5.1. Подготовительный этап проведения измерений
Подготовительный этап проведения измерений состоит из следующих элементов:
– постановка (или) и анализ измерительной задачи;
– выбор метода, методики и средства измерения;
– создание условий для проведения измерений;
– обоснование числа измерений;
– выбор или подготовка квалифицированного оператора;
– предварительное опробование средства измерения.
Цель измерения или измерительная задача состоит в определении значения измеряемой величины с требуемой точностью в заданных условиях. При анализе измерительной задачи устанавливают, какие именно величины и с какой точностью необходимо измерить; в каком виде представить результаты измерений; достаточна ли квалификация оператора и соответствуют ли условия измерений стандартным.
Выбор метода измерения определяется видом измеряемой величины и принципом, положенным в основу измерений.
Принцип измерений – это физическое явление, или эффект, положенные в основу измерений тем или иным средством измерения.
Методы измерений могут быть различными. Традиционно их классифицируют по следующим признакам (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 Классификация методов измерений
По физическому принципу, положенному в основу измерений, они подразделяются на электрические, магнитные, акустические, оптические, механические и др.
По режиму взаимодействия средства и объекта измерений методы измерения могут быть статическими (измеряемая величина остается неизменной на всем протяжении времени измерения) или динамическими (измеряемая величина меняется по размеру или во времени).
По совокупности приемов использования принципов и средств измерений методы измерений подразделяются на: метод непосредственной оценки (по показаниям средства измерения, предварительно проградуированного в единицах измеряемой величины, как это имеет место, например, у вольтметров или амперметров); и метод сравнения, который в свою очередь может быть дифференциальным, совпадений, нулевым или замещения.
Для метода сравнения обязательным является наличие сравнивающего устройства.
Дифференциальным называется самый распространенный метод – метод сравнения с величиной, воспроизводимой мерой, например, сравнение массы на рычажных весах.
В методе совпадений разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, совпадение основной и нониусной отметок шкал в штангенприборах используют при измерениях линейных размеров.
Нулевой метод (или метод полного уравновешивания) – это метод сравнения с мерой, при котором эффект сравнения двух величин доводится до нуля.
Метод замещения – это метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, взвешивание на пружинных весах. Измерение производят в два приема. Сначала на чашу весов помещают измеряемую массу и отмечают положение указателя весов, затем эту массу замещают массами гирь, подбирая их так, чтобы указатель весов установился точно в том же положении, как и в первом случае.
Методика измерений – это совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.
Современные требования к методикам измерений сформулированы в ГОСТ Р 8.563-2009 ГСИ. Методики (методы) измерений. Методики измерений разрабатывают и применяют с целью обеспечить выполнение измерений с требуемой точностью. В зависимости от сложности и области применения их излагают либо в отдельном документе (нормативном правовом документе, документе в области стандартизации, инструкции и т.п.),в разделе или части документа (разделе документа в области стандартизации, технических условий, конструкторского или технологического документа и т.п.).
Документы, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и содержащие методики измерений (стандарты, технические условия, конструкторские, технологические документы и т.п.), должны включать в себя сведения об аттестации методик измерений, а также сведения о наличии их в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений.
Аттестация методик измерений – это исследование и подтверждение соответствия методик измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям.
Методики измерений, применяемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, подлежат аттестации в обязательном порядке.
Аттестация методик измерений, применяемых вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений, может быть проведена в добровольном порядке в соответствии с ГОСТР 8.563-2009.
Арбитражная методика измерений – это методика измерений, применяемая при возникновении разногласий относительно результатов измерений, полученных с использованием нескольких аттестованных методик измерений одной и той же величины в одних и тех же условиях, установленная компетентным федеральным органом исполнительной власти или соглашением заинтересованных сторон.
Методики, включенные в проекты нормативных правовых актов и документов в области стандартизации, подлежат обязательной метрологической экспертизе, которую проводят государственные научные метрологические институты.
Метрологическая экспертиза методик измерений – это анализ и оценка выбора методов и средств измерений, операций и правил проведения измерений, а также обработки их результатов в целях установления соответствия методики измерений предъявляемым к ней метрологическим требованиям.
Разработку методик измерений осуществляют на основе исходных данных, которые могут быть приведены в техническом задании, технических условиях и других документах.
