www.i-fgos.ru.

Лекция 1. 09.02.2012

Метрология. Физические величины.

Величина- это свойство чего либо, что может быть выделена среди других свойств и оценина тем или иным способом.

Величины:

-реальные:

-физические: измеряемые и оцениваемые

- нефизические

-идеальные: математические

Физические величины- это величины свойственны к материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных и технических науках.

Нефизическая величина- это величина, присущая общественным наукам (философия, экономика, социология).

Классификация физических величин (рисунок 1)

Шкалы измерения физической величины - это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений (МИ 2365-96).

Классификация:

1.шкала наименований (шкала классификаций) используется для классификаций эмпирических объектов, свойство которых проявляются только в отношении эквивалентности. Например, шкала органов чувств человека, шкала качественных свойств объектов, обозначенных числами. В них отсутствует понятие нуля, больше или меньше и нет единицы измерения. Примером такой шкала, атлас цветов.

2.шкалы порядка (шкалы рангов), если свойства объекта проявляет себя в отношении эквивалентности и порядка по возрастанию или убыванию количественного проявления свойства, то для него может быть построена шкала порядка. Свойства: она является, монотонна возрастающей или убывающей, в ней есть больше или меньше. Например, шкала вязкости Энглера, двенадцати бальная шкала Бофорда, шкала твёрдости материалов (Моос).

3.шкала интервалов (шкала разностей)- эти шкалы применяются для объектов свойства которых удовлетворяют отношениям эквивалентности, порядка и аддитивности. Например, шкала летоисчисления по различным календарям, температурная шкала Цельсия, Фарингельта и Реомюра. Эти шкалы состоят из одинаковых интервалов, имеют единицу измерения и нулевую точку, на шкале определены действия сложения и вычитания и сравнение интервалов.

4.шкалы отношений- эти шкалы описывают свойства эмпирических объектов, которые удовлетворяют отношение эквивалентности, порядка, аддитивности, пропорциональности. Например, это шкала массы, термодинамическая температура. В них существуют однозначный, естественный критерий нулевого проявления свойства и единица измерения.

5.абсолютные шкалы- это шкалы, обладающие всеми свойствами шкал отношений, но дополнительно имеют естественное, однозначное определение единицы измерения и независящая от принятой системы единиц измерений. Пример, шкала коэффициента усиления, ослабления.

Система физических величин и их единиц

Основные и дополнительные единицы ФВ системы СИ

Величины	Единица
Наименование, размерность, рекомендуемые обозначения	Наименование, обозначения (русское и международное)
Основные
1.длина L l 2.масса M m 3.время T t 4.сила электрического тока I I 5.термодинамическая температура Q T 6.количество вещества N n,v 7.сила света J J	Метр М m Килограмм кГ Kg Секунда c s Ампер A A Кельвин K K Моль моль mol Конделла кд cd
Дополнительные
1.плоский угол - - 2.телесный угол - -	Радиан рад rad Стерадиан ср sr

Множители и приставки для преобразования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования.

Множитель	Приставка	Обозначения (международное, русское)	Множитель	Приставка	Обозначения приставки (международное, русское)
10 в степени 18	экса	Е, Э	10 в степени -1	деци	d, Д
10 в степени 15	пета	Р,П	10 в степени -2	санти	c, c
10 в степени 12	тера	Т, Т	10 в степени -3	Милли	m, M
10 в степени 9	Гига	G, Г	10 в степени -6	Микро	М, мк
10 в срепени 6	мега	M, M	10 в степени -9	нано	n, Н
10 в степени 3	кило	К, к	10 в степени -12	Пико	р, П
10 в степени 2	Гекто	h, Г	10 в степени -15	фемто	f, ф
10 в степени 1	дека	Da, да	10 в степени -18	атто	а, а

Лекция 2.

Воспроизведение ФВ

Это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей точностью по средствам ГОС эталона или исходного образцового средства измерения (СИ). Передача размера единицы - это приведение размера единицы хранимой посредством СИ к размеру единицы воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемая при проверки или калибровки. Эталон - это средство измерений, предназначенная для воспроизведения или хранения, передачи размера единицы ниже стоящим по поверочной схеме СИ. В РФ классификацию назначением требования к эталонам устанавливает ГОСТ 8.057-80. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными свойствами:

1.неизменность - это свойства эталона удерживать неизменный размер, воспроизводимый им единицы в течение длительного времени.

2.воспроизводимость - это возможность воспроизведение единицы ФВ с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

3.сличаемость - это возможность сличение с эталоном других СИ ниже стоящих по поверочной схеме.

