Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология, стандартизация и сертификация. Конспект лекций для бакалавров дневного, заочного отделений, обучающихся по направлениям 15.03.01, 15.03.05.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тамбовский государственный технический университет»
В. М. ЧЕРВЯКОВ, А. О. ПИЛЯГИНА, П. А. ГАЛКИН
МЕТРОЛОГИЯ,
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
Утверждено Учёным советом университета
в качестве конспекта лекций для бакалавров
дневного, заочного отделений, обучающихся
по направлениям 15.03.01, 15.03.05, 20.03.01
Учебное электронное издание комплексного распространения
Тамбов
Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
2015
1
УДК 531.7:006(075.8)
ББК ж10я73-2
Ч-45
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор,
заместитель директора по научной работе ФГБНУ ВНИИТиН
С. А. Нагорнов
Заведующий кафедрой «Компьютерно-интегрированные системы
в машиностроении» ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
В. А. Немтинов
Червяков, В. М.
Ч-45 Метрология, стандартизация и сертификация [Электронный
ресурс] : конспект лекций для бакалавров дневного, заочного
отделений, обучающихся по направлениям 15.03.01, 15.03.05,
20.03.01 / В. М. Червяков, А. О. Пилягина, П. А. Галкин. – Тамбов :
Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 1 электрон. опт. диск
(CD-ROM). –
Системные требования : ПК не ниже класса
Pentium II ; CD-ROM-дисковод 49,4 Mb RAM ; Windows
95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана. – ISBN 978-5-8265-1426-9.
Изложен курс лекций по метрологии, стандартизации и сертификации. Особое внимание уделено разделу курса «Основы взаимозаменяемости». Использованы новейшие стандарты по всем разделам
курса.
Предназначен для бакалавров и специалистов технического профиля дневного, заочного отделений направлений 15.03.01, 15.03.05,
20.03.01. Может быть полезен при выполнении курсовых работ и проектов, связанных с техническими чертежами
и документацией.
УДК 531.7:006(075.8)
ББК ж10я73-2
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются
за разработчиком. Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
ISBN 978-5-8265-1426-9
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»), 2015
ВВЕДЕНИЕ
Метрология, стандартизация и сертификация являются взаимо-
связанными областями знаний и важными инструментами в обеспечении качества продукции и услуг, разработки, создания и реализации
конкурентоспособной продукции.
Стандартизация основана на внедрении принципов взаимозаменяемости и является эффективным средством, способствующим повышению качества продукции.
Наука, изучающая измерения, называется метрологией. Само слово «метрология» образовано из гречес
«логос» – учение. Дословно в переводе слово «метрология» – учение
о мерах.
Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах
обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Стандартизация – эффективное средство организации производственных и экономических отношений в обществе. По определению
Международной организации по стандартизации (ИСО) и М
ной электротехнической комиссии (МЭК), стандартизация – деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения
в определённой области посредством установления положений для всеобщего и многократного использования в отношении реально существующих или потенциальных задач. Это же определение было прописано
в государственных стандартах Российской Федерации: ГОСТ Р 1.0–2012
«Стандартизация в Росси
йской Федерации. Основные положения»,
ГОСТ Р 1.12–2004 «Стандартизация и смежные виды деятельности» и
межгосударственном стандарте ГОСТ 1.1–2013 «Межгосударственная
система стандартизации. Термины и определения».
В Федеральном законе РФ № 184-ФЗ «О техническом регулировании» установлено, что сертификация – это форма осуществляемого
органом по сертификации подтверждения соответствия объектов требованиям технических регламентов, положениям стандартов или усл
виям договоров.
В свою очередь, подтверждение соответствия – это документальное удостоверение соответствия объектов технического регулирования, выполнения работ или оказания услуг требованиям технических
регламентов, положениям стандартов или условиям договоров. К объектам технического регулирования относятся продукция, в том числе
здания, сооружения и строения, процессы производства, эксплуатации,
хранения, перевозки, реализации и утили
ких слов: «метрон» – мера и
еждународ-
о-
зации.
