Метрология стандартизация и сертификация.-1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Методические указания

Под редакцией А.В. Потанина

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

1

УДК 53.08+658.516(075.8) М54

Рецензент:

канд. техн. наук А.В. Николаев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

М54 Метрология, стандартизация и сертификация : метод. указания / под ред. А.В. Потанина. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 105 с.

Рассмотрены вопросы изучения дисциплин «Метрология, квалиметрия и стандартизация», «Метрология, стандартизация и сертификация в горном и нефтегазовом деле», «Метрология, стандартизация и сертификация в горном деле», «Метрология и стандартизация» на практических примерах. Отражены методы обработки результатов измерений. Даны методы расчета метрологических характеристик средств измерений, включая цифровые. Большое внимание уделено выбору средств измерений. Рассмотрены метрологические аспекты поверки средств измерений. Приведены основные методы стандартизации и способы их оценки. Для студентов, изучающих машины и оборудование, изложены стандарты Единой системыдопусков и посадок и даныпримерыихиспользования.

Рекомендуются для студентов очной и заочной форм обучения горно-нефтяного факультета.

© ПНИПУ, 2015

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Федеральный закон №184-ФЗ «О техническом регулировании», а также Федеральный закон №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» ставят новые задачи в сфере обучения метрологии, стандартизации и сертификации. Вступление Российской Федерации во Всемирную торговую организацию (ВТО) усилило актуальность этих задач.

Метрология – наука об измерениях – играет огромную роль в науке, промышленности в целом, в экономике. Без высококачественных измерений не будет эффективного обеспечения качества и технического уровня выпускаемой продукции, безопасной и безаварийной работы транспорта и др.

На современном этапе возросли требования к стандартизации как важнейшему звену в системе управления техническим уровнем и качеством продукции и услуг на всех этапах жизненного цикла продукции.

Важное значение для регулирования механизмов рыночной экономики имеет сертификация, которая переходит от деятельности, осуществляемой третьей стороной, к более общим и гибким формам оценкисоответствия, включаядекларированиесоответствия.

Методические указания включают в себя работы по основным разделам дисциплин «Метрология, квалиметрия и стандартизация», «Метрология, стандартизация и сертификация в горном и нефтегазовом деле», «Метрология, стандартизация и сертификация в горном деле», «Метрология и стандартизация», в которых содержатся таблицы вариантов исходных данных.

5

РАБОТА № 1. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Прямые однократные измерения

Прямые статистические измерения в большей мере относятся к лабораторным (исследовательским), например, при разработке

иаттестации методики, когда погрешность измерений выявляется в процессе проведения и обработки экспериментальных данных.

Для производственных процессов более характерны однократные технические прямые или косвенные измерения. Здесь процедура измерений регламентируется заранее с тем, чтобы при известных точности системы измерений (СИ) и условиях измерений погрешность не превзошла определенное значение, т.е. значения

ир заданы априори. Поскольку измерения выполняются без повторных наблюдений, то нельзя отделить случайную от систематической составляющей. Поэтому для оценки погрешности дают лишь ее границы с учетом возможных влияющих величин.

Последние лишь оценивают своими границами, но не измеряют. На практике же дополнительные погрешности, как правило, не учитываются, так как измерения осуществляют в основном в нормальных условиях, а субъективные погрешности также весьма малы.

Впринципе, однократные измерения достаточны, если неисключенная систематическая погрешность (например, класс точности СИ) заведомо больше случайной. Практически это достигается при = (0,50 – 0,25) с. Тогда результат измерения записывают в

виде x xi при вероятности p = 0,95, где xi – результат, зафиксированный СИ; – суммарная погрешность измерения, определяемая классом точности СИ ( СИ) и методической погрешностью

( мет ); СИ2 мет2 .

Для уточнения оценки возможности применения однократных измерений следует сопоставить суммарные погрешности, получаемые при этом, с суммарными погрешностями многократных измерений при наличии случайной и неисключенной систематической состав-

6

в зависимости от θ/ x и числа измерений свидетельствует, что:

от n, т.е. в этих условиях нет смысла в многократных измерениях, случайная составляющая пренебрежительно мала и определяющей является неисключительная систематическая составляющая;

существенную роль играет случайная составляющая, неисключенная систематическая составляющая пренебрежительно мала и однократные измерения недопустимы;

–при 0,8 θ 8 должны учитываться и случайная, и неис-

x

ключенная систематическая составляющие.

7

В последнем случае композицию этих составляющих и погрешность результатов измерения находят по эмпирической формуле

систематическая составляющая и доверительная граница случайной погрешности при заданной доверительной вероятности p.

Вычисление погрешности p по формуле (1.4) дает по-

грешность не более 12 %, но достаточно сложным способом. Поэтому можно воспользоваться упрощенной формулой

Практически если одна из составляющих c или менее 5 % общей погрешности, то этой составляющей можно пренебречь.

В качестве примера приведем алгоритм действий при разработке и аттестации методики выполнения измерений (МВИ).

МВИ с однократными измерениями заключаются в следующем: 1. Предварительно устанавливают необходимую допустимую

погрешность g измерения.

8

2. Для самой неблагоприятной функции распределения (нормальной в соответствии с ГОСТ 8.207-76) находят с, 2 x

ипринимают p = 0,95.

3.Находят значение погрешности 0,85( c) и сравни-

то однократные наблюдения возможности с погрешностью до 20 %. Если 0,8 g , то полученное значение следует уточнить с

тооднократныеизмерениявозможныспогрешностьюнеболее11 %.

Вслучае 0,43 с 7 вычисляют 0,75( c), и если

x

то однократные измерения возможны с погрешностью не более 7 %. Если соотношения (1.7) и (1.8) не соблюдаются, то определяют «вклад» составляющих погрешности. При превалирующей случайной

составляющей c необходимо перейти к многократным измере-

ниям. При c нужно уменьшить методическую или инструментальнуюсоставляющие(например, выборомболееточногоСИ).

Практически при однократных измерениях с целью избежать промахов делают 2–3 измерения и за результат принимают среднее значение. Предельная погрешность однократных измерений в ос-

новном определяется классом точности СИ СИ. При этом, как правило, систематическая составляющая не превосходит 0,3 СИ,

9

а случайная 0, 4 СИ, поэтому, учитывая, что изм ( с), погрешность результата однократного измерения можно принять равной изм 0,7 СИ.

Поскольку изм 0,3 x ( x – СКО параметра), то реально погрешность однократного измерения с вероятностью 0,90–0,95 не превзойдет (2–2,5) x .

Задание

Оценить погрешность результата однократного измерения напряжения U = 0,9 В на входном сопротивлении R = 4 Ом, выполненного вольтметром класса точности 0,5, с верхним пределом диапазона измерений Un = 1,5 В, имеющим сопротивление Rv = 1000 Ом (рис 1.1). Известно, что дополнительные погрешности показаний СИ из-за влияния магнитного поля и температуры не превышают соответственно ип 0,75 % и т 0,3 % допускаемой предельной

погрешности. Исходные данные приведены в вариантах заданий к работе № 1.

Рис. 1.1. Схема измерения напряжения

10