Метрологическая экспертиза технической документации. Учебное пособие по дисциплине «Метрология. Стандартизация. Сертификация»

положения», Р 50.038—2004 «ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенностей результатов измерений», МИ 2083-90 «ГСИ. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей».

При оценивании показателей точности методик выполнения измерений, испытаний, можно использовать положения стандарта ГОСТ Р ИСО 5725-1-6-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

В тех случаях, когда в проверяемой документации установлены показатели точности измерений в виде неопределенности, то при анализе и установлении их правильности можно использовать положения РМГ" 43-2001 «ГСИ. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений».

Неопределенность измерений — параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине. При этом неопределенность может принадлежать либо к типу А, значения которой оцениваются вероятностными методами и методами математической статистики, либо к типу В, значения которой оцениваются иными методами.

Характеристиками неопределенности являются:

−стандартная неопределенность и — неопределенность результата измерений, выраженная в виде СКО;

−суммарная стандартная неопределенность ис — положительный квадратный корень суммы квадратов СКО;

−расширенная неопределенность для заданного уровня доверия (£);

−стандартная неопределенность, оцененная по типу А, — иА;

−стандартная неопределенность, оцененная по типу В, —

ив.

21

При сопоставлении оценок характеристик погрешности и неопределенности можно использовать рекомендации, приведенные в РМГ 43-2001.

При недостаточной точности измерений, если показатели точности измерений не соответствуют установленным требованиям, необходимо выйти с предложениями к разработчику документации о повышении точности измерений. При этом следует использовать такие способы, которые позволяют уменьшить доминирующую составляющую погрешности. Например, погрешность измерения состоит из двух составляющих 1 и 2 (причем 2 =

0,5 1 )

При оценивании погрешности измерений Аизм (при нормальном законе распределения составляющих погрешности измерений и для заданной вероятности 0,95) по формуле

Видно, что вклад составляющей ∆2 в погрешность измерений составляет всего 10%. Поэтому при необходимости повышения точности измерений целесообразно уменьшать составляющую ∆1в

Рекомендации по повышению точности измерений не сводятся только к выбору более точных средств измерений. Можно рекомендовать выбрать или разработать более точный метод измерений, или ужесточить требования к условиям проведения измерений, или изменить процедуру измерений.

Рекомендации по повышению точности измерений приведены в РМГ 64-2003 «ГСИ. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Методы и способы повышения точности измерений».

22

2.3. Оценивание контролепригодности конструкции

Под контролепригодностью понимают возможность контроля необходимых параметров в процессе изготовления, испытаний, эксплуатации и ремонта изделий.

При МЭ технической документации оценивают возможность измерения параметров продукции с требуемой точностью существующими или вновь разработанными средствами измерений. Для этого следует проверить, возможен ли доступ ко всем точкам измерений (поверхностям, параметры которых измеряются, контрольным гнездам, разъемам и т.д.). Если доступ к точкам измерений затруднен, можно сделать предложение по усовершенствованию конструкции объекта.

Далее, необходимо проанализировать, ко всем ли свойствам объекта, влияющим на погрешность измерений, установлены требования. Например, при измерении линейных размеров должны быть регламентированы шероховатость поверхности детали (от нее зависит составляющая погрешности измерений, обусловленная взаимодействием СИ и объекта) и материал детали (от жесткости его зависит погрешность взаимодействия, а от коэффициента температурного расширения зависит температурная погрешность).

При проведении МЭ чертежей следует не только установить неконтролепригодные размеры (например, внутренние диаметры, канавки, уступы и др.), но и размеры, измерение которых требует трудоемких методов контроля. В некоторых случаях специалист, проводящий МЭ, может рекомендовать обеспечить необходимую точность параметров технологически.

При решении этой задачи эксперт может также рекомендовать ужесточить или расширить допуск на контролируемые параметры, ограничить требования к условиям измерений, разработать специальные СИ или МВИ

23

2.4. Установление полноты и правильности требований к средствам измерений

В производственной деятельности предприятий, организаций используются различные технические устройства: средства измерений, испытательное оборудование, средства контроля и диагностики, вспомогательные устройства и др.

При оценивании полноты и правильности требований к СИ, к их метрологическому обеспечению (в определении понятия «метрологическая экспертиза» используется термин «метрологическое обслуживание СИ») специалисту, проводящему МЭ, приходится прежде всего установить, является ли это техническое устройство средством измерений. Положения Федерального закона «Об обеспечении единства измерений» и нормативных документов ГСИ распространяются только на средства измерений.

