Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Управление качеством, стандартизация и сертификация. Конспект лекций
.pdf
Так как практически во всем мире принята Международная десятичная
R
10
03,11080
i
i
N
система счета чисел, начиная с единицы, то наиболее удобными являются
геометрические прогрессии натуральных чисел, имеющих числовые значения
с числом R, кратным 10, например: Поэтому Международная
организация по стандартизации (ИСО) установила четыре основных
десятичных ряда предпочтительных чисел. В отдельных обоснованных случаях
допускается использование рядов Ra80 с
и Ra160 (два
дополнительных ряда).
Любой член ряда
φ
где
— знаменатель прогрессии.
Значения предпочтительных чисел рядов Ra5, Ra10, Ra20, Ra40 в
диапазоне от 1 до 500 мм приведены в Приложении.
Ряды предпочтительных чисел используются для установления
унифицированных размеров сверл, фрез, разверток, зенкеров и других
инструментов, а также размеров и допусков (отклонений) деталей машин,
изделий в целом, технических параметров (свойств) продукции, процента
дефектности в партиях продукции, величин напряжения электрического тока,
номинальных значений длин электромагнитных волн радиовещательных
диапазонов и т.д. Предпочтительные числа геометрических прогрессий
используются, в частности, в квалиметрии для установления величин
коэффициентов весомости (значимости) отдельных показателей качества, при
градации мер, при делении диапазона оценивания на интервалы (формирование
шкал измерений) и т.д. В электротехнике и электронике используются другие
ряды предпочтительных чисел, также построенные по принципу
геометрической прогрессии, которые обозначаются Е3, Е6, Е12 и Е24.
Знаменатель геометрической прогрессии ряда Е3 составляет
. Аналогично
рассчитаны знаменатели прогрессии в остальных рядах предпочтительных
чисел в электротехнике и электронике. В строительстве, в швейном и обувном
41
деле используются ряды предпочтительных чисел на основе арифметической
прогрессии.
2.6. Стандартизация в области обеспечения единства измерений
В 1993 г был издан Закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Цель
закона — установление правовых основ обеспечения единства измерений в
Российской Федерации, регулирование отношений государственных органов
управления в Российской Федерации с юридическими и физическими лицами
по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи, проката
и импорта средств измерений.
Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их ре-
зультаты выражены в узаконенных единицах величины (система СИ), а по-
грешности измерений не выходят за установленные границы с заданной веро-
ятностью.
Правовой основой обеспечения единства измерений служит законодатель-
ная метрология, представляющая собой государственные законы (в первую
очередь закон «Об обеспечении единства измерений» и акты, нормативно-
технические документы, регламентирующие метрологические правила и нор-
мы. Научной основой обеспечения единства измерений является наука метро-
логия. Организационной основой обеспечения единства измерений (ОЕИ) является государственная метрологическая служба (ГМС), которая находится в ведении Ростехрегулирования. Под эгидой Ростехрегулирования по стандартизации в области обеспечения единства измерений работают и другие службы:
- Государственная служба времени, частоты и определения параметров
вращения земли (ГСВЧ);
- Государственная служба стандартных образцов состава и свойств ве-
ществ и материалов (ГССО);
- Государственная служба стандартных справочных данных о физических
константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД). Все службы взаимо-
действуют между собой и с ГМС и совместно обеспечивают технические осно-
42
вы единства измерений. В состав ГМС входят метрологическая служба госу-
дарственного органа управления, государственные научные метрологические
центры и территориальные органы Государственной метрологической службы.
Технические основы единства измерений включают:
1. Систему государственных эталонов единиц и шкал физических ве-
личин (эталонную базу страны).
2. Систему передачи единиц физических величин и шкал физических
величин от эталонов к другим средствам измерений.
3. Систему производства и выпуска рабочих средств измерений, обес-
печивающих исследование с требуемой точностью характеристик
продукции, процессов и т.д.
4. Систему испытаний средств измерений (утверждение типа средств
измерений), предназначенных для серийного производства и ввоза
из-за границы партиями.
5. Систему государственной и ведомственной поверки и метрологиче-
ской аттестации средств измерений.
6. Систему стандартных образцов состава и свойств веществ и матери-
алов.
