МЕТРОЛОГИЯ,

КВАЛИМЕТРИЯ

И СТАНДАРТИЗАЦИЯ

Доцент кафедры СТ Шарнина Гульнара Салаватовна

Основная литература по дисциплине

«Метрология, квалиметрия и стандартизация»

1.Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и сертификация. Учебник. М.: Юрайт, 2007.

2. Фомин В.Н. Квалиметрия. Управление качеством/ В. Н. Фомин. – М.: ЭКМОС, 2008 – 384с.

3. Федеральный Закон «О техническом регулировании», № 184-ФЗ от 27.12.2002.

4. Федеральный Закон «Об обеспечении единства измерений», № 102-ФЗ с изменениями на 28.07.2012 г.

ВВЕДЕНИЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ, ПРОЦЕССОВ

ПРОИЗВОДСТВА И УСЛУГ КАК ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО МЕТРОЛОГИИ, КВАЛИМЕТРИИ И СТАНДАРТИЗАЦИИ

Деятельность в области метрологии, квалиметрии и стандартизации имеет своей целью обеспечение КАЧЕСТВА процесса производства продукции и самой продукции, как результата этого процесса.

КАЧЕСТВО – это совокупная характеристика сущности объекта (продукции, процесса производства, услуги), обусловленная его свойствами и признаками.

Так как качество объекта проявляется в первую очередь через его свойства, т.е. через объективные особенности объекта, то для ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА необходимо:

1) ОПРЕДЕЛИТЬ ПЕРЕЧЕНЬ тех свойств, совокупность которых в достаточно полной мере характеризует качество объекта;

2) ИЗМЕРИТЬ СВОЙСТВА, т.е. определить их численные значения;

3) АНАЛИТИЧЕСКИ СОПОСТАВИТЬ полученные данные с подобными характеристиками другого объекта, принимаемого за образец или эталон качества. Полученный результат будет с достаточной степенью достоверности характеризовать качество исследуемого объекта.

На втором этапе, этапе метрологического измерения свойств объекта (скорости, веса и т.д.) получают объективные сведения о них. ИЗМЕРЕНИЕ является объектом отрасли знаний, которая называется МЕТРОЛОГИЯ.

МЕТРОЛОГИЯ – это наука, изучающая методы измерений, средства измерений, метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений.

Третий этап в исследовании качества является квалиметрическим. КВАЛИМЕТРИЯ – это наука об измерении и количественной оценке качества предметов и процессов, т.е. объектов реального мира.

КВАЛИМЕТРИЯ и МЕТРОЛОГИЯ — тесно свя­занные научные дисциплины об измерениях. Их взаимос­вязь заключается в том, что метрология дает исходный материал для оценки качества методами квалиме­трии. Различие же между ними заключается в следующем. МЕТРОЛОГИЯ дает возможность определять количе­ственную меру физических свойств материи, предметов природы и предметов труда. КВАЛИМЕТРИЯ стремится осуществлять количественную меру как физических, так и всех других (эстетических, эко­номических, социальных, потребительских и т.п.) свойств продуктов труда. Квалиметрия стремится также давать им качественную оценку.

МЕТРОЛОГИЯ, занимаясь определением количественных характеристик различных объектов, занимается измерени­ями, но не оценками качества продукции, которые по самой своей сути являются социальными, потре­бительскими, экономическими, отражающими во многих случаях отношения купли-продажи. Пять килограмм веса какого-то предмета еще ничего не говорят о том, много это или мало, хорошо это или плохо и что целесообразно пред­принять для того, чтобы стало лучше. Метрология является измерительной базой, на которую опирается квалиметрия при построении части своих оценок. Что касается КВАЛИМЕТРИИ, то ее задача в значительной степени состоит в нахождении количественных измерений и оценок, необходимых для обоснования качественного содержания объектов и принятия решений. Такие квалиметрические оценки получаются часто путем измерения и сравнения физических, экономических, эстетических и других показателей с лучшими образцами (эталонами). Наряду с метрологическими эталонами существуют эталоны квалиметрические, эталоны качества.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ является одним из важнейших элементов управления качеством продукции (работ, услуг).

СТАНДАРТИЗАЦИЯ – процесс разработки стандартов и норм, а также адаптации стандартов и норм к международным нормам и нормам других стран, в целях их добровольного многократного использования, направленный на достижение упоря­доченности в сферах производства и обращения продукции и повышение качества и конкуренто-

­способности продукции (работ, услуг).

