Управление качеством

ний как необходимое условие сопоставимости результатов испытаний и сертификации продукции, то решение проблем метрологии решают международные организации. Наиболее крупные международные метрологические организации – Международная организация мер и весов (МОМВ) и Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ).

В 1875 г. 17 странами (в том числе и Россией) была подписана Метрическая конвенция, цель которой – унификация национальных систем единиц измерений и установление единых фактических эталонов длины и масс (метра и килограмма). На основании этой Конвенции была создана межправительственная Международная организация мер и весов (МОМВ).

Научные разработки МОМВ имеют большое практическое значение. Это принятие Международной системы единиц СИ (1960 г.), нового определения секунды (1967 г.) и создание новейших стандартов частоты.

МОЗМ учреждена на основе межправительственной Конвенции, подписанной в 1956 г. Организация объединяет более 80 государств. Цель МОЗМ – разработка общих вопросов законодательной метрологии, в том числе установление классов точности средств измерений; обеспечение единообразия определения типов, образцов и систем измерительных приборов; рекомендации по их испытаниям для унификации метрологических характеристик; порядок поверки и калибровки средств измерений; выработка оптимальных форм организации метрологических служб и обеспечение единства государственных предписаний по их ведению; установление единых принципов подготовки кадров в области метрологии с учетом различных уровней квалификации.

Высший руководящий орган МОЗМ – Международная конференция законодательной метрологии, которая созывается с интервалом в четыре года. Исполнительный орган МОЗМ – Международный комитет законодательной метрологии, состоящий из представителей от каждой страны – члена МОЗМ.

191

Для реализации на практике единства измерений приняты международные нормативные документы:

♦терминология в области метрологии;

♦единицы величин, их наименование, обозначение и опре-

деление;

♦требования к метрологическим характеристикам средств измерений;

♦способы выражения погрешностей результатов измерений

величин.

В области терминологии важнейшим документом является Международный словарь основных и общих терминов в метрологии.

В области единиц величин главным документом является Международная система единиц СИ, принятая в 1960 г. на ХI Генеральной конференции по мерам и весам.

В области способов выражения погрешностей измерений опубликован документ «Руководство для выражения неопределенности в измерениях», предназначенный для использования в практике метрологических служб. Термин «неопределенность измерений» – это параметр, характеризующий рассеяние результатов измерений

всерии вследствие влияния случайных и неисключенных систематических погрешностей в виде оценок средней квадратической погрешности измерений или доверительных границ погрешности измерений. Широкое применение понятия «неопределенность измерений»

взарубежной метрологической практике необходимо для взаимопонимания в международном сотрудничестве по метрологии.

Национальные организации по метрологии стран, входящих ранее в Совет Экономической взаимопомощи (СЭВ), в 1991 г. подписали меморандум о сотрудничестве в области метрологии. Тогда и была учреждена организация КООМЕТ – Метрологическая организация стран Центральной и Восточной Европы. Цель организации – содействие ускорению и упрощению товарообмена, экономии энергоресурсов, улучшению охраны труда и экономической ситуации в странах. Кроме этой организации создана Европейская метрологическая организация (ЕВРОМЕТ) в 1987 г., которая объединяет страны-члены ЕС. Ее цель – развитие более тесного сотрудничества

192

между странами по совершенствованию эталонов в рамках децентрализованных метрологических структур; улучшение качества измерительных служб и др.

Западно-Европейское объединение по законодательной метрологии (ВЕЛМЕТ) основано в 1989 г. с целью координации деятельности национальных служб законодательной метрологии стран ЕС для устранения препятствий в торговлев рамках Европейского союза.

Западно-Европейское объединение по калибровке (EAL) создано в 1989 г. странами-членами ЕС с целью содействия взаимному признанию национальных сертификатов о калибровке средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

3.9.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Измерением называют определение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств

(ГОСТ 16263–70).

К этим техническим средствам относится меры, измерительные преобразователи (датчики), измерительные приборы, измерительные системы.

Меры – это эталоны, служащие для хранения и воспроизведения единиц измерений.

