Шмидт-Ковалерова.МСС-лекции1-2014

Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси (суток) получила название секунды.

ВВавилоне во II веке до н.э. время измерялось в минах. Мина равня- лась промежутку времени (равному примерно двум астрономическим ча- сам), за который из принятых в Вавилоне водяных часов вытекала «мина» воды, масса которой составляла около 500 г. Затем мина сократилась и превратилась в привычную для нас минуту.

Важнейшим метрологическим документом в России является Двин- ская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины (104,95 л). Ее медные экземпляры рассылались по городам на хранение выборным людям (старостам, соцким, целовальникам). С этих мер изго- тавливались деревянные копии для городских помещиков, а с тех, в свою очередь, деревянные копии для использования в обиходе.

Метрологической реформой Петра 1 в России к обращению были до- пущены английские меры, получившие особенно широкое распростране- ние на флоте и кораблестроении: дюймы (2,54 см) и футы (12 дюймов). В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер под председательством главного директора Монетного двора графа М. Г. Го- ловкина. В качестве исходных мер, комиссия изготовила медный аршин (0,711 м) и деревянную сажень (3 аршина или 7 английских футов). За ме- ру веществ было принято ведро московского Каменномостского питейного двора. Важнейшим шагом, подытожившим работу комиссии, было созда-

ние русского эталонного фунта (0,45 кг).

Идея построения системы измерений на десятичной основе принадле- жит французскому астроному Г. Мутону, жившему в 17 веке. Позже было предложено принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе единственной единицы – метра – строилась вся система, получившая название метрической.

ВРоссии в 1835г. Указом «О системе Российских мер и весов» были утверждены эталоны длины и массы – платиновая сажень и платиновый фунт.

В1875г. в соответствии с международной Метрологической конвен- цией Россия получила платиноиридиевые эталоны массы №12 и №26 и эталоны единиц длины №11 и 28, которые были доставлены в Санкт– Петербург в новое здание Депо образцовых мер и весов. В 1892 г. управ- ляющим Депо был назначен Д.И. Менделеев, которое он в 1893 г. преобра- зует в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно– исследовательских учреждений метрологического профиля.

Метрическая система в России была введена в 1918 г. декретом Совета Народных Комиссаров «О введении Международной метрической системы

20

мер и весов». Дальнейшее развитие метрологии в России связано с созда- нием системы и органов служб стандартизации.

В1960г. 11 Генеральная конференция по мерам и весам приняла новую систему единиц, присвоив ей наименование «Международная система единиц». С 1981 г. постановлением Государственного комитета

СССР по стандартам (ГОСТ 8.417–81) в СССР установлено применение Международной системы единиц (СИ). В 1973 году утверждена Госу- дарственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), регламен- тирующая все стороны метрологической деятельности по обеспечению единства измерений в стране (с 2000 г. ГОСТ Р 8.000–00 ГСИ).

В1993 году принят закон РФ «Об обеспечении единства измере- ний» и установлена гражданско-правовая, административная, уголовная ответственность за нарушение правовых норм и обязательных требова- ний стандартов в области единства измерений и метрологического обес- печения. В настоящее время действует новая редакция этого закона.

Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых

средств измерений, а они в свою очередь стимулировали развитие наук, становясь все более мощным средством исследования.

2.1.4. Структура теоретической метрологии

Теоретическая метрология является основным разделом метрологии. Ее структура представлена в виде схемы на рис. 2.1.

Основные представления метрологии. Как и в любой науке, в метро- логии необходимо сформулировать основные понятия, термины и постула- ты, разработать учение о физических единицах и методологию. Данный раздел особенно важен ввиду того, что в основе отдельных областей изме- рений лежат специфические представления и в теоретическом плане об- ласти развиваются изолированно. При этих условиях недостаточная разра- ботанность основных представлений заставляет решать аналогичные зада- чи, которые, по сути, являются общими, заново в каждой области.

