Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

Модуль 1

МЕТРОЛОГІЯ, СТАНДАРТИЗАЦІЯ, СЕРТИФІКАЦІЯ

1. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

1.1. Стандартизація, сертифікація, метрологія

Перехід України до ринкової економіки визначає нові умови діяльності вітчизняних товаровиробників, змушує їх застосовувати на практиці прийняті в усьому світі «правила гри».

Міжнародне співробітництво вимагає гармонізації цих правил з міжнародними й національними нормами. Стандартизація, сертифікація й метрологія, нерозривно зв’язані між собою, є основою організації будь-якої економічної діяльності на внутрішньому й зовнішніх ринках. В Україні, як і в інших країнах СНД, ця основа стрімко розвивається убік цивілізованих економічних відносин.

1.1.1. Стандартизація

Стандартизація — це діяльність, спрямована на розробку й установленнявимог, норм, правил, характеристикякобов’язковихдлявиконання, так і рекомендованих, що забезпечують право споживача на придбання товарів належної якості за прийнятну ціну, а також на безпеку й комфортність праці. Ціль стандартизації — досягнення оптимальному ступеня впорядкування в тієї або іншій області за допомогою широкого й багаторазового використання встановлених положень, вимог і норм для рішення існуючих, планованих або потенційних завдань. Основні результати діяльності по стан-

дартизації — підвищення ступеню відповідності об’єктів стандартизації (продукції, процесів і послуг) їх функціональному призначенню, сприяння технічному прогресу й співробітництву в різних областях.

Стандартизація здійснюється на різних рівнях, обумовлених тим, учасники якого географічного, економічного або політичного регіону миру ухвалюють стандарт. Міжнародна стандартизація — коли участь у стандартизації відкрито для будь-якої країни. Регіональна стандартизація — це діяльність, відкрита тільки для відповідних держав одного географічного, економічного або політичного району миру. Національна стандартизація — це стандартизація в одній конкретній державі, яка здійснюється на державному, галузевому рівні, у тому або іншому секторі економіки, на рівні виробників продукції.

Відповідно до міжнародних рекомендацій (Guide 2 ISO/IES, 1991 — Настанови 2 IСО/МЕК) нормативно-технічну документацію (НТД) оформляють у вигляді стандартів, документів технічних умов (ТУ), зводів Правил і Регламентів.

Стандарт — це нормативний документ, затверджений визнаним органом і спрямований на досягнення оптимального ступеня впорядкування в певній області. Стандарти бувають міжнародними, регіональними, національними, адміністративно — територіальними.

Документ технічних умов ( Technical specification ) установлює тех-

нічні вимоги до об’єкта стандартизації. Звичайно тут зазначені методи або процедури перевірки дотримання вимог даного документа.

Звід Правил, як і документ ТУ, може бути самостійним документом, стандартом або частиною стандарту. Звід правил звичайно розробляється для процесів проектування, монтажу, технічного обслуговування або експлуатації встаткування, вимірювальної й іншої апаратури і т.д. Технічні правила носять рекомендаційний характер.

Регламент — це документ, у якім утримуються обов’язкові правові норми. Технічний регламент звичайно доповнюється методичними документами, вказівками по методах контролю або перевірок відповідностейоб’єкта(продукції, процесу, послуги) вимогамрегламенту.

В Україні діють міжнародні й регіональні стандарти (згідно з міжнародними договорами України), а також правила, норми, рекомендаціїзістандартизації; класифікаторитехніко— економічної інформації, галузеві стандарти, стандарти підприємств; стандарти суспільних об’єднань (науково-технічних та ін. товариств).

1.1.2. Сертифікація

Сертифікація ( лат. «зроблене вірно» ) — це процедура, за допомогою якої третя сторона дає письмову гарантію в тому, що об’єкт сертифікації (продукція, процес, послуга) відповідає заданим вимогам. Третясторона— цеособаабоорган, визнанийнезалежним від постачальника (перша сторона) і від покупця (друга сторона).

Установлення відповідності об’єкта сертифікації (продукції, процесу, послуги) заданим вимогам сполучене з його випробуванням. Випробування об’єктів сертифікації виконуються акредитованими

випробувальними лабораторіями.

