технических средств, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины называемой результатом измерений. (например: прикладывая линейку к детали можем получить значение величин : длина, высота, ширина. И т.д.)

Погрешность измерений – отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений.

Эталоны единицы величины – средство измерения, предназначенное. Для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее средствам измерений данной величины.

Единство измерений – состояние измерений, при которых их результаты выражены в узаконенных единицах величины, а погрешности не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

4. Цели и задачи метрологии

Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Проверка средства измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы с целью определения подтверждения соответствия средства измерения техническим требованиям.

Основная цель метрологии - обеспечение единства измерений. [kql]

[ql]Тема 3. Система воспроизведения единиц величин[:]

План лекции (1 час)

1. Понятие в области системы воспроизведения единиц величин

2. Централизованное воспроизведение единиц величин

3. Поверочные схемы средств измерения

1. Понятие в области системы воспроизведения единиц величин

Физическая величина – это характеристика физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого из них.

Единицы измерения физической величины – эта физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1.

2. Централизованное воспроизведение единиц величин

Метод замещения – этот метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой

Метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов.

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Метод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют непосредственно по показанию средства измерения. Этот метод обеспечивает быстроту процесса измерения, но точность измерений ограничена.

Метод сравнения с мерой – метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, применяется для особо точных измерений.

Дифференциальный (разностной) метод - характеризуется измерением разности между значениями измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой.

Виды измерений

Прямыми называются измерения, при которых искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных

Косвенные измерения – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

Совокупными называются проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых значения искомых величин находят решением системы уравнений, полученных при прямых измерениях.

Совместные измерения – это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения функциональной зависимости между ними.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. От термина «Измерение» происходит термин «Измерять». Применение других терминов (мерить, обмерять, замерять, промерять и др.)-

недопустимо. Для проведения измерения необходимо наличие:

-физической величины

- метода измерений

- средства измерений

- оператора

-условий, необходимых для измерения.

Цель измерения – получение значения физической величины в форме, наиболее удобной для пользования.

Физическая величина – это характеристика физического объекта, общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого из них.

Индивидуальность понимается в том смысле, что свойство может для одного объекта в определенное число раз быть больше или меньше, чем для другого объекта.

Физическая величина характеризуется размером, значением, числовым значением, истинным и действительным значениями.

Измерения могут быть классифицированы:

-по характеру точности – равноточные (ряд измерений, какой либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерения и в одних и тех же условиях). Неравноточные (ряд измерений какой либо величины, выполненных несколькими различными по точности средствами измерений и (или) в нескольких разных условиях)

- по числу измерений в ряду измерений - однократные и многократные

- по отношению к изменению к измеряемой величины – статические (измерение длины детали при нормальной температуре или измерение земельного участка) и динамические ( измерение изменяющейся по размеру физической величины)

- по выражению результата измерения – абсолютные (измерение, основанное на прямых измерениях величин) и относительные (измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы)

3. Поверочные схемы средств измерения

МВИ – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью Разработку нормативов и процедур контроля

В Законе РК «Об обеспечении единства измерений», принятом 7 июня 2000 года, ст. 12, говорится: Методики выполнения измерений в сферах осуществления государственного метрологического надзора, подлежат обязательной метрологической аттестации и регистрации в реестре Государственной системы обеспечения единства измерений.

Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений, а также аккредитации метрологических служб на право аттестации методик выполнения измерений определяет уполномоченный орган по стандартизации, метрологии и сертификации.

Для выполнения этих условий были приняты стандарты: СТ. РК 2.18-2001 «Методики выполнения измерений. Порядок разработки, аттестации и применения» и СТ. РК 7.6-2001 «Система аккредитации Республики Казахстан. Порядок аккредитации метрологических служб на право проведения аттестации методик выполнения измерений»

По видам средства измерения подразделяются на: меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные машины, измерительные системы, измерительные преобразователи, стандартные образцы.

Для обеспечения единства измерений необходимо точное воспроизведение, хранение установленных единиц величин и передача их размера средствам измерений, находящихся в применении в различных отраслях народного хозяйства. Размер единиц воспроизводится, хранится и передается с помощью эталонов.

Национальный эталон – это эталон, признанный официальным решением в качестве исходного для государства. Национальная система обеспечения единства измерений в любой промышленно развитой стране основывается на принятой в законодательном порядке национальной системе измерений и государственных эталонах. Эталоны являются национальным достоянием, определяют уровень научного, технического и культурного развития страны.

Эталоны по подчиненности подразделяются на первичные, вторичные и исходные.

Основанием для создания исходных эталонов являются:

- широкое распространение эталонов различных разрядов

- техническая возможность создания (приобретения) эталонов и передачи размера единицы, воспроизводимой им, с необходимой точностью.

