книги / Метрология, стандартизация, сертификация
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
Пермский государственный технический университет
Ю.Р. Дадиомов
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ
Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета
вкачестве конспекта лекций для студентов заочного отделения химических специальностей 210200 (направление 657900); 250400 (направление 655000); 250200
Пермь 2005
УДК 389.001 Д12
Рецензенты:
канд. техн. наук &Г Стафейчук (Пермский государственный технический университет);
д-р техн. наук М.К. Хубеев (Пермский государственный технический университет)
Дадиомов Ю.Р.
Д12 Метрология, стандартизация, сертификация: Конспект лекций / 11ерм. гос. техн. ун-т. - Пермь, 2005. - 129 с.
Рассмотрены основные вопросы курса «Метрология, стандартизация, сертификация».
Предназначено для студентов заочного отделения химико-техиологиче- ского факультета специальностей «Автоматизация технологических процессов и производств», «Химическая технология природных энергоносителей и углерод ных материалов». «Химическая технология неорганических веществ»
УДК 389.001
©Пермский государственный технический университет, 2005
Оглавление |
|
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................ |
5 |
1. МЕТРОЛОГИЯ.............................................................................................. |
7 |
1.1. История развития метрологии и становление ее как науки......... |
7 |
1.2. Предмет метрологии, функции метрологии, единство измере |
|
ний. Основные понятия и определения................................................. |
9 |
1.3. Измерения........................................................................................ |
11 |
1.3.1. Сущность и основные характеристики измерений.................... |
11 |
1.3.2. Классификация измерений.......................................................... |
16 |
1.3.3. Методы измерений....................................................................... |
20 |
1.3.4. Погрешности измерений............................................................. |
25 |
1.3.5. Вероятностные оценки погрешности измерений. Оценка |
|
и учет погрешностей при точных измерениях.................................... |
29 |
1.4. Средства измерений..................................................................... |
3& |
1.4.1. Классификация средств измерений............................................ |
38 |
1.4.2. Статические характеристики измерительных устройств......... |
41 |
1.4.3. Динамические характеристики измерительных устройств..... |
44 |
1.4.4. Структурные схемы измерительных устройств........................ |
48 |
1.4.5. Структурные схемы измерительных систем.......................... |
52 |
1.4.6. Погрешности средств измерений............................................... |
54 |
1.4.7. Нормирование метрологических характеристик измеритель |
|
ных устройств......................................................................................... |
62 |
1.4.8. Оценка и учет погрешностей при технических измерениях ... |
66 |
1.5. Методики выполнения измерений................................................ |
69 |
1.5.1. Градуировка, регулировка, поверка и калибровка средств |
|
измерений............................................................................................... |
72 |
1.6. Правовые основы обеспечения единства измерений. Закон РФ |
|
«Об обеспечении единства измерений»................................................ |
76 |
1.7. Структура и функции метрологической службы РФ ................... |
77 |
2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ................................................................................... |
82 |
2.1. Основные понятия и определения в области стандартизации .... |
82 |
2.2. Цели и задачи стандартизации........................................................ |
84 |
2.3. Виды и методы стандартизации..................................................... |
85 |
2.4. Категории и виды стандартов......................................................... |
87 |
2.5. Основные принципы стандартизации............................................ |
90 |
2.6. Органы и службы стандартизации................................................. |
91 |
2.7. Маркировка продукции знаком соответствия государственным |
|
стандартам............................................................................................... |
93 |
2.8. Государственный контроль и надзор за соблюдением обяза |
|
тельных требований стандартов............................................................ |
95 |
3
2.9. Права и задачи государственного инспектора в рамках Закона |
|
РФ о стандартизации.............................................................................. |
96 |
2.10. Правовые основы и научная база стандартизации.................... |
99 |
3. КВАЛИМЕТРИЯ. ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА............................... |
100 |
3.1. Основные понятия квалиметрии.................................................... |
100 |
3.2. Роль квалиметрии в управлении качеством................................. |
102 |
3.3. Показатели качества продукции................................................... |
103 |
