Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Метрологическая экспертиза и нормоконтроль» для магистрантов специальности 7-06-0716-01 «Обеспечение качества»

251

• длина шкалы – длина линии, проходящей через центры всех самых ко-

ротких отметок шкалы средства измерений и ограниченной начальной и ко-

нечной отметками;

• чувствительность средства измерений – свойство средства измере-

ний, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого сред-

ства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

К частным характеристикам, важным и для пользователя, и для разра-

ботчиков можно отнести следующие:

•диапазон измерений средства измерений;

•диапазон показаний средства измерений;

•вариация показаний измерительного прибора;

•порог чувствительности средства измерений (кроме этого термина на практике применяются также термины «порог реагирования», «порог по-

движности», «срабатывание», «порог срабатывания» и «пороговая чувстви-

тельность», которые следует рассматривать как синонимы, не подлежащие применению);

• зона нечувствительности средства измерений; (иногда эту зону называют мертвой).

Для выбора номенклатуры и назначения метрологических характери-

стик следует четко определить вид конкретного средства измерений, по-

скольку для разных СИ используют различные МХ и комплексы МХ. Сред-

ства измерений делят на осуществляющие измерительное преобразование

(измерительные преобразователи, измерительные приборы и др.) и не осу-

ществляющие измерительное преобразование (меры). В свою очередь меры могут быть однозначными или многозначными, а многозначные могут пред-

ставлять собой механическое объединение однозначных мер (двухпредель-

ный калибр, угловая мера с тремя или более рабочими углами) или штрихо-

вой (линейка, транспортир, измерительный сосуд).

252

Для однозначной меры набор метрологических характеристик включа-

ет значение меры Y и характеристики погрешностей меры, а для многознач-

ной штриховой меры, измерительного преобразователя или прибора состав комплекса МХ значительно расширен, а сами комплексы могут существенно различаться между собой.

Метрологические характеристики средств измерений по ГОСТ 8.009 – 84 делят на следующие группы:

• характеристики, предназначенные для определения результатов из-

мерений (без введения поправки);

•характеристики погрешностей СИ;

•характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам;

•динамические характеристики СИ;

•неинформативные параметры выходного сигнала СИ.

При необходимости также могут нормироваться и «характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составля-

ющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких как объект изме-

рений, средство измерений и т.п.)».

Две первые группы МХ должны входить в состав комплекса характе-

ристик любого СИ, остальные нормируют по необходимости. Необходимость включения тех или иных МХ в состав представляемого комплекса характери-

стик оценивают экспертным методом.

Значительное число ошибок, связанных с неправильными наименова-

ниями характеристик или с использованием нестандартных терминов, встре-

чается при описании средств измерений с дискретным выходом («цифровых СИ»).

Так для приборов с дискретным устройством отображения измеритель-

ной информации обычно не нормируют непосредственно диапазон показа-

ний, который определяется видом выходного кода и числом разрядов кода,

253

хотя бывают и исключения. Код может быть десятиричный (десятичный), как у штангенциркулей или мультиметров, либо например, применяемые в «циф-

ровых» часах двенадцатиричный и двойной двенадцатиричный (для числа часов в сутках), шестидесятиричный (для числа минут в часах или секунд в минутах), семиричный код (для дней недели). Могут применяться и другие коды, например, в приборах для измерений углов (360о для развернутого уг-

ла), двоичные, восьмиричные и иные – в дискретных измерительных преоб-

разователях.

Для приборов с дискретным устройством отображения измерительной информации на цифровом табло важно также предельное число знаков на табло, в том числе цифр (число разрядов выходного кода) и других (не циф-

ровых) знаков. Существенными признаками выходной информации являются виды знаков и их содержание, например, наличие фиксированной или плава-

ющей разделительной десятичной запятой (точки), минуса, знака переполне-

ния или неправильного подключения прибора и др.

