Метрология 18-22

БИЛЕТ 18

— это совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов с известной погрешностью.

Поскольку погрешность определяется не только метрологическими характеристиками средств измерений, но и погрешностью отбора и приготовления проб, условиями проведения измерений, ошибкой оператора и другими причинами, это определение означает, что методики выполнения измерений могут разрабатываться и быть аттестованными только применительно к конкретным условиям проведения измерения с использованием конкретных средств.

Данное утверждение не означает, что для каждой измерительной или испытательной лаборатории должны разрабатываться собственные методики. Но если лаборатория использует тип средства измерения, приведенный в аттестованной методике, влияющие факторы (температура и влажность окружающего воздуха и измеряемой среды, напряжение и частота электрической сети, вибрация, внешнее магнитное поле и др.) находятся в определенном данной методикой диапазоне, а оператор соответствует установленной в ней квалификации,то физические величины будут измеряться в этой лаборатории с известной погрешностью.

Методики выполнения измерений содержат следующие структурные элементы и разделы:

наименование;

область применения;

нормативные ссылки;

определения;

обозначения и сокращения;

требования к погрешности измерений или приписанные характеристики погрешности измерений;

средства измерения и вспомогательные устройства;

методы измерений;

требования безопасности, охраны окружающей среды;

требования к квалификации операторов;

условия измерений;

подготовка к выполнению измерений;

выполнение измерений;

обработка результатов измерений;

контроль точности результатов измерений;

приложения.

Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений определяет Росстандарт. Аттестацию методик в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора осуществляют ГНМЦ, территориальные органы Государственной метрологической службы и другие организации, аккредитованные на право проведения аттестации. Аттестацию методик, применяемых вне сфер распространения государственного метрологического контроля и надзора, предприятия проводят в установленном ими порядке.

Систематическая погрешность измерения (англ. systematic error) – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Примечание. В зависимости от характера измерения систематические погрешности подразделяют на постоянные, прогрессивные, периодические и погрешности, изменяющиеся по сложному закону.

Постоянные погрешности - погрешности, которые длительное время сохраняют свое значение, например в течение времени выполнения всего ряда измерений. Они встречаются наиболее часто.

Прогрессивные погрешности - непрерывно возрастающие или убывающие погрешности. К ним относятся, например, погрешности вследствие износа измерительных наконечников, контактирующих с деталью при контроле ее прибором активного контроля.

Периодические погрешности - погрешности, значение которых является периодической функцией времени или перемещения указателя измерительного прибора.

Погрешности, изменяющиеся по сложному закону, происходят вследствие совместного действия нескольких систематических погрешностей.

Инструментальная погрешность измерения (англ. instrumental error) – составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.

Погрешность метода измерений (англ. error of method) – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Примечания:

Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации действия которых следует вводить поправки. Погрешность метода иногда называют теоретической погрешностью.

Иногда погрешность метода может проявляться как случайная.

Погрешность (измерения) из-за изменений условий измерения – составляющая систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от установленного значения.

Примечание. Этот термин применяют в случае неучтенного или недостаточно учтенного действия той или иной влияющей величины (температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, напряженности магнитного поля, вибрации и др.); неправильной установки средств измерений, нарушения правил их взаимного расположения и др.

Субъективная погрешность измерения – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

Примечания:

Встречаются операторы, которые систематически опаздывают (или опережают) снимать отсчеты показаний средств измерений.

Иногда субъективную погрешность называют личной погрешностью или личной разностью.

Неисключенная систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерений, обусловленная погрешностями вычисления и введения поправок на влияние систематических погрешностей или систематической погрешностью, поправка на действие которой не введена вследствие ее малости.

Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений. Последние проявляются двояко. С одной стороны, все физические величины, играющие какую-либо роль при проведении измерений, в той или иной степени зависят друг от друга. Поэтому с изменением внешних условий изменяются истинные значения измеряемых величин. С другой стороны, условия проведения измерений влияют и на характеристики средств измерений и физиологические свойства органов чувств наблюдателя и через их посредство становятся источником погрешностей измерения.

Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная погрешность измерени

БИЛЕТ 19

Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Признаки, по которым можно отнести техническое средство к средствам измерений.

Признаками средства измерений являются: способность хранить или воспроизводить единицу физической величины, неизменность размера хранимой единицы в пределах, установленной погрешности в заданном интервале времени. В сфере государственного регулирования к средству измерений предъявляются дополнительные требования: оно должно быть утверждённого типа и поверено.

Можно ли калибры отнести к средствам измерений?

Калибр – мера физической величины, воспроизводящая с заданной точностью некоторый геометрический параметр и предназначенная для проверки (контроля) размеров и формы изделий или взаимного расположения их частей.

Калибр предназначен для контроля.

Средство измерений предназначено для измерений.

Калибр не относится к средствам измерений.

