Файл: Министерство сельского хозяйства российской федерации федеральное государственное образовательное.pdf

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
A.M. Базуев, А.В. Бойко, Е.А. Еремин
Метрология, стандартизация и сертификация
Учебно-методическое пособие
Барнаул 2010

УДК 389:006 (072)
Рецензенты – д.т.н., профессор кафедры информационных тех- нологий Алт.ГТУ В.Н. Седалищев; к. с-х н., доцент кафедры физики АГАУ Ю.В. Беховых.
Базуев А.М. Метрология, стандартизация и сертификация: учебно- методическое пособие / А.М. Базуев,А.В. Бойко, Е.А. Еремин. Барна- ул: Изд-во АГАУ, 2010. 63 с.
Учебно-методическое издание подготовлено в соответствии с ут- вержденной программой по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Приведен порядок выполнения заданий по темам: классы точности, определение закономерности изменения системати- ческой погрешности и оценка случайной погрешности, метрологиче- ское обеспечение контроля за состоянием окружающей среды, стандартиза- ция, системы сертификации.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальностям: 120301 – «Землеустройство», 120302 – «Земельный кадастр», 120303 – «Городской кадастр»,
280401 – «Мелиорация, ре- культивация и охрана земель» со специализацией «Мелиоративное и дорожное строительство»,
280301 – «Инженерные системы с.-х. водо- снабжения, обводнения и водоотведения», 280302 – «Комплексное использование и охрана водных ресурсов».
Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией ин- ститута природообустройства АГАУ (протокол № 1 от 21 сентября
2010 г.).
© Базуев А.М., Бойко А.В., Еремин Е.А., 2010
© ФГОУ ВПО АГАУ, 2010

3
Введение
Метрология, стандартизация и сертификация – это взаимо- связанные области знаний, поэтому изучение их в одном учебном курсе дает более полное представление о важности каждого из этих направлений деятельности.
Целью изучения дисциплины "Метрология, стандартизация и сер- тификация" является формирование у студентов знаний, умений и навыков в различных областях деятельности с целью обеспечения бо- лее высокой эффективности работы. Знания в области метрологии, стандартизации и сертификации в одинаковой степени важны для студентов всех специальностей института природообустройства.
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обес- печения их единства и способах достижения требуемой точности.
Измерения являются одним из важнейших путей развития науч- но-технического прогресса, познания природы и общества человеком.
В практической деятельности мы постоянно имеем дело с измере- ниями, они имеют первостепенное значение во всех сферах произ- водства и потребления, при оценке качества товаров, внедрении но- вых технологий.
Велико значение измерений в современном обществе. Они слу- жат не только основой научно-технических знаний, но имеют перво- степенное значение для учета материальных ресурсов и планирова- ния, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствова- ния технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.
Метрология имеет большое значение для прогресса естествен- ных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания природы челове- ком, открытий и практического применения точных знаний.
Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основ- ных путей их совершенствования.
Основными задачами метрологии являются:
- установление единиц физических величин, государственных этало- нов и образцовых средств измерений;

4
- разработка теории, методов и средств измерений и контроля;
- обеспечение единства измерений;
- разработка методов оценки погрешностей, состояния средств изме- рения и контроля;
- разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или об- разцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Стандартизация (в соответствии с законом «О техническом ре- гулировании») – это деятельность по установлению правил и харак- теристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности про- дукции, работ или услуг.
Стандартизация осуществляется в целях:
- повышения уровня безопасности жизни и здоровья граждан, имуще- ства физических и юридических лиц, государственного или муници- пального имущества, экологической безопасности, безопасности жизни и здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов;
- повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникно- вения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера;
- обеспечения научно-технического прогресса;
- повышения конкурентоспособности продукции, работ, услуг;
- рационального использования ресурсов;
- технической и информационной совместимости;
- сопоставимости результатов исследований (испытаний) и измере- ний, технических и экономико-статистических данных;
- взаимозаменяемости продукции.
Стандартизация направлена на достижение оптимальной степе- ни упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач.
В развитом обществе стандартизация является одним из инст- рументов управления народным хозяйством. Она непосредственно влияет на повышение эффективности общественного производства, представляя собой научный метод оптимального упорядочения в масштабах государства номенклатуры и качества выпускаемой про- дукции. Стандарт и качество неотделимы друг от друга. Государст- венный стандарт предназначен концентрировать передовой промыш-

