Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрологическая экспертиза в вопросах и ответах. Учебное пособие
.pdf
анализ выбранных методик измерений и средств измерений (средств
измерительной техники);
контроль метрологических терминов, наименований измеряемых
величин и обозначений их единиц.
Часто содержание второго этапа называют задачами
метрологической экспертизы, на решение которых направлены усилия
экспертов-метрологов.
21. Как выражаются требования к измеряемым параметрам
и допускаемым отклонениям их размеров?
Требования к измеряемым (контролируемым) параметрам и их
допускаемым отклонениям могут быть выражены:
указанием номинального значения с допускаемыми
отклонениями (например, толщина стержня (20,0 ± 0,5) мм);
указанием значения параметра в виде диапазона значений
(например, масса груза от 5 до 10 кг);
указанием параметра в виде максимального или минимального
значения (например, масса груза должна быть не более 70 кг).
22. Как проводят анализ номенклатуры измеряемых
параметров?
Основная цель данного анализа убедиться, что номенклатура
измеряемых параметров сформирована рационально. Решение этой задачи
начинают с определения объекта измерений (продукция, процесс и т.п.).
Под измеряемым параметром понимают величину – «свойство
материального объекта или явления, общее в качественном отношении
для многих объектов или явлений, но в количественном отношении
индивидуальное для каждого из них». Известно, что ценность результата
измерения заключается в возможности принять верное решение по
интересующему вопросу на основании полученной информации, и число
измеряемых параметров должно быть для этого достаточным. Например,
для принятия решения о возможности перемещения стола в соседнее
помещение необходимо измерить длину и ширину дверного проема,
габаритные размеры стола и его массу. Результаты измерений ширины
ножек стола, расстояния между ними, толщины
и шероховатости поверхности столешницы в этом случае будут
избыточны, а вот при проверке соблюдения эргономических требований к
рабочему месту измерение этих параметров необходимо будет выполнить.
21
При приемке партии сортового проката из стали марки Ст4пс
категории 1 в соответствии с требованиями [27] необходимо проведение
лабораторных испытаний по показателям «Временное сопротивление»,
«Предел текучести», «Относительное удлинение», а вот при приемке
партии сортового проката из той же марки категории 2 необходим
контроль химического состава. Этот пример показывает, что измеряемые
(контролируемые) параметры часто установлены в нормативных или
других документах на продукцию, технологию, системы управления и т.п.
В частности, в разделе «Общие технические требования» [27]
перечислены нормируемые показатели по категориям проката
(химический состав, временное сопротивление, предел текучести,
относительное удлинение, изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость),
а также указаны предельно и минимально допустимые значения этих
показателей.
Если таких исходных требований нет, то эксперт-метролог при
анализе номенклатуры измеряемых параметров руководствуется
следующими общими положениями:
– измеряемые параметры деталей, узлов и составных частей
изделий это параметры, обеспечивающие их размерную
и функциональную взаимозаменяемость (например, основные размеры
цилиндрических концов валов диаметром от 0,8 до 630 мм,
предназначенные для посадки деталей, передающих крутящий момент
в машинах, механизмах и приборах, должны соответствовать [28]).
– измеряемые параметры готовой продукции это основные
характеристики ее качества, а в непрерывных производствах и ее
количества. При разработке ТД может быть использована номенклатура
основных показателей качества, которая в отношении различных видов
продукции приведена в стандартах ГОСТ 4.* (Система показателей
качества продукции). Например, основными показателями качества
грузовых контейнеров в соответствии с [29] являются: «Максимальная
масса брутто», «Грузоподъемность», «Внутренний объем», «Внутренние
размеры», «Коэффициент использования наружного объема» и др.;
– измеряемые параметры технологического оборудования, систем
контроля и управления технологическими процессами это параметры,
определяющих безопасность, оптимальность режима по
22
производительности и экономичности, экологическую защиту от
выбросов вредных веществ. Например, в качестве показателей качества
технологических линий в [30] указаны: «Производительность»,
«Основные физико-химические показатели целевых продуктов,
получаемых на линии», «Установленный ресурс», «Уровень токсичности
воздуха рабочей зоны обслуживания», «Коэффициент межпроектной
(взаимной) унификации», «Удельная металлоемкость», «Удельный расход
энергии и топлива», «Удельные капитальные вложения», «Себестоимость
единицы получаемого продукта».