Акредитація — це офіційне визнання права якої-небудь організації на певний вид діяльності, наприклад, випробувальної лабораторії здійснювати конкретні випробування або конкретні типи випробувань.

Атестація, що передує акредитації, — перевірка організації, наприклад, вимірювальної або випробувальної лабораторії з метою встановлення її відповідності критеріям акредитації.

Для оцінки компетентності іспитових лабораторій і їх співробітників, перевірки якості проведення випробувань і ефективності використовуваних методів, а також для встановлення ступеня точності визначення окремих характеристик виробів застосовують

міжлабораторні порівняльні випробування (кваліфікаційні). Ця процедура полягає в організації й проведенні оцінки тих самих або подібних виробів або матеріалів двома або декількома різними лабораторіями відповідно до заздалегідь установлених умов.

Процедури, правила, випробування й інші складові процесу сертифікації становлять різні системи сертифікації, які визначаються низкою факторів: законодавством в області стандартизації, якості й сертифікації, а також особливостями об’єкта сертифікації (що визначає, наприклад, вибір методу випробувань).

У системах сертифікації третьою стороною застосовуються два способи вказівки відповідності стандартам: сертифікат відповідності й знак відповідності.

Сертифікат відповідності — це затвердженої форми документ, виданий на об’єкт (продукцію, процес, послугу), який пройшов сертифікацію й свідчить про його відповідність конкретному стандарту або ін. нормативному документу.

Знак відповідності — це захищений у встановленому порядку знак, що вказує на те, що об’єкт сертифікований.

1.1.3. Метрологія

Метрологія (від грецького «метрон» — міра, «логос» — навчання) — наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та необхідної точності.

Метрологія оперує різними поняттями, основні з яких наступні. Фізична величина (ФВ) — властивість, якісно загальна але кількіснорізнадлябагатьохфізичнихтіл. ФВможутьбутиоднойменними (з одною назвою, наприклад: температура теплоносія й температура навколишнього середовища), різнойменними й однорідними (наприклад: довжина, ширина, висота, глибина, відстань) а також різнорідними (наприклад: тиск, температура, витрата, електричний

струм).

Істинне значення вимірювальної ФВ — значення, вільне від похибок, якевважаетьсяневідомимівикористовуєтьсявтеоретичних дослідженнях.

Дійсне значення вимірювальної величини — значення, отримане вимірюванням з припущенням, що його результат у максимальному ступеню наближається до істинного значення.

Вимірювання — це відображення ФВ її значенням за допомогою експерименту та/або розрахунку з використанням спеціальних технічних засобів.

Засіб вимірювальної техніки (ЗВТ) — технічний засіб, що використовують під час вимірювання, і який має нормовані метрологічні характеристики.

Міра — це ЗВТ, що служить для відтворення ФВ заданого розміру, наприклад, гиря ваг, магазин опорів, генератор стандартних сигналів. Номінальне значення міри — зазначене на неї або вказано в НТД, наприклад, в її паспорті.

Еталон — високоточна міра, що служить для відтворення й зберігання одиниці ФВ з метою передачі її розміру іншим ЗВТ. Від еталона одиниця передається робочим еталонам 1-го, 2-го, 3-го й 4-го розрядів, а від них — робочим ЗВТ.

Вимірювальнийприлад(ВиП) — технічнийзасібдляперетворення вимірювальної ФВ у показання, наприклад, скляного термометра.

Номінальне показання — значення вимірюваної ФВ, отримане по відліковому пристрою ВиП.

Вимірювальнийперетворювач—технічнийзасібдляперетворення вимірюваної ФВ у сигнал вимірювальної інформації (в іншу ФВ), зручний для подальшого перетворення й вимірювання. Наприклад, термопара, яка перетворює вимірювану температуру в сигнал електричної напруги (термо-ерс).

Зразкове ЗВТ — міра, вимірювальний прилад або вимірювальний перетворювач, що служать для повірки інших ЗВТ і затверджений в якості зразкового. Зразкові ЗВТ зараз називаються робочими або розрядними еталонами (1-го, 2-го, 3-го й 4-го розрядів).