7. Систему стандартных справочных данных о физических константах
и свойствах веществ и материалов.
В состав ГМС входят метрологическая служба государственного органа
управления, государственные научные метрологические центры и территори-
альные органы Государственной метрологической службы.
Эталон единицы физической величины — средство измерений, предназна-
ченное для воспроизведения и хранения единицы физической величины (либо
кратных или дольных значений единицы ФВ) с целью передачи ее размера дру-
гим средствам измерений данной величины. Эталон должен обладать неизмен-
ностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение
государственных эталонных единиц физических величин и за разработку нор-
43
мативных документов по обеспечению единства измерений несут государ-
ственные научные метрологические центры. Государственный метрологиче-
ский контроль и надзор (ГМКиН) осуществляют органы Государственной Мет-
рологической службы.
Воспроизведение единицы физической величины с помощью эталона мо-
жет быть централизованным и децентрализованным. Основные единицы физи-
ческой величины воспроизводятся централизованно, информация о единицах
передается с места их централизованного хранения и воспроизведения. При де-
централизованном воспроизведении единицы физических величин воспроизво-
дятся там, где выполняются измерения
Эталоны классифицируются на первичные, вторичные и рабочие эталоны.
Первичный эталон — эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной на современном уровне научно-
технического развития. Первичный эталон может быть национальным или
международным. Первичный эталон, утвержденный решением уполномоченно-
го на то государственного органа в качестве исходного для страны, является
государственным эталоном.
Международные эталоны хранит и поддерживает международное бюро
мер и весов (МБМВ). Периодически эта организация производит сличение
национальных эталонов с международными эталонами, и национальных этало-
нов разных стран между собой, поскольку единство измерений — одно из важ-
нейших условий международных экономических связей. Сличению подлежат
эталоны основных величин системы СИ и некоторых производных величин.
Периоды сличения различны для различных величин. Эталоны метра и кило-
грамма сличают каждые 25 лет, эталоны электрических и световых величин —
каждые 3 года. С первичным (государственным) эталоном сличают вторичные
эталоны.
Вторичные эталоны соподчинены первичным эталонам физических вели-
чин, то есть значения единиц физических величин вторичных эталонов уста-
навливают по первичным (государственным) либо специальным эталонам. К
44
вторичным эталонам относят эталоны–свидетели, эталоны сравнения и этало-
ны-копии. Для проверки сохранности государственного (первичного) эталона и
замены его в случае утраты используется эталон–свидетель. Для сличения эта-
лонов, которые по тем или иным причинам не могут быть сличены между со-
бой непосредственно, используют эталон сравнения (эти эталоны перевозят на
большие расстояния. Эталоны–копии — вторичные эталоны, которые воспри-
нимают информацию о размере единицы физической величины непосредствен-
но от первичных эталонов и используются для передачи информации о размере
единицы ФВ рабочим эталоном.
Первичные и вторичные эталоны составляют эталонную базу страны, являются национальным достоянием.
Рабочие эталоны — эталоны, которые воспринимают размер единицы ФВ
от вторичных эталонов и используются для передачи информации эталонам,
нижестоящим по поверочной схеме и/или рабочим средствам измерения.
Рабочие средства измерения — хранят размер единицы ФВ, но не используются для передачи размера единицы ФВ другим средствам измерений. Для
рабочих средств измерений существует пять уровней точности: наивысшей
точности, высшей точности, высокой, средней и низшей точности. Схемы пере-
дачи информации о размере единиц физических величин при их централизо-
ванном воспроизведении называются поверочными схемами. На каждой ступе-
ни передачи информации (ступени поверки) точность теряется в 3–5 раз (мак-
симум в 10 раз).
2.7. Погрешности средств измерений
Средство измерения — предназначенное для измерений техническое сред-
ство, имеющее нормированные метрологические характеристики, хранящее
единицу физической величины и позволяющее сопоставить ФВ с ее единицей
(либо со шкалой физической величины). Все средства измерений подразделяют
на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измери-
45
тельные установки, измерительные системы и измерительно-вычислительные
комплексы.