5
ленный опыт и новейшие достижения науки и техники, связывая их с перспективами развития народного хозяйства. Тем самым стандарт превращается в норму общественно необходимых требований к каче- ству продукции.
Сертификация – форма осуществляемого органом по сертифи- кации подтверждения соответствия объектов требованиям техниче- ских регламентов, положениям стандартов или условиям договоров.
Сертификация продукции является одним из путей обеспечения высокого качества продукции, повышения научного и торгово- экономического сотрудничества между странами, укрепления дове- рия между ними.
В сертификации продукции, услуг и иных объектов участвуют первая (изготовитель или продавец), вторая (потребитель или покупа- тель), третья стороны (лицо или орган, признаваемые независимыми от участвующих сторон в рассматриваемом вопросе).
К объектам сертификации относятся продукция, услуги, работы, системы качества, персонал, рабочие места и пр.
В соответствии с законом РФ «О техническом регулировании» сертификация осуществляется в целях:
- удостоверения соответствия продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, работ, услуг или иных объектов техническим регламентам, стандартам, ус- ловиям договоров;
- содействия приобретателям в компетентном выборе продукции, ра- бот, услуг на российском и международном рынках;
- создания условий для обеспечения свободного перемещения това- ров по территории Российской Федерации, а также для осуществле- ния международного экономического, научно-технического сотруд- ничества и международной торговли.
Сертификация имеет ряд достоинств особенно в международ- ных торгово-экономических отношениях. Она способствует: дости- жению доверия к качеству изделий; предотвращению импорта в стра- ну изделий, не соответствующих требуемому уровню качества про- дукции; предотвращению экспорта аналогичной продукции; упроще- нию выбора продукции потребителем; защите изготовителя от конку- ренции с поставщиками не сертифицированной продукции и обеспе- чению ему рекламы и рынка сбыта; улучшению «качества» стандар- тов путем выявления в них устарелых положений и стимулированию переработки этих стандартов.

6
I. Классы точности средств измерений
Одним из решающих факторов, определяющих точность изме- рений, является точность средств измерений (СИ). Для средств изме- рений, используемых в повседневной практике, принято деление на классы точности.
Класс точности – обобщенная характеристика СИ, определяе- мая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешно- стей, а также другими свойствами, влияющих на точность. Класс точности характеризует СИ в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств.
Класс точности включает систематическую и случайную по- грешности.
Систематическая погрешность – составляющая погрешности, которая является постоянной или закономерно изменяется при мно- гократных измерениях одной и той же величины.
Случайная погрешность СИ – это составляющая, изменяю- щаяся при повторных измерениях одной и той же величины случай- ным образом.
Точность измерения зависит не только от точности СИ, но и от метода измерений, условий измерения и т.д.
В качестве основных ГОСТ 8. 401 - 80 устанавливает три вида классов точности СИ:
- для пределов допускаемой абсолютной погрешности в едини- цах измеряемой величины или делениях шкалы;
- для пределов допускаемой относительной погрешности;
- для пределов допускаемой приведенной погрешности.
Абсолютная погрешность
∆
выражается в единицах измеряе- мой величины и может быть задана:
- одним числом
∆
= ± а– постоянная во всем диапазоне измере- ния;
- в виде двучлена
∆
= ± (а + вх), если в СИ присутствуют одно- временно постоянная и прогрессивная составляющая, где х – значе- ние измеряемой величины или число делений, отсчитанное по шкале,
а, в – положительные числа, не зависящие от х.
Поскольку абсолютная погрешность выражается в абсолютных единицах ФВ, это не дает возможности сравнить СИ и оценить значе- ние погрешности. Для этой цели используются относительные по-