3.4. Методы оценки уровня качества.................................................. |
104 |
4. СЕРТИФИКАЦИЯ........................................................................................ |
106 |
4.1. Общие сведения, сущность, понятия и термины........................ |
106 |
4.2. Испытательные лаборатории........................................................ |
108 |
4.3. Способы информирования о соответствии................................... |
111 |
4.4. Виды сертификации, сущность, обязательная и добровольная |
|
сертификация.......................................................................................... |
113 |
4.5. Система сертификации. Формы участия в системах.................. |
115 |
4.6. Схемы сертификации..................................................................... |
116 |
4.7. Признание зарубежных сертификатов.......................................... |
118 |
4.7.1. Порядок ввоза товаров, подлежащих обязательной серти |
|
фикации ................................................................................................... |
120 |
4.8. Правовые основы сертификации в РФ......................................... |
122 |
4.8.1. Закон «О защите прав потребителей»...................................... |
122 |
4.8.2. Закон «О сертификации продукции и услуг»........................... |
124 |
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ......................................... |
128 |
4
ВВЕДЕНИЕ
Разработка, изготовление и эксплуатация технологических систем, систем автоматизации управления и средств автоматизации неизбежно связаны с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация используется как для собственно измерения, так и для выработки соответствующих управляющих сигналов, логических заключений и суждений в таких процедурах, как управление, контроль, диагностирование, идентификация и т.п. Очевидно, что выбор методов и средств измерения в каждом конкретном случае должен обеспечивать по лучение требуемых показателей качества конечного результата. Таким об разом, перед специалистом встает задача правильного выбора метода и средства измерений, должной организации измерительного эксперимента обработки и представления результатов измерений в соответствии с прин ципами метрологии и действующими в этой области нормативными доку ментами. Повышение эффективности производства и улучшение качества разработок связано также с широким применением различных форм и ме тодов стандартизации.
Отсюда следует необходимость соответствующей подготовки спе циалистов в области решения метрологических и измерительных задач в процессе разработок и обслуживания химических технологий и систем управления ими, а также выполнения требований Государственной систе мы стандартов в повседневной практической деятельности.
В процессе познавательной деятельности человека возникает множе ство задач, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (яв ления, процесса, вещества, изделия). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильной организации и выпол нении которых получают результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания. Ин формация о свойствах и качествах объектов, полученная посредством из мерений, называется измерительной информацией.
Студенты инженерных специальностей высших учебных заведений, начиная уже с первого семестра, работают в лабораториях, выполняя лабо раторные работы по профилю общетехнических и специальных кафедр. При этом в основе большинства лабораторных работ лежат измерения. Ре зультаты любых измерений, как бы тщательно и на каком бы высоком уровне они не выполнялись, неизбежно содержат некоторые погрешности. Абсолютно точных измерений не может быть принципиально. Именно по этому успешная работа студентов в лабораториях, наряду с изучением ме тодов и средств измерений и приобретением навыков измерений, предпо-
5
лагает также их знакомство с современными методами математической обработки результатов измерений, анализа и оценки погрешностей.
Подготавливаясь к будущей самостоятельной работе по профилю избранной специальности, студенты должны иметь в виду, что сегодня из мерения пронизывают все сферы инженерного труда. С измерениями свя зана деятельность инженера-исследователя и инженера-технолога; инже нер-конструктор обязан иметь ясное представление о возможностях изме рительной техники, чтобы обеспечить взаимозаменяемость деталей и уз лов, контролепригодность разрабатываемого изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Измерительная информация является основой для при нятия технических и управленческих решений при испытаниях продукции, оценки ее технического уровня, аттестации и сертификации качества. По этому знание современных правил, норм и требований в области измере ний также обязательно для специалистов, осуществляющих функции управления и организации производства.
Результат любого измерения заслуживает внимания лишь при усло вии, что он сопровождается оценкой погрешности измерения либо допол няется сведениями, позволяющими потребителю измерительной информа ции оценить точность измерения самостоятельно. С другой стороны, важ но не только уметь выполнить измерение и оценить погрешность результа та, но и гак спланировать и осуществить процедуру измерения, чтобы обеспечить требуемую точность или свести погрешности к минимуму.