Мера — средство измерения, предназначенное для воспроизведения физи-
ческой величины заданного размера. Меры бывают однозначными и много-
значными (последние изготавливают в виде наборов мер, например, «магазин
сопротивлений» или конденсатор переменной емкости).
Измерительный преобразователь — средство измерений, вырабатывает
сигнал измерительной информации о значении измеряемой величины в форме,
удобной для передачи, преобразования, хранения и обработки, но не поддаю-
щееся непосредственному восприятию наблюдателем. С помощью преобразо-
вателя в выходной сигнал может быть преобразована электрическая, неэлек-
трическая или магнитная величина. Примером преобразователя может служить
термопара, вырабатывает сигнал термоЭДС в милливольтах, величина которой
определяется измеряемой температурой. Для измерения температуры необхо-
дима предварительная калибровка термопары.
Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для вы-
работки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосред-
ственного восприятия наблюдателем.
Измерительная установка — совокупность функционально объединенных
средств измерений и вспомогательных устройств. Вырабатывает сигнал изме-
рительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия
наблюдателем и расположенная в одном месте.
Измерительная система — совокупность средств измерений и вспомога-
тельных устройств, объединенных между собой каналами связи. Сигнал изме-
рительной информации автоматически обрабатывается, передается и использу-
ется в автоматических системах управления.
Информационно–измерительная система (ИИС) — в ней предусмотрена
возможность предоставления информации оператору. Если предусмотрена сво-
бодно–программируемая ЭВМ,— это уже измерительно–вычислительный ком-
плекс (ИВК), с помощью которого можно осуществлять и другие функции: ста-
46
тистическую обработку результатов измерений, и диагностику, и прогнозиро-
вание состояние объекта.
Метрологические характеристики средств измерений — технические ха-
рактеристики, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.
Основной метрологической характеристикой СИ является погрешность.
Погрешность измерения — отклонение результата измерения от истинно-
го значения измеряемой величины. Истинное значение — идеальное, оно прин-
ципиально недостижимо. Поэтому используют близкое к нему действительное
значение измеряемой величины (оно определяется экспериментально по эта-
лонному средству измерения). Составляющие погрешности измерения: прибор-
ная погрешность (погрешность средства измерения), погрешность метода изме-
рения и погрешность оператора. В каждом отдельном случае необходимо учи-
тывать все три составляющих погрешности, однако, во многих случаях приборная (инструментальная) погрешность является основной.
В зависимости от назначения и специфики средств измерений нормируют
различные метрологические характеристики. По ГОСТ 8.009
«ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений»
предусмотрены 4 группы метрологических характеристик средств измерений.
1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измере-
ний (без введения поправок). Функция преобразования измерительного
преобразователя; значение меры; цена деления шкалы; вид входного ко-
да; число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда СИ, предназначенного для выдачи результатов в цифровом коде.
2. Характеристики погрешностей средств измерений. Значение приборной
погрешности, ее систематические и случайные составляющие, погрешности от гистерезиса.
3. Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам. В
первую очередь, это функция влияния и изменения значений метрологических характеристик СИ, вызванные изменением влияющих величин.
47
4. Динамические характеристики — инерционные свойства СИ при воздей-
мб
b
ствии изменяющихся во времени величин.
Важной метрологической характеристикой является вариация показаний,
которая вычисляется как разность абсолютных погрешностей прибора в данной
точке диапазона при подходе к ней со стороны больших (справа) и меньших
(слева) значений:
.
Вариация может быть вычислена также как разность действительных зна-
чений при подходе к проверяемой отметке со стороны больших и со стороны
меньших значений.
Погрешности СИ классифицируют по способу числового выражения (раз-
личают абсолютную, относительную и приведенную погрешность средств из-
мерений), по характеру проявления (систематические и случайные), по зависи-
мости от текущего значения измеряемой величины, от режима изменения изме-
ряемой величины (статические и динамические погрешности СИ), по зависимо-
сти от условий возникновения (основные и дополнительные погрешности
средств измерений). По ГОСТ 8.009 следует различать четыре составляющих
погрешности средств измерения: основную, дополнительную, динамическую,
обусловленную взаимодействием средств и объекта измерений.