Робоче ЗВТ— засіб, що служить для технічних вимірювань (на виробництві).

Похибка вимірювання — невідповідність отриманого вимірюванням і дійсного значень ФВ.

Похибка ЗВТ — невідповідність сигналу вимірювальної інформації, виробленого даним ЗВТ (наприклад, його показання) дійсному значенню вимірюваної ФВ, яке визначають за допомогою зразкового ЗВТ.

Повірка ЗВТ — встановлення органом державного нагляду придатності ЗВТ до застосування по призначенню на основі результатів контролю його метрологічних характеристик .

КалібруванняЗВТ— визначенняіпідтвердженнядійснихзначень метрологічниххарактеристик(абопридатностіЗВТдозастосування) для ЗВТ, що не підлягають державному метрологічному нагляду. Виконується повірочними (калібрувальними) лабораторіями.

Єдність вимірювань — це стан вимірювань, при якім результати виражені в узаконених одиницях а похибки вимірювань відомі із заданою ймовірністю.

Однаковість (единообразие — з російської) ЗВТ— це їх стан,

коли ЗВТ проградуйовані в узаконених одиницях, а їхні метрологічні характеристики відповідають нормам.

Наглядом за засобами вимірювальної техніки називається діяльністьорганівметрологічноїслужби,спрямовананазабезпечення однаковості ЗВТ.

1.2. Предмет метрології

Спочатку метрологія була описовою наукою; вона займалася описом мір, що існували в різних країнах, давала відомості про їхнє походження, розвиток і взаємозв’язки.

Виконані в ХІХ сторіччі Д.І. Менделєєвим розробка методів точних вимірювань, їх реалізація й дослідження погрішностей результатів, поклали основу вітчизняної метрології. Значення вимірювань Д.І. Менделєєв виразив так: «Наука починається … з тих пір, як почали вимірювати; точна наука немислима без міри».

Сучасне виробництво характеризується великою кількістю технологічних процесів і операцій, які часто взаємозалежні, вимагають оперативного нормування умов, дозувань і групового способу обробки виробів. У цих умовах традиційні процедури вимірів стали недостатніми для охоплення всього технологічного комплексу виробництва продукції, а також її життєвого циклу.

Додатковими операціями для вимірювань служать контроль і випробування. Це дозволяє визначити метрологію, як галузь науки й техніки, що займається вимірювальними операціями, а також методами й засобами забезпечення їх єдності й точності.

Сучасна метрологія включає три складові: законодавчу метрологію, фундаментальну (наукову) і практичну (прикладну) метрологію.

Законодавча метрологія — це розділ метрології, який служить засобом державного регулювання метрологічної діяльності за допомогою законів і нормативних документів. До області законодавчої метрології ставляться випробування й затвердження типу нових ЗВТ, їх перевірка й калібрування, сертифікація, а також державний нагляд і контроль за засобами вимірювань.

Фундаментальна й практична метрологія — розділи, які є осно-

вою даного навчального курсу й пов’язані з розглядом найголовніших питань метрології:

yодиниць ФВ і їх систем;

yметодів і технічних засобів вимірювань;

yтеорії похибок (погрішностей ) вимірювань;

yоснов забезпечення єдності мір і вимірювань;

yеталонів, зразкових і робочих ЗВТ;

yметодів передачі розмірів одиниць ФВ.

1.3. Одиниці фізичних величин і їх системи

1.3.1. Історичні відомості про міри і ваги

1.3.1.1. Російські міри

Мірами ваги в Київській Русі з прадавна були гривня й золотник. До ХІІ століття плата за товари проводилася шматками срібла, на яких робилися зарубини, щоб легше їх було розламати на частині. Такі шматки срібла із зарубинами називалися гривнями. Вага Київської й Владимирської гривні рівнявся 72 золотникам, Новгородської (великої) гривні — 96 золотникам. Згодом більша гривня стала називатися фунтом.

Золотник являв собою вагу візантійського золотого червонця — динария (близько 4 г.).