Из перечня подлежащих измерениям параметров исключают
следующие:
– параметры, которые определены предыдущими этапами
технологических процессов, оборудованием, инструментом (например,
размеры штампованных деталей определены инструментом);
– параметры, которые являются коррелированными величинами
с одним из измеряемых параметров (например, при контроле качества
фотоэлектрических модулей избыточно измерять силу тока при
максимальной мощности, если выполняют измерение максимальной
мощности).
– параметры, которые определяют исключительно с целью
регистрации состояния процесса или технологического оборудования
(наличие или отсутствие напряжения питания, давления в питающей сети
и т.п.); средства измерений в этих случаях служат индикаторами
и могут быть заменены на сигнализаторы или подобные устройства.
23. Как проводят анализ допускаемых отклонений размеров
измеряемых параметров?
Основная цель данного анализа убедиться в том, что значения
допускаемых отклонений размеров измеряемых параметров обоснованы
нормативными требованиями и/или расчетами.
Для оценки обоснованности установления допускаемых отклонений
измеряемых (контролируемых) параметров необходимо провести анализ
(рассмотрение) материалов по расчету или обоснованию допускаемых
отклонений, представляемых разработчиком документации на этапе
эскизного (технического) проекта. В случае, если в качестве обоснований
используются ссылки на документы по стандартизации, проводят оценку
23
соответствия установленных допускаемых отклонений требованиям
соответствующих документов. Например, в [31] в разделе
«Классификация. Основные параметры и размеры» приведены
номинальные диаметры проката с предельными отклонениями (выражены
в абсолютных единицах), а также требования к предельным отклонениям
формы (выражены в относительных единицах: «Овальность проката не
должна превышать 75 % суммы предельных отклонений по диаметру»).
Для допускаемых отклонений, на которые отсутствуют обоснования
и расчеты при наличии исходных данных, проводят выборочный расчет.
Результат в виде расчетного допускаемого отклонения измеряемого
(контролируемого) параметра сравнивается с предложенным
разработчиком. По результату сравнения выносится решение
о правильности назначения допускаемого отклонения измеряемого
(контролируемого) параметра.
Например, в целях обеспечения технической совместимости
и взаимозаменяемости фотоэлектрических модулей в составе солнечных
фотоэлектрических установок допустимое отклонение выходной
мощности от номинального значения не должно превышать ±11,5 %:
P = (130 ± 15) Вт.
24. Как проводят анализ требований к показателям точности
измеряемых параметров?
Основная цель данного анализа убедиться в том, что указаны
оптимальные значения показателей точности измерений. Для каждого
измеряемого параметра должны быть указаны значения показателей
точности: или характеристики погрешности, или показатели
неопределенности, или оценки правильности и прецизионности по [32].
В качестве примера рассмотрим сведения, на основании которых
определяют оптимальную погрешность измерений:
– значения допускаемых погрешностей измерений, указанные
в нормативных правовых актах, документах по стандартизации и др.
нормативной документации. Например, при выполнении измерений,
относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения
единства измерений, пределы допускаемой погрешности указаны
в постановлении Правительства Российской Федерации [33]. Допускаемые
24
погрешности измерений линейных размеров до 500 мм определяют по
[34]. Например, по известному номинальному размеру (40 мм) и допуску
(16 мкм) находят в таблице допускаемую погрешность измерения для
диаметра вала ( = ±5 мкм);
– допуск на размер измеряемого параметра. Предельное значение
погрешности измерений определяют как 1/3 от границы симметричного
интервала допуска на размер. Например, при измерении длины стола, для
которого из технических условий известны номинальный размер
с предельными отклонениями: l = (150,0 ± 0,6) cм, допускаемая
погрешность измерений Δl = ± 0,2 см. Это соотношение является
ориентировочным, которое в зависимости от значимости потерь из-за
погрешности измерений выбирают из диапазона значений от 0,2 до 0,5.