•Основные понятия и термины. Этот подраздел занимается обобще- нием и уточнением понятий, сложившихся в отдельных областях измере- ний с учетом специфики метрологии. Главной задачей является создание единой системы основных понятий метрологии, которая должна служить базой для ее развития. Значение системы понятий определяется значимо- стью самой теории измерений и тем, что указанная система стимулирует взаимопроникновение методов и результатов, наработанных в отдельных областях измерений.

•Постулаты метрологии. В этом подразделе развивается аксиомати- ческое построение теоретических основ метрологии, выделяются такие по- стулаты, на основе которых можно построить содержательную и полную теорию и вывести важные практические следствия.

21

мы и уравнений связи для определения производных величин. Система ФВ служит основой для построения системы единиц ФВ, рациональный выбор которой важен для успешного развития теории и практики метрологиче- ского обеспечения.

•Методология измерений. В подразделе разрабатывается научная ор- ганизация измерительных процессов. Вопросы метрологической методоло- гии являются весьма существенными, поскольку она объединяет области измерений, различные по физической природе измеряемых величин и ме- тодам измерений. Это создает определенные трудности при систематиза- ции и объединении понятий, методов и опыта, накопленного в различных областях измерений. К числу основных направлений работ по методологии относятся:

переосмысление основ измерительной техники и метрологии в усло- виях существенного обновления арсенала методов и средств измерений и широкого внедрения микропроцессорной техники;

структурный анализ измерительных процессов с системных позиций;разработка принципиально новых подходов к организации процеду-

ры измерений.

Теория единства измерений. (Теория воспроизведения единиц физиче- ских величин и передачи их размеров.) Этот раздел традиционно является центральным в теоретической метрологии. Он включает в себя: теорию единиц ФВ, теорию исходных средств измерений (эталонов) и теорию пе- редачи размеров единиц ФВ.

•Теория единиц физических величин. Основная цель подраздела – со-

вершенствование единиц ФВ в рамках существующей системы величин, заключающееся в уточнении и переопределении единиц. Другой задачей является развитие и совершенствование системы единиц ФВ, т.е. измене- ние состава и определений основных единиц. Работы в этом направлении проводятся постоянно на основе использования новых физических явлений

ипроцессов.

•Теория исходных средств измерений (эталонов). В данном подразде-

ле рассматриваются вопросы создания рациональной системы эталонов единиц ФВ, обеспечивающих требуемый уровень единства измерений. Перспективное направление совершенствования эталонов – переход к эта- лонам, основанным на стабильных естественных физических процессах. Для эталонов основных единиц принципиально важным является достиже- ние максимально возможного уровня для всех метрологических характе- ристик.

•Теория передачи размеров единиц физических величин. Предметом изучения подраздела являются алгоритмы передачи размеров единиц ФВ при централизованном и децентрализованном их воспроизведении. Ука- занные алгоритмы должны быть основаны как на метрологических, так и на технико-экономических показателях.

23

Теория построения средств измерений. В разделе обобщается опыт конкретных наук в области построения средств и методов измерений. В последние годы все большее значение приобретают знания, накопленные при разработке электронных СИ электрических и особенно неэлектриче- ских величин. Это связано с бурным развитием микропроцессорной и вы- числительной техники и ее активным использованием при построении СИ, что открывает новые возможности при обработке результатов. Важной за- дачей является разработка новых и совершенствование известных измери- тельных преобразователей.

Теория точности измерений. В данном разделе метрологии обобщены методы, развиваемые в конкретных областях измерений. Он состоит их трех подразделов: теории погрешностей, теории точности средств измере- ний и теории измерительных процедур.

•Теория погрешностей. Этот подраздел является одним из централь- ных в метрологии, поскольку результаты измерений объективны настоль- ко, насколько правильно оценены их погрешности. Предметом теории по- грешностей является классификация погрешностей измерений, изучение и описание их свойств. Сложившееся исторически деление погрешностей на случайные и систематические, хотя и вызывает справедливые нарекания, тем не менее продолжает активно использоваться в метрологии. Как из- вестная альтернатива такому делению погрешностей может рассматри- ваться развиваемое в последнее время описание погрешностей на основе теории нестационарных случайных процессов. Важной частью подраздела является теория суммирования погрешностей.

