Хамханова - Прикладная метрология. Учебное пособие - 2006

ных исследований с целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров;

−установление системы единиц величин и шкал измерений, допускаемых к применению;

−установление основных понятий в метрологии, унификация их терминов и определений;

−установление экономически рациональной системы государственных эталонов, их создание, утверждение, применение и совершенствование;

−установление систем передачи размеров единиц величин от государственных эталонов средствам измерений, применяемым в стране;

−создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплектных поверочных установок и лабораторий;

−установление общих метрологических требований

кэталонам, средствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и всех других требований, соблюдение которых является необходимым условием обеспечения единства измерений;

−разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной техники; осуществление государственного метрологического контроля: поверка средств измерений; испытания с целью утверждения типа средств измерений, лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

−осуществление государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполне-

141

ния измерений, эталонами единиц физических величин, соблюдением метрологических норм и правил; разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов государственной метрологической службы;

−аттестация методик выполнения измерений;

−калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора;

−аккредитация метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;

−аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля

всоставе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;

−участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с обеспечением единства измерений;

−разработка совместно с уполномоченными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости метрологических работ и регулирование тарифов на эти работы;

−организация подготовки и переподготовка кадров метрологов;

−информационное обеспечение по вопросам обеспечения единства измерений;

−совершенствование и развитие ГСИ. Государственная система обеспечения единства из-

мерений состоит из следующих подсистем:

−правовой,

−организационной;

−технической.

142

Объектами деятельности по обеспечению единства измерений являются:

−совокупность узаконенных единиц величин и шкал измерений;

−терминология в области метрологии;

−воспроизведение и передача размеров единиц величин и шкал измерений;

−способы и формы представления результатов измерений и характеристики погрешности;

−методы оценивания погрешности и неопределенности измерений;

−порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений;

−комплекс нормируемых метрологических характеристик средств измерений;

−методы установления и корректировки межповерочных интервалов;

−порядок проведения испытаний в целях утверждения типа средств измерений и сертификации средств измерений;

−порядок проведения поверки и калибровки средств измерений;

−порядок осуществления метрологического контроля и надзора;

−порядок лицензирования деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже

ипрокату средств измерений;

−типовые задачи, права и обязанности метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц;

−порядок аккредитации поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного

144

контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации;

−порядок аккредитации метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;

−термины и определения по видам измерений;

−государственные поверочные схемы;

−методики поверки (калибровки) средств измерений;

−методики выполнения измерений.

Нормативная база ГСИ насчитывает более 2500 обязательных и рекомендательных документов, регламентирующих все аспекты в области метрологии. В их числе государственные и межгосударственные стандарты, правила по метрологии (ПР), методические инструкции (МИ), руководящие документы (РД), методические указания (МУ) и др. К правилам (ПР) по метрологии относятся документы в области метрологии, устанавливающие обязательные для применения организационно-технические и общетехнические положения, порядки (правила процедуры), методы (способы, приемы) выполнения работ, а также обязательные требования к оформлению результатов этих работ. К рекомендациям относятся документы в области метрологии, содержащие добровольные для применения организа- ционно-технические и общетехнические положения, порядки (правила процедуры), методы (способы, приемы) выполнения работ, а также рекомендуемые − правила оформления результатов этих работ. Основным основополагающим документом в области обеспечения единства измерений является ГОСТ Р 8.000 «ГСИ. Основные положения».

Техническую подсистему составляют:

−совокупность государственных эталонов, эталонов единиц величин и шкал измерений;

−совокупность военных эталонов – резерва государ-

145

ственных эталонов;

−совокупность стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов;

−совокупность стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

−средства измерений и испытательное оборудование, необходимы для осуществления метрологического контроля и надзора;

−совокупность специальных зданий и сооружений для проведения высокочастотных измерений в метрологических целях;

−совокупность научно-исследовательских, эталонных, испытательных поверочных, калибровочных и измерительных лабораторий и их оборудования.

Техническая основа состоит из 114 государственных эталонов, 76 установок высшей точности, около 15 млн. рабочих эталонов и средств испытаний, более 8000 типов стандартных образцов.

Организационная подсистема ГСИ – совокупность подразделений Госстандарта России, осуществляющих функции по обеспечению единства измерений.

Организационную подсистему ГСИ составляют следующие метрологические службы обеспечения единства измерений:

−Государственная метрологическая служба;

−иные государственные метрологические службы;

−метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц.