Між одиницями ваги й грошовими одиницями існував тісний зв’язок. Згідно «Торгівельній книзі» (ХVI ст.) більша гривня рівнялася 6 рублям, золотник — 1 алтину з напівгрошем. Алтин рівнявся 3 копійкам, гріш — напівкопійці.

Мірами довжини в прадавній Русі були лікоть і сажень. Лікоть дорівнював довжині « від ліктя до переднього суглоба середнього перста». Сажень (уперше згадується в літописах 1017 р.) рівнялася трьом ліктям. Існували й інші сажні: махова й коса. Махова дорівнювала довжині розпростертих рук. Коса — довжині від підошви лівої ноги до кінця піднятої нагору правої руки.

Іншими відомими мірами довжини були верста й аршин. Аршин (уперше згадується в царських грамотах (ХVI ст.) рівнявся 1,5 ліктя й ділився на 4 чверті, чверть — на 4 вершків. Верста (згадується вперше в ХI ст.) уважалася рівної 750 сажням, але разом з тим у деяких документах згадується верста в 600, 650, 700, 1000 сажнів. В ХVIII ст. верста остаточно узаконенна в 500 сажнів.

Мірами сипких тіл до ΧVI ст. була кадь, бочка або окова (кадь, окута з країв залізним обручем, щоб не можна було її урізати). Кадь, по літопису XVII ст. уміщала 14 пудів жита; вона ділилася на 2 ополоника або 4 чверті або 8 осьмин. Осьмина, у свою чергу, ділилася на 4 четверика. В ΧVIII ст. з’явився гарнець, рівний 1/8 четверика.

18 В. Г. Муратов. Метрологія, технологічні вимірювання та прилади

Мірами рідких тіл або питними мірами служили бочка, ведро,

штоф, сопец, корец і ін. В ΧVIII ст. було встановлено, що бочка містить 40 ведер, ведро рівнялося 8 штофам — 20 пляшкам — 10 кухлям — 100 чаркам.

Прадавні російські міри поступово удосконалювалися. Неодноразово створювалися комісії для уточнення їх розмірів і виходили закони про міри й ваги. Так, в 1736 р. була створена комісія про міри й ваги, яка займалася створенням зразків російських мір. В 1797 р. був виданий закон «Про установу повсюдно в Російській імперії вірних ваг, питних і хлібних мір». Цим законом основноюодиницеювагибувприйнятий«зразковийфунтМонетного двору»; за одиниці об’єму — «казенні», «друковані» кружка й четверик.

В 1827 р. була створена Комісія зразкових мір і ваг. Розроблена нею система російських мір і ваг в 1835 г. була введена указом «Про систему російських мір і ваг». Закон установив деяку залежність між одиницями російських і англійських мір і ваг.

Наступне уточнення розмірів російських мір було зроблено Д.І. Менделєєвим на пості першого керуючого Головною палатою мір і ваг (1893—1899 р.р.). У результаті його роботи в 1899 р. було видане Положення про міри і ваги, яким визначалася система російських мір і встановлювалося тісне співвідношення російських і метричних мір.

1.3.1.2. Англійські міри

Основною одиницею довжини в Англії служить ярд (~ 91,44 cм), який ділиться на 3 фута; фут ( ~ 30,48 см) ділиться на 12 дюймів; дюйм (~ 2,54 см) ділиться на 10 ліній.

У якості шляхової міри в Англії вживається три милі: англійська

(1,609 км), лондонська (~ 1,520 км ) і морська (~ 1,853 км ).

Основною одиницею маси служить фунт. В Англії в обігу є два фунти. Монетний або трійский фунт рівний 12 унціям (унція в перекладі з латинського означає «дванадцята частина»). Трійска унція, рівна 31,1035 г. у цей час використовується для вимірювання маси дорогоцінних металів.

Торгівельний фунт містить близько 453,59 г. Він ділиться на 16 унцій, а торгівельна унція становить 28,35 г.

2240 торгівельних фунтів становлять англійську тонну, яка дорівнює 1016 кг. Квінтал – це англійський центнер, що становить 0,05 англійської тонни і рівний 50,8 кг.