•Теория точности средств измерений. Подраздел включает: теорию погрешностей средств измерений, принципы и методы определения и нор- мирования метрологических характеристик средств измерений, методы анализа их метрологической надежности.

Теория погрешностей средств измерений наиболее детально разрабо-

тана в метрологии. Значительные знания накоплены и в конкретных облас- тях измерений, на их основе развиты общие методы расчета погрешностей СИ. В настоящее время в связи с усложнением СИ, развитием микропро- цессорных измерительных устройств актуальной стала задача по расчету погрешностей цифровых СИ вообще и измерительных систем и измери- тельно-вычислительных комплексов в частности.

Принципы, и методы определения и нормирования метрологических характеристик СИ достаточно хорошо разработаны. Однако они требуют модификации с учетом специфики метрологии и в первую очередь тесной связи определения метрологических характеристик СИ с их нормировани- ем. К числу не до конца решенных задач следует отнести определение ди- намических характеристик СИ и градуировочных характеристик первич- ных измерительных преобразователей. По мере совершенствования средств обработки электрических измерительных сигналов наиболее суще-

24

ственные метрологические проблемы концентрируются вокруг выбора первичного преобразователя. Ввиду разнообразия принципов действия и типов СИ, а также повышения требуемой точности измерений появляется проблема выбора нормируемых метрологических характеристик СИ.

Теория метрологической надежности средств измерений по своей целевой направленности связана с общей теорией надежности. Однако специфика метрологических отказов и прежде всего непостоянство во времени их интенсивности делают невозможным автоматическое перене- сение методов классической теории надежности в теорию метрологиче- ской надежности. Необходима разработка специальных методов анализа метрологической надежности СИ.

• Теория измерительных процедур. Повышение сложности измери-

тельных задач, постоянный рост требований к точности измерений, услож- нение методов и средств измерений обуславливают проведение исследова- ний, направленных на обеспечение рациональной организации и эффек- тивного выполнения измерений. При этом главную роль играет анализ из- мерений как совокупности взаимосвязанных этапов, т.е. как процедуры. Подраздел включает теорию методов измерений; методы обработки изме- рительной информации; теорию планирования измерений; анализ предель- ных возможностей измерений.

Теория методов измерений – подраздел, посвященный разработке но- вых методов измерений и модификации существующих, что связано с рос- том требований к точности измерений, диапазонам, быстродействию, ус- ловиям проведения измерений. С помощью современных средств измере- ний реализуются сложные совокупности классических методов. Поэтому остается актуальной традиционная задача совершенствования существую- щих методов и исследования их потенциальных возможностей с учетом условий реализации.

Методы обработки измерительной информации, используемые в метрологии, основываются на методах, которые заимствуются из матема- тики, физики и других дисциплин. В связи с этим актуальна задача обос- нованности выбора и применения того или иного способа обработки изме- рительной информации и соответствия требуемых исходных данных тео- ретического способа тем, которыми реально располагает экспериментатор.

Теория планирования измерений – область метрологии, которая весьма активно развивается. К числу ее основных задач относятся уточнение мет- рологического содержания задач планирования измерений и обоснование заимствований математических методов из общей теории планирования эксперимента.

Анализ предельных возможностей измерений на данном уровне разви-

тия науки и техники позволяет решить такую главную задачу, как исследо- вание предельной точности измерений при помощи конкретных типов или экземпляров средств измерений.

25

2.2. Правовые основы метрологической деятельности в России

Метрологическая деятельность весьма разнопланова и своеобразна. Ее теоретической основой является наука метрология; собственно процесс деятельности определяется понятием метрологическое обеспечение; а ре- гулирование взаимоотношений в этой деятельности возлагается на госу- дарственную функцию – обеспечение единства измерений.

