Файл: 1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции.pdf

Оглавление
1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке ........................................................ 2 2. Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции. Взаимодействие со стандартизацией и спецификацией ................................................................................................................ 2 3. Основные понятия и постулаты метрологии. Единство средств измерений. Физические величины
.............................................................................................................................................................................. 3 4. Единицы физических величин. Система единиц физических величин. Кратные, дольные , основные , производные единицы .................................................................................................................. 5 5. Эталоны физических величин, их виды. Стандартные образцы , их виды ............................................. 6 6. Измерительные шкалы, их виды .................................................................................................................. 7 7. Государственный метрологический контроль и надзор .......................................................................... 8 8. Понятие метрологической надежности. Проверка и калибровка средств измерений ....................... 9 9. Метрологическое обеспечение производства и испытаний продукции .............................................10 10. Погрешности измерений и их классификация .......................................................................................10 11. Информационный аспект процесса измерения. Сигналы измерительной информации. Виды измерительных преобразователей ...............................................................................................................11 12.Структурные схемы аналоговых и цифровых средств измерений .......................................................13 13. Классификация средств измерений : меры, стандартные образцы, измерительные преобразователи ..............................................................................................................................................14 14. Электроизмерительные приборы, их классификация ..........................................................................16 15. Метрологические характеристики средств измерений : виды, нормирование, МХ влияющие на рез-т измерения ...............................................................................................................................................17 16. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения ....................18 17. Нормирование основной погрешности средств изм. с аддитивно-мультипликативной погрешностью . Класс точности. Оценка основной погрешности. Правила округления результатов измерения .........................................................................................................................................................18 18. Нормирование чувствительности средств измерений к внешним условия. Оценка дополнительной погрешности результатов измерений. ...........................................................................20 19. Метрологические характеристики обратного влияния средств измерений на измеряемую величину ............................................................................................................................................................21

1. Метрология как наука. Роль измерений в жизни общества, науке
Измерение – это один из основных инструментов познания реального мира. Они позволяют установить количественные соотношения и закономерности изучаемых явлений, что дает возможность объективно сравнивать результаты исследований и открытий различных ученых.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, и способах достижения требуемой точности. В более широком плане метрология может быть определена как наука об установлении (определении) количественных характеристик физических объектов.
Предметом метрологии являются методы и средства измерений, а также методы и средства достижения и обеспечения установленной точности.
Теоретическая метрология – раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Она представляет исходные положения, результаты анализа физических процессов и явлений, используемых при измерениях, аппарат формализованного описания объектов, условий, процедур и средств измерений, алгоритмическое обеспечение метрологического анализа и метрологического синтеза, принципы выбора и определения единиц измерений, их воспроизведения и передачи от эталонов рабочим средствам измерений.
Законодательная метрология – раздел метрологии, предметом которого является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимости точности измерений в интересах общества. Законодательная метрология обеспечивает формирование нормативной базы создания и использования средств измерений, гарантирующей достижение требуемых характеристик получаемых результатов измерений.
Прикладная метрология – раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии. Прикладная метрология обеспечивает практическую реализацию разработанных методов с помощью измерительных средств и создание системы обеспечения единства измерений.
2. Роль и место метрологии в обеспечении качества продукции. Взаимодействие со стандартизацией и спецификацией
В соответствии с международным стандартом терминов в области качества (ГОСТ ISO 9000:2011) качество определено как – «степень соответствия совокупности присущих характеристик требованиям»
В этом определении термина качество содержится три ключевых компоненты: характеристики, требования и соответствие, которые и увязывают в единое целое такие фундаментальные области общественного производства, как метрология, стандартизация и подтверждение соответствия.
Характеристика – это отличительное свойство, которое присуще продукции, процессу или системе и вытекает из требований, предъявляемых к продукции, процессу или систем
Степень соответствия – результат деятельности по подтверждению соответствия, представляющей собой документальное удостоверение соответствия продукции или иных объектов, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или оказания услуг требованиям технических регламентов, положениям стандартов или условиям договоров.

Взаимодействие метрологии, стандартизации и сертификации
1. Техническое регулирование — установление законодательных норм для обеспечения правового регулирование отношений в областях:
1) установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, услугам, работам (эти требования связаны с обеспечением безопасности);
2) установления и применения на добровольной основе требований к продукции, оказанию услуг, выполнению работ (область стандартизации)
3) оценки соответствия (сертификация)
2. Стандартизация — деятельность по установлению норм, правил и требований к товарам и услугам с целью защиты интересов потребителей и государства по вопросам качества продукции и услуг, обеспечения их безопасности для жизни и здоровья людей, сохранности окружающей среды.
Нормы, правила, требования к товарам и услугам, а также к испытаниям при сертификации устанавливаются в нормативных документах.
3. Сертификация — форма осуществляемого органом по сертификации обязательного подтверждения соответствия продукции, услуг требованиям технических регламентов, положениям стандартов, сводов правил или условиям договоров. В процессе сертификации проводятся испытания продукции. По итогам испытаний принимается решение о выдаче или об отказе в выдаче сертификата соответствия.
4. Испытания — экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик объекта путем измерений. Научной, правовой, методической, организационной основой измерений является метрология, изучению которой посвящены предыдущие разделы этой книги.
5. Метрология обеспечивает единство и требуемую точность измерений при испытаниях и тем самым гарантирует достоверность результатов испытаний продукции при сертификации.
3. Основные понятия и постулаты метрологии. Единство средств измерений. Физические величины
Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них;