В документе, регламентирующем методику измерений, указывают:
наименование методики измерений;
назначение методики измерений;
область применения;
условия выполнения измерений;
метод (методы) измерений;
допускаемую и (или) приписанную неопределенность измерений или норму погрешности и (или) приписанные характеристики погрешности измерений;
применяемые средства измерений, стандартные образцы, их метрологические характеристики и сведения об утверждении их типов.
В случае использования аттестованных смесей документ на методику измерений должен содержать:
методики их приготовления;
требования к вспомогательным устройствам, материалам и реактивам (их технические характеристики и обозначение документов, в соответствии с которыми их выпускают);
последовательность операций при подготовке к выполнению измерений, в том числе по отбору проб;
операции при выполнении измерений и обработке результатов измерений с требованиями к оформлению результатов измерений;
процедуры и периодичность контроля точности получаемых результатов измерений;
требования к квалификации операторов и к обеспечению безопасности выполняемых работ;
требования к обеспечению экологической безопасности и другие требования и операции (при необходимости).
Если предусмотрено использование конкретных экземпляров средств измерений и других технических средств, то необходимо дополнительно указывать заводские (инвентарные и т.п.) номера экземпляров средств измерений и других технических средств.
В документе на методики измерений могут быть даны ссылки на официально опубликованные документы, содержащие требования или сведения, необходимые для реализации методики.
Рекомендации по построению и изложению документов на методики измерений приведены в «Приложении Б» к ГОСТ Р 8.563-2009.
Аттестация методик измерений включает в себя метрологическую экспертизу комплекта документов, также теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие соответствие аттестуемой методики измерений требованиям нормативных правовых документов в области обеспечения единства измерений.
На аттестацию методик измерений представляют следующие документы:
исходные данные на разработку методик измерений;
проект документа, регламентирующий методику измерений;
программу и результаты оценивания показателей точности методики, включая материалы теоретических и экспериментальных исследований методики измерений.
При положительных результатах аттестации:
оформляют заключение о соответствии методики измерений установленным метрологическим требованиям с приложением результатов теоретических и экспериментальных исследований;
оформляют свидетельство об аттестации;
утверждают документ, регламентирующий методику измерений.
При отрицательных результатах аттестующая организация оформляет заключение о несоответствии методики измерений требованиям технического задания на разработку данной методики измерений или нормативных правовых документов в области обеспечения единства измерений.
Свидетельство об аттестации методики измерений подписывает руководитель юридического лица или индивидуальный предприниматель, аттестовавший методику измерений, и заверяет печатью с указанием даты. Свидетельство об аттестации подлежит регистрации юридическим лицом или индивидуальным предпринимателем, его выдавшим.
К свидетельству может быть приложен бюджет неопределенности измерений или структура образования суммарной погрешности измерений с оценкой вклада каждой из составляющих погрешности.
Документ, регламентирующий методику измерений, утверждает, после ее аттестации, технический руководитель организации-разработчика, проставляют дату утверждения, подпись руководителя заверяют печатью. В методику измерений вносят дату регистрации и номер свидетельства об аттестации. Страницы документа должны быть идентифицированы. После утверждения дубликат документа направляют в аттестующую организацию.
Методики измерений регистрируют в едином реестре методик измерений. Сведения об аттестованных методиках измерений разработчик передает в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений.
В методику измерений разработчиком могут быть внесены изменения. Методики измерений с внесенными в них изменениями вновь представляют на аттестацию.
Методики измерений обычно регламентируются нормативно-техническими документами для каждого средства измерения и в них сформулированы основные требования, как к процессу проведения измерения, так и к обработке результатов измерений и к способам выражения погрешности.
Обеспечение единства измерений достигается унификацией методик измерения.
Выбор средства измерения обусловлен возможностью реализации данным техническим устройством поставленной измерительной задачи в реальных условиях проведения измерений.
Современные средства измерения – это сложные технические устройства, изготовленные из специальных материалов, которые неоднозначно реагируют на изменение параметров внешней среды. Поэтому в метрологии принято учитывать в результате измерения дополнительную погрешность, возникающую в результате изменения внешних условий измерения. Условия измерения могут быть нормальными, рабочими или предельными.
Нормальные (номинальные) условия проведения измерений (табл.5.1) задаются в нормативно-технической документации на методику измерений.
Рабочими называют условия измерения, при которых влияющие величины находятся в пределах, в которых нормируется дополнительная погрешность.
Предельными называют условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющей величин, которые средство измерения может выдержать без разрушения и ухудшения его метрологических характеристик.
Таблица 5.1