Метрологическая деятельность возникла и развивалась как деятель- ность прикладного характера, поэтому в значительной своей части она ес- тественно участвует в общих рыночных отношениях, однако ее результаты должны отвечать особым требованиям «единства измерений»; в силу этого метрологическая деятельность является предметом правового регулирова- ния, объектом воздействия права.

Как известно, право – это система общеобязательных норм, на основе которых складываются определенные отношения – правовые отношения. Эти нормы устанавливаются государством и обеспечиваются его принуди- тельной силой, т.е. осуществляется правовое регулирование метрологиче- ской деятельности.

Государственная функция требует государственного управления, в свою очередь управление реализуется в определенной системе. Такой сис- темой является национальная система измерений, включающая всех участ- ников измерительного дела – разработчиков, производителей и пользова- телей средств измерений. Для достижения единства измерений формиру- ются условия для функционирования «государственной системы обеспе- чения единства измерений» (ГСИ). Важнейшим звеном этой системы явля- ется «законодательная метрология». Формально этот термин обозначает «раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимо- обусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопро- сы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений». С переходом на законодательный принцип управления дея- тельностью по обеспечению единства измерений заложенное в этот термин смысловое значение несколько расширилось. Сегодня «законодательная метрология» претендует на включение в свой состав всей законодательной основы обеспечения единства измерений, в частности, это – эталоны еди- ниц величин. Явного противоречия при этом не возникает, т.к. вторая по- ловина определения («...другие вопросы, нуждающиеся в регламентации ...

со стороны государства...»), естественно, может уточняться. В то же время «...комплексы взаимосвязанных ...общих правил, требований и норм...» по– прежнему составляют традиционную основу «законодательной метроло- гии».

26

2.2.1.Законодательная база

С26.06.2008 законодательная власть России ввела в действие Закон Российской Федерации № 102–ФЗ «Об обеспечении единства измерений», который стал актом, обладающим высшей юридической силой в сферах измерительного дела. Он установил правовое регулирование наиболее важных отношений. В соответствии с положениями юриспруденции эти документы являются актами органов исполнительной власти.

Закон установил, что таким органом является Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии входит в систему феде- ральных органов исполнительной власти Российской Федерации и нахо- дится в ведении Министерства промышленности и торговли Российской Федерации. Оно образовано в соответствии с Указом Президента Россий- ской Федерации от 20 мая 2004г. № 649 «Вопросы структуры федеральных органов исполнительной власти».

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) является федеральным органом исполнительной власти, осу- ществляющим функции по оказанию государственных услуг, управлению го- сударственным имуществом в сфере технического регулирования и метроло- гии. До внесения изменений в законодательные акты Российской Федерации Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии осу- ществляет лицензирование деятельности по изготовлению и ремонту средств измерений, а также функции по государственному метрологическому кон- тролю и надзору. Федеральное агентство осуществляет также контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандар- тов и технических регламентов до принятия Правительством Российской Фе- дерации решения о передаче этих функций другим федеральным органам ис- полнительной власти. Оно ведет свою деятельность в соответствии с Поло- жением, утвержденным постановлением Правительства Российской Федера- ции от 17 июня 2004г. № 294 непосредственно, через свои территориальные органы и через подведомственные организации.

Ранее Росстандарт России разработал и ввел в действие около сорока нормативных документов по обеспечению единства измерений.

Новое типовое положение о метрологической службе представляет ПР 50–732–93 «ГСИ. Типовое положение о метрологической службе госу- дарственных органов управления Российской Федерации и юридических лиц».

В условиях рыночных отношений весьма полезны правила ПР 50.2.015–02 «ГСИ. Порядок определения стоимости (цены) метрологи- ческих работ».

Требования к головным и базовым организациям по метрологии, а также установление их компетентности регламентируются ПР 50.2.008–94 «ГСИ. Порядок аккредитации головных и базовых организаций метроло-

27

гических служб государственных органов управления Российской Федера- ции и объединений юридических лиц».