У приборов с дискретным устройством отображения измерительной информации может отсутствовать цена деления шкалы, тогда ее место зани-

мает цена единицы наименьшего разряда кода либо номинальная ступень квантования, если она больше цены единицы наименьшего разряда кода.

Номинальная ступень квантования – наименьшее изменение измеряемой ве-

личины, на которое прибор реагирует сменой показаний на цифровом табло или ином устройстве отображения информации. Наименьшее значение но-

минальной ступени квантования совпадает с ценой единицы наименьшего разряда, а любое иное должно быть кратно этому значению. В случае деся-

тичного выходного кода, как правило, применяют множители кратности 2

или 5 (номинальная ступень квантования равна двукратному либо пятикрат-

ному значению цены единицы наименьшего разряда кода).

Приборы с дискретным выходом могут иметь устройства отображения измерительной информации типа шкала-указатель со всеми присущими им

254

атрибутами (цена деления шкалы, диапазон показаний, пределы шкалы или диапазон шкалы, длина деления шкалы). Например, часы с шаговым двигате-

лем и центральной секундной стрелкой имеют три указателя для одной шка-

лы, три диапазона показаний (от нуля до шестидесяти для числа секунд в ми-

нутах или минут в часах плюс от нуля до двенадцати для числа часов в сут-

ках) и три цены деления (одна секунда, одна минута и одна пятая часа).

Бывает, что диапазон измерений путают с диапазоном показаний, что особенно характерно для измерительных головок, предназначенных для ли-

нейных измерений. Диапазон измерений в этом случае определяется вспомо-

гательными устройствами (стойки, штативы, скобы), в которые устанавлива-

ют эти головки. В некоторых приборах, используемых для измерений мето-

дом непосредственной оценки, диапазон измерений меньше диапазона пока-

заний (не на всем диапазоне показаний гарантирована паспортная погреш-

ность прибора), что приводит к применению прибора на ограниченном участке диапазона показаний.

Для измерительных преобразователей диапазон и пределы преобразо-

вания могут вообще не устанавливаться, если они зависят не от самого пре-

образователя, а от устройств, с которыми он используется. Например, для тензопреобразователей, используемых в первичных измерительных преобра-

зователях силы и деформаций, диапазон преобразуемых величин зависит не от самого тензопреобразователя, а от свойств применяемого упругого эле-

мента.

Для некоторых первичных измерительных преобразователей диапазон преобразования может ограничиваться их физическими свойствами. Это ка-

сается термопар, фотоприемников лучистой энергии, емкостных и других преобразователей.

Для преобразователей с дискретной (цифровой, числовой) выдачей сигнала измерительной информации вместо диапазона и пределов преобразо-

ваний приходится использовать такие МХ, как вид выходного кода и число

255

разрядов выходного кода. Именно эти МХ ограничивают возможности выда-

чи сигнала измерительной информации сверху и снизу.

Приписывание средствам измерений несуществующих метрологиче-

ских характеристик, как правило, связано с невнимательностью разработчи-

ка. Кроме ситуаций, которые были рассмотрены выше, встречаются и другие ошибки. Так штриховым мерам приписывают диапазон измерений и диапа-

зон показаний. Диапазон измерений многозначной штриховой меры сверху не ограничен (равен бесконечности). Вместо термина диапазон показаний для многозначных штриховых мер более корректно использование терминов

«диапазон шкалы» и «пределы шкалы», поскольку указатель как элемент конструкции СИ в них отсутствует. Термины «диапазон шкалы» и «пределы шкалы» удобны также и для характеристики приборов с несколькими устройствами отображения информации типа шкала-указатель.

