ВВЕДЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
Кербель Б.М.
Северск 2012
Учебное пособие
Часть 1. Основы метрологии
Метрология, стандартизация, сертификация
Кербель Б.М., Попова И.Г.
УДК 681.2
ББК 31.277.1
К 90
К 90 Метрология, стандартизация, сертификация. Часть 1. Основы метрологии: Учебное пособие. /Б.М. Кербель, И.Г. Попова; под ред. проф. Б.М. Кербеля. – Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2012. – 139с.
Одобрено на заседании кафедры ЭиАФУ (протокол № 10 от «11» февраля 2012 г.).
Рецензенты:
начальник метрологической лаборатории отдела главного прибориста ОАО «СХК»
Антоненко В.А.
канд. техн. наук, зам. директора по техническому регултрованию
ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Томской области»
Артюхина Л.В.
Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета СТИ НИЯУ МИФИ
ХХХХХХХХХХХ
ISBN ХХХХХХХХХ
Ó Северский технологический институт, 2012
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................................... 4
Введение ............................................................................................................................ 7
1 Общие сведения о физических величинах........................................... 8
1.1 Физические величины ......................................................................................... 8
1.2 Системы физических величин ........................................................................ 9
1.3 Единицы физических, величин ..................................................................... 11
1.4 Измерительные шкалы .................................................................................... 15
1.5 Контрольные вопросы к разделу 1.................................................................. 20
1.6 Тестовые вопросы по тематике раздела 1................................................... 20
2 Методы и средства измерений физических величин................. 25
2.1 Измерения физических величин.................................................................... 25
2.2 Классификация измерений ............................................................................. 27
2.3 Средства измерений и их классификация.................................................. 35
2.4 Устройство средств измерений, принцип их работы................................ 42
2.5 Эксплуатационные характеристики средств измерений......................... 47
2.6 Критерии качества измерений ....................................................................... 52
2.7 Результаты измерения физических величин.............................................. 54
2.8 Условия измерений............................................................................................ 54
2.9 Контрольные вопросы к разделу 2.................................................................. 55
2.10 Тестовые вопросы по тематике раздела 2................................................. 56
3 Погрешности средств измерений.............................................................. 61
3.1 Классификация погрешностей средств измерений ................................. 61
3.2 Классы точности средств измерений............................................................. 64
3.3 Систематические погрешности ...................................................................... 67
3.4 Случайные погрешности................................................................................... 71
3.5 Погрешности косвенных измерений.............................................................. 82
3.6 Контрольные вопросы к разделу 3.................................................................. 84
3.7 Тестовые вопросы по тематике раздела 3................................................... 84
4 Обработка результатов измерений........................................................... 94
4.1 Обработка результатов прямых точечных измерений
с многократными независимыми наблюдениями............................................ 94
4.2 Расчёт метрологических характеристик средств измерений............... 100
4.3 Контрольные вопросы к разделу 4................................................................ 115
4.4 Тестовые вопросы по тематике раздела 4................................................. 115
5 Обеспечение единства измерений.......................................................... 117
5.1 Общие положения............................................................................................ 117
5.2 Эталоны единиц физических величин....................................................... 118
5.3 Метрологические службы............................................................................... 121
5.4 Государственный метрологический контроль и надзор......................... 122
5.5 Утверждение типа средств измерений....................................................... 123
5.6 Передача информации о размерах единиц............................................. .124
5.7 Поверка и калибровка средств измерений................................................ 125
5.8 Методы поверки и калибровки, поверочные схемы ............................... 127
5.9 Права и обязанности государственных инспекторов
по обеспечению единства измерений............................................................... 130
5.10 Контрольные вопросы к разделу 5............................................................. 132
5.11 Тестовые вопросы по тематике раздела 5............................................... 133
Деятельность в области метрологии, стандартизации и сертификации направлена на обеспечение качества процессов и продукции как результата процесса.
Качество процессов и продукции – совокупность их свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с их назначением.
Понятие качества включает три элемента: объект, характеристики, потребности (требования).
Объектом качества могут быть продукция, процесс (технология), организация или отдельное лицо, а также любая комбинация из них. Примером подобной комбинации является такое всеобъемлющее свойство, как качество жизни. В последнее время проблему защиты интересов и прав потребителей все чаще стали рассматривать именно с позиции качества жизни. Это понятие включает целый ряд аспектов процесса удовлетворения человеческих потребностей: качество товаров и услуг, охрана среды обитания, обеспечение физического и морального здоровья, качество образования и пр.