Ранее проводившиеся государственные испытания средств измерений заменены испытаниями с целью утверждения типа; их новый порядок ус- тановлен в:

•ПР 50.2.009–94 ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений;

•МИ 2146–98 ГСИ. Порядок разработки и содержание программ ис- пытаний средств измерений для целей утверждения их типа;

•ПР 50.2.010–94 ГСИ. Требования к государственным центрам испы- таний и порядок их аккредитации;

•ПР 50.2.011–94 ГСИ. Порядок ведения Государственного Реестра средств измерений.

Вопросы поверки получили пояснения в:

•ПР 50.2.006–94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измере-

ний;

•МИ 1837–93 ГСИ. Типовое положение о контрольно–поверочном пункте территориального органа Госстандарта России;

•МИ 2284–94 ГСИ. Документация поверочных лабораторий;

•ПР 50.2.007–2001 ГСИ. Поверительные клейма;

•ПР 50.2.012–94 ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств изме- рений;

•ПР 50.2.014–2002 ГСИ. Правила проведения аккредитации метроло- гических служб юридических лиц на право поверки средств измерений;

•МИ 2273–93 ГСИ. Области использования средств измерений, под- лежащих поверке;

•МИ 2322–99 ГСИ. Типовые нормы времени на поверку средств из- мерений.

Для упорядочения деятельности по калибровке средств измерений Рос- стандарт России создал «Российскую систему калибровки», ее документы:

•ПР 50.2.017–95 ГСИ. Положение о Российской системе калибровки;

•ПР 50.2.016–94 ГСИ. Требования к выполнению калибровочных ра-

бот;

•ПР 50.2.018–95 ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ;

•Р РСК 001–95 РСК. Типовое положение о калибровочной лаборато-

рии;

•ПР РСК 002–95 РСК. Калибровочные клейма;

•ГОСТ Р 8.563–96 ГСИ. Методики выполнения измерений, введенный

с1 июля 1997 г.;

28

•ПР 50.2.013–97 ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право аттестации методик выполнения измерений и проведения метрологической экспертизы документов.

Определенные виды метрологической деятельности в соответствии с Законом требуют лицензирования.

Надзор за метрологической деятельностью, выполнением метрологи- ческих правил и норм осуществляется в соответствии с:

•ПР 50.2.002–94 ГСИ. Порядок осуществления государственного мет- рологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталона- ми и соблюдением метрологических правил и норм;

•ПР 50.2.003–94 ГСИ. Порядок осуществления государственного над- зора за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых опе- раций;

•ПР 50.2.004–94 ГСИ. Порядок осуществления государственного мет- рологического надзора за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

•МИ 2304–94 ГСИ. Метрологический контроль и надзор, осуществ- ляемые метрологическими службами юридических лиц.

Кроме перечисленных документов разработан ряд рекомендательных материалов:

•МИ 2357–95 ГСИ. Порядок разработки и реализации программ мет- рологического обеспечения отраслей народного хозяйства, важнейших на- учно-технических проблем;

•МИ 2240–92 ГСИ. Анализ состояния измерений, контроля и испыта- ний на предприятии, в организации, объединении. Методика и порядок проведения работ;

•МИ 2386–96 ГСИ. Анализ состояния измерений, контроля и испыта- ний в центрах (лабораториях), осуществляющих сертификацию продукции

иуслуг. Методика проведения работ;

•МИ 2427–97 ГСИ. Оценка состояния измерений в испытательных и измерительных лабораториях.

В условиях законодательного принципа управления метрологической деятельностью целесообразно не забывать и о временных методических указаниях «ГСИ. Применение юридических санкций за нарушение метро- логических правил и норм, а также Р 50.1.009–96 «Рекомендации по стан- дартизации. Порядок рассмотрения органами Госстандарта России дел об административных правонарушениях».

2.2.2. Юридическая ответственность за нарушение нормативных требований по метрологии

Статья 25 Федерального закона «Об обеспечении единства измере- ний» предусматривает возможность привлечения юридических и физиче-

29