При решении этого вопроса можно воспользоваться определением «средство измерений — это техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики». В документации на конкретное средство измерений (ГОСТ, ТУ, паспорт и др.) указывают, для каких целей оно предназначено, и в разделе технические характеристики перечисляют метрологические характеристики (характеристики свойств СИ, оказывающие влияние на результат и погрешность измерения). Например, в паспорте на средство измерения давления установлено: «Манометр, мановакуумметр показывающий МТП-М, МВТП-М для измерения избыточного и вакуумметрического давления жидких и газообразных неагрессивных сред, в том числе кислорода, водорода, ацетилена… Диапазон показаний, класс точности указаны на приборе по ГОСТ 2405-88. Условия эксплуатации: температура окружающего воздуха от минус 60 до 60 °С; относительная влажность до 98 % при температуре 35 °С; вибрация частотой 5- 25 Hz с амплитудой 0,1 mm».

24

Однако встречаются случаи, когда сложно решить, является ли указанное в технической документации техническое устройство средством измерений. Для таких ситуаций можно воспользоваться положением Федерального закона «Об обеспечении единства измерений», в котором записано: «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» (в настоящее время Министерство промышленности и торговли)».

Понятие «средство измерений» является обобщающим понятием, относящимся ко всем техническим устройствам, предназначенным для измерений. К средствам измерений относятся меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи (для первичных преобразователей допускается использовать термин «датчик»), измерительные установки, измерительные системы, стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов.

При проведении МЭ технической документации на СИ одной из основных задач является оценивание рациональности выбора номенклатуры нормируемых метрологических характеристик (MX).

Метрологические характеристики СИ необходимы также для оценивания инструментальной составляющей погрешности измерений, выбора СИ по известным условиям реализации измерительного процесса и требуемой точности, сравнения СИ различных типов, оценивания погрешности измерительных систем и др.

Для решения этих задач можно воспользоваться положениями ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений», ГОСТ Р 8.596—2002 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения», МИ 2439-97 «ГСИ. Метрологические характеристики измерительных

25

систем. Номенклатура. Принцип регламентации, определения и контроля», ГОСТ 8.315-97 «ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения». В ГОСТ 8.009-84 приводится обоснованный подход к оценке метрологических свойств СИ, к нормированию метрологических характеристик, который можно использовать для оценивания составляющих погрешности измерений, обусловленных свойствами СИ. Для облегчения выбора комплексов метрологических характеристик СИ в ГОСТ 8.009-84 рекомендованы критерии существенности отдельных составляющих погрешностей СИ и критерии рациональности выбора метрологических характеристик СИ. Способы оценивания погрешности СИ в реальных условиях эксплуатации приведены в РД 50-453-84 «ГСИ. Характеристики погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчета».

Достаточно часто в документации приводятся классы точности СИ, которые приписываются в зависимости от формы выражения пределов допускаемой погрешности. При оценивании правильности установления классов точности СИ следует использовать положения ГОСТ 8.401-81 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования».

При рассмотрении требований к СИ в общем случае оценивают:

достаточность этих требований; рациональность выбранной формы задания требований;

соответствие принципа действия и конструктивных особенностей СИ решаемой измерительной задаче;

соответствие условий применения СИ условиям измерений;

соответствие выбранных СИ рациональной номенклатуре;

допустимость использования СИ; соответствие точности СИ требуемым значениям

погрешности измерений (выбор СИ по точности);

26

выявление возможности применения автоматизированных СИ, встроенных в технологическое и производственное оборудование;

соответствие требованиям безопасности труда.

При МЭ технической документации (технологической документации и ряда конструкторской документов, а также документации, регламентирующей МВИ, отчетов НИР и др.) прежде всего устанавливают полноту приведенных сведений о СИ. Требования к СИ являются достаточными, если указаны наименование и тип СИ, документ на СИ (для СИ общего назначения такими документами являются ГОСТ или ТУ), требования к метрологическим характеристикам. Эти данные должны указываться в объеме, обеспечивающем возможность выбора конкретного СИ (если он не указан) или замену СИ данного типа на другое без ухудшения показателей точности. Например, неправильно указано: «штангель»; следует записать, например: «штангенциркуль ШЦ-П-160-0,05 по ГОСТ 166-80».

В проверяемой документации нередко приводится неполное или неправильное обозначение СИ или даются ссылки на отмененные НД.

Если указанный тип СИ может быть выполнен в виде не скольких модификаций, необходимо указать выбранную модель. Например, при приемочных испытаниях для измерения сопротивления изоляции при 500 В разработчиком был назначен мега-омметр М4001/1-5. Данное обозначение распространяется на модификацию от 1 до 5, где модификация 1 используется при измерении сопротивления при 100 В, модификация 2 — при 250 В, модификация 3 — при 500 В и т.д. В документации следует записать : «…мегаомметр М 4001/3 ».

При записи требований к СИ недостаточно указывать только класс точности СИ, необходимо привести и другие метрологические характеристики. Например, два вольтметра класса точности 1,5 будут иметь разные значения абсолютной погрешности, если один прибор имеет диапазон измерений от 0 до 150 В, а другой — от 0 до 250 В.