В Государственную метрологическую службу вхо-

дят:

−подразделения центрального аппарата Госстандарта России, осуществляющие функции планирования, управления, контроля деятельностью по обеспечению единства измерений на межотраслевом уровне;

146

−государственные научно-метрологические центры;

−органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, округов и городов.

К иным государственным службам обеспечения единства измерений относятся:

−Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли;

−Государственная служба стандартных образцов состава веществ и материалов (ГССО);

−Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГССД).

Организационную, научную и практическую деятельность по обеспечению единства измерений осуществляют 11 научно-исследовательских метрологических институтов

ицентров, около 100 ЦСМ Госстандарта России, более 30 тыс. метрологических служб организаций и предприятий.

10 МЕЖДУНАРОДНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ В ОБЛАСТИ МЕТРОЛОГИИ

К концу XIX столетия множественность и разнообразие единиц (мер) вносили неимоверный хаос в международные торговые связи. Уже тогда встал вопрос о необходимости создания системы единиц «на все времена, для всех народов»» Ученые многих стран понимали, что размеры этих новых единиц надо брать от реальных предметов, сохраняющих постоянную величину и что новые эталоны должны удовлетворять требованиям точности, неизменности, возможности восстановления в случае утраты прежних. Проекты реформы мер с учетом вышеизложен-

147

ных принципов почти одновременно были предложены в Англии, России, Франции и других странах.

В России в 20-х гг. XVIII в. известный сподвижник царя Петра I В. Н. Татищев выдвинул предложение о переходе на десятичную систему мер и затем поставил его официально. Вопрос о создании системы мер был одним из причин учреждения Комиссии мер и весов, которая была создана в 1736 г. по решению Сената под председательством главного директора Монетного двора графа М. Г. Головкина. В комиссии возникла мысль о разработке системы русских мер на основе длины меридиана или земной (петербургской) параллели. Еще тогда комиссия решила основать такой эталон на основе одной из указанных физических констант и в соответствии с этим направила вопросник в Академию наук со следующими вопросами:

1)равны ли между собой градусы меридиана от экватора до полюса?

2)сколько английских футов заключает в себе градус широты петербургской параллели?

3)если этих сведений в Академии наук нет, то, сколько времени и какие инструменты потребуются для соответственного градусного измерения?

4)почему до настоящего времени эти работы не выполнены Академией наук?

5)сколько английских футов заключается в «употребляемом сферическом градусе», т. е. градусе, соответствующем сферической форме Земли?

Однако проекты создания системы мер, основанной на физических константах (определение сажени через длину меридиана Земли, длины – через вес чистой воды), введение десятичной системы образования кратных и дольных единиц не были осуществлены из-за отсутствия денежных средств и специалистов.

В качестве исходных мер длины комиссия изготови-

148

ла медный аршин и деревянную сажень, за меру жидких веществ было принято ведро московского Каменномостного питейного двора. Важнейшим шагом, подытожившим работу комиссии, было создание русского эталонного фунта. Работы начались в 1736 г. и завершились в 1747 г. изготовлением бронзозолоченной гири, узаконенной в качестве первичного образца русских мер веса. Этот фунт почти 100 лет оставался единственным эталоном в стране.

Реформа системы мер была проведена только во Франции 8 марта 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Французской академии наук выполнить необходимые подготовительные работы. Так было положено начало разработке метрической системы мер. Комиссия Парижской академии наук, руководимая Жозефом Лагранжем, рекомендовала десятичное разделение кратных и дольных единиц, а другая комиссия, в состав которой входил Пьер Лаплас, предложила принять за единицу длину одну сорокамиллионную

часть длины меридиана ( (90 40/ ) между Дюнкерком и Бар-

селоной. В новой системе единица длина была названа метром, а сама система – метрической. Метрическая система строилась на основе единственной единицы − метра. За единицу площади принимался квадратный метр, за единицу массы – килограмм, масса кубического дециметра

чистой воды при температуре 40 С. Метрическая система с самого начала задумана как международная. Ее единицы не совпадали ни с какими национальными единицами, а наименования единиц и десятичных приставок были образованы от мертвых языков (латинского, древнегреческого). Так, например, наименование приставок образованы с помощью древнегреческих слов: «кило» − тысячи, «гекто» − сто, «дека» − десять, «санти» − сотая, «милли» − тысячная и т. д.