Статья 9. Требования к средствам измерений

1. В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа, прошедшие поверку в соответствии с положениями настоящего Федерального закона, а также обеспечивающие соблюдение установленных законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений обязательных требований, включая обязательные метрологические требования к измерениям, обязательные метрологические и технические требования к средствам измерений, и установленных законодательством Российской Федерации о техническом регулировании обязательных требований. В состав обязательных требований к средствам измерений в необходимых случаях включаются также требования к их составным частям, программному обеспечению и условиям эксплуатации средств измерений. При применении средств измерений должны соблюдаться обязательные требования к условиям их эксплуатации.

2. Конструкция средств измерений должна обеспечивать ограничение доступа к определенным частям средств измерений (включая программное обеспечение) в целях предотвращения несанкционированных настройки и вмешательства, которые могут привести к искажениям результатов измерений.

3. Порядок отнесения технических средств к средствам измерений устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений.

Классификация средств измерений

По техническому назначению:

мера физической величины — cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

измерительный преобразователь — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте

измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

автоматические;

автоматизированные;

ручные.

По стандартизации средств измерений:

стандартизированные;

нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

эталоны;

рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

По измерительным физико- химическим параметрам:

для измерения температуры;

давления;

расхода и количества;

концентрации раствора;

для измерения уровня и др.

Погрешность средства измерений (англ. error (of indication) of a measuring instrument) – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Систематическая погрешность средства измерений (англ. bias error of a measuring instrument) – составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерную изменяющуюся.

Примечание. Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, будет отличаться от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа, вследствие чего для группы однотипных средств измерений систематическая погрешность может иногда рассматриваться как случайная погрешность.

Случайная погрешность средства измерений (англ. repeatability error of a measuring instrument) – составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

Абсолютная погрешность средства измерений – погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой физической величины.

Относительная погрешность средства измерений – погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к результату измерений или к действительному значению измеренной физической величины.

Приведенная погрешность средства измерений (англ. reducial error of a measuring instrument) – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.

Примечания:

Условно принятое значение величины называют нормирующим значением. Часто за нормирующее значение принимают верхний предел измерений.

Приведенную погрешность обычно выражают в процентах.

Основная погрешность средства измерений (англ. intrinsic error of a measuring instrument) – погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

БИЛЕТ 20

Метрологические свойства СИ — это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками.

Метрологические характеристики, устанавливаемые НД, называют нормируемыми метрологическими характеристиками.

Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы:

свойства, определяющие область применения СИ;

свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения.

К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу или сверху (слева и справа), называют соответственно нижним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это означает, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

К метрологическим свойствам второй группы относятся два главных свойства точности: правильность и прецизионность результатов.

Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

Значение однозначной меры;

Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

Характеристики погрешностей средств измерений;

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.)

ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

характеристика качества измерений, отражающая степень близости результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше результат измерения отклоняется от истинного значения величины, т. е. чем меньше его погрешность, тем выше Т. и., независимо от того, является ли погрешность систематической, случайной или содержит ту и другую составляющие (см. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ). Иногда в кач-ве количеств. оценки Т. и. указывают погрешность, однако погрешность — понятие, противоположное точности, и логичнее в качестве оценки Т. и. указывать обратную величину относит. погрешности (без учёта её знака). Напр., если относит. погрешность равна ±10-5, то точность равна 105.

Сходимость результатов — характеристика качества измерений. Признаётся удовлетворительной, если результаты, полученные при исследовании одного и того же образца в одной и той же лаборатории, в небольшой промежуток времени, на одном и том же аппарате, одним и тем же оператором, с химическими реагентами из одной и той же партии отличаются на величину, превышающую сходимость, только в одном случае из 20.

Воспроизводимость измерений ( воспроизводимость результатов анализов) - это качество измерений ( результатов анализов), отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях ( в различное время, в различных местах) по данной методике. Воспроизводимость характеризуется относительным средним квад-ратическим отклонением. Наблюдения и измерения могут быть равноточными и неравноточными. В данной книге рассматриваются только равноточные измерения. [1]

Воспроизводимость измерений может характеризоваться средней квадратической погрешностью сравниваемых рядов измерений. [2]

БИЛЕТ 21

истематической погрешностью называется погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерениях одной и той же величины.

Примером систематической погрешности, закономерно изменяющейся во времени, может служить смещение настройки прибора во времени.

Случайной погрешностью измерения называется погрешность, которая при мно-гократном измерении одного и того же значения не остается постоянной. Например, при измерении валика одним и тем же прибором в одном и том же сечении получаются различные значения измеренной величины.

Систематические и случайные погрешности чаще всего появляются одновременно.

Для выявления систематической погрешности производят многократные измерения образцовой меры и по полученным результатам определяют среднее значение размера. Отклонение среднего значения от размера образцовой меры характеризует систематическую погрешность, которую называют «средней арифметической погрешностью», или «средним арифметическим отклонением».

Систематическая погрешность всегда имеет знак отклонения, то есть «+» или «-». Систематическая погрешность может быть исключена введением поправки.

При подготовке к точным измерениям необходимо убедиться в отсутствии постоянной систематической погрешности в данном ряду измерений. Для этого существуют специальные методы.