Влияние СТАНДАРТИЗАЦИИ на улучшение качества продукции осуществляется через комплексную разработку стандартов на сырье, материалы, полуфабрикаты, комплектующие изделия, оборудование и готовую продукцию, а также через установление в стандартах технологических требований и показателей качества, единых методов испытаний и средств контроля.

СТАНДАРТИЗАЦИЮ следует рассматривать как эффективное средство обеспечения качества, совместимости, взаимозаменяемости продукции и ее составных частей, а также их унификации, типизации, норм безопасности и экологических требований, единства характеристик и свойств продукции, работ, процессов и услуг.

Раздел №1. Метрология

1.Понятие метрологии

МЕТРОЛОГИЯ (от греч. «метро» – мера, «логос» – учение) – наука, изучающая методы измерений, средства измерений, метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений.

ОСНОВНАЯ ЗАДАЧА МЕТРОЛОГИИ – это обеспечение ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, которое достигается при соблюдении двух условий:

• результаты измерений выражены в узаконенных единицах измерений величин;

• погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

В России, как и в большинстве стран мира, узаконенными единицами измерений являются единицы величин Международной системы единиц (Si), принятой Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ).

Главным законодательным актом, обеспечивающим единство измерений, является Федеральный Закон «Об обеспечении единства измерений», № 102-ФЗ от 2008 г. (с изм. на 28.07.2012 г.), который направлен на охрану прав и законных интересов граждан, экономики страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах жизни общества.

2. Виды и методы измерений

2.1 Понятие измерения. Объект измерения

ИЗМЕРЕНИЕ – нахождение значения величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

Основным ОБЪЕКТОМ измерений в метрологии являются ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ, применяемые для описания материальных систем и объектов, изучаемых в любых науках. Существуют ОСНОВНЫЕ и ПРОИЗВОДНЫЕ физические величины.

ОСНОВНЫЕ – величины, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира.

ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН:

• длина,

• масса,

• время,

• термодинамическая температура,

• количество вещества,

• сила света,

• сила электрического тока,

и, соответственно, семь основных ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН: метр, килограмм, секунда, Кельвин, моль, кандела, ампер.

ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ: ньютон, джоуль, ватт, вольт, градус Цельсия и т.д.

Могут быть получены из семи основных единиц величин путем умножения, деления и возведения в степень, например, ньютон (единица измерения силы) равен кг·м/с².

Понятие МЕТР было впервые введено во Франции в 1799 г. - как одна сорокамиллионная часть Парижского меридиана (одна десятимиллионная часть расстояния от северного полюса до экватора по поверхности земного эллипсоида на долготе Парижа).

Наиболее точный эталон метра разработан в 1889 г. и до сих пор хранится в Международном бюро мер и весов в г. Севр около Парижа. Изготовлен из сплава 90 % платины и 10 % иридия и имеет поперечное сечение в виде буквы «X». Его копии были переданы на хранение в страны, в которых метр был признан в качестве стандартной единицы длины.

Рост требований к точности линейных измерений стимулировал работы по определению метра через длину световой волны. Современное определение метра, принятое в 1983 г., основано на значении фундаментальной постоянной - скорости света в вакууме: МЕТР — это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

В качестве источника света для высокоточных измерений длины используют лазер. 

Российский эталон единицы длины хранится во ВНИИ метрологии имени Д. И. Менделеева в Петербурге. Состоит из источника оптического излучения с известной длиной волны (лазер) и интерферометра — прибора, с помощью которого подсчитывают число волн на проверяемом образце.

За единицу массы в 1795 г. был принят ГРАММ, определенный как масса 1 см³ воды при температуре 4°C и стан-

дартном атмосферном давлении на уровне моря 101,3 кПа, из чего следовало, что килограмм эквивалентен массе одного кубического дециметра (литра) воды.

В настоящее время КИЛОГРАММ определяется как масса международного эталона килограмма, изготовленного в 1889 г., хранящегося в Международном бюро мер и весов, и представляющего собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия).

Килограмм никак не связан ни с физическими константами, ни с какими-либо природными явлениями. Поэтому эталон берегут тщательнее, чем зеницу ока — в буквальном смысле не дают пылинке на него сесть, ведь пылинка — это уже несколько делений на чувствительных весах. Международный прототип эталона достают из хранилища не чаще одного раза в пятнадцать лет, российский — раз в пять лет. Все работы ведутся со вторичными эталонами (только их допускается сравнивать с основным), от вторичного эталона значение массы передается рабочим эталонам, от них — к образцовым наборам гирь. Ученые пытаются найти новый эталон единицы массы, например, предлагается определять 1 кг на основе постоянной Планка – это основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии кванта электромагнитного излучения с его частотой.

ЭТАЛОНЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ должны быть основаны на периодических процессах, период которых постоянен с большой точностью. Первоначально единственным известным процессом такого рода было вращение Земли вокруг своей оси, поэтому за ЭТАЛОН ВРЕМЕНИ был принят период вращения Земли вокруг своей оси, и назывался он солнечные сутки (24 часа). Единица времени — СЕКУНДА — определялась как 1/86 400 часть периода этого вращения, то есть суток.

Продолжительными наблюдениями в течение XIX-начала XX веков была установлена неравномерность вращения Земли вокруг своей оси, связанная с вековым замедлением вращения Земли вследствие приливного действия Луны (0,0023 с за 100 лет) и нестационарными процессами внутри Земли. Из-за возникшей в связи с этим неточностью в определении секунды пришлось отказаться от эталона единицы времени, связанного с суточным вращением Земли.

С 1967 года категория времени в Международной системе единиц SI стала определяться АТОМНЫМ СТАНДАРТОМ ВРЕМЕНИ.

Международный комитет мер и весов в 1967 г. принял новое определение секунды, которая получила название АТОМНОЙ СЕКУНДЫ, - это время, в течение которого совершается 9 192 631 770 переходов между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Согласно этому определению, стандартом для измерений времени и частоты является атом цезия-133 при температуре абсолютного нуля по шкале Кельвина.

Для неспециалиста такое определение абсолютно непонятно. Каким же образом единицу времени можно определить через излучение? Итак, излучение можно представить как электромагнитную волну, которая колеблется в определенном ритме, например 9192631770 раз в секунду. Такое излучение возникает при квантовом переходе атома цезия из возбуждённого энергосостояния в спокойное. Избыточная энергия не может просто так исчезнуть, и поэтому атом в виде микроволновых излучений отдает вовне эту разницу энергий. И, наоборот, путём передачи атому такого микроволнового излучения можно перевести его на более высокий энергетический уровень. В природе не существует ничего более точного, чем частота таких квантовых переходов, поэтому этот принцип положен в основу атомных часов.

Воспроизведение секунды стало осуществляться с помощью атомных эталонов частоты, которые называют АТОМНЫЕ ЧАСЫ,- это приборы для измерения времени, в которых в качестве периодического процесса используются собственные колебания атомов различных веществ. С помощью электронных микросхем периоды этих колебаний сопоставляются с измеряемым промежутком времени. В современном мире существует несколько типов атомных часов. В их основе используются электромагнитные колебания водородного, цезиевого или ртутного квантового генератора.

В ЦЕЗИЕВЫХ ЧАСАХ генерируется пучок атомов цезия и облучается определёнными микроволнами, которые заставляют атомы переходить на более высокий энергетический уровень. Специальная установка отсортировывает все атомы с высоким энергетическим уровнем и пересчитывает их. Чем их больше, тем точнее соответствует микроволновое излучение атомному переходу. 

Погрешность цезиевых часов, созданных на основе колебаний атомов цезия, составляет 1 секунду за 3 миллиона лет. В настоящее время этот показатель превосходят только ртутные атомные часы, работа которых основана на переходах между энергетическими уровнями иона ртути, который удерживается в электромагнитной ловушке. Их точность в 5 раз выше.

ЭТАЛОН ВРЕМЕНИ — особенный. Все остальные эталоны вводятся в действие периодически, для сличения с ними вторичных и рабочих эталонов. Но эталон, хранящий шкалу времени, нельзя остановить, как нельзя остановить время. Он работает всегда. В России государственный первичный эталон времени - это сложный комплекс, в который входят

• цезиевые генераторы, предназначенные для воспроизведения размеров единицы времени и частоты в международной системе единиц;

• водородные генераторы, предназначенные для хранения размеров единиц времени и частоты;

• группы квантовых часов, предназначенные для хранения шкал времени. Квантовые часы — это устройство для измерения времени, содержащее генератор, частота которого стабилизирована кварцевым резонатором, и управляемое квантовыми стандартами частоты;

• аппаратура для передачи размера единицы частоты в оптический диапазон, состоящей из группы синхронизированных лазеров и сверхвысокочастотных генераторов; • аппаратура внутренних и внешних сличений, включающей перевозимые квантовые часы и перевозимые лазеры.

Российский государственный эталон времени входит в группу лучших мировых эталонов, его относительная погрешность не превышает 5^.10^-14 с. За полмиллиона лет эталон даст погрешность в одну секунду.