27 марта 1771 г. Учредительное собрание Франции

149

утвердило предложения Парижской академии наук. Национальный конвент признал, что дело реформы мер и весов, «как одно из величайших благодеяний революции, должно быть доведено республикой до конца». 7 апреля 1795 г. Конвент принял закон о введении во Франции метрической системы и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Деламбер, П. Лаплас, Ж. Лагранж, Луавазье и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. Эта работа, проводившаяся под наблюдением международной комиссии, была закончена в 1799 г. Был изготовлен прототип метра, представляющий собой платиновую линейку сечением 25 ×4 мм с хорошо отполированными концами, расстояние между которыми воспроизводилось в то время с погрешностью, не превышающей 20 мкм. Единица массы − килограмм – первоначально была определена как масса

кубического дециметра чистой воды при температуре 40 С, а позднее из платины был изготовлен прототип килограмма, представляющий собой цилиндрическую гирю высотой

идиаметром, равными 39 мм. В 1799 г. оба прототипа были переданы на хранение в Национальный архив Франции

иполучили название архивный метр и архивный килограмм.

Несмотря на очевидные преимущества, метрическая система внедрялась с трудом. Декретом Наполеона от 12 февраля 1812 г. метрическая система была существенно изменена. Наполеон ввел новую систему, в которую вошел туаз, приравненный двум метрам, и многие единицы со старыми названиями, но приведенные к метрической системе. Наполеон считал, что «нет ничего противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переде-

150

лать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум». Лишь декретом от 4 июля 1837 г. очищенная от нововведений Наполеона метрическая система мер была окончательно введена во Франции с 1 января 1840 г.

Принятая во Франции в конце XVIII в. метрическая система мер во второй половине XIX в. получила международное признание. Она была принята в Бельгии, Голландии, Италии, Испании, Португалии, Греции, Мексике, Чили, Бразилии и в Республиках центральной Америки.

В 1867 г. на первом съезде естествоиспытателей Д. И. Менделеев выступил с заявлением о метрической системе мер. Менделеев характеризовал метрическую систему мер как одну из попыток продолжения пути к «объединению народов», установлению «крепких связей» между ними. Он призывал членов съезда к использованию метрической системы мер во всей их повседневной деятельности:

−«станем употреблять ее постоянно в наших научных исследованиях и только в случае нужды рядом будем означать наши обыкновенные меры и веса»;

−«введем в наши лекции и уроки данные метрические, чтобы развивать в наших слушателях привычку соображать по этой системе»;

−«снабдим наши кабинеты, лаборатории и музеи образцами мер и весов этой системы»;

−«будем нашим ученикам внушать необходимость принятия этой системы»;

−«станем требовать в школах знакомства с этой сис-

темой».

В связи с международным признанием метрической системы возникла потребность в постоянно действующей международной организации по применению и распространению метрической системы мер. По инициативе не-

151

которых стран, в том числе и России (в 1869 г. академики О. В. Струве, Г. И. Вильд, Б. С. Якоби направили в Парижскую академию наук доклад, в котором предлагалось с целью обеспечения единства измерений в международном масштабе изготовить прототипы метра и килограмма и распределить их однотипные копии между заинтересованными государствами), была созвана Международная дипломатическая конференция, на которой 20 мая 1875 г. представители 17 государств подписали метрическую конвенцию, целью которой были обеспечение единства измерений длины и массы и дальнейшее совершенствование метрической системы мер.

Конвенция предусматривала:

−создание Международного бюро мер и весов (МБМВ) для хранения международных прототипов метра и килограмма с целью их периодического сличения с прототипом метра и килограмма других стран;

−учреждение Международного комитета мер и весов, координирующего научную и практическую деятельность в области метрологии стран, подписавших метрическую конвенцию;

−проведение (не реже одного раза в 6 лет) Генеральной конференции по мерам и весам для решения принципиальных вопросов обеспечения единства измерений на международном уровне.

В соответствии с конвенцией было учреждено Международное бюро мер и весов (МБМВ), на которое возложено:

−хранение международного прототипа метра и килограмма;

−периодическое сличение национальных прототипов метра и килограмма с международными прототипами;

−сличение эталонных термометров.

Метрическая конвенция была изменена международ-

152

ным соглашением, подписанным в Севре 6 октября 1921 г. Этим соглашением была расширена сфера действия Метрической конвенции на область электрических величин, в связи с чем МБМВ поручалось:

−установление и хранение эталонов электрических величин;

−сличение международных эталонов электрических величин с национальными;

−работы по определению физических констант, более точное знание которых могло бы послужить повышению точности измерений длины, массы, температуры, электрических и других величин.