Говоря о точности измерений, следует заметить, что уровень точно сти, к которому надо стремиться, должен определяться критериями техни ческой и экономической целесообразности. Известно, что повышение точ ности измерения вдвое удорожает само измерение в несколько раз. В то же время снижение точности измерения в производстве ниже определенной нормы приводит к браку продукции. При назначении точности измерений важно также учитывать их значимость. В одних случаях недостаточная точность получаемой измерительной информации имеет небольшое или локальное значение, в других играет исключительно важную роль: от точ ности измерения может зависеть научное открытие или жизнь и здоровье людей.
С развитием науки, техники и разработкой новых технологий необ ходимо измерять все новые и новые физические величины, существенно расширяется диапазон измерений различных значений величин - от сверх малых до очень больших значений физических величин. Непрерывно по вышаются требования к точности измерений.
В этих условиях, чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами измерений, необходимо освоить некоторые общие принципы их решения, нужен единый научный и законодательный фундамент, обеспечивающий на практике высокое качество измерений, не
6
зависимо от того, где и с какой целью они производятся. Таким фундамен том является метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Необходимо отметить, выполнение вышеприведенных задач может быть осуществлено только на базе знания законодательных основ Государ ственной системы стандартизации.
Стандартизация - это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; технической и ин формационной совместимости, а также взаимозаменяемой продукции; ка чества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; единства измерений.
Третья составляющая единого учебного курса - сертификация, целя ми которой являются: создание условий для деятельности организаций всех форм собственности на едином товарном рынке России для участия в международном экономическом, научно-техническом сотрудничестве и международной торговле; содействие потребителям в выборе товара и за щита их от недобросовестного изготовителя; контроль безопасности про дукции для жизни, здоровья и имущества людей и окружающей среды; подтверждение показателей качества продукции, заявленной изготовите лем.
Метрология, стандартизация и сертификация неразрывно связаны между собой, поэтому изучение их в одном учебном курсе дает более пол ное представление о важности каждого из этих направлений деятельности и их совокупности для становления рыночной экономики в стране и разви тия внешнеэкономической деятельности, что является безусловно важным обстоятельством формирования инженерно-технического и научного ми ровоззрения специалиста высокой квалификации.
1.МЕТРОЛОГИЯ
1.1.История развития метрологии и становление ее как науки
Наблюдая предметы и явления окружающей природы, человек из давна испытывал потребность в их количественной оценке. Со временем это привело к измерениям. Измерение - одна из древнейших операций, применяемых человеком в общественной практике. Измерение бессозна тельно имеет место даже в процессе чувственного познания нами внешних предметов (определение размеров предметов путем ощупывания и пр.).
Исторически первыми единицами измерений были единицы, выра жающие размеры тела человека (локоть, фут и пр.),или какие-либо предме
7
ты. В ходе развития прогресса значение измерений непрерывно повышает ся в хозяйственно-экономической жизни народов - в торговле, мореплава нии, земледелии, строительном деле. Развитие техники измерений и соз дание простейших измерительных приборов началось с появлением сол нечных, песочных и водяных часов, а также весов. В Древнем Риме, на пример, в I веке для учета расхода воды в городском водопроводе приме нялись измерительные насадки, явившиеся прототипом современных во домеров.
С подъемом ремесла, науки, искусства в Х1У-ХУ1 веках возникает необходимость в развитии техники измерений - совершенствуются старые средства измерений, создаются новые.
XVII век ознаменовался такими изобретениями в области измерений, как барометр, телескоп, микроскоп.
В XVIII веке академиком Г.В. Рихманом, соратником М.В. Ломоно сова, был создан первый электроизмерительный прибор - «указатель элек трической силы». В этом же столетии созданы динамометр, калориметр и
др.
В середине XIX века вошли в практику приборы для измерения элек трических и световых величин.
Таким образом, значение измерений непрерывно возрастает и рас ширяется сфера их применения - от той стадии человеческой культуры, когда практически можно было ограничиться измерением длины, площади, скорости, времени, массы, до современной эпохи, когда измерения осуще ствляются по отношению к любой физической величине почти независимо от интервала, в котором она измеряется (например, масса электрона и ко лоссального космического тела, длительность промежутков - микросекун да и год, и т.д).
Примитивные на первых порах измерения в наши дни превратились в мощный рычаг познания и вместе с тем в один из самых объективных средств контроля. Сейчас трудно себе представить вид деятельности чело века, в котором не использовались бы результаты измерений.