Например, при предварительных расчетах погрешности ее определяют 0,5
от границы симметричного интервала допуска. В случае несимметричных
границ допуска или одностороннем допуске предельное значение
погрешности измерений также составляет 0,5 от интервала допуска;
– заданные вероятности ошибки контроля (риска изготовителя или
риска потребителя) в случае оценки соответствия измеряемого параметра
установленному допуску. Например, при заданном риске изготовителя Rи
= 0,0063 (63 ошибочно забракованных на 10000 прошедших контроль
фотоэлектрических модуля) при значении номинальной мощности (130,0
± 2,5) Вт, стандартном отклонении от номинального значения (для
нормального закона распределения величины) σ = 2,6 Вт, можно
вычислить допустимую погрешность измерений (Δ = ± 0,21 Вт)
с использованием выражений из [35]. При заданных вероятностях ошибок
контроля оценивают погрешности и в случае многопараметрического
контроля [36]. Следует иметь в виду, что на основании заданного значения
риска изготовителя можно оценить потери из-за погрешности измерений
в денежном выражении;
– затраты на выполнение измерений и потери при известной
погрешности измерений. Оптимальной в экономическом смысле считают
погрешность измерений, при которой сумма потерь от погрешности
и затрат на измерения минимальна. В этом случае оптимальную
погрешность определяют с использованием выражения
З
опт
, (1)
П
25
где δ
– граница оптимальной относительной погрешности измерений;
опт
δ – граница относительной погрешности измерений, для которой известны
потери (П) и затраты на измерения (З).
При вычислениях с использованием выражения (1) параметр «П»
совокупность рисков изготовителя и потребителя при известной
относительной погрешности (δ), а параметр «З» суммарные затраты на
подготовку и выполнение измерений. Потери и затраты чаще всего
выражают в денежных единицах.
25. Как проводят анализ контролепригодности конструкции
изделия?
Анализ контролепригодности проводят с целью оценки
приспособленности конструкции изделия к проведению контроля
заданными средствами измерений (контроля).
Например, для контроля линейных размеров боковой рамы на
соответствие требованиям [37] (см. рисунок 2) непригоден
инструментальный микроскоп (верхний предел измерений в продольном
направлении – 160 мм, в поперечном направлении – 80 мм [38]).
Рис. 2. Чертеж боковой рамы
Анализ контролепригодности конструкции изделия состоит из
следующих проверок:
доступа к точкам измерений и наличия требований ко всем
параметрам изделия, влияющим на погрешность измерений. Например,
при измерении линейных размеров должны быть регламентированы
26
требования к шероховатости поверхности детали, так как от нее зависит
составляющая погрешности измерения, обусловленная взаимодействием
средства измерения и объекта;
необходимости и возможности контроля размеров,
ограниченных допусками, с учетом выбора измерительных баз. В ходе
этой проверки также выявляют те параметры, контроль которых при
заданных нормах точности невозможен, затруднителен, требует
привлечения операторов высокой квалификации или разработки новых
средств измерений.
26. Какая существует взаимосвязь между понятиями «средства
измерительной техники» и «средства измерений»?
Средства измерительной техники это обобщающее понятие,
охватывающее технические средства, специально предназначенные для
измерений (см. раздел 6 [39]). К средствам измерительной техники
относят средства измерений, эталоны, измерительные системы,
измерительные установки, измерительные принадлежности, средства
сравнения, стандартные образцы и др. Хотя анализ выбора средств
измерений является лишь одним из аспектов проверки при проведении
метрологической экспертизы, именно особенности его проведения
рассмотрены в данном пособии.
27. Как проводят анализ выбранных средств измерений?
Основная цель данного анализа убедиться в том, средства
измерений выбраны рационально с позиции обеспечения требуемой
точности результатов измерений при оптимальных затратах на подготовку
и выполнение измерений, в т.ч. на метрологическое обслуживание средств
измерений.
Решение этой задачи состоит из следующих этапов:
– анализ полноты информации метрологических и технических
характеристиках средств измерений;
– анализ пригодности средства измерений для получения
результатов с требуемой точностью в условиях их эксплуатации,
– анализ автоматизации средств измерений (измерительных
установок, измерительных систем);
– анализ производительности средств измерений (измерительных
установок, измерительных систем);
27
– анализ экономической эффективности использования средств
измерений исходя из оценок трудоемкости и себестоимости
измерительных операций;
– анализ требований по безопасности для средств измерений;
– оценка соответствия средств измерений правовым требованиям;
– анализ метрологического обслуживания выбранных средств
измерений, в том числе с позиции экономической эффективности.
27.1. Какие метрологические и технические характеристики
средств измерений указывают в технической документации?
Предназначенное для измерений техническое средство
с нормированными метрологическими характеристиками называют
средством измерений. В соответствии с [39] к средствам измерений
относят: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы,
компараторы. Также в практике широко используют технические
системы и устройства с измерительными функциями, которые наряду
с их основными функциями выполняют измерительные функции
(например, системы поддержания заданной температуры в холодильных
камерах и печах). Область применения средств измерений зависит от их
метрологических и технических характеристик. Характеристики называют
нормированными, потому что их значения приведены в технической
документации на средства измерений. Например, сведения
о метрологических и технических характеристиках средств измерений
приведены эксплуатационных документах – «Руководство по
эксплуатации» и «Паспорт» (см. [40]).