В настоящее время к Метрической конвенции присоединились 48 стран мира ( в них сосредоточено более 95

%мирового промышленного капитала).

Органами Метрической конвенции являются:

1) Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ), созываемая один раз в 4−6 лет. В ее работе участвуют полномочные представители государств, подписавших Метрическую конвенцию. Всего за период действия конвенции состоялась 21 Генеральная конференция по мерам и весам (первая − в 1889 г., двадцать первая – в 1999 г.). На ГКМВ предлагают и обсуждают мероприятия, необходимые для распространения и совершенствования Международной системы единиц, а также утверждают результаты работы, полученные между ее сессиями. Председательствует на ГКМВ действующий президент Парижской академии наук. ГКМВ является в мире высшим органом по вопросам установления единиц физических величин, их определений и методов воспроизведения с помощью эталонов. ГКМВ избирает Международный комитет мер и весов (МКМВ), который руководит всей работой между конференциями.

2) Международный комитет мер и весов, состоящий

153

из 18 членов, созывается ежегодно. МКМВ определяет основные направления метрологических работ, руководит деятельностью МБМВ и ведет оперативные дела. Вся исследовательская работа МКМВ осуществляется либо по программе МБМВ, которая выполняется его сотрудниками, либо в рамках деятельности консультативных комитетов МКМВ. В настоящее время действуют 10 консультативных комитетов:

−Консультативный комитет по электричеству и магнетизму (ККЭМ);

−Консультативный комитет по фотометрии и радиометрии (ККФР);

−Консультативный комитет по термометрии (ККТ);

−Консультативный комитет по измерениям длины

(ККД);

−Консультативный комитет по определению частоты и времени (ККВЧ);

−Консультативный комитет по измерению ионизирующих излучений (ККИМИ);

−Консультативный комитет по единицам (ККЕ);

−Консультативный комитет по массе и связанными с ним единицами (ККМ);

−Консультативный комитет по количеству вещества (КККВ);

−Консультативный комитет по акустике, вибрации и ультразвуку (ККАВУ).

Работа в консультативных комитетах проводится силами специалистов ведущих лабораторий мира при осуществлении их координации со стороны МКМВ.

Членами консультативных комитетов МКМВ от Российской Федерации являются ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, ВНИИФТРИ и ВНИИОФИ.

3) Международное бюро мер и весов (МБМВ) является первым международным научно-исследовательским

154

метрологическим учреждением, существующим на взносы стран, подписавших метрическую конвенцию. МБМВ ведет научно-исследовательские работы по совместно разрабатываемым программам участников метрической конвенции. Эти программы подготавливаются МКМВ и утверждаются ГКМ.

В соответствии с общей целью Метрической конвенции МБМВ в настоящее время выполняет следующие функции:

−хранение международного прототипа килограмма, имеющего статус международного эталона, и периодические сличения с ним национальных прототипов килограмма;

−проведение метрологических исследований по повышению точности воспроизведения величин Международной системы единиц при помощи эталонов;

−создание необходимых эталонов и проведение сличений этих эталонов с национальными эталонами.

В соответствии с конвенцией ежегодные расходы по содержанию Международного бюро мер и весов и расходы комитета покрываются взносами членов-участников конвенции, устанавливаемыми по шкале, основанной на численности их населения.

Каждый из членов-участников конвенции имеет право прекратить для себя действие конвенции.

В1956 г. была подписана межправительственная конвенция об учреждении Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Целью этой организации является унификация законов, правил и инструкций в области обеспечения единства измерений. МОЗМ разрабатывает международные рекомендации по терминологии, методам измерений, правилам испытаний и поверки средств измерений, т. е. по всем видам нормативных документов, регламентирующих передачу размера единицы от

155

эталона рабочим средствам измерений.

В 1958 г. была образована Международная конференция по измерительной технике и приборостроению (ИМЕКО) как научная консультативная организация, проводящая международные конгрессы и семинары по актуальным проблемам измерительной техники.

Работами по обеспечению единства измерений на международном уровне занимаются и другие международные организации по стандартизации, такие как Международная организация по стандартизации (ИСО), Международная электротехническая комиссия (МЭК) и др.

