Основы метрологии, стандартизации и сертификации в легкой промышленности. Учебное пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

М. М. Гребенщикова, М. М. Миронов

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ

И СЕРТИФИКАЦИИ В ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Учебное пособие

Казань Издательство КНИТУ

2017

УДК 675;677

ББК 37.23;37.25

Г79

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

директор ООО «Руно», канд. техн. наук Л. М. Хайдарова канд. физ.-мат. наук, доц. КГЭУ О. Г. Губаева

ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2017. – 120 с.

ISBN 978-5-7882-2246-2

Содержит основные понятия в области метрологии, стандартизации и сертификации. Рассмотрены вопросы обеспечения единства измерений, классификации погрешностей измерений, основные виды нормативных документов и методов стандартизации, а также особенности обязательной и добровольной сертификации.

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлениям подготовки 29.03.01 «Технология изделий легкой промышленности», 29.03.02 «Технология и проектирование текстильных изделий» дневной и заочной форм обучения.

Подготовлено на кафедре плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов.

УДК 675;677 ББК 37.23;37.25

ISBN 978-5-7882-2246-2 © Гребенщикова М. М., Миронов М. М., 2017

©Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2017

2

ВВЕДЕНИЕ

Повышение качества продукции в современных условиях является одной из важнейших задач отечественного производства. В решении данной задачи первостепенную роль играют нормативные документы на изделия, технологии и процессы, точность и единство измерений, а также современные системы подтверждения соответствия продукции и услуг. Все это является одним из существенных средств обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции.

Используя гармонизированные с международными российские стандарты на методы испытаний, состав, материалы, технологические процессы, методы контроля и прочее, современный отечественный производитель постепенно выводит свою продукцию на международный уровень, завоевывает доверие российского покупателя и тем самым обеспечивает высокую конкурентоспособность своих товаров.

Дисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация» относится к базовой части профессионального цикла основной образовательной программы и формирует у обучающихся соответствующего профиля набор специальных знаний и компетенций, необходимых для выполнения производственной и проектно-технологической деятельности.

Данное учебное пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 29.03.01 «Технология изделий легкой промышленности» и 29.03.02 «Технология и проектирование текстильных изделий» дневной и заочной форм обучения. Выпускники вуза по данному направлению – будущие работники предприятий по производству кожевенных, меховых, текстильных изделий и материалов – должны иметь четкое представление об основах метрологии, стандартизации и сертификации как в целом, так и в конкретной области.

Учебное пособие является дополнением к курсу лекций по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация».

Целями освоения данной дисциплины являются:

- формирование знаний об основных взаимообусловленных правилах и нормативах, направленных на обеспечение единства измерений;

3

-ознакомление с системой и порядком сертификации;

-формирование знаний об основных понятиях и принципах в области метрологии, стандартизации и сертификации легкой и текстильной промышленности;

-ознакомление со структурой служб метрологии, стандартизации и сертификации в России;

-ознакомление с федеральным законодательством в области метрологии, стандартизации и подтверждения соответствия.

Знания, полученные при изучении дисциплины и материалов данного учебного пособия, могут быть использованы обучающимися при прохождении преддипломной и педагогической практик и выполнении выпускных квалификационных работ по направлениям подготовки «Технология изделий легкой промышленности» и «Технология

ипроектирование текстильных изделий».

4

1. МЕТРОЛОГИЯ

1.1 История метрологии

Проблема обеспечения единства измерений имеет возраст, сопоставимый с возрастом человечества. Как только человек стал обменивать или продавать результаты своего труда, возник вопрос – как велик эквивалент этого труда и как велик продукт, представленный на обмен или продажу. Для характеристики этих величин использовались различные свойства продукта – размеры – масса или вес, позднее цвет, вкус, состав и т.д. и т.п. Естественно, что в те времена еще не существовало развитого математического аппарата, не было четко сформулированных физических законов, позволяющих охарактеризовать качество и стоимость товара.

Первыми средствами обеспечения единства измерений были объекты, которые имеются в распоряжении человека всегда. Так появились первые меры длины, опирающиеся на размеры рук и ног человека. На Руси использовались локоть, пядь, сажень, косая сажень. На Западе - дюйм, фут, эти меры сохранили свое название до сих пор. Поскольку размеры рук и ног у разных людей были разными, то должное единство измерений не всегда удавалось обеспечить.

Следующим шагом были законодательные акты, предписывавшие, например, за единицу длины считать среднюю длину стопы нескольких людей. Иногда правители просто делали две зарубки на стене рыночной площади, предписывая всем торговцам делать копии таких «эталонных мер». В настоящее время такую меру можно видеть на Вандомской площади в Париже в том месте, где когда-то располагался главный рынок Европы.

По мере развития человечества и науки, особенно физики и математики, проблему обеспечения единства измерений стали решать более широко. Появились государственные службы и хранилища мер, с которыми торговцам в законодательном порядке предписывалось сравнивать свои меры. Для определения размеров единиц выбирались размеры объектов, не изменяющиеся со временем. Например, для определения размера единицы длины измерялся меридиан Земли, для определения единицы массы измерялась масса литра воды. Единицы времени с давних времен связывали с вращением Земли вокруг Солнца и вокруг собственной оси, а сейчас с параметрами электронных оболочек атомов.

5

Гигантский скачок в точности измерений механических величин был совершен при внедрении лазеров в измерительную технику. Образно говоря, точность средств измерения стала определяться параметрами отдельного атома. Если выбрать определенный тип атома, определенный изотоп элемента, поместить атомы в резонатор лазера и использовать все преимущества, присущие лазерному излучению, то реально достижимая погрешность воспроизведения единицы длины может сказываться в тринадцатом – четырнадцатом знаках.

