Шмидт-Ковалерова.МСС-лекции1-2014

Например, в России единицу давления воспроизводят семь различных первичных эталонов, шесть из которых хранятся во Всероссийском науч- но-исследовательском институте метрологии (ВНИИМ) им. Д.И. Менделеева и один в Научно исследовательском институте физико- техничесихих и радио-технических измерений (ВНИИФТРИ).

Другой пример: единицу удельной теплоемкости воспроизводят четы- ре первичных эталона, хранящихся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, Уральском научно-исследовательском институте метрологии (УНИИМ), НПО «Дальстандарт» и ВНИИФТРИ. Такая группа первичных эталонов фактически является эталонным набором, предназначенным для воспроиз- ведения единицы во всем диапазоне измерений. При этом в России один из этих эталонов получает наименование «первичный эталон». Остальные эталоны этого набора называют специальными первичными эталонами (краткая форма – специальные эталоны).

В приведенных примерах первичными эталонами называются госу- дарственные эталоны, хранящиеся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, еди- ниц давления в диапазоне 0,05–10 МПа и удельной теплоемкости в диапа- зоне температур 273,15–700 К. Для обеспечения единства измерений раз- меры единицы, воспроизводимые этими эталонами, согласуются в гранич- ных областях значений.

Все остальные эталоны не участвуют в воспроизведении единиц. Они хранят размеры единиц, полученные от более точных эталонов, и (или) пе- редают их менее точным эталонам и рабочим СИ.

Вторичные эталоны получают размеры единиц от первичных этало- нов и передают его рабочим эталонам.

Рабочие эталоны предназначены для поверки и калибровки рабочих СИ. При необходимости их подразделяют на разряды: 1-й, 2-й, 3-й и т. д. В этом случае рабочие эталоны 1-го разряда также передают размер единицы рабочим эталонам 2-го разряда, рабочие эталоны 2-го разряда – рабочим эталонам 3-го разряда и т. д.

Приведенные выше наименования соответствуют международной классификации эталонов, признанной во всем мире, в том числе и в Рос- сии. В то же время классификация, принятая в России, несколько отлича- ется от международной. Рабочие эталоны по международной классифика- ции до последнего десятилетия в нашей стране назывались образцовыми СИ (ОСИ). Эти термины фактически являются синонимами: в свое время так перевели на русский язык французское слово «эталон». Но в России всегда имелись существенные различия в статусе первичных и вторичных эталонов (совокупность которых называют эталонной базой страны) и ОСИ и обусловленные ими различия в финансировании и системе метро- логического обслуживания.

После перехода на международную классификацию статус ОСИ (в том числе серийно выпускаемых ОСИ низших разрядов) как бы сравнялся

70

со статусом первичных и вторичных эталонов, со всеми вытекающими по- следствиями негативного характера для последних. Чтобы восстановить прежнее положение и в то же время не противоречить международной классификации эталонов, в настоящее время принято решение оба термина (и рабочий эталон, и ОСИ) применять в России как равноправные.

В состав эталонов включают:

•средства воспроизведения единицы (первичные измерительные пре- образователи, измерительные установки);

•средства хранения размеров единицы (меры);

•средства передачи размеров единицы (компараторы, эталоны срав- нения);

•средства хранения и передачи размеров единицы (измерительные приборы);

•другие СИ и технические средства (средства контроля условий изме- рений, вычислительные средства, системы питания, измерительные при- надлежности и др.).

Конструктивно эталоны и ОСИ могут быть оформлены в виде измери- тельных установок, называемых в этом случае поверочными установками.

По числу одноименных СИ, входящих в эталон, различают одиночные эталоны, эталонные наборы и групповые эталоны.

Одиночный эталон состоит из одного СИ.

Другая разновидность эталонов – эталонный набор – представляет со- бой объединение одиночных эталонов с различными номинальными зна- чениями, которое позволяет расширить диапазон воспроизводимых, хра- нимых как стандартное отклонение среднего арифметического значения.

Централизованную систему обеспечения единства измерений можно организовывать в метрологических службах различного уровня: на отдель- ном предприятии, в ведомстве, в стране в целом.