Одиницеютискуслужитьфунт(pound), прикладенийдоодиниці площі — квадратному дюйму (square inch), який позначають так: [p / in2].

Міра земельної площі — акр, рівний 4047 м2 .

Міра сипких тіл : 1 квартер рівний 8 бушелям або 64 галонам, що відповідає 2,91 гектолітра.

Міра рідких тіл: 1 галон рівний 4 квартам або 8 пінтам, що відповідає 4,546 літра.

1.3.1.3. Метричні міри

Велика різноманітність і довільність мір створювало значні незручності й труднощі, особливо при розвитку міжнародних відносин.

Якщо в Росії й Англії в ХVIII столітті міри були приведені до деякої однаковості, то кожне німецьке місто, кожна провінція в Італії, кожний кантон у Швеції мали свої власні міри. Особливо велика різноманітність і плутанина мір панували у Франції, де, незважаючи на наявність державних узаконених мір (туаза ~ 1,95 м і фунта ~ 367,1 г) у кожного землевласника було право мати свої власні міри і ваги та перевіряти їх.

В1790 р. у Національні збори Франції була внесена пропозиція про створення нової системи мір, «заснованої на незмінному прототипі, узятому із природи для того, щоб її могли прийняти всі нації». В 1791 р. Національні збори узаконили одиницю довжини, рівну десятимільйонної частини чверті земного меридіана, що проходить через Париж і назвало її метром. За одиницю ваги була прийнята вага дециметра чистої води при температурі найбільшої її густини; ця одиниця названа кілограмом.

В1799 р. зразки метра й кілограма, виготовлені із платини, були здані на зберігання в архів Французької республіки; вони одержали назву «архівного метра» і «архівного кілограма». Мірой ємності й сипких тіл був установлений літр, що дорівнює кубу десятої частини метра. Кратні й дольні одиниці перебували в десятковім відношенні до основних мір.

В 1875 р. була скликана дипломатична конференція з питання створення Міжнародного бюро мір і ваг, на якій були присутні представники 20 держав. 17 держав підписали «для забезпечення міжнародної єдності й удосконалювання метричної системи» так звану МЕТРИЧНУ КОНВЕНЦІЮ. Основні положення її наступні.

Країни, що підписали Метричну конвенцію, зобов’язалися утримувати Міжнародне бюро мір і ваг, що діє під винятковим спосте-

реженням і керівництвом Міжнародного комітету мір і ваг, який у свою чергу підкоряється Міжнародній конвенціїмірі ваг. Остання складається із представників усіх держав і скликається не рідше одного разу в 6 років. Міжнародний комітет мір і ваг збирається кожні два роки і складається з 14 членів — представників різних держав, що обираються на Міжнародній конвенції.

Міжнародному бюро мір і ваг доручається: зберігання, звірення й повірки нових міжнародних прототипів метра й кілограма, періодичні звірення національних еталонів з міжнародними прототипами: звірення нових прототипів з основними еталонами не метричних мір і ваг, застосовуваних у різних країнах і т.д.

До 1889 р. були закінчені роботи з виготовлення зразків метра й кілограма. У цьому ж році в Парижу зібралася Перша міжнародна конференція по мірах і вагах, що затвердила міжнародні прототипи із числа знову виготовлених, розміри яких (у межах точності вимірювання) збіглися з архівними прототипами.

Метр №6 виявився при температурі 0 ° у межах похибки вимірювання рівним довжині архівного метра й був визнаний міжнародним прототипом метра («прототип» по-грецьки означає первинний, вихідний зразок, що не має похибок). Тому вмовилися метром називати відстань при температурі льоду, що тане, між двома рисками, особливим чином нанесеними на метрі №6.

Кілограмом називають масу платино-іридієвого циліндра, визнаного Першою міжнародною конференцією по мірах і вагам за

міжнародний прототип кілограма.

Після встановлення міжнародних прототипів конвенція розподілила інші зразки між державами, що підписали Метричну конвенцію 1875 р. Росії дісталися два метри: №11 і №28, а також два кілограми: №12 і №26. З них метр №28 і кілограм №12 згодом