В описаниях средств измерений довольно часто представляют диапазон измерений одним (верхним) пределом, порог чувствительности называют

«разрешающей способностью», силу действия измерительного наконечника на объект называют «измерительным усилием». Особенно часто встречаются ошибки в описаниях метрологических характеристик средств измерений с дискретным выходом: номинальную ступень квантования называют «разре-

шающей способностью», «дискретностью» или «величиной дискреты», а

также другими терминами. В описаниях СИ в технической литературе, пас-

портах и даже нормативных документах не всегда различают понятия по-

грешность и точность. Точность средства измерений как интегральная ха-

рактеристика может описываться классом точности прибора, например, ин-

дикаторы часового типа по ГОСТ 577 – 68 могут быть первого или нулевого классов точности.

Во избежание ошибок, связанных с нормированием и описанием МХ СИ разработчики и эксперты должны при первой необходимости обращаться к таким нормативным документам как РМГ 29 – 99 и ГОСТ 8.009.

256

Метрологическая экспертиза методик выполнения измерений (МВИ)

описана в главе 10 (раздел «Постановка и решение задач метрологической экспертизы объекта на базе конструкторской документации»). Отличитель-

ной особенностью стандартизационной экспертизы МВИ является необходи-

мость контроля достаточно подробного описания МВИ в соответствии с тре-

бованиями ГОСТ 8.010. Если эти требования не соблюдены, нормоконтролер фиксирует это как нарушение стандарта и предлагает исправить ошибки.

Кроме того, нормоконтролер проверяет полноту и корректность представле-

ния метрологических характеристик используемых средств измерений. Ос-

новные МХ и типовые ошибки, встречающиеся в описаниях, были представ-

лены выше.

При метрологической экспертизе методик выполнения измерений ос-

новное внимание следует уделять вопросам нормирования допустимой по-

грешности и оценки погрешности реализуемой. Нормирование допустимой погрешности измерений описано в главе 7 «Научные основы метрологиче-

ской экспертизы».

К метрологическим мероприятиям, включающим описания МВИ, от-

носятся также поверка средств измерений, их калибровка и градуировка. По-

верка и калибровка средств измерений регламентированы стандартами Си-

стемы обеспечения единства измерений. В соответствии с требованиями стандартов разрабатываются и методики поверки и калибровки нестандарти-

зованных средств измерений. Основное внимание метрологической экспер-

тизы и в этих случаях должно быть направлено на вопросы нормирования допустимой погрешности поверки (калибровки) и оценки погрешности, до-

пускаемой в ходе реализации исследуемой методики.

Несколько специфическим метрологическим мероприятием является

градуировка средств измерений (определение градуировочной характеристи-

ки средства измерений). До сих пор в литературе и технической документа-

ции встречается нерекомендуемый термин «тарировка СИ», который следует

257

рассматривать как нарушение стандарта. Определение градуировочной ха-

рактеристики нестандартизованного СИ и оформление ее на шкале прибора соответствует понятию градуировки как метрологического мероприятия, по-

скольку в этом случае используют полученные в ходе исследований конкрет-

ные реализации зависимостей между величинами на входе и на выходе сред-

ства измерений.

Реализация функции преобразования может быть представлена в таб-

личной или графической форме. Такая функция может быть характеристикой группы однородных СИ, либо реальной градуировочной характеристикой конкретного СИ. Градуировочная характеристика конкретного экземпляра преобразующего СИ может быть получена в виде единичной реализации,

пучка реализаций или оценки, полученной в результате комплексирования пучка единичных реализаций.

Из сказанного ясно, что градуировка средства измерений представляет собой исследование, которое должно сопровождаться всеми атрибутами это-

го процесса, и метрологическая экспертиза которого должна осуществляться в соответствии с рекомендациями на МЭ исследований (они представлены в соответствующей главе).

Аналогичный подход можно предложить для экспертизы метрологиче-

ской аттестации методик выполнения измерений. При аттестации МВИ осо-

бое внимание следует уделить методическим составляющим погрешности измерений. В отличие от процессов поверки или калибровки, в которых объ-

ект измерений обычно близок к модели, соответствующей идеальному вос-

произведению измеряемой величины, реализация типовой МВИ предполага-

ет наличие производственных объектов, которые могут значимо отличаться от идеальной модели. Следовательно, при исследовании МВИ необходимо в оценке методической погрешности учитывать прогнозируемое значение по-

грешности из-за некорректной идеализации объекта измерений.