История развития науки об обеспечении единства измерений может быть прослежена не только на совершенствовании точности и единообразия определения какой-то одной единицы. Важным моментом является количество единиц физических величин, их отнесение к основным или производным, а также исторический аспект образования дольных и кратных единиц.

Проблема оптимального выбора физических величин и единиц будет существовать всегда, так как научно-технический прогресс постоянно предоставляет новые возможности в практике измерений.

1.2 Общие понятия метрологии

Измерения – это один из важнейших путей познания мира и природы, развития научно-технического прогресса. На практике мы постоянно имеем дело с измерениями, имеющими важнейшее значение во всех сферах человеческой деятельности и производства.

Слово «метрология» образовано от греческих слов «метрон» ‒ мера и «логос» - наука, учение.

Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности измерений.

Предметом метрологии является получение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью.

Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений, – это сравнение опытным путем данной величины с другой, подобной ей, принятой за единицу. При всяком измерении мы с помощью эксперимента оцениваем физическую величину в виде некоторого числа принятых для неё единиц, т.е. находим ее значение.

6

Измерение – совокупность преимущественно экспериментальных операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить искомое значение величины. Такое значение называют результатом измерений.

Основные задачи метрологии:

1)Обеспечение единства измерений.

2)Разработка теории, методов и средств измерений и

контроля.

3)Установление единиц физических величин и государственных эталонов.

4)Разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля.

5)Разработка методов передачи размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений.

Важнейшей задачей метрологии является обеспечение единства измерений.

Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

1.3 Физические величины, их виды. Единицы физических величин

1.3.1 Понятие физической величины

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Например, свойство «масса» в качественном отношении характеризует огромное количество физических объектов; в то время как степень (количественное значение) прочности – величина разная для каждого.

Чтобы измерение физической величины имело однозначный характер, следует обеспечить условие: отношение двух однородных величин не должно зависеть от того, с помощью какой единицы они измерены.

7

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

1.3.2 Основное уравнение измерений

Для установления различия в количественном содержании отображаемого данной физической величиной свойства изучаемых объектов введено понятие размера физической величины.

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту. Истинный размер физической величины является объективной реальностью, не зависящей от измерений. Размер величины зависит от единицы измерения.

Значение измеряемой величины Х, – это выражение ее размера в определенных единицах измерения [Х]. Входящее в это значение отвлеченное число q (числовое значение) показывает, на сколько единиц измеряемый размер больше нуля или во сколько раз он больше единицы измерения:

где q – числовое значение величины Х.

Это уравнение называется основным уравнением измерения или метрологии.

Например, при [Х] = 1 метр и q = 10,25 размер длины характеризуется значением Q = 10,25 метра (кратко: длина равна 10,25 метра).

1.3.3 Системы единиц физических величин

Любая система единиц физических величин представляет собой совокупность основных и производных единиц.

Первой системой единиц физических величин была метрическая система. Для ее разработки в 1790 году Национальным собранием Франции был создан комитет, в который входили выдающиеся ученые того времени, для разработки системы мер «основанных на неизменном прототипе, взятом из природы, с тем, чтобы ее могли принять все нации». Так за основную единицу был принят метр, как десятимиллионная часть четверти дуги земного меридиана, проходящего через Па-

риж. В качестве единицы веса была принята масса 1 см3 чистой воды при температуре 4 °С, названа граммом. Позже основной единицей

8

массы стал килограмм. В 1799 году был изготовлен платиновый прототип метра в виде специального профиля, линейки. Тогда же был изготовлен платиновый прототип килограмма.

Метрическая система как обязательная была введена во Франции в 1840 году, в 1849 – в Германии. В России она была допущена как факультативная в 1899 году, хотя использовалась в Главной физической лаборатории уже с 1870 г.

В1832 г ученым К.Ф. Гауссом было введено понятие о системе единиц физических величин как совокупности основных и производных единиц. В этой системе в качестве основных были приняты три единицы: единица длины – миллиметр, единица массы – миллиграмм, единица времени – секунда. Эта система была названа абсолютной.

В1881 году была принята система единиц физических величин, называемая СГС, в которой основными единицами были: единицей длины – сантиметр, единицей массы – грамм, единицей времени – се-

кунда. В качестве важнейших производных в системе СГС принимались единица силы – дина и единица работы – эрг. Она широко применялась в нашей стране.

В ряде стран в настоящее время применяются исторически сложившиеся национальные системы единиц. В Великобритании, Канаде, США применяются единицы, не имеющие целочисленного соотношения с метрической системой. Основной единицей массы является фунт, однако для США и Великобритании он имеет разные значения. Основной единицей длины является фут.

1.3.4 Международная система единиц физических величин СИ

В1954 году Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц для международного взаимодействия: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина (в настоящее время‒ Кельвин) и сила света (свеча).

В1960 году была утверждена Международная система единиц

SI – от франц. Systeme International d Unites. В нас тоящее время си-

стема включает семь основных единиц (табл. 1.1).

9

Метр – длина пути, проходимая светом в вакууме за интервал времени 1/299792458 доли секунды.

Килограмм – единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.

Секунда – время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующим переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия -133.

Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один от другого, создал бы между этими проводниками силу, равную 2×10−7 Н на каждый метр длины.

Кельвин – единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

10