Международная организация по стандартизации (ИСО) была создана в 1946 г. на совещании представителей 26 стран, в том числе СССР, в Лондоне. ИСО − неправительственная организация, пользующаяся консультативным статусом ОНН и являющаяся крупнейшей международной организацией по стандартизации. Стандартизацией в области метрологии занимаются в технических комитетах, как ИСО/ТК 12 «Величины, единицы, обозначения, переводные коэффициенты и таблицы», ИСО/ТК 57 «Метрология и свойства поверхности», ИСО/ТК 113 «Измерения расхода жидкости в открытых каналах», ИСО/ТК 158 «Анализ газа» и т. д.

Стандартизацией в области электротехники и электроники на международном уровне занимается Международная электротехническая комиссия, созданная в 1906 г., которая также позволяет совершенствовать работы по обеспечению единства измерений в области электротехники и электроники.

Создаются и региональные международные метрологические организации. Так, западноевропейские государства образовали Европейскую организацию по метрологии – ЕВРОМЕТ, а страны Центральной и Восточной Европы – КООМЕТ.

156

После распада Советского Союза и создания Содружества Независимых Государств (СНГ) было подписано межправительственное соглашение о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации, которое позволило бы обеспечить сохранение единства измерений с применением имеющихся эталонов единиц физических величин, стандартных справочных данных, стандартных образцов состава веществ и материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Д. И. Менделеев – Основоположник современной метрологии/Под ред. В.В. Бойцов; ВНИИ метрологии им. Д. И. Менделеева. М.: Изд-во стандартов, 1978. 240 с.

Кузнецов В. А., Ялунина Г. В. Основы метрологии: Учеб. пособие. М.: Изд-во стандартов, 1995. 280 с.

Сычев Е. И. Метрологическое обеспечение радиоэлектронной аппаратуры (методы анализа): Учеб. пособие для вузов. М.: РИЦ «Татьянин день», 1994. 277 с.

Ушаков И. Е. Законодательная метрология и технология разработки нормативных документации: Учеб. пособие. СПб.:

СЗПИ, 1999. 72 с.

Шишкин И. Ф. Прикладная метрология: Учеб. пособие. 2-е изд., доп. и испр. М., Изд-во ВЗПИ, 12990. 117 с..

Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология: Учеб. пособие.

Л., 1980.

Шишкин И. Ф. Прикладная метрология: Учеб. пособие,

Л., 1985.

Шишкин И. Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества: Учеб. пособие. М., 1987.

Шишкин И.Ф., Яншин В.н. Прикладная метрология: Учеб. для вузов. 3-е изд. перераб. и доп. – М.: РИЦ «Татьянин день», 1993. – 10 с.

ГОСТ 8.057-80 ГСИ. Эталоны единиц физических вели-

чин.

ГОСТ 8.061-80 ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение.

ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ. Методики выполнения измерений. МИ 1325-86 Методические указания. ГСИ Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документа-

ции. Основные положения и задачи.

МИ 1967-89 Рекомендация. ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения.

МИ 2240-92 Рекомендация. ГСИ. Анализ состояния измерений, контроля и испытаний на предприятии, в организации, объединении. Методика и порядок проведения работы

МИ 2284-94 Рекомендация. ГСИ. Документация поверочных лабораторий.

МИ 2377-96 Рекомендация. ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений.

ПР 50.2.002-94 Правила по метрологии. ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм.

ПР 50.2.006-94 ГСИ. ГСИ Порядок проведения поверки средств измерений.

ПР 50.2.008-94 ГСИ. Порядок аккредитации головных и базовых организации метрологической службы государственных органов управления Российской Федерации и объединений юридических лиц.

ПР 50.2.009-94 ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений.

ПР 50.2.011-94. ГСИ Порядок ведения государственного реестра средств измерений.

ПР 50.2.012-94 ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений.

ПР 50.2.014-96 ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений.

ПР 50.2.016-94 ГСИ. Требования к выполнению калибровочных работ.

ПР 50.2.018-95. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ.

ПР 50-732-93 ГСИ. Типовое положение о метрологической службе государственных органов управления Российской Федерации и юридических лиц.

ПР РСК 002-95 РСК. Калибровочные клейма.

Хамханова Дарима Нимбуевна

ПРИКЛАДНАЯ МЕТРОЛОГИЯ

Учебное пособие

Редактор Т.Н. Чудинова

Ключевые слова: поверка, калибровка, средства измерения, метрологическая экспертиза, анализ состояния измерений.

Подписано в печать 25.01.2006 г. Формат 60×84 1/16. Усл. печ. л. 9,3. Печать операт. Бум. писчая. Тираж 100. Заказ № 4.

____________________________________________________________

Издательство ВСГТУ 670013 г.Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.