3
Данный курс лекций в системе методического обеспечения учебной деятельности студентов предназначен в качестве основной литературы для изучения дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация».
Необходимость издания объясняется особенностью данной дисциплины, построенной в основном на использовании терминов и определений, различных федеральных законов и ГОСТов, которые постоянно совершенствуются и обн
овляются. Ранее изданные пособия не
включают произошедшие изменения в законодательстве. В тексте даны ссылки на соответствующие федеральные законы и ГОСТы, которые нашли отражение в списке используемой литературы. Курс переработан в соответствии с изменениями законодательства РФ и
требованиями новых образовательных стандартов.
Дисциплина «Метрология, стандартизация и сертификация», на-
ряду с др
угими дисциплинами учебного плана, позволяет сформиро-
вать у будущих бакалавров следующие компетенции:
• направление 15.03.01 «Машиностроение»:
ПК 13: готовность выполнять работы по стандартизации, технической подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, организовывать метрологическое
обеспечение технологических процессов с использованием типовых
методов контроля качества выпускаемой продукции;
ПК23: способность разрабатывать раб
очую проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и
технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;
• направление 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обес-
печение машиностроительных производств»:
ПК31: способность осуществлять метрологическую поверку
средств измерения основных показателей качества выпускаемой продукции;
ПК32: сп
особность выполнять работу по определению соответствия выпускаемой продукции требованиям регламентирующей документации;
ПК35: способность выполнять работы по стандартизации и сертификации технологических процессов, средств технологического оснащения, автоматизации и управления, выпускаемой продукции машиностроительных производств;
• направление 20.03.01 «Техносферная безопасность»:
ПК3: способность принимать участие в инженерных разработках
среднего уровня сложности в сос
4
таве коллектива.
Л е к ц и я 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИИ
Предметом метрологии являются измерения, единство измерений
и их точность.
Метрология включает правовые и теоретические основы и прикладные методы выполнения работ на производстве и в быту.
Правовые основы, представленные законодательной метрологией,
устанавливают единообразие средств измерений и единство измерений.
Работы по обеспечению единства измерений в России ведутся
в соответствии с Федеральным законом Ро
26 июня 2008 г. № 102 «Об обеспечении единства измерений».
Нормативная база Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) – это комплекс нормативных документов, включающих в себя государственные стандарты и другие нормативные документы, определяющие порядок передачи размера единиц величин на
всю территорию России и порядок проведения испытаний, поверки и
калибровки с
редств измерений.
Государственное регулирование осуществляется с помощью правовых актов через государственные органы исполнительной власти
(министерства и ведомства), Государственную метрологическую
службу и метрологические службы предприятий и организаций.
В целях обеспечения единства измерений соблюдают два условия:
1) используют узаконенные правилами единицы измерений;
2) устанавливают допустимые погрешности измерений и преде-
лы, за к
оторые они не должны выходить при заданной вероятности.
Основными документами по метрологии являются Федеральный
закон РФ № 102 «Об обеспечении единства измерений» и стандарты
Государственной системы обеспечения единства измерений, которые
объединены в несколько групп: стандартные справочные данные,
стандартные образцы; эталоны единиц физических величин; методики
и условия измерений; измерения геометрических, механических, элек-
ических и других величин, например уровня, объёма, физико-хими-
тр
ческого состава и свойств материалов; методы поверки и метрологической аттестации.
Средства метрологии – совокупность средств измерений и стандартов в области метрологии.
Таким образом, главными задачами метрологии являются:
– обеспечение единства измерений;
ссийской Федерации от
5
– унификация единиц и признание их законности;
– разработка систем воспроизведения единиц и передача их
размеров рабочим средствам измерений.
Основное понятие метрологии – измерение. Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путём с помощью
специальных технических средств.
ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерение физической величины – совокупность операций по
применению технического средства, хранящего единицу физической
величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или
неявном виде) измеряемой величины с её единицей и получение значения этой величины.