При этом иерархическую цепочку передачи размера единицы всем СИ этого вида измерений, применяемым в данной метрологической службе, будет возглавлять один, наиболее точный эталон. Этот эталон называется исходным эталоном (предприятия, ведомства, страны). Таким способом обеспечивается прослеживаемость всех измерений, выполняемых на пред- приятии или в ведомстве к своим исходным эталонам, а через них – к ис- ходным эталонам страны.

Исходные эталоны страны в международной метрологической прак- тике называются национальными эталонами, в нашей стране их называ- ют государственными

Национальные эталоны являясь наиболее точными СИ своих стран, во многом определяются их научные и технологические возможности. Обыч- но они хранятся и применяются в национальных метрологических инсти- тутах (НМИ).

71

2.7.2. Поверка (калибровка) средств измерений

Поверка СИ – поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

Средства измерений, предназначенные для применения в сфере госу- дарственного регулирования обеспечения единства измерений, до ввода в

эксплуатацию, а также после ремонта подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации – периодической поверке. Применяющие средства измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели обяза- ны своевременно представлять эти средства измерений на поверку.

Поверку средств измерений осуществляют аккредитованные в уста- новленном порядке в области обеспечения единства измерений юридиче- ские лица и индивидуальные предприниматели.

Правительством Российской Федерации устанавливается перечень средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредито- ванными в установленном порядке в области обеспечения единства изме- рений государственными региональными центрами метрологии.

Результаты поверки средств измерений удостоверяются знаком повер- ки и (или) свидетельством о поверке. Конструкция средства измерений должна обеспечивать возможность нанесения знака поверки в месте, дос- тупном для просмотра. Если особенности конструкции или условия экс- плуатации средства измерений не позволяют нанести знак поверки непо- средственно на средство измерений, он наносится на свидетельство о по- верке.

Порядок проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке устанавливаются феде- ральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулиро- ванию в области обеспечения единства измерений.

Сведения о результатах поверки средств измерений, предназначенных для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, передаются в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений проводящими поверку средств изме- рений юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями.

Средства измерений, не предназначенные для применения в сфере го- сударственного регулирования обеспечения единства измерений, могут подвергаться поверке в добровольном порядке.

Требования к организации и порядку проведения поверки СИ уста- новлены правилами по метрологии ПР 50.2.006–99 «ГСИ. Порядок прове- дения поверки средств измерений».

72

СИ, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. Конкретные перечни СИ, подлежа- щих поверке, составляют юридические и физические лица – владельцы СИ. Эти перечни направляют в органы Государственной метрологической службы (ГМС), которые в процессе осуществления Государственного мет- рологического надзора (ГМН) за соблюдением метрологических правил и норм контролируют правильность составления перечней СИ, подлежащих поверке. Методические материалы по составлению перечней СИ, а также комментарии к областям использования СИ, подлежащих поверке, изло- жены в рекомендации МИ 2273–93 «ГСИ. Области использования средств измерений, подлежащих поверке».

Органы ГМС осуществляют поверку СИ на основании графиков по- верки, составляемых юридическими и физическими лицами. Графики по- верки составляют по видам измерений по установленной форме и направ- ляют (в 3-х экземплярах) в орган ГМС. В течение 10 дней с момента по- ступления орган ГМС рассматривает и согласовывает графики поверки СИ. Первый экземпляр согласованных и подписанных руководителем ор- гана ГМС графиков поверки направляется заявителю.

По решению Росстандарта право поверки СИ может быть предостав- лено метрологическим службам (МС) юридических лиц независимо от их отраслевой принадлежности и форм собственности. Требования к МС юридических лиц, аккредитуемых на право поверки СИ, и порядок прове- дения их аккредитации установлены правилами ПР 50.2.014–96 «ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений». Рекомендации по построению и содержанию документов МС, аккредитуемых на право поверки СИ, приве- дены в МИ 2284–94 «ГСИ. Документы поверочных лабораторий».

Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными МС юридических лиц, контролируется органами ГМС по месту расположения этих юридических лиц.