Согласно документу РМГ 29-99 различают:

1.первичный эталон. Обеспечивает воспроизведение и хранение с наивысшей в стране точностью. Пример, это уникальные СИ, представляющие сложные измерительные комплексы, созданные с учётом новейших достижений техники и науки.

2.междунарродный эталон. Эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров, единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

3.государственный или национальный. Это первичный или специальный эталон официально-утверждённый в качестве исходного для страны. ГОС эталоны создаются центральными, метрологическими, научными институтами страны.

4.вторичный. Хранит размер единицы, полученный путём сличение в первичным эталоном. Пример, эталоны на промышленных предприятиях.

5.эталон сравнения. Применяется для сличение эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемые друг с другом.

6.рабочий эталон. Применяется для передачи размера единицы рабочим средством измерения. Пример, эталоны в структурном подразделениях.

Способы выражение погрешности эталона устанавливает ГОСТ 8.381-80. Для обеспечения правильной передачи размера единиц используют поверочную схему. Поверочная схема - это нормативный документ, который устанавливает соподчинение СИ, участвующих в передачи размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности и утверждён в установленном порядке. Это ГОСТ 8.061-80.

Поверка – это операция, проводимая уполномоченным органом и заключающаяся восстановлением пригодности СИ к применению на основании экспериментально определённых метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявленных требований. Основные требования к порядку проведения поверки ПР 50.2,006-94, МИ 187-86, МИ 188-86. Поверка выполняется метрологическими службами которым дано на это право, если СИ прошло поверку, то выдаётся свидетельство о поверки, наносится поверительное клеймо и оформляются нормативно - технические документы.

Градуировка – это нанесение отметок на шкалу соответствующих показаниям образцового СИ, уточнённых значений величины. Если СИ не подлежат обязательному метрологическому контролю, то они подлежат калибровке.

Калибровка – это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ и соответствующем значением величины, определённым с помощью эталона.

В

лабораторные

(с точным и приближённые)

По связи с объектом (контактные и бесконтактные)

иды и методы измерений

технические

По числу измерений величины(многократные и однократные)

По степени достаточности измерений (необходимые и избыточные)

По характеру результата измерения (абсолютные, относительные и пороговые)

По точности оценки погрешности

точности оценки погрещности

Виды измерений

Виды И

По условиям размерения (равноточные и неравноточные)

По способу получению результата (прямые, косвенный, совокупные, динамические)

По методу (непосредственные

Косвенные, сравнение с мерой, дифференциальный, нулевой)

Погрешности измерений – это отклонение результатом измерений от истинного или действительного значения измеряемой величины.

Погрешности измерений:

1.по форме числового выражения (абсолютное, относительное и пороговое).

2.по закономерности проявления:

- случайные (придельные, среднеквадратические, вероятные, средние, среднеарифметические).

- систематические:

- по виду источника (методические, инструментальные, субъективное)

- по характеру проявления (постоянная, условно-постоянная, безусловно- постоянная, переменные, прогрессирующие, периодические, изменяющиеся по сложному закону, динамические).

- грубые промахи

Расчёт предела, допускаемой относительной погрешности:

Сигма=c+d(|Xk/X|-1), %

Xk-диапазон, измеряемой величины.

X- показание прибора.

Задача: Ампер-вольтметр класса точности 0,06/0,04 со шкалой -50А…+50А показывает 20 А. Предел допускаемой относительной погрешности прибора равен?

Мультиметр при измерении электрической емкости класс точности: 2/1 на диапазоне до 2Микрофарад показывает 0,8 микрофарад.

Расчёт доверительных границ для истинного значения с заданной вероятностью (для прямого метода):

X-tp*сигма<=P<=x+tp*сигма, где P-вероятность, tp-коэффициента студента

При изменении температуры в помещении, термометр показывает 26 градусов Цельсия. Сигма= 0,3 градуса поцельсия. Систематическая погрешность делта s= +0,5градуса поцельсия. Укажите доверительные границы для истинного значения температура с вероятностью P=0,9973(tp=3).

24,6<=T<=26,4.

При измерение показывает 36. Сигма 0,5 вольт, погрешность от подключения вольтметра в сеть -1 В. P=0,95(tp=1,96). 36<=U<=38.

Расчёт доверительных границ для истинного значения с заданной вероятностью (для косвенного метода):

Сигма y = корень Сумма((производная y/производная x) в квадрате)*сигма i в квадрате

Расчёт доверительных границ для истинного значения при многократных измерениях:

X с чертой+-Е, где X с чертой- среднее арифметическое

E=tp*Sx/корень n

Sx=корень((x с чертой-x1) в квадрате+…(x с чертой-xn)в квадрате)/n-1

Расчёт предела допускаемой погрешности с учётом допуска:

Для этого берут от 0,1…0,3 от допуска.