Измерительным преобразователем называют средство изме-

рения, служащее для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателям. К измерительным преобразователем можно отнести мембрану, пружину, электронный усилитель и другие.

Измерительный прибор предназначен для получения сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

193

Измерительная система – совокупность измерительных преобразователей и приборов, обеспечивающих измерение физической величины без участия человека.

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении для множества объектов и индивидуальное в количественном отношении для каждого из них.

Количественное содержание физической величины – размер физической величины. Размер физической величины существует объективно, вне зависимости от того, что мы знаем о нем.

Значение физической величины – количественная оценка из-

меряемой величины должна быть не просто числом, а числом именованным, т.е. результат измерения должен быть выражен в определенных единицах, принятых для данной величины. Только в этом случае результаты измерений, полученные различным средствами и разными экспериментаторами, сопоставимы.

Результат измерения практически всегда отличается от истинного значения физической величины – значения, которое выражает размер величины абсолютно точно. Истинное значение физической величины определить невозможно.

Отличие результата измерения от истинного значения объясняется несовершенством средств измерений, несовершенством способа применения средств измерений, влиянием условий выполнения измерения, участием человека с его ограниченными возможностями.

Отклонение результата измерения от истинного значения из-

меряемой величины называют погрешностью измерения (абсолютной погрешностью),

∆ X = X − Xи,

где X – измеренное значение; Xи – истинное значение.

За истинное (действительное) значение измеряемой величины принимается ее значение, найденное экспериментально (например, с помощью образцового прибора).

Часто применяют понятие «точность измерения» имея в виду качество измерения, отражающее близость результата измерения к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерения соответствует малой погрешности измерения.

194

Как уже сказано в п. 3.1, погрешности можно подразделить на две группы: систематические и случайные.

Систематическая погрешность представляет собой отклонение математического ожидания (среднее значение) результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины

∆ Xсист = Mx − Xи.

Случайная погрешность – разность между результатом единичного наблюдения и математическим ожиданием ∆ Xсл = Xi − Mx.

Математическое ожидание погрешности равно математическому ожиданию систематической составляющей погрешности, так как математическое ожидание случайной погрешности всегда равнонулю.

Вариация показаний прибора – наибольшая возможная раз-

ность между отдельными повторными показаниями прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях. Вариация характеризуют устойчивость показаний прибора. Вариацию принято считать допустимой, если ее величина не превышает половины основной допустимой относительной приведенной погрешности.

Величину вариации рассчитывают по формуле

прибора в i-й точке его шкалы при прямом и обратном ходе показателя; Nшк – диапазон шкалы прибора, численно равной верхнему пределу измерения (приборы с нижним пределом измерения, равным нулю); среднему пределу измерений (приборы с безнулевой шкалой).

Результат измерения всегда содержит как систематические, так и случайные погрешности, поэтому абсолютная погрешность равна сумме случайной ∆ X и систематической ∆ Xcист ошибок, т.е.

∆ X = ∆ Xсл + ∆ Xсист.

195

Относительной погрешностью называют отношение абсо-

лютной погрешности к значению измеряемой величины:

∆ отн= ∆ X 100 %,

X и

Для электродинамических и ферродинамических ваттметров, градуированных в сечениях без указания значений этих сечений в единицах измеряемой величины, постоянную (Вт/дел.) можно определить по формуле

E= UнIн ,

αн

где Uн, Iн − предел измерения ваттметра по напряжению и току; αн − полное число делений шкалы.

Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к какому-либо нормирующему значению измеряемой величины, обычно к максимальному значению шкалы прибора (МЗШ):

и класс 0,5 (максимальная приведенная погрешность ±0,5 %), то измерение расхода таким прибором производится с абсолютной ошибкой согласно формуле (3.25):

Наиболее полно точностные свойства измерительного прибора и погрешности определяются законом распределения погрешностей.

Основная погрешность прибора – погрешность при нормаль-

ных условиях использования прибора. По характеру влияния на функцию преобразования ее можно представить в виде аддитивной и мультипликативной составляющих.