Поверка СИ осуществляется физическим лицом, аттестованным в ка- честве поверителя в соответствии с правилами ПР 50.2.012–94 «ГСИ. По- рядок аттестации поверителей средств измерений».

Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний СИ.

Результатом поверки является подтверждение пригодности СИ к при- менению или признание его непригодным к применению.

Если СИ по результатам поверки признано пригодным к применению, то на него и (или) техническую документацию наносится оттиск повери- тельного клейма, соответствующего требованиям документа ПР 50.2.007–94 «ГСИ. Поверительные клейма», и (или) выдается «Свидетельство о повер- ке» установленной формы.

73

Если СИ по результатам поверки признано непригодным к примене- нию, оттиск поверительного клейма и (или) «Свидетельство о поверке» аннулируется и выписывается «Извещение о непригодности» установлен- ной формы или делаются соответствующие записи в технической доку- ментации.

СИ подвергаются первичной, периодической, внеочередной, инспек- ционной и экспертной поверке.

Первичной поверке подлежат СИ при выпуске из производства и ре- монта, при ввозе по импорту. Первичной поверке могут не подвергаться СИ при ввозе по импорту на основании заключенных Госстандартом Рос- сии соглашений или договоров о признании результатов поверки, произве- денной в зарубежных странах. Первичной поверке подлежит, как правило, каждый экземпляр СИ, но допускается и проведение выборочной поверки.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определенный межповерочный интервал. Периоди- ческую поверку должен проходить каждый экземпляр СИ.

Периодическую поверку СИ, предназначенных для измерения (воспро- изведения) нескольких величин или имеющих несколько диапазонов изме- рений, но используемых для измерения (воспроизведения) меньшего числа величин или на меньшем числе диапазонов измерений допускается на ос- новании решения главного метролога или руководителя юридического ли- ца производить только по тем требованиям нормативных документов по поверке, которые определяют пригодность СИ для применяемого числа величин и применяемых диапазонов измерений. Соответствующая запись должна быть сделана в эксплуатационных документах.

Первый межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа СИ. Органы ГМС и юридические лица обязаны вести учет результа- тов периодической поверки и разрабатывать рекомендации по корректи- ровке межповерочных интервалов. Корректировка межповерочных интер- валов проводится органом ГМС по согласованию с МС юридического ли- ца.

Внеочередную поверку производят в процессе эксплуатации (хране- ния) СИ при:

•повреждении знака поверительного клейма, а также в случае утраты свидетельства о поверке;

•вводе в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала);

•проведении повторной юстировки или настройки, известном или предполагаемом ударном воздействии на СИ или неудовлетворительной его работе;

•продаже (отправке) потребителю СИ, не реализованных по истече- нии срока, равного половине их межповерочных интервалов;

74

•применении СИ в качестве комплектующих по истечении срока, рав- ного половине межповерочных интервалов.

Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора. Такую поверку можно производить не в полном объеме, преду- смотренном методикой поверки. Результаты инспекционной поверки от- ражают в акте проверки. Инспекционную поверку производят в присутст- вии представителя проверяемого юридического или физического лица.

Экспертную поверку производят при возникновении спорных вопро- сов по метрологическим характеристикам СИ и их пригодности к приме- нению. Такую поверку производят органы ГМС по письменному требова- нию (заявлению) суда, прокуратуры, милиции, государственного арбитра- жа, по письменному заявлению юридических и физических лиц при воз- никновении спорных вопросов. В заявлении должны быть указаны пред- мет, цель экспертной поверки и причина, вызвавшая ее необходимость. При осуществлении экспертной поверки СИ в необходимых случаях могут присутствовать заявитель и представители заинтересованной стороны. По результатам экспертной поверки составляют заключение, которое утвер- ждает руководитель органа ГМС, и направляют его заявителю. Один эк- земпляр заключения должен храниться в органе ГМС, проводившем экс- пертную поверку.

Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняе- мых с целью определения и подтверждения действительных значений мет- рологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений. Определение аналогично поверке, от которой калибровку от- личает то, что она распространяется на средства измерений, которые не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору, т.е. поверке. Калибровка объединяет функции, выполнявшиеся ранее при мет- рологической аттестации и ведомственной поверке средств измерений.