7
грешности (отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженные в процентах):
δ
= ±
∆
/Х
д
× 100% (1)
В средствах измерения с преобладающей постоянной погрешно- стью удобно нормировать предел допустимой относительной по- грешности:
δ
= ± а/х = ± с = const (2)
Таким способом нормируют счетчики электроэнергии, отдель- ные жидкостные манометры и др.
Класс точности таких приборов обозначается на шкале арабской цифрой без дополнительного знака, например 1,5. Это означает, что абсолютная погрешность СИ составляет 1,5 к нормируемому значе- нию измеряемой величины, т.е. максимальному значению шкалы СИ.
Эта погрешность называется приведенной допускаемой погрешно-
стью:
γ
=
∆
/X
N
100% (3) где Х
N
– нормирующее значение измеряемой величины.
Пример 1. При измерении давления воды в напорном трубопро- воде показания манометра класса точности 2,5 составило 8,5 кгс/см
2
Диапазон показания шкалы (0…..16) кгс/см
2
. Определить фактиче- ское значение давления и пределы его варьирования.
Абсолютная погрешность определится из формулы (3):
100
N
X
×
±
=
∆
γ
, кгс/см
2 где
γ
= 2,5% - показатель класса точности прибора;
Х
N
= 16 кгс/см
2
- предел показаний шкалы прибора.
4
,
0 100 16 5
,
2
±
=
×
±
=
∆
, кгс/см
2

8
Тогда фактическое значение давления будет находиться в пре- делах:
P = 8,5 ± 0,4 = ( 8,1 …. 8,9 ), кгс/см
2
Для нормирования погрешности с постоянной и прогрессивной составляющими используются двучленное уравнение абсолютной
погрешности
∆
= ±(a + bx).
Относительная погрешность выразится:
)
(
X
a
b
X
bX
a
Х
+
±
=
+
±
=
∆
±
=
δ
(4)
Для увязки
δ
с конечным значением Х
к
шкалы проведем преоб- разования уравнения (4):






⋅
+
−
+
±
=
k
k
k
X
X
X
a
X
a
k
X
а b
δ
(5)
Обозначим
const
X
a
b
c
k
=
+
=
, d = а/Х
к
= const, отсюда:
δ
= ±{с + d ( X
к
/Х – 1 )} × 100% (6)
Класс точности c/d обозначается на цифровых СИ, магнитах ем- костей, сопротивлений. Например класс точности 0,02/0,01 означает, что с = 0,02, a×d = 0,01, т.е приведенное значение относительной по- грешности к началу диапазона измерения
γ
н
= 0,02%, а к концу
γ
к
=
0,01%.
Пример 2. Указатель шкалы ампервольтметра класса точности
0,02/0,01 показывает 25А. Чему равна измеряемая сила тока? Предел измерения 50 А.
Для определения относительной погрешности используется формула (6).
δ
= ± {0,02 + 0,01 (50/25 – 1)}
δ
= ± {0,02 + 0,01 (2 – 1)} × 100%= ± 3%
Абсолютная погрешность будет равна:

9
∆
= ± 3 × 25/100 = 0,75 А
Измеренная сила тока будет равна:
Ι
= 25 ± 0,75 = (24,25 …. 25,75) А
Если нормируется допустимая относительная погрешность, то класс точности обозначается
δ
, где
δ
- значение допустимой относи- тельной погрешности в % к показанию измерительного прибора, т.е.
%
100
×
∆
±
=
П
X
δ
(7)
Тогда абсолютная погрешность определится:
%
100
П
Х
⋅
±
=
∆
δ
(8) где X
п
- значение измеряемой величины.
%
100
П
П
П
Х
Х
Х
Х
⋅
±
=
∆
±
=
δ
(9)
Пример 3. При измерении частоты вращения вала тахометр класса точности показывает 1300 об/мин. Определить фактиче- скую частоту вращения вала.
Абсолютная погрешность определяется по известной относи- тельной погрешности (формула 8):
∆
= ± 1,0 ×1300/100 = ± 13 об/мин
Фактическая частота вращения вала находится в пределах: n = 1300 ± 13 = (1287…1313) , об/мин.
Шкалы некоторых приборов с существенно неравномерной шкалой градуируют в миллиметрах, абсолютная погрешность при этом выражается также в миллиметрах. Если для такого прибора нормируется значения приведенной погрешности γ , то класс точно-
1.0