Задача любого измерения заключается в нахождении значения
измеряемой физической величины с определённой степенью точности.
Объектом измерения является физическая система (п
роцесс, явление
и т.д.), характеризующаяся одной или более измеряемыми физическими величинами.
Измерения классифицируются [1]:
– по способу получения информации;
– по характеру изменения измеряемой величины в процессе из-
мерения;
– по количеству измерительной информации;
– по отношению к основным единицам.
По способу получения информации измерения разделяют на сле-
дующие виды:
1. Прямые измер
ения – это те, при которых искомое значение
физической величины получают путём сравнения величины с её единицей.
К прямым измерениям относятся измерения массы с помощью
весов и гирь, силы тока – амперметром, температуры – термометром,
измерение длины – линейкой.
2. Косвенными измерениями называют измерения, при которых
искомое значение физической величины определяют на основании
прямых измер
ений других физических величин, которые связаны с
искомой величиной функционально. К примеру, плотность тела определяют по результатам измерений массы т и объёма V:
р = mV.
6
3. При совокупных измерениях одновременно проводят измерения нескольких одноимённых величин, и искомое значение величины
определяют путём решения системы уравнений, которые получают
при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Число уравнений при этом не меньше числа величин. Например, значение массы
гирь набора определяется по известному значению массы одной из
гирь и по резу
льтатам измерений масс разнообразных сочетаний гирь.
4. При совместных измерениях одновременно проводятся измерения двух или более неодноимённых величин для определения зависимости между ними (зависимость длины объекта от температуры).
По характеру изменения получаемой информации измерения раз-
деляются на статические и динамические.
По количеству измерительной информации измерения подразде-
ляются на одно- и мн
огократные.
Однократные измерения – это те, которые выполняются один раз.
С помощью многократных измерений получают результат из нескольких следующих друг за другом измерений одного и того же объекта.
При однократных измерениях показания средств измерений являются
результатом измерений, при этом погрешность используемого средства измерений определяет погрешность результата измерения. Пр
именение многократных измерений приводит к увеличению точности измерения до установленного предела.
По отношению к основным единицам измерения подразделяются
на абсолютные и относительные.
Абсолютные измерения – это измерения, основанные на прямых
измерениях одной или нескольких основных величин и(или) использовании значений физических констант. Например, определение массы в
килограммах, количества вещества – в молях, част
оты – в герцах.
Относительные измерения – это измерения отношения величины
к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерения
изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную. Например, относительная влажность находится
как отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе,
к упругости насыщенного пара при той же температуре и вы
ражается в
процентах.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основными характеристиками измерений, определяющими качество измерений, являются: принцип, метод, погрешность результатов
измерения, точность, правильность, сходимость и воспроизводимость
И КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
7
результатов измерений. Последовательность операций выполнения
измерений, правила и приёмы, позволяющие получить результат с требуемой точностью, регламентированы в документе, который называется метoдикой выполнения измерений (МВИ). МВИ содержит метрологические характеристики и аттестована соответствующими метрологическими службами.
Дадим определения основным характеристикам измерений.
Принципoм измерений называют физическое явление (физический закон или эффект), по
ложенное в основу измерений. Например,
применение эффекта Доплера для измерения скорости движения звёзд,
вращения небесных тел.
Методом измерений называется приём или совокупность приёмов
сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Например, определение
структуры соединений методом ядерного магнитного резонанса или
методом инфракрасной спек
троскопии.
Погрешностью измерений называют отклонение результатов измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность суммируется из составляющих, имеющих каждая
свою причину.
Под сходимостью подразумевается близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно
одним и тем же средством, одним и тем же методом в о
динаковых ус-
ловиях и с одинаковой тщательностью.
Воспроизводимостью называется близость результатов измерений
одной и той же величины, которые получены в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное
время, однако приведённых к одним и тем же условиям измерений.