Если поверка является обязательной операцией, контролируемой ор- ганами Государственной метрологической службы, то калибровка – это добровольная функция, выполняемая либо метрологической службой предприятия, либо по его заявке любой другой организацией, способной выполнить работу.

Калибровка средств измерений выполняется с использованием этало- нов единиц величин, прослеживаемых к государственным первичным эта- лонам соответствующих единиц величин, а при отсутствии соответствую- щих государственных первичных эталонов единиц величин – к националь- ным эталонам единиц величин иностранных государств.

Выполняющие калибровку средств измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели в добровольном порядке могут быть аккредитованы в области обеспечения единства измерений.

75

Результаты калибровки средств измерений, выполненной аккредито- ванными в установленном порядке в области обеспечения единства изме- рений юридическими лицами или индивидуальными предпринимателями, могут быть использованы при поверке средств измерений в порядке, уста- новленном федеральным органом исполнительной власти, осуществляю- щим функции по выработке государственной политики и нормативно- правовому регулированию в области обеспечения единства измерений.

Система калибровки – совокупность субъектов деятельности и калиб- ровочных работ, направленных на обеспечение единства измерений в сфе- рах, не подлежащих Государственному метрологическому контролю и надзору (ГМКН) и действующих на основе установленных требований к организации и проведению калибровочных работ.

Главной целью Российской системы калибровки (РСК) является орга- низация и осуществление квалифицированного метрологического контро- ля (калибровки) средств измерений, не относящихся к сфере государствен- ного метрологического контроля и надзора, на основе передачи им разме- ров единиц физических величин от государственных эталонов.

Основным предметом деятельности РСК являются:

•регистрация аккредитующих органов РСК;

•аккредитация МС юридических лиц на право проведения калибро- вочных работ;

•калибровка СИ;

•установление основных принципов и правил РСК, организационное, методическое и информационное обеспечение деятельности РСК;

•инспекционный контроль за соблюдением аккредитованными МС требований к проведению калибровочных работ.

2.7.3.Методы поверки (калибровки) средств измерений

Косновным методам поверки средств измерений относятся:

•непосредственное сличение рабочих СИ с эталонным средством из- мерения или меры с эталонной мерой;

•измерение эталонным средством измерения единицы физической ве- личины, воспроизводимой поверяемой мерой;

•прямое измерение поверяемым средством измерения единицы физи- ческой величины, воспроизводимой эталонной мерой (однозначной или многозначной);

•сличение эталонной и поверяемой мер с помощью компаратора;

•поверка с применением косвенных измерений единицы физической величины.

Метод непосредственного сличения поверяемого средства измерения

сэталонным средством – наиболее распространенный метод поверки в об- ласти электрических и магнитных измерений.

76

Основой метода является проведение одновременных измерений од- ного и того же значения единицы физической величины поверяемым и эталонным средством измерения. Структурная схема поверки методом не- посредственного сличения представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема поверки методом непосредственного сличения

При поверке с помощью данного метода устанавливают некоторое значение величины Х и сравнивают результаты измерения этой величины эталонным средством измерения X э и поверяемым средством измерения

X n .

Абсолютная погрешность поверяемого средства измерения будет оп- ределяться как X = X э − X n .

Метод непосредственного сличения может осуществляться двумя способами.

При поверке первым способом указатель отсчетного устройства со- вмещают с поверяемой отметкой шкалы путем изменения входного сигна- ла. А погрешность средства измерения определяется как разность между показанием поверяемого средства измерения и эталонного. При этом пока- зание эталонного средства измерения принимается за действительное зна- чение измеряемой величины.

При поверке вторым способом номинальное значение единицы физи- ческой величины устанавливается по эталонному средству измерения, а погрешность определяют как разность между показанием эталонного и по- веряемого средств измерения.

Первый способ удобен тем, что погрешность определяется по эталон- ному прибору, шкала которого обычно имеет большее число делений, что уменьшает погрешность отсчета вследствие параллакса.

Второй способ позволяет одновременно поверять несколько средств измерений с помощью одного эталона и удобен при автоматической по- верке.