10
сти его обозначаетсяγ , где γ - значение приведенной погрешности, выраженное в % к длине шкалы или ее части соответственно диапа- зону измерения.
Пример 4. Влажность почвы определялась по измеренному со- противлению, измеряемому мегоомметром класса точности 1,0. Оп- ределить фактическое значение сопротивления (КОм), если показание прибора равно 3 КОм.
Приведенная погрешность γ = 1% длины шкалы.
Тогда абсолютная погрешность измерения сопротивления опре- деляется по формуле (3):
∆
R = ± 3×1/100 = 0,03 КОм
Фактическое значение сопротивления:
R = 3 ± 0,03 = 2,97 … 3,03 КОм
Задачи для самостоятельной работы
1. Показания шкалы гидрометрической вертушки класса точно- сти равно 0,75 м/с. Определить абсолютную погрешность измере- ния скорости воды в канале и диапазон колебания значения скорости.
2. При измерении давления воды в трубопроводе манометр класса точности 1,5 показал 0,65 МПа. Диапазон показаний шкалы равен (0 – 1) МПа. Определить фактическое значение давления воды.
3. Мегаомметр класса точности 1,0 при измерении сопротивле- ния образца почвы показал 3,8 КОм на участке шкалы с диапазоном показаний (2 – 5) КОм. Определить фактическое значение сопротив- ления почвы.
4. Для измерения расхода воды в оросительном канале примене- на система, состоящая из трубчатого водомерного сооружения (ТВС) и измерительного прибора ДРС-60. Средняя квадратическая относи- тельная погрешность ТВС равна
%
4
±
=
с
σ
, ДРС-60 –
%
5
,
3
±
=
пр
σ
. По- казание прибора равно 4,6 м
3
/с. Определить суммарную относитель- ную погрешность и фактическое значение расхода воды.
5. Показание интеграционной гидрометрической установки ГР-
101 при измерении средней скорости течения воды составило 1,75 м/с. Класс точности установки 2,0. Диапазон измерения средней ско- рости от 0,2 до 2,5 м/с. Определить абсолютную погрешность и фак- тическое значение средней скорости.
5

11 6. Определить суммарную относительную погрешность измере- ния расхода воды в канале трубчатым водомером-регулятором с пе- редачей информации на расстояние. Средняя квадратическая относи- тельная погрешность трубчатого сооружения равна 4,5%, измери- тельного прибора – 3,5%, системы телеизмерения – 3,0%. Показание прибора равно 12,5 м
3
/с. Определить также абсолютную погрешность измерения и фактическое значение расхода.
7. Измеряемая частота вращения вала изменялась от 1250 до
2700мин
-1
. Измерение оборотов проводилось тахометром класса точ- ности . Как изменилась абсолютная погрешность измерений ми- нимального и максимального значений частоты вращения вала?
8. При измерении давления воды в трубопроводе манометром класса точности в течение определенного времени оно изменя- лось от 11 до 14 кгс/см
2
. Как изменилась абсолютная погрешность измерения при минимальном и максимальном показаниях манометра?
Определить фактические значения минимального и максимального давления.
9. Указатель шкалы ампервольтметра класса точности 0,02/0,01 со шкалой от -50 до +50 А показывает 20 А. Чему равна измеряемая сила тока?
10. Указатель шкалы амперметра класса точности 1,5 показыва- ет 4 А. Диапазон показаний шкалы -5 – +20 А. Чему равна измеряе- мая сила тока?
11. Манометр класса точности при измерении давления во- ды в трубопроводе показал 7,5 кгс/см
2
. Чему равно измеряемое дав- ление?
12. Тахометр класса точности 1,0 со шкалой (0 – 3000) об/мин показал 1600 об/мин. Чему равна измеряемая частота вращения?
13. Давление воды в трубопроводе измерялось манометром класса точности 2,5 со шкалой (0 – 1) МПа и манометром класса точ- ности с аналогичной шкалой. Показания обоих манометров со- ставили 0,75 МПа. Определить фактические значения измеряемого давления и сравнить точность приборов.
14. Для измерения расхода воды в хозяйственном канале ис- пользуется трубчатый водомер-регулятор с коническим насадком и динамический расходомер ДРС-60. Указатель шкалы расходомера показывает 1,4 м
3
/с. Среднеквадратическая относительная погреш- ность трубчатого регулятора равна
±
4,5%, прибора –
±
4%. Опреде- лить фактический расход воды в канале.
1,5 2,5 2,5 2,5