27

Если НД на СИ содержит дополнительные требования, они должны быть указаны в документации, например: «линейка Л4-200 но ГОСТ 8026-75, аттестованная по прямолинейности с допускаемой погрешностью 0,003 мм».

При выявлении несоответствия принципа действия или конструктивных особенностей выбранных СИ решаемой измерительной задаче следует предложить подходящую замену. Например, для измерения глубины узкого паза вместо штангенциркуля, ширина штанги которого превышает ширину паза, следует рекомендовать специальное техническое устройство.

Проверяя соответствие условий применения СИ условиям измерений, необходимо убедиться в том, что значения внешних влияющих величин не выходят за границы рабочих областей значений по документации на СИ. Нарушение этого правила приводит к использованию СИ в тех условиях, для которых его метрологические характеристики не установлены. Например, если в изделие климатического исполнения УХЛ категории размещения 4 по ГОСТ 15150-69 (температура окружающей среды от 1 до 35 °С) встроен прибор ГСП 2-й группы по ГОСТ 12997-84 (рабочая область температур от 5 до 50 °С), следует указать, что в диапазоне температур от 1 до 5 °С погрешность прибора не регламентирована, и необходимо предложить или заменить прибор, или согласовать изменение условий эксплуатации объекта.

При анализе применения единичного экземпляра СИ необходимо установить обоснованность его применения или рассмотреть возможность замены его на серийно изготовленное СИ.

Проверяя допустимость использования СИ, следует руководствоваться положениями Федерального закона «Об обеспечении единства измерений». В сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений к применению допускаются средства измерений утвержденного типа (зарегистрированные в Госреестре) и прошедшие поверку, а вне

28

этой сферы калиброваны. Перечень СИ, подвергаемых поверке, находится в метрологической службе предприятия, организации (один экземпляр такого перечня передается в орган Государственной метрологической службы).

При наличии перечней СИ, допущенных к применению в отрасли или на предприятии, проверяют также соответствие указанных СИ этим перечням.

При проведении МЭ необходимо проверить, все ли рекомендуемые СИ выпускаются промышленностью. При этом используются информационные материалы Ростехрегулирования о СИ общего применения, отраслевые каталоги-проспекты, номенклатурные перечни СИ, выпускаемые отдельными приборостроительными предприятиями. Средства измерений, снятые с производства, не допускается указывать во вновь разрабатываемой документации, такие СИ можно указать в качестве допустимой замены при условии, если они обеспечены поверкой или калибровкой.

При проверке соответствия точности СИ требуемым значениям погрешности измерений (допускаемым или нормам погрешности измерений) необходимо произвести расчет погрешности СИ (инструментальной составляющей погрешности измерений) в реальных условиях использования этого СИ. Такой расчет осуществляется по метрологическим характеристикам СИ.

При этом можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в РД 50-453-84 «ГСИ. Методические указания. Характеристики погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчета». Кроме инструментальной составляющей погрешности измерений следует оценить и другие составляющие: методическую погрешность, погрешность, обусловленную влиянием условий измерений и неинформативных параметров и др. Если погрешность измерений с учетом всех составляющих погрешностей измерений не превышает требуемую погрешность измерения, то СИ выбрано правильно.

29

При выборе конкретного СИ предпочтение следует отдавать тем из них, которые имеются в наличии, проще по конструкции и для которых могут быть обеспечены нормальные условия проведения измерений.

Некоторыми отраслями и предприятиями разработаны нормативные документы (ОСТ, СТП) или методические рекомендации по выбору СИ по точности.

При выборе СИ не следует без должного обоснования выбирать слишком сложные и дорогие, Например, в документации при контроле напряжения (2 ± 0,5) В указан вольтметр В7-16А (с цифровой индикацией). При анализе выявлено, что можно использовать более дешевый и простой в эксплуатации вольтметр ВЦ-15, который вполне обеспечит требуемую точность измерений. При контроле напряжения в двух точках применялся вольтметр В7-16, который по очереди подключался к этим точкам. Рекомендованный взамен вольтметр В7-21 по точности удовлетворяет требованиям измерительной задачи, имеет два входа и позволяет измерять напряжение одновременно в двух точках.

При установлении полноты требований к СИ следует также обращать внимание на их безопасность, надежность, совместимость с другими СИ, степень автоматизации, производительность и другие показатели СИ.

2.5. Установление полноты и правильности требований к методикам выполнения измерений

Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений регламентирован в ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений». В стандарте приведено определение: «методика выполнения измерений — совокупность операций и правил, выполнение которых позволяет получить результат измерений с установленной погрешностью (неопределенностью)». Из определения видно, что МВИ — это измерительная процедура {совокупность операций и правил), для которой установлены показатели точности измерений.

30