Основная погрешность средств измерений — приборная погрешность,
возникающая при эксплуатации средства измерений в нормальных (номиналь-
ных) условиях эксплуатации. Нормальные (номинальные) значения влияющих
величин приведены в Таблице 1.
Дополнительная погрешность средств измерений — составляющая при-
борной погрешности, возникающая в условиях, отличающихся от нормальных,
но входящих в рабочую область условий эксплуатации.
48
Таблица 1
Влияющая величина
Значение
1. Температура для всех видов измерений
С
(К)
20 (293)
2. Давление окружающего воздуха для измерения ионизирующих излучений, теплофизических, температурных, магнитных,
электрических измерений, измерения давления и параметров
движения, кПа (мм рт.ст.)
100 (750)
3. Давление окружающего воздуха для линейных, угловых измерений, измерения массы, силы света и измерений в других
областях, кроме указанных в п.2, кПа (мм рт.ст.)
101,3 (760)
4. Относительная влажность воздуха для линейных, угловых
измерений, измерений массы, измерений в спектроскопии, %
58
5. Относительная влажность воздуха для измерения электриче-
ского сопротивления, %
55
6. Относительная влажность воздуха для измерений температуры, силы, твердости, переменного электрического тока,
ионизирующих излучений, параметров движения, %
65
7. Относительная влажность воздуха для всех видов измере-
ний, кроме указанных в п.4-6, %
60
8. Плотность воздуха, кг/м3
1,2
9. Ускорение свободного падения, м/с
2
9,8
10. Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического поля (В/м) для измерений параметров движения, маг-
нитных и электрических величин
0
11. Магнитная индукция и напряженность электростатического
поля для всех видов измерений, кроме указанных в п. 10
Соответствует характеристикам поля Земли в
данном географическом
районе
12. Частота питающей сети переменного тока, Гц
501%
13. Среднеквадратическое значение напряжения питающей се-
ти переменного тока, В
22010%
Номинальные значения влияющих величин при нормальных условиях
Динамическая составляющая погрешности СИ — связана с инерционными
свойствами и амплитудно-фазовыми характеристиками средств измерения.
Погрешность, обусловленная взаимодействием средства измерений и объ-
екта измерений. В ряде случаев подключение средства измерений к объекту
измерений приводит к изменению значения измеряемой величины. Эта состав-
ляющая погрешности зависит от свойств как средства измерений, так и от
свойств объекта измерений.
На практике принято деление средств измерения на классы точности, ко-
торые дают их обобщенную метрологическую характеристику, а систематиче-
49
ская и случайная составляющие погрешности отдельно не рассматриваются.
%100)/( x
)1/(%100)/( xxdcx
К
ГОСТ 8.401 устанавливает пределы допустимых погрешностей всех средств
измерений.
Класс точности средства измерений — обобщенная характеристика,
определяемая пределами допускаемых основных погрешностей, а также други-
ми свойствами, влияющими на точность, значения которых устанавливают в
стандартах на отдельные виды средств измерений. Систематическая и случай-
ная составляющая приборной погрешности при этом отдельно не рассматрива-
ются. Класс точности характеризует свойство прибора в отношении точно-
сти, но не является показателем точности выполняемых измерений.
1. При нормировании абсолютной погрешности классы точности обозна-
чают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами.
Классы точности, которым соответствуют меньшие пределы допускаемых по-
грешностей, обозначены меньшими цифрами или буквами, находящимися бли-
же к началу алфавита.
2. Класс точности по относительной погрешности.
Относительная погрешность выражается одночленной формулой:
или двучленной формулой:
,
где
значения измеряемой величины; x
— предел допускаемой относительной погрешности в процентах от
— конечное значение диапазона измерений;
к
с,d — положительные числа. Коэффициент с численно равен относительной по-
грешности на верхнем пределе измерения; d численно равен погрешности на
нижнем пределе измерения, выраженной в процентах верхнего предела.
Первый способ применяется для нормирования погрешности однозначных
мер и масштабных преобразователей. В этом случае число, обозначающее
класс точности, и предел допускаемой основной погрешности, выраженной в
процентах, совпадают. Например, катушка сопротивления, для которой
=
0,01%, должны иметь условное обозначение класса точности
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]