Для косвенных измерений результат измерений может быть записан через допуск.

Принципы метрологического обеспечения

МО – это установление и применение научных и организационных основ технических средств, правил и норм необходимых для достижения единство и требуемой точности измерения. Качество измерения – это совокупность свойств средств измерений, обеспечивающих получение в установленный срок результатов измерения с требуемой точностью, достоверностью, сходимостью и воспроизводимостью. МО имеет четыре основы: научную, организационную, нормативную и техническую.

Научные основы является наука метрология.

Нормативные основы является государственная система обеспечения единство измерения (ГСИ).

Технические основы являются системы государственных эталонов, передачи размера единиц ФВ от эталонов к рабочим СИ, разработки и подстановки на производство и выпуска рабочих СИ, государственных испытаний, государственных поверок и калибровок, стандартных образцов состава и свойства вещества и материалов, стандартных справочных данных о физических константах и свойства веществ и материалов.

Организационные основы являются государственная метрологическая служба, ведомственная метрологическая служба.

Вся метрологическая деятельность основывается на конституции. Поэтому в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени. В РФ приняты два закона: об обеспечение единства измерения, о техническом регулировании.

Правовая основа метрологического обеспечения:

1.Конституция

2.Закон о обеспечение единства измерения и закон о техническом регулировании

3.Постановление правительство России по метрологическим вопросам

4.Нормативные элементы Государственных Стандартов России: ТР, ГОСТ Р, МИ, ПР, ПМГ

5.Рекомендации государственных научных метрологических центров ГОС Стандарты России

Основные цели закона о обеспечения единства измерения (1993):

1.Установление правовых основ обеспечение единства измерения в РФ

2.Регулирование отношений ГОС органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатация, ремонта, продажи и импорта СИ

3.Защита прав и законных интересов граждан, установленного права порядка и экономики России от отрицательных последствий недостоверных результатов измерения

4.Содействие прогрессу на основе создания и применения ГОС эталонов

5.Гармонизация Российской СИ с мировой практикой

В этом законе закреплены основные понятия метрологии: единства измерения, средства измерений, эталон единицы величины, метрологическая служба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средства измерений, сертификат об утверждений типа средства измерений, аккредитация на право поверки средств измерений, лицензия на изготовление СИ, сертификат о калибровки.

Закон устанавливает, что ГОС управление единства измерения в РФ осуществляет Комитет Российской Федерации По Стандартизации и Метрологии (ГОС стандарт России).

Метрологические службы и организации.

ГОС стандарт России. Это федеральный орган исполнительной власти, осуществляет межотраслевую координацию, функциональное регулирование в области стандартизации и метрологии. Он руководствуется конституцией РФ, федеральными законами, указами и распоряжениями президента, постановлениями правительства, а также положением о ГОС стандарте России. В ведение ГОС стандарта России четыре службы:

1.Государственная метрологическая служба (ГМС)

2.Государственная служба времени и частоты и определения параметра вращения Земли (ГСВЧ)

Это сеть организации, несущих ответственность за воспроизведение и хранение единиц времени и частоты и за обеспечение потребителей информацией о точном времени и т.д.

3.Государственная служба стандартных образцов состава и свойств, веществ и материала (ГССО)

4.Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствам веществ и материалов (ГСССД)

Задачи ГОС стандартов России:

1.Реализация ГОС политики в сфере метрологии использование стандартов, эталонов и исчисление времени

2.Осуществление мер по защите прав потребителей и интересах государства в области контроля за соблюдений требований безопасности товаров

3.Организация и проведение ГОС контроля и надзора за соблюдений требований ГОС стандартов

Государственная метрологическая служба.

Несёт ответственность за метрологическое обеспечение измерений в стране на межотраслевом уровне и осуществляет метрологический контроль и надзор. Состав ГМС:

1.Государственные, научные метрологические центры (ГНМЦ), метрологические НИИ

2.Органы ГМС на территории Республик в составе России, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга

Функции ГМС:

1.Создание, хранение и применение ГОС эталонов

2.Проведение ГОС испытаний СИ

3.Разработка оборудования необходимого для оснащения органов ГМС

4.Информационное обеспечение предприятий и организаций по вопросам метрологии

5.Проведение экспертизы по поручению органов суда, прокуратуры и органов испольнительной власти

6.Подготовка и переподготовка высоких классифицированных кадров

7.Участие в сличении ГОС эталонов с национальными эталонами других стран

Метрологические служба ГОС органов управления РФ и юридических лиц.