Основными достоинствами метода непосредственных сличений явля- ются простота, наглядность, возможность применения автоматической по- верки.

77

Измерение эталонным средством измерения величины, воспроизводи- мой поверяемой мерой, широко применяется при поверке мер массы, мер сопротивления и т.п.

Прямое измерение поверяемым средством измерения величины, вос- производимой эталонной мерой (однозначной или многозначной), приме- няется в случае, когда имеется возможность с помощью однозначной или многозначной меры произвести сличение и определить погрешность изме- рения поверяемого прибора в пределах измерений.

Сличение эталонной и поверяемой мер с помощью компаратора вы- полняют путем введения в схему поверки некоторого промежуточного звена – компаратора, позволяющего сравнивать две однородные величины.

Например, при сличений мер индуктивности, емкости в качестве ком- паратора используют мосты постоянного и переменного тока, при сличе- нии мер сопротивления и ЭДС – потенциометры, а при сличении мер мас- сы – весы.

Сличение мер с помощью компаратора может осуществляться мето- дами противопоставления или замещения. Общим для этих методов явля- ется выработка сигнала о наличии разности измеряемых величин.

Также различают нулевой метод, когда путем подбора эталонных мер показание компаратора сводят к нулю.

Поверка с применением косвенных измерений позволяет находить размер меры с помощью поверяемого средства измерения прямыми изме- рениями нескольких эталонных величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью. Метод применяется в том случае, когда дей- ствительные значения величин, воспроизводимые эталонными и поверяе- мыми средствами, невозможно определить прямыми измерениями или ко- гда косвенные измерения просты или более точны по сравнению с прямы- ми измерениями.

2.8. Организация и техническая база метрологического обеспечения машиностроительного предприятия

Под метрологическим обеспечением измерений понимается установ- ление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуе- мой точности измерений.

Словарь-справочник «Основные термины в области метрологии» дает такое определение метрологического обеспечения (МО) измерений – «дея- тельность метрологических и других служб, направленная на:

•создание в стране необходимых эталонов, образцовых и рабочих средств измерений;

•правильный их выбор и применение;

•разработку и применение метрологических правил и норм;

78

•выполнение других метрологических работ, необходимых для обес- печения требуемого качества измерений на рабочем месте, предприятии (организации), в министерстве (ведомстве), народном хозяйстве».

Определение «метрологическое обеспечение» очень обширное – от осуществления технических измерений до обеспечения единства измере- ний и законодательной метрологии и используются, в основном, по от- ношению к измерениям, испытанию и контролю в целом. Параллельно разрешено применять понятие метрологическое обеспечение (МО) техно- логического производства.

Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба России, состоящая из государственной и ведомст- венной служб. Под метрологической службой подразумевается сеть учре- ждений и организаций, возглавляемых Росстандартом России, деятель- ность которых направлена на метрологическое обеспечение.

Техническую основу метрологического обеспечения составляют: сис- тема государственных эталонов единиц физических величин; система пе- редачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений и средств поверки; система государственных испытаний средств измерений, обеспечивающая единообразие средств измерений при разработке и выпуске их в обраще- ние; система обязательной поверки или метрологической аттестации средств измерений; система стандартных образцов состава и свойств ве- ществ и материалов; система стандартных справочных данных о физиче- ских константах и свойствах веществ и материалов.

Правовую основу метрологического обеспечения составляет Государ- ственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), представляю- щая собой комплекс нормативно-технических документов, устанавливаю- щих единую номенклатуру стандартных взаимосвязанных правил и поло- жений, требований и норм, относящихся к организации и методике оцени- вания и обеспечения точности измерений.

Составляющие метрологического обеспечения:

•основы метрологического обеспечения.

•нормативно-методические основы метрологии.

•метрологические службы и организации.

Для промышленных предприятий, разработчиков и пользователей средств измерений прикладной интерес представляет часть метрологиче- ского обеспечения, связанная с деятельностью метрологической службы (МС) предприятия. И поэтому большое распространение получили терми- ны «метрологическое обеспечение предприятия», «метрологическое обес- печение производства» (МОП).

Метрологическое обеспечение производства, в основном, включает:

•анализ состояния измерений;

79