Единица измерения физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин;
Система единиц физических величин – совокупность основных и произвольных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин;
Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу. Предполагается, что размер физической величины существует объективно (вне зависимости от того, измеряем мы эту величину или нет);
Значение физической величины – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Конкретное значение физической величины является результатом ее измерения;
Истинное значение физической величины – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину;
Действительное значение физической величины – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Например, при поверке некоторого
(испытуемого) вольтметра его показания сравнивают с показаниями более точного (образцового) вольтметра. В этом случае показания образцового вольтметра принимают за действительное значение напряжения;
Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины
(установление значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств);
Результат измерения физической величины – значение величины, полученное путем ее измерения
– установленное значение величины, характеризующей свойство физического объекта, представляемое действительным числом с принятой размерностью (размерность определяется выбранной единицей измерений);
Точность измерений – одна из характеристик измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения;
Мера точности – погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины (истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях, на практике используют действительное значение);
Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени;
Мера физической величины – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

Метрологическая характеристика средства измерений – характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность;
Метрологическое обеспечение измерений – деятельность, направленная на создание эталонных средств измерений, а также разработку и применение метрологических правил и норм, обеспечивающих требуемое качество измерений;
Метрологическая аттестация средства измерений – признание метрологической службой узаконенным для применения средства измерений единичного производства (или ввозимого единичными экземплярами из-за границы) на основании тщательных исследований его свойств;
Поверка средств измерений – установление органом государственной метрологической службы
(или другими официально уполномоченным органом, организацией) пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.
4. Единицы физических величин. Система единиц физических величин. Кратные, дольные , основные , производные единицы
Впервые понятие системы единиц физических величин ввел К.Гаусс. Согласно его методу сначала устанавливаются (выбираются) несколько произвольных величин, независящих от других. Единицы этих величин называются основными. Основные единицы выбираются таким образом, чтобы, используя физические законы, можно было получить другие – производные единицы. Полная совокупность основных и производных единиц образуют систему единиц ФВ.
Основные единицы. Важным является выбор основных единиц. С одной стороны, выбор может быть произвольным, с другой, желательно, чтобы количество таких единиц было минимальным.
Такая неоднозначность заставляет ввести в закон Кулона дополнительный коэффициент, получивший название диэлектрическая проницаемость вакуума:
Очевидно, что новая независимая физическая величина введена в новой области физических знаний из соображения удобства. При этом из необходимости соблюдения единства описания всех физических процессов с помощью физических величин требуется введение физических констант – коэффициентов, обеспечивающих это единство.
Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью известных физических законов. Размерность производной единицы определяется математическим выражением, связывающим эту единицу с основными и показывающим во сколько раз изменится производная единица при изменении основных единиц.
Размерности обладают следующими свойствами:
1. Если числовое значение величины А равно произведению величин B и С, то размерность А равна произведению размерностей В и С – [А]=[В]·[С];
2. Если числовое значение величины А равно отношению величин B и С, то размерность А равна отношению размерностей В и С – [А]=[В]/[С];
3. Если числовое значение величины А равно степени n числового значения величины B, то размерность А равна степени n размерности В – [А]=[????]
????

Кратные и дольные единицы
В десятичной системе исчисления кратные или дольные единицы получаются путем умножения или деление исходной единицы на число 10 в соответствующей степени. (мили, мега, гекса, пико и т.д.)
Относительные величины и единицы
Безразмерные : томные и молекулярные массы
Отношения величин выражаются:

в безразмерных единицах, когда отношение равно единицам;

в процентах, когда отношение находится в диапазоне до 10-2;

в промилле, когда отношение находится в диапазоне до 10-3;

в миллионных долях, при отношении в диапазоне до 10-6 и т.д.
Логарифмические величины и единицы
Единицей логарифмической величины является бел (Б), который выражается через логарифм отношения одноименных физических величин: 1Б = lg(Р1/Р2). Для образования логарифмической единицы может использоваться не только десятичный логарифм, а также натуральный или по основанию 2, если это удобно для решения практической задачи.
5. Эталоны физических величин, их виды. Стандартные образцы , их виды
В 1875 г. была созвана дипломатическая конференция, на которой 17 государств подписали
Метрическую конвенцию. Были изготовлены образцы метра и килограмма из сплава платины и иридия. Прототип метра представлял собой платиноиридиевую штриховую меру общей длиной 102 см, на расстояниях 1 см от концов которой были нанесены штрихи, определяющие единицу длины
– метр.
Единица длины. В 1983 г. на XVIII Генеральной конференции по мерам и весам было принято определение метра. По этому определению единица длины– метр – представляет собой расстояние, проходимое светом за 1/299792458 долю секунды.
Единица массы. В качестве основной механической единицы XI Генеральной конференцией по мерам и весам была утверждена единица массы – килограмм. Килограмм – масса вещества, равная массе прототипа килограмма.
Прототип килограмма находится в Международном бюро по мерам и весам в Севре под Парижем.
Он представляет собой цилиндр из сплава 90% платины и 10% иридия диаметром 39 мм и такой же высоты.
Эталон единицы физической величины (эталон) – средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются физической величиной, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.
Эталон должен обладать следующими свойствами: неизменность, воспроизводимость, сличаемость. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой единицы в течение длительного интервала времени.