В соответствии с законом «Об обеспечение единства измерения» на предприятия для обеспечение МО может быть создано метрологическая служба во главе с представителем администрации обладающим соответствующими знаниями и полномочиями. При выполнении работ в сферах предусмотренных статьёй 13 этого закона создание МС является обязательным. К таким сферам относятся:

1.Здравоохранения, ветеринария, охрана окружающей среды

2.Тороговые операции, в том числе, операции с применением игровых автоматов и устройств

3.Государственные учётные операции

4.Оборона государства

5.Геодезические и гидрометеоролические работы

6.Банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции

7.Производство продукции, поставляемая по контракты для ГОС нужд

8.Испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствие обязательным требованиям

9.Регистрация национальных и международных спортивных рекордов

МС должна быть аккредитована ГОС стандартом в соответствии с ПР 50.2.013-97. При аккредитации проверки подлежит наличие условий, обеспечивающих техническую компетентность МС в реализации возложенных на неё функций в области обеспечения единства измерения.

Условия аккредитации предполагают наличие: оборудования, необходимого для проведения работы в области аккредитации; нормативных документов; достаточного по количеству и квалификации персоналу; помещений для проведения метрологических работ.

Аккредитация проводится на срок не превышающий 5-ти лет.

Международные метрологические организации.

В 1875 году 17 государств в том числе и Россия подписали метрическую конвенцию. Она устанавливает международное сотрудничество стран и в её пределах было создано несколько международных организация:

1.Международное бюро меры и весов (МБМВ) находится в Париже. Задача: гарантировать международную однородность измерений в соответствии в СИ.

2.Межднародный комитет законодательной метрологии (МКЗН)- для всеобщей гармонизации законодательных процедур метрологии и установление взаимного доверия к результатам измерений.

3.Международная организация по стандартизации (ИСО) сейчас 135 стран. ИСО регламентирует все области, кроме электротехники и электроники, стандартизация которых занимается МЭК.

4.Международная электротехническая комиссия (МЭК) 1906 год. В настоящий момент принята более двух тысяч международных стандартов.

5.Международная конференция по измерительной техники и приборостроений (ИМЕКО).

6.Международный консультативный комитет по радио связи (МККР).

7.Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ).

8.Международный телекоммуникационный союз (ITU).

Государственный метрологический надзор и контроль.

Метрологический контроль и надзор- это деятельность, осуществляемая органом ГМС или МС юридического лица для проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм. МС юридических лиц осуществляет надзор и контроль путём:

1.Калибровки СИ.

2.Надзоры за состоянием и применением СИ. Эталонами соблюдениями метрологических правил и норм.

3.Выдачи обязательных предписаний, направленных на предотвращение или устранение нарушений правил и норм.

4.Проверки своевременности представления СИ на испытания при поверки и калибровки.

Аккредитация МС юридических лиц на право проведения надзора и контроля осуществляется по МИ 2492-98.

Государственный метрологический контроль включает:

1.Утверждение типа СИ.

2.Поверку СИ в том числе эталонов.

3.Лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продажи и прокату СИ.

Надзор осуществляется:

1.За выпуском, состоянием, применением СИ, эталонами, соблюдением правил и норм на предприятиях.

2.За количеством товаров отчуждаемых при совершении торговых операций. В целях определения массы, объёма, расхода или других величин, характеризующих количества товаров.

3.За количеством фасованных товаров в упаковка любого вида при их расфасовки и продажи. Он осуществляется в тех случаях, когда содержимое упаковки не может быть изменено без вскрытия или деформации, а масса, объём, длина, указывающие количество содержащегося товара на упаковке.

Результаты каждой проверки оформляются актом, в котором отражается состояние дел и раскрываются причины выявленных нарушений. Акт проверки передаётся руководству проверенного предприятия, копия ГМС и заинтересованным организациям.

При выявлении нарушений метрологических правил и норм государственный эксперт имеет право:

1.Запрещать применение и выпуск СИ.

2.Госить поверительные клеймы или аннулировать свидетельство о поверки или калибровки.

3.При необходимости изымать СИ из эксплуатации.

4.ГОС инспекторы обязаны строго соблюдать законодательство России за невыполнение должностных обязанностей, превышении полномочий, разглашения государственных или коммерческой тайны. Они привлекаются к уголовной ответственности.

Поверка СИ.