Без измерений невозможно существование современной науки, про мышленности, сельского хозяйства, медицины, торговли. Измерения необ ходимы в военном деле, в быту, в спорте и во многих других видах дея тельности человека. Они выполняются не только в разных земных услови ях, но и в атмосфере, в космосе, на других планетах. Измерения позволяют управлять технологическими процессами, предприятиями, народным хо зяйством в целом. Огромное значение имеют измерения в повышении ка чества продукции. Много измерительных приборов применяется в быту. Измерительная информация стала неотъемлемой спутницей человека. Можно с уверенностью сказать, что измерения сопровождают нас в тече ние всей жизни.
8
Внашей стране ежедневно производятся миллиарды измерений, миллионы человек считают измерения своей профессией. Доля затрат на измерения составляет 10-15 % от затрат общественного труда, а в отраслях промышленности, производящих сложную технику (электроника, станко строение и др.), она достигает 50-70 %.
На определенном этапе своего развития измерения привели к воз никновению метрологии. Зародившись как описательная наука, метроло гия долго находилась, если можно так сказать, в младенческом возрасте. До конца XIX века в трактатах по метрологии под этим термином понима лись всякого рода меры по их наименованиям, подразделениям и взаимно му отношению.
Большая заслуга в становлении отечественной метрологии принад лежит Д.И. Менделееву, видевшему в метрологии мощный рычаг воздей ствия на экономику. В 1893-1907 гг. Д.И. Менделеев был Управляющим Главной палаты мер и весов в Петербурге и сделал много для становления отечественной метрологии как науки.
В30-х годах XX столетия метрология в России получила мощное развитие, но еще долгое время объектами метрологической деятельности было только обеспечение единообразия средств измерений.
Метрология имеет дело с измерениями физических величин. Эти из мерения занимают особое положение среди различных видов количествен ного оценивания. Их отличительная особенность — высокая познаватель ная ценность, заключающаяся в установлении однозначного соответствия между измеряемыми физическими величинами и их числовыми выраже ниями. Зависимость между физическими величинами можно выразить уравнениями и привлечь таким образом к познанию природы всю мощь математического анализа.
1.2.Предмет метрологии, функции метрологии, единство измерений. Основные понятия и определения
Общепринятое определение метрологии дано в ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения»: метрология - наука об изме рениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достиже ния требуемой точности. Греческое слово «метрология» образовано от слов «метрон» - мера и «логос» - учение. Метрология делится на три са мостоятельных и взаимно дополняющих раздела, основным из которых яв ляется «Теоретическая метрология». В нем излагаются общие вопросы теории измерений. Раздел «Прикладная метрология» посвящен изучению вопросов практического применения в различных сферах деятельности ре зультатов теоретических исследований. В заключительном разделе «Зако нодательная метрология» рассматриваются комплексы взаимосвязанных и
9
взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле государства и направ ленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств изме рений (СИ).
Предметом метрологии является извлечение количественной ин формации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и дос товерностью. Средства метрологии - это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное исполь зование.
Функции метрологии:
1)разработка научных основ повышенной точности измерений фи зических параметров;
2)обеспечение единства измерений;
3)разработка методов государственной и отраслевой метрологиче ских поверок;
4)разработка мероприятий по созданию и стандартизации новых ме тодов и средств измерений, а также ремонта и поверок работающих средств;
5)разработка новых и новейших теорий и законодательных актов;
6)развитие сетей научно-исследовательских институтов, органов по метрологии.
Задачи метрологии:
1)установление единиц физических величин, государственных эта лонов и образцовых средств измерений;
2)разработка теории, методов и средств измерений и контроля;
3)обеспечение единства измерений и единообразных средств изме
рений;
4)разработка методов оценки погрешностей, состояния средств из мерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Одна из главных задач метрологии - обеспечение единства измере ний - может быть решена при соблюдении двух условий, которые можно назвать основополагающими:
-выражение результатов измерений в единых узаконенных едини
цах;
-установление допустимых ошибок (погрешностей) результатов из мерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной ве роятности.
Часто, применяя одинаковые по размеру единицы и выполняя самые тщательные измерения в разных местах, не удается добиться их единства. Необходимы еще и единая унифицированная методика измерений, уста-
10