Основы метрологии. Учебное пособие по дисциплине «Метрология. Стандартизация. Сертификация»

быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Таким образом, физические величины - это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Физические величины целесообразно разделить на

измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины можно выразить количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.

Оцениваемые физические величины - величины, для которых по каким-либо причинам не может быть введена единица измерения, и они могут быть только оценены.

Размерность физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному предмету, системе, явлению или процессу.

Оценивание - операция приписывания данной физической величине определенного числа принятых для нее единиц, проведенная по установленным правилам.

Для более детального изучения физических величин их следует каким-либо образом классифицировать, выявив общие метрологические особенности отдельных групп. Одна из возможных, достаточно полных классификаций физических величин приведена на рис 1.

11

Рис.1. Классификация физических величин

По видам явлений они делятся на следующие группы:

• энергетические (активные), т.е. величины,

описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии; к ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия, заряд; они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

вещественные (пассивные), т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

характеризующие временные процессы; к этой группе относятся различного вида спектральные и поляризационные характеристики, корреляционные функции и др.

12

По принадлежности к различным группам физических процессов практически все указанные физические величины делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические, магнитные, акустические, физико-химические, световые, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других

величин данной группы физические величины могут быть

основными, производными и дополнительными. В

настоящее время в наиболее распространенной международной системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества.

По наличию размерности физические величины делятся на размерные и безразмерные.

Значение физической величины -оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Числовое значение физической величины - отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины (например, 10 м - значение длины, причем само число 10 - это и есть числовое значение).

При выбранной оценке физической величины, как объективно существующим свойством объекта в данный момент времени, ее можно охарактеризовать истинным, действительным и измеренным значениям.

Нахождение истинного значения измеряемой физической величины является главной проблемой метрологии.

Истинным значением физической величины называется значение физической величины, которое идеальным

13

образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Определить экспериментально его невозможно вследствие неизбежных погрешностей измерения. Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

В связи с тем, что истинное значение физической величины определить невозможно, в практике измерений оперируют понятием действительного значения, степень приближения которого к первому зависит от точности измерительного средства и погрешности самих измерений.

Действительным значением физической величины

называется значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Для действительного значения физической величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение физической величины. Действительное значение физической величины определяют по мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых рабочих средств измерения.

Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Важную роль в процессе измерения играют условия измерения - совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений.

Влияющая физическая величина - физическая величина, непосредственно не измеряемая средством

14

измерения, но оказывающая влияние на него или на объект измерения таким образом, что это приводит к искажению результата измерения. Например, при измерении длины влияющей величиной может быть температура, если параметры зависят от температуры.

В метрологии различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. Нормальные условия измерений - это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значений влияющей величины - это область значений, в

пределах которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности. Нормальные условия измерений задаются в нормативнотехнической документации на средства измерений. Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины -

область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний средства измерения. Предельные условия измерений - условия,

характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерения может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.

Постоянная физическая величина - физическая величина, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее длительность измерения.

15

Переменная физическая величина - физическая величина, изменяющаяся по размеру в процессе измерения.

Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой по определению условно присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Она применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Единицы физических величин подразделяются на основные и производные и объединяются в соответствии с принятыми принципами в системы единиц физических величин.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ

Технический прогресс, совершенствование технологических процессов, производство точных, надежных и долговечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение взаимозаменяемости и кооперирования производства невозможны без развития метрологии и постоянного совершенствования техники измерений. Метрология - наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства.

Основные задачи метрологии: развитие общей теории измерений;

установление единиц физических величин и их системы;

разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений;

обеспечение единства измерений, единообразия средств и требуемой точности измерения;

16

установление эталонов и образцовых средств измерений;

разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений и др.

Важнейшая роль в решении указанных задач отводится государственной метрологической службе, имеющей научно-исследовательские институты и разветвленную сеть лаборатории государственного надзора и других организаций.

Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов, работ направленное на обеспечение единства измерений.

Метрологическая служба играет одну из главных ролей при контроле выпуске готовой продукции в обеспечении заданного уровня качества продукции. Под системой метрологического контроля понимается совокупность средств контроля и исполнителей взаимодеятельности с объектом по правилам, установленным по соответственным документации.

Задачи метрологической службы:

1.Калибровка средств измерений.

2.Надзор за состоянием и применением средств измерений эталонами единицами величины, за соблюдением метрологических правил и норм по обеспечению единства измерений.

3.Анализ состояний измерений, испытаний контроля на предприятии в организации.

4.Выдача обязательных предписаний направления на предотвращение, прекращение или устранение нарушений метрологических правил и норм.

17

Метрологическая служба должна уделять особое внимание состоянию измерений, соблюдение метрологических правил и норм в сферах деятельности предприятий.

Метрологическое обеспечение

Метрологическое обеспечение – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм; необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Метрологическое обеспечение базируется на четырех основах:

1.Научная – метрология, как наука об измерениях

2.Техническая – обеспечение единообразия средств измерения

3.Организационная – метрологические службы, состоящие из государственных и ведомственных служб

4.Нормы и правила – представление в стандартах государственной системы обеспечение единства измерений

Понятие "метрологическое обеспечение" применяется, как правило, по отношению к измерениям (испытанию, контролю) в целом. В то же время допускают использование термина "метрологическое обеспечение технологического процесса (производства, организации)", подразумевая при этом МО измерений (испытаний или контроля) в данном процессе, производстве, организации.

Задачи метрологического обеспечения.

1. Повысить качество продукции и эффективность производства.

18

2. Обеспечить взаимозаменяемость и достоверный учет выпускаемой продукции.

Объектом МО являются все стадии жизненного цикла (ЖЦ) изделия (продукции) или услуги. Под ЖЦ понимается совокупность последовательных взаимосвязанных процессов создания и изменения состояния продукции от формулирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации или потребления.

Так, на стадии разработки продукции для достижения высокого качества изделия производится выбор контролируемых параметров, норм точности, допусков, средств измерения, контроля и испытания. Так же осуществляется метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации.

При разработке МО необходимо использовать системный подход, суть которого состоит в рассмотрении указанного обеспечения как совокупности взаимосвязанных процессов, объединенных одной целью достижением требуемого качества измерений.

Такими процессами являются:

•установление рациональной номенклатуры измеряемых параметров и оптимальных норм точности измерений при контроле качества продукции и управлении процессами;

•технико-экономическое обоснование и выбор СИ, испытаний и контроля и установление их рациональной номенклатуры;

•стандартизация, унификация и агрегатирование используемой контрольно-измерительной техники;

19

•разработка, внедрение и аттестация современных методик выполнения измерения, испытаний и контроля

(МВИ);

•поверка, метрологическая аттестация и калибровка контрольно-измерительного и испытательного оборудования (КИО), применяемого на предприятии.

НОРМАТИВНО ПРАВОВАЯ БАЗА

Вся метрологическая деятельность в Российской Федерации основывается на конституционной норме, которая устанавливает, что в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени, и закрепляет централизованное руководство основными вопросами законодательной метрологии, такими, как единицы ФВ, эталоны и связанные с ними другие метрологические основы.

В развитие этой конституционной нормы приняты законы "Об обеспечении единства измерений" и "О техническом регулировании", детализирующие основы метрологической деятельности.

Основными целями Закона "Об обеспечении единства измерений", принятого в 1993 г., являются:

•установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации;

•регулирование отношений государственных органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений;

•защита прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики России от

20