ПЕРВИЧНЫЕ эталоны в зависимости от условий воспроизведения могут подразделяться на специальные первичные эталоны.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ эталоны воспроизводят единицы в условиях, в куоторых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически не осуществима

Первичные и специальные эталоны являются исходными для страны и их утверждают в качестве государственных эталонов.

Основанием для создания ВТОРИЧНЫХ эталонов являются: целесообразность предохранения исходного эталона от преждевременного износа; наиболее рациональная организация поверочных работ; обеспечение сличения эталонов; контроль за неизменностью размера единицы, воспроизводимой исходным эталоном. К вторичным эталонам относят эталоны СРАВНЕНИЯ и эталоны КОПИИ.

Эталоны сравнения предназначены для взаимного сличения эталонов, которые по тем или иным причинам нельзя непосредственно сличать друг с другом.

Эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам.

РАБОЧИЕ эталоны подразделяются на разряды и предназначены для передачи размера единицы подчиненным, ниже расположенным по поверочной схеме эталонам и для поверки рабочих средств измерений.

В состав государственных эталонов включаются средства измерений, при помощи которых:

- воспроизводят и (или) хранят единицу

- контролируют условия изменений и неизменность воспроизводимого и хранимого размера единицы

- осуществляют передачу размера единицы.[kql]

[ql]Тема 4 Государственная система обеспечения единства измерений.[:]

План лекции (1 час)

1. Основные задачи и принципы Государственной системы обеспечения единства измерений Республики Казахстан

2. Состав ГСИ РК

3. Метрологические службы

.

1.Основные задачи и принципы Государственной системы обеспечения единства измерений Республики Казахстан

Основной целью Государственной системы измерений РК является создание правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) как комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, норма и требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране, была принята Комитетом по стандартизации и метрологии СССР еще в 1966 году, а в 1971 году вышел ряд нормативных документов ГСИ, определяющих организацию и порядок проведения государственных испытаний средств измерений, государственной и ведомственной поверки средств измерений, метрологической аттестации нестандартизированных средств измерений, метрологической аттестации методик выполнения измерений. Но в настоящее время ГСИ как система нормативных документов уже не удовлетворяет современным условиям метрологической деятельности. Поэтому в настоящее время под ГСИ понимают государственную систему управления субъектами, нормами, средствами и видами деятельности по обеспечению единства измерений, такого состояния измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Нормативная основа ГСИ РК регламентирует:

- единицы величин

- государственные эталоны величин и государственные поверительные схемы

- методы и средства поверки и калибровки средств измерений

- нормы точности измерений

- способы выражения и формы представления результатов измерений и показателей точности измерений

- методики выполнения измерений

- требования к стандартным образцам состава и свойств веществ и материалов

- организацию и порядок проведения испытаний, методологической экспертизы нормативных документов, проектной, конструкторской и технологической документации

- термины и определения в области метрологии.

К основным задачам метрологических служботносятся:

¨обеспечение единства и требуемой точности измерений;

¨внедрение в практику современных методов и средств изме­рений, направленных на повышение уровня научных исследований, эффективности производства, техни- ческого уровня и качества продукции, работ и услуг;

¨определение основных направлений деятельности и выполне­ние работ по метрологическому обеспечению исследований, разра­ботки, производства, испытаний, эксплуатации продукции и иных областей деятельности;

¨ своевременное внедрение и соблюдение метрологических правил, установленных действующим законодательством;

¨осуществление метрологического контроля в соответствии с требованиями СТ. РК 2.15.

Поверка средств измерений – это совокупность операций, проводимых с целью определения и подтверждения соответствия средств измерения установленным техническим требованиям

2. Состав ГСИ РК

Нормативная основа ГСИ РК регламентирует:

• единицы величин;
• государственные эталоны величин и государственные пове­рочные схемы;
• методы и средства поверки и калибровки средств измерений;
• номенклатуру нормируемых метрологических характеристик средств измерений;
• нормы точности измерений;
• способы выражения и формы представления результатов измерений и показателей точности измерений;
• методики выполнения измерений;
• требования к стандартным образцам состава и свойств веществ и материалов;
• организацию и порядок проведения испытаний, метрологи­ческой аттестации, поверки и калибровки средств измерений, метрологической экспертизы нормативных документов, проектной, конструкторской и технологической документации;
• термины и определения в области метрологии.

Нормативные документы ГСИ РК подразделяются на:

• основополагающие, устанавливающие общие требования, правила и нормы;
• регламентирующие требования, правила и нормы в каком-либо виде измерений.

Для обеспечения единства измерений в ГСИ РК осуществляются следующие виды работ