Метрологические характеристики средств измерений влияют на
результат измерений, в том числе на показатели точности, а технические
характеристики – на стабильность метрологических характеристик
в течение срока службы средства измерений, электромагнитную
совместимость, удобство и безопасность его эксплуатации (см. [41]). В
качестве примера рассмотрим информацию метрологических
и технических характеристиках лабораторных весов СЕ153-С (номер
в госреестре 50838–12 [42]). В описании типа приведены такие
нормируемые метрологические характеристики, как:
– класс точности – высокий (II);
28
– максимальная нагрузка весов – 150 г;
– минимальная нагрузка весов – 0,02 г;
– действительная цена деления – 1 мг;
– поверочное деление – 10 мг;
– число поверочных делений – 15000;– пределы допускаемой
погрешности весов при поверке
в интервалах взвешивания: от 0,02 до 50 г – ±5 мг, св. 50 до 150 г – ±10 мг;
– диапазон выборки массы тары – от 0 до 150 г;– предел
допускаемого размаха в интервалах взвешивания: от 0,02 до 50 г – 5 мг,
св. 50 до 150 г – 10 мг;
– диапазон устройства первоначальной установки нуля – не более 30 г;
– диапазон установки на нуль (суммарный) устройств установки
нуля и слежения за нулем – не более 6 г.
Технические характеристики весов:
– время установления показаний – 3,5 с;
–размеры весовой чашки (диаметр) – 115 мм;
– габаритные размеры: длина – 225 мм, ширина – 305 мм, высота –
140 мм;
– масса весов – не более 3,6 кг;
– параметры электрического питания для блока питания: входное
напряжение переменного тока – (230 ± 23) В; частота переменного тока –
(50 ± 1) Гц;
– потребляемая мощность – не более 16 В·А;– условия эксплуатации:
предельные значения температуры – от +10 °С
до +30 °С, относительная влажность воздуха – от 30 % до 80 %;
– вероятность безотказной работы за 2000 ч – 0,92, средний срок
службы – 10 лет.
Пояснения в отношении метрологических и технических
характеристик весов приведены в [43].
Весы данного типа выбирают, если требования в технической
документации (например, в методике измерений) записаны следующим
образом: «Весы класса точности II, максимальная нагрузка Max = 150 г,
поверочное деление e = 10 мг, действительная цена деления d = 1 мг по
ГОСТ Р 53228 – 2008».
29
27.2. Как при метрологической экспертизе оценивают полноту
информации о метрологических и технических характеристиках средств
измерений?
Учитывая, что для однозначного выбора средств измерений
величины в указанном диапазоне с требуемой точностью сведения
о средствах измерений должны содержать информацию
о метрологических характеристиках: диапазон измерений, пределы
допустимой погрешности, цена деления (при необходимости) и ссылку на
нормативный документ, в котором приведено описание этих
характеристик. При метрологической экспертизе следует обращать
внимание на случаи указания неполной информации. Например, в записи:
«Весы, с ценой деления 1 мг и погрешностью не более 10 мг»
отсутствует информация о диапазоне измерений и нормативном
документе на весы, а в записи: «Весы лабораторные по
ГОСТ Р 53228–2008» не приведена информация о метрологических
характеристиках средства измерений. Запись: «Весы лабораторные
аналитические с погрешностью взвешивания не более 0,002 г
и наибольшим пределом взвешивания 200 г» следует дополнить ссылкой
на «ГОСТ Р 53228–2008».
При анализе полноты требований к метрологическим
характеристикам средств измерений следует учитывать, что пределы
допускаемой погрешности средств измерений установлены для
конкретных условий эксплуатации средств измерений. Например, для
весов неавтоматического действия класса точности II (см. [43])
с максимальной нагрузкой 150 г следует указать следующие влияющие
величины и их предельно допустимые значения:
– входное напряжение переменного тока – (230 ± 23) В;
– частота переменного тока – (50 ± 1) Гц;
– температура – от +10 °С до +30 °С;
– относительная влажность воздуха – от 30 % до 80 %.
27.3. Как проверяют пригодность средства измерений для получения
результатов с заданной точностью?
Погрешность прямых измерений параметра практически равна
погрешности средств измерений в нормальных условиях эксплуатации.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]