Определение. Нормальным называется распределение вероятностей непрерывной случайной величины, которое описывается плотностью вероятности

Нормальный закон распределения также называется законом Гаусса.

Нормальный закон распределения занимает центральное место в теории вероятностей. Это обусловлено тем, что этот закон проявляется во всех случаях, когда случайная величина является результатом действия большого числа различных факторов. К нормальному закону приближаются все остальные законы распределения.

Можно легко показать, что параметры и , входящие в плотность распределения являются соответственно математическим ожиданием и средним квадратическим отклонением случайной величины Х.

Сопоставлением ряда случайных погрешностей равноточных измерений обнаружено, что случайные погрешности обладают следующими свойствами:

а) абсолютное значение случайных ошибок, результатов измерений не может быть больше некоторого известного предела; величина этого предела зависит от условий, в которых производят измерения;

б) в данном ряду случайных ошибок малые по абсолютному значению ошибки встречаются чаще больших;

в) в данном ряду результатов измерений положительные ошибки появляются так часто, как и разные по абсолютному значению отрицательные ошибки;

г) среднее арифметическое из всех случайных ошибок данного ряда равноточных измерений стремится к нулю.

Характеристики случайных погрешностей могут быть определены обработкой ряда результатов измерений. [1]

Для характеристики возможных случайных погрешностей мер и приборов применяют понятие о вариации. [2]

Наиболее часто применяемой характеристикой случайной погрешности служит ее СКО ст. Объединение случайных погрешностей наиболее просто осуществляется суммированием их дисперсий ( квадратов средних квадратических отклонений), и характеристика о2 объединенной случайной погрешности определяется как корень квадратный из суммы дисперсий. [3]

Хг является характеристикой случайных погрешностей процесса. [4]

Следовательно, для характеристики случайной погрешности необходимо задать два числа: величину самой погрешности ( или доверительного интервала) и величину доверительной вероятности. Знание доверительной вероятности позволяет оценить степень надежности полученного результата. При ответственных измерениях требуется более высокая степень надежности и поэтому нужно выбирать больший доверительный интервал

БИЛЕТ 22

Метрологическое обеспечение подготовки производства (МЗПВ) - это комплекс организационно-технических мероприятий, обеспечивающих определение с необходимой точностью характеристик изделий, полуфабрикатов, узлов, материалов, сырья, параметров технологического процесса и оборудования, что позволяет добиться значительного повышения качества выпускаемой продукции, снижения непроизводительных затрат на ее разработку и производство.

Нормативной базой МЗПВ являются стандарты государственной системы измерений, единой системы технологической подготовки производства, отраслевые стандарты, стандарты предприятия, организационно-методическая и инструктивная документация, регламентирующая такие правила и положения МЗПВ:

установление рациональной номенклатуры измеряемых параметров и норм точности измерений, обеспечивающих достоверность входного и приемочного контроля изделий, узлов и материалов, а также контроля характеристик технологических процессов и оборудования;

обеспечения технологических процессов современным методикам выполнения измерений, гарантирующих необходимую точность измерений; аттестация и стандартизация этих методик;

обеспечения (поставка, разработка, изготовление) производства средствами измерения, в том числе и узкоотраслевого специального назначения, а также нестандартизированных средств измерения, средств обработки и представления информации по результатам измерения;

обеспечение метрологического обслуживания и прежде поверка средств измерения в соответствии с ГОСТ 2708-99;

обеспечение условий выполнения измерений, установленных нормативной документацией;

подготовка производственного персонала и работников соответствующих служб предприятия к выполнению контрольно-измерительных операций, поверки, ремонта и юстировки;

организация и проведение метрологического контроля или экспертизы технической документации в соответствии с ГОСТ 2708-99.

Метрологический контроль проводят при наличии необходимой документации, устанавливающей требования к метрологическому обеспечению. Если такой документации нет, то необходимо провести метрологическую экспертизу. Метрологический контроль или экспертизу рекомендуется проводить одновременно с нормоконтроля технической документации.

Метрологическое обеспечение испытаний товаров исистем качества, представленных для сертификации, предполагает:

1) наличие необходимых средств измерений, зарегистрированных в Госреестре;

2) наличие испытательного оборудования, соответствующего требованиям нормативных документов на методики проведения испытаний;

3) использование только аттестованных методик выполнения измерений;

4) удовлетворительное состояние средств измерений и испытательного оборудования, наличие и соблюдение графиков их аттестации и проверки;

5) наличие и достаточность средств измерений, представленных для проведения периодической аттестации испытательного оборудования;

6) обязательное наличие протоколов первичной и периодической аттестации испытательного оборудования, графиков их проведения.

Нестандартные средства измерений (НСИ). Установлен порядок метрологического обеспечения эксплуатации нестандартных средств изме-рений, который распространяется также на: ввозимые из-за границы единичными экземплярами; единичные экземпляры серийных средств измерений, отличающиеся от условий, для которых нормированы их метрологические характе-ристики; серийно выпускаемые образцы, в схему и конструкцию которых внесены изменения, влияющие на их метрологические характеристики.

Нестандартными могут быть как рабочие, так и образцовые средства измерений.