196

где α − угол поворота.

Практически чувствительность определяют как отклонение указателя в делениях или миллиметрах шкалы а на единицу измеряемой величины I:

Sп = a / I.

Величина, обратная чувствительности, называется постоян-

ной прибора:

C = 1 / Sп.

К аддитивной погрешности прибора можно отнести погрешность, вызванную трением в опорах электроизмерительных приборов, помехи, шумы, погрешность дискретности (квантования) в цифровых приборах. Если прибору присуща только аддитивная погрешность или она существенно превышает другие составляющие, то целесообразно нормировать абсолютную погрешность.

Мультипликативная погрешность bx зависит от чувствитель-

ности прибора и изменяется пропорционально текущему значению входной величины. К мультипликативной погрешности можно отнести погрешности изготовления добавочного резистора в вольтметре или шунта в амперметре, погрешности коэффициента деления делителя и т.д. Мультипликативная составляющая абсолютной

197

погрешности увеличивается с увеличением измеряемой величины, атак как относительная погрешность остается постоянной, то в этом случае целесообразно нормировать погрешность прибора в виде относительной погрешности.

Суммарная абсолютная погрешность выражается уравнением ∆ X = a + bx, т.е. аддитивная и мультипликативная погрешности могут иметь как систематический, так и случайный характер.

3.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

По способу нахождения числового значения физической величины измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение тока амперметром).

Косвенные измерения – измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (например, определение значения сопротивления резистора R = U / I по измеренным значениям напряжения U и тока I).

Совокупные измерения – измерения, производимые одновременно нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением различных сочетаний этих величин.

Совместные измерения – измерения, производимые одновременно двух или нескольких подготовительных величин для нахождения зависимости между ними. Например, измерение, при котором сопротивление резистора R20 при температуре +20 ° С и его температурные коэффициенты α , β находят по данным прямых измерений сопротивления Rt и температуры t, выполненных при разных темпе-

ратурах: Rt = R20[1+α (t – 20) + β (t – 20)2].

Измерения могут выполняться с однократными или многократными наблюдениями.

198

Наблюдения при измерении – экспериментальная операция, выполняемая в процессе измерений, в результате которой получают одно значение из группы значений величин, подлежащих совместной обработке для получения результатов измерений.

Результат наблюдения – результат величины, получаемой при отдельном наблюдении.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени в процессе измерения; динамические, при которых измеряемая величина изменяется в процессе измерения и является непостоянной во времени.

По способу выражения результатов измерения различают аб-

солютные и относительные измерения.

3.11. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Различают методы измерения непосредственной оценки и сравнения смерой.

Метод непосредственной оценки – метод измерений, в кото-

ром значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, заранее градуированного в единицах измеряемой физической величины. Данный метод прост, наиболее распространен, хотя точность его невысока.

Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивает с величиной воспроизводимой мерой. Этот метод по сравнению с методом непосредственной оценки более точен, но несколько сложен. Метод сравнения имеет следующие модификации:

♦противопоставления;

♦дифференциальный;

♦нулевой;

♦замещения;

♦совпадения.

199

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в ко-

тором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Метод применяют при измерении ЭДС, напряжения, тока. Характерным является наличие двух источников энергии.

Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод применяют при измерении параметров цепей (сопротивления, индуктивности, взаимоиндукции, емкости) напряжения и др.

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой в сочетании с явлением резонанса на высоких частотах. Он позволяет исключить паразитные параметры и обеспечить высокую точность.

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Метод применяют при измерении частот, приеме точных сигналов времени.

Различные детали изделий проверяются как в процессе изготовления, так и на стадии полной их готовности. Основными этапами проверки деталей являются измерения их линейных и угловых размеров. Существуют два способа проверки таких размеров:

♦измерение – сравнение измеряемого размера с однородным размером, принятым за единицу;

♦контроль – сравнение проверяемого размера с двумя предельными однородными размерами, между которыми он должен находиться.

Контроль размеров обычно выполняется предельными калибрами: пробками (гладкие отверстия), скобами (валы), резьбовыми

200