258

В определенных ситуациях может появиться необходимость учитывать производственные условия (например, погрешности из-за влияющих величин в рабочих условиях измерений), а также предполагаемую квалификацию оператора, которая может привести к появлению субъективных погрешно-

стей, существенно превышающих погрешности высокопрофессионального оператора.

259

14. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И НОРМОКОНТРОЛЬ

Цель совмещенного метрологического контроля и нормоконтроля – проверка уровня качества представленных документов и объекта с позиций стандартизации и метрологии. Как всякий контроль, совмещенный метроло-

гический контроль и нормоконтроль заканчивается заключением о соответ-

ствии контролируемого объекта поставленным требованиям.

Минимально необходимый уровень качества определяется нормосоот-

ветствием документа и представляемого им изделия, а также контролепри-

годностью его параметров. Иными словами, совмещенный метрологический контроль и нормоконтроль по составу близок формальной стандартизацион-

ной и метрологической экспертизе, проводимой совместно. Можно значи-

тельно повысить требования к уровню качества объекта – в таком случае в рамках совмещенного метрологического контроля и нормоконтроля придется проводить функциональную стандартизационную и метрологическую экс-

пертизу. Глубина экспертизы и объем выполняемой экспертной работы будет определяться поставленными перед экспертом целями.

В случае признания соответствия («годности»), можно приступать к реализации объекта, т.е. изделие можно запускать в производство, а техноло-

гический процесс – в действие без внесения исправлений и изменений в до-

кументацию, которая была представлена на контроль. В случае признания несоответствия, процесс реализации объекта откладывается до внесения в документацию всех необходимых исправлений и изменений, которые обес-

печат нормосоответствие документа и представляемого им изделия, а также контролепригодность его параметров.

Внесение в документацию необходимых исправлений и изменений не входит в задачи экспертизы – в лучшем случае эксперт, отметив недостатки объекта, может высказать предложения, направленные на совершенствование объекта, а разработчик имеет право отклонить эти предложения. Здесь речь

260

идет не об устранении нарушений требований стандартов (эти ошибки ис-

правляются беспрекословно), а о замене оригинальных элементов объекта стандартными или таких изменениях объекта, которые обеспечат контроле-

пригодность параметров. В метрологии подобная деятельность носит назва-

ние «метрологическая проработка объекта» и может включать в себя как обеспечение контролепригодности параметров, так и оптимизацию назнача-

емых норм точности. По аналогии можно предложить понятие «стандартиза-

ционная проработка объекта», которое подразумевает замену оригинальных элементов объекта стандартными с сохранением или даже с повышением уровня качества объекта.

Для успешного прохождения совмещенного метрологического кон-

троля и нормоконтроля, если первая попытка оказалась неудачной, необхо-

димо провести стандартизационную и метрологическую проработку объекта и устранить обнаруженные экспертом несоответствия, связанные с наруше-

нием требований стандартов и неконтролепригодностью параметров.

Очевидно, что для достижения поставленной цели необходимо прове-

дение как минимум формальной стандартизационной и метрологической экспертизы и последующей стандартизационной и метрологической прора-

ботки объекта. При более широкой трактовке формальную экспертизу можно дополнить элементами функциональной или даже провести полномасштаб-

ную функциональную стандартизационную и метрологическую экспертизу.

Проведенный анализ показывает, что для успешного прохождения сов-

мещенного метрологического контроля и нормоконтроля требуется решение большего числа задач, чем при экспертизе, хотя в РМГ 63 метрологический контроль пытаются представить как упрощенную экспертизу, проводимую с минимальным использованием интеллектуальных и временных ресурсов. В

частности там говорится, что «метрологический контроль осуществляют путем проверки технической документации на соответствие конкретным метрологическим требованиям, установленным в стандартах и других нор-