Точность измерений – характеристика качества измерений, которая отражает близость к ну
лю значения погрешности результатов измерений. Высокая точность измерений соответствует малым величинам погрешностей измерения.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Государственный стандарт Ростехрегулирования от 5 декабря
2009 г. ГОСТ Р 8.674–2009 «ГСИ. Общие требования к средствам из-
мерений и техническим системам и устройствам с измерительными
функциями». Все измерения выполняются с помощью специальных
технических средств с нормированными метрологическими характеристиками, воспроизводящих и хранящих единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в пределах установлен-
8
ной погрешности в течение известного интервала времени. Такие технические средства являются средствами измерений. По определению,
прописанному в Федеральном законе № 102-ФЗ «Об обеспечении
единства измерений», средство измерений – техническое средство,
предназначенное для измерений (ст. 2, определение 21).
Меры предназначены для воспроизведения и(или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. К мерам отн
осятся гири, концевые меры длины, нормальные элементы (меры ЭДС) и др. Меры, воспроизводящие физическую величину одного
размера, называют однозначными. Меры, с помощью которых воспроизводятся физические величины разных размеров, называются многозначными. Примером многозначной меры является миллиметровая
линейка, воспроизводящая наряду с миллиметровыми также и сантиметровые размеры длины.
рительные преобразователи используются для преобразова-
Изме
ния измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал с целью представления измеряемой величины в форме, удобной
для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или
передачи. Измерительные преобразователи входят в состав измерительных приборов (установок, систем) или применяются вместе с каким-либо средством измерений.
рительные приборы предназначены для получения значений
Изме
измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительные приборы представляют собой конструктивно объединённую
совокупность первичных и промежуточных преобразователей.
Измерительные приборы прямого действия преобразуют измеряемую величину без изменения её рода и отображают её на показывающем устройстве, проградуированном в единицах этой величины
(амперметры, вольтметры и др.)
.
Измерительные установки и системы представляют собой совокупность функционально объединённых средств измерений, мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств для измерений одной или нескольких
физических величин.
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Метрологическая характеристика средств измерений – это характеристика одного из свойств средства измерения, влияющая на результат измерения и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики. Перечень
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
9
метрологических характеристик, правила выбора комплекса нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования прописаны в ГОСТ 8.009–84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».
К метрологическим характеристикам относятся [2]:
1. Длина деления шкалы – это расстояние между серединами
двух соседних отметок (штрихов, точек и т.п.) шкалы.
2. Цена деления шкалы – это разн
ость значений величин, соот-
ветствующих двум соседним отметкам шкалы (у микрометра она равна
0,01 мм).
3. Градуировочная характеристика – зависимость между значе-
ниями величин на выходе и входе средства измерений. Градуирвочную
характеристику снимают для уточнения результатов измерения. Примером является номинальная статическая характеристика преобразования измерительного преобразователя, номинальное значение однозначной меры, пределы и цена деления шкалы, ви
ды и параметры
цифрового кода средств измерений, предназначенные для выдачи результатов в цифровом коде.
4. Диапазон показаний – область значений шкалы, которая ограничена конечным и начальным значениями шкалы, т.е. наибольшим и
наименьшим значениями измеряемой величины. Для оптиметра ИКВ-3
диапазон показаний составляет ±0,1 мм.
апазон измерений – область значений измеряемой величины
5. Ди
с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерения. Для того же оптиметра он составляет 0…200 мм.
6. Чувствительность прибора – отношение изменения сигнала
на выходе измерительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала на входе). Таким образом, если при измерении диаметра
вала d = 100 мм, изменение измеряемой величины Δd =
0,01 мм вызвало
перемещение стрелки показывающего устройства на Δl = 10 мм, то абсолютная чувствительность прибора равна S = Δl/Δd = 10/0,01 = 1000.
Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность
численно равна передаточному отношению.
7. Вариация (нестабильность) показаний прибора – алгебраиче-
ская разность между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократном измерении одной и той же величины в не
из-
менных условиях.
8. Стабильность средства измерений – свойство, выражающее
неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).
10