Поверка СИ- это установление органом ГМС пригодности СИ к применению на основании экспериментально-определённых характеристик. Перечень групп СИ, подлежащих поверки утверждает ГОС стандарта в соответствии с МИ 2273-93. Результатом поверки является:

1.Подтверждение пригодности СИ к применению. В этом случае, на него или на техническую документацию к нему наносится оттиск поверительного клейма и выдаётся свидетельство о поверки. Поверительное клеймо- это знак, установленной формы, признающий пригодность к применению данного СИ.

2.Признание СИ непригодным к применению. Тогда, оттиск поверительного клейма и свидетельство о поверки аннулируется и выписывается свидетельство о нерпигодности.

Средства СИ подвергается: первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверкам.

Первичная поверка проводится при выпуски СИ. При ввозе СИ из заграницы. Поверяется каждый экземпляр СИ.

Периодическая поверка выполняется через установленные интервалы времени, ей подвергаются СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранения.

Внеочередная поверка проводится до наступления срока периодической поверки, в случаях:

1.Повреждения знака поверительного клейма или утрате свидетельство о поверки.

2.Ввода в эксплуатацию СИ после длительного хранения.

3.Проведение повторной настройки, известном или предполагаемом ударном воздействие на СИ или при неудовлетворительной его работе.

Инспекционная поверка проводится органами МС при осуществлении государственного надзора или ведомственного контроля за состоянием и применением СИ. Её допускается проводить не в полном объёме, результаты отражаются в акте.

Экспертная поверка проводится при возникновении спорных вопросов, исправности СИ. Её проводят органы ГМС по письменному требованию заинтересованных лиц.

Градуировка СИ.

Градуировка- это нанесение на шкалу отметок соответствующих показаниям рабочего эталона или определение по его показаниям, уточнённых значениям величины. По решению ГОС стандарта России право поверки может быть предоставлено аккредитованным МС юридических ли. Порядок аккредитации определяется правилами ПР50.2.014-94.

Аккредитованная МС имеет право:

1.проводить поверку СИ в рамках определенных аттестатом аккредитации, выдавать свидетельства о поверки, ставить клеймо или гасить его.

2. разрабатывать предложения по корректировки межповерочных интервалов

3. участвовать в разработки и корректировки нормативной документации, регламентирующих вопрос аккредитации МС

Поверки СИ осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве доверителя органом ГМС в соответствие с ПР 50.2.012.94. Его называют повелителем – это сотрудник органа ГМС или МС юридического лица. Проводится 2 вида аттестации: первичная; периодическая не реже 1 раза в 5 лет.

Калибровка средств измерений.

Калибровка- это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применения СИ не подлежащего к государственному метрологическому контролю и надзору. Калибровка проводится в сферах деятельности, где государственный метрологический надзор не являются обязательными. Для проведения калибровочных работ создана российская система калибровки (РСК). Её деятельность регламентируется правилами ПР 50.2.016-94 и ПР 50.2.017-95. Основные направления РСК:

1.Регистрация органов, осуществляющих аккредитация МС юридических лиц на правило проведения калибровочных работ.

2.Аккредитация МС юридических лиц на право проведения работ.

3.Установление основных правил и принципов РСК.

4.Инспекционный контроль, аккредитованных МС на право проведения.

РСК имеет свой знак наносимый на калиброванное СИ. Его формы и размеры указаны в правилах.

Структура РСК:

Научный-метро.центр РСК

Госстан.РФ

Центр органов РСК

Совет РСК

Аккередитирующие органы РСК

МС юридических лиц аккредитованных на право првоедения проведения калибровочных работ

Средства измерения

Метрологическая аттестация СИ и испытательного оборудования.

Метрологическая аттестация- это признание СИ, указаконенным для применения на основании тщательных исследований метрологических свойств этого средства проводится в соответствии с ГОСТ 8.326-89. Метрологической аттестации подвергаются СИ не подлежащих государственным испытаниям или утверждения типа органами ГМС, опытные образцы. Измерительные приборы возимые из-за заграницы единичных экземпляров.

Основные задачи аттестации:

1. Определение метрологических характеристик.

2. Установление перечень характеристик, подлежащих аттестации.

3. Опробование методики поверки.

4. Аттестация, как поверка является первичной, периодической и повторной.

Результаты аттестации оформляются протоколом, выдаётся аттестат определённой формы и делается запись в эксплуатационные документы.

Метрологическая экспертиза- это анализ и оценивание экспертами метрологами правильности применения требований правил и норм, связанных с единством и точностью измерения.

Цель: обеспечение эффективности использования контрольного измерительного оборудования КИО на всех стадий жизненного цикла продукции и услуг.

МЭ проводят подразделение МС организаций. Результаты МЭ излагаются в экспертном заключении.