Метрология, стандартизация и сертификация

Конспект лекций для студентов специальностей:

Раздел 1. Метрология Тема 1. Теоретические основы метрологии

1 Понятие и основы метрологического обеспечения.

Управление качеством невозможно представить без контроля над качеством, который базируется на учете многочисленных результатов измерений самых разных параметров продукции. В современной промышленности доля затрат труда на выполнение измерений в среднем составляет порядка 10 % общих трудозатрат на всех этапах жизненного цикла продукции, а в таких отраслях, как, например, химическая промышленность, электроника, может достигать даже 60 %.

Измерения, методы и средства обеспечения их единства, а также способы достижения необходимой точности измерений изучает наука, называемая метрологией. Практическую деятельность для обеспечения требуемого качества (единства и точности) измерений называют метрологическим обеспечением измерений.

Обеспечение единства измерений необходимо для достижения сопоставимых результатов измерений одних и тех же параметров, выполненных в разное время в разных местах с помощью различных методов и средств.

Метрологическое обеспечение имеет научную, техническую, информационную, правовую и организационную основы. Научную основу метрологического обеспечения составляет наука метрология. Техническую основу метрологического обеспечения образуют:

система государственных эталонов единиц физических величин;

система передачи размеров единиц физических величин от эталона всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений и других средств поверки;

система разработки, организации производства и выпуска в обращение рабочих средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в различных видах деятельности;

система обязательных государственных испытаний средств измерений, обеспечивающая единообразие средств измерений при их разработке и выпуске в обращение;

система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

Информационной основой метрологического обеспечения является система стандартных справочных данных о физических константах, свойствах веществ и материалов. Данные этой системы необходимы для обеспечения таких областей деятельности как научные исследования, разработка технологических процессов, конструирование изделий и процессы получения и использования материалов.

Правовую основу метрологического обеспечения в Российской Федерации образуют Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», принятый в 1993 г., и принимаемые в соответствии с ним законодательные акты.

Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба Российской Федерации, состоящая из Государственной метрологической службы и ведомственных метрологических служб.

2 Теоретические основы метрологии

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обес­печения их единства и способов достижения требуемой точности. Название «Метрология» происходит от греческого "метро" - мера, "логос" - учение.

Современная метрология включает три составляющие: законодательную мет­рологию, фундаментальную (научную) и практическую (прикладную) метрологию.

Законодательная метрология — это раздел метрологии, включающий комплек­сы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие во­просы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направ­ленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Законодательная метрология служит средством государственного регулиро­вания метрологической деятельности посредством законов и законодательных по­ложений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу и метрологические службы государственных органов управления и юри­дических лиц. К области законодательной метрологии относятся испытания и ут­верждение типа средств измерений, их поверка и калибровка, сертификация средств измерений, государственный метрологический контроль и надзор за сред­ствами измерений.

Метрологические правила и нормы законодательной метрологии гармонизо­ваны с рекомендациями и документами соответствующих международных орга­низаций. Тем самым законодательная метрология способствует развитию между­народных экономических и торговых связей и содействует взаимопониманию в международном метрологическом сотрудничестве.

Фундаментальная метрология занимается наукой и техникой измерений, обеспечивает повышение их качества и точности. Возможность разработки принципиально новых приборов, измерительных устройств для любой сферы техники определяется именно достижениями фундаментальной метрологии.

Основным объектом метрологии являются измерения. Они связаны как с физическими величи­нами, так и с величинами, относящимися к другим наукам (математике, психологии, медицине, общественным наукам и др.). В основном рассматриваются понятия, относящиеся к физическим величинам.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явле­ния, процесса), которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением. Так, свойство "прочность" в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как степень (количест­венное значение) прочности — величина для каждого из них совершенно разная.

Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоста­вить с нею измеряемую величину. Полученное значение величины и есть резуль­тат измерений.

Одна из главных задач метрологии - обеспечение единства измерений - может быть решена при соблюдении двух условий, которые можно назвать осно­вополагающими:

• выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;

• установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Погрешностью называют отклонение результата измерений от действитель­ного (истинного) значения измеряемой величины. При этом следует иметь в виду, что истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях; действительное значение физической величины ус­танавливается экспериментальным путем в предположении, что результат экспе­римента (измерения) в максимальной степени приближается к истинному значению.

Единство измерений, однако, не может быть обеспечено лишь совпадением погрешностей. Требуется еще и достоверность измерений, которая говорит о том, что погрешность не выходит за пределы отклонений, заданных в соответст­вии с поставленной целью измерений.

Есть еще и понятие точности измерений, которое характеризует степень приближения погрешности измерений к нулю, т.е. к истинному значению измеряемой величины.

Все эти положения обобщены в современном определении понятия «единство измерений» — состояние измерений, при котором их результаты выражены в уза­коненных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не вы­ходят за установленные пределы.

Как выше отмечалось, мероприятия по реальному обеспечению единства из­мерений в большинстве стран мира установлены законами и входят в функции законодательной метрологии.