Продукция - результат деятельности, представленный в материально-вещественной форме и предназначенный для дальнейшего использования в хозяйственных и иных целях . Продукция может принимать форму товара или услуги.
Товар - любая вещь, свободно отчуждаемая, переходящая от одного лица к другому в процессе купли-продажи (рыночных отношений). Товар - это все, что может удовлетворять потребность или нужды и предлагается рынку с целью привлечения внимания, приобретения, использования или потребления.
Субъектами рыночных отношений являются поставщики и потребители.
Поставщики должны обеспечивать удовлетворение потребностей.
Достижение высокой удовлетворенности потребителей - основа политики качества поставщика. «Потребитель должен получить то, что хочет, когда он это хочет» - таков первый принцип обеспечения качества, сформулированный доктором Э. Демингом.
Чтобы успешно конкурировать, необходимо своевременно предвидеть малейшие изменения в предпочтениях потребителей, т.е. надо знать предполагаемые, перспективные потребности.
Услуга - результат непосредственного взаимодействия исполнителя и потребителя, а также собственной деятельности исполнителя по удовлетворению потребности потребителя.
Характеристики - совокупность отличительных свойств, которыми обладают товары и услуги. Характеристики могут быть качественными (например, запах и вкус пищевого продукта, вежливость и профессионализм продавца) и количественными (скорость автомобиля, белизна фарфоровой посуды и др.).
Потребности отражают требования к обеспечению жизнедеятельности потребителей. Существует иерархия потребностей. В ее основании лежат основные потребности (обеспечение пищей, одеждой, жильем), далее (в порядке возрастания) — потребности в безопасности, в удобстве и комфортности пользования, эстетические, социальные потребности. Вершину пирамиды составляют потребности развития (потребность в творчестве, стремление к самовыражению).
Показатель качества продукции— количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, входящих в ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации или потребления. Например, при оценке качества эмалевой краски для пола такое свойство, как жаростойкость, не будет приниматься в расчет, тогда как для краски, предназначенной для отделки кухонной плиты, это свойство следует считать важнейшим. Показатель качества количественно характеризует пригодность товара удовлетворять те или иные потребности. Так, потребность иметь прочную ткань определяется показателями «разрывная нагрузка», «сопротивление истиранию» и др.
Показатели качества могут выражаться в различных единицах и могут быть безразмерными. При рассмотрении показателя следует различать наименование показателя (разрывная нагрузка, ресурс) и значение показателя (соответственно 50 Н, 1000 ч).
Какую же роль играют в обеспечении качества продукции и услуг метрология, стандартизация и сертификация? Как показано на рисунке, все эти дисциплины обеспечивают качество как со стороны законодательного установления правил, норм и характеристик продукции, установления соответствия продукции нормам и правилам, а также методов и средств измерений, дающих возможность количественно оценить показатели качества продукции с заданной точностью и достоверностью.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Сертификация -это установление соответствующими сертифицирующими органами обеспечения требуемой уверенности, что продукция, услуга или процесс соответствуют требованиям потребителя, определенному стандарту или другому нормативному документу.
Стандартизация— это деятельность по установлению правил и характеристик путем разработки, опубликования и применения стандартов, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг в целях их добровольного многократного использования.
В соответствии с этим учебное пособие по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация»состоит из трех частей:
- часть 1 «Основы метрологии»:теоретические основы метрологии; основные понятия, связанные с объектами измерения: свойство, величина, количественные и качественные проявления свойств объектов материального мира; основные понятия, связанные со средствами измерения (СИ); закономерности формирования результата измерения, понятие погрешности, источники погрешностей; понятие многократного измерения; алгоритмы обработки многократных измерений; понятие метрологического обеспечения; организационные научные и методические основы метрологического обеспечения; правовые основы обеспечения единства измерений; основные положения закона РФ об обеспечении единства измерений; структура и функции метрологической службы предприятия, организации, учреждения, являющихся юридическими лицами.
- часть 2 «Основы стандартизации»:исторические основы развития стандартизации и сертификации; стандартизация, её роль в повышении качества продукции и развитие на международном, региональном и национальном уровнях; правовые основы стандартизации; международная организация по стандартизации (ИСО); основные положения государственной системы стандартизации ГСС; научная база стандартизации; определение оптимального уровня унификации и стандартизации; государственный контроль и надзор за соблюдением требований государственных стандартов.
- часть 3 «Основы сертификации (оценки соответствия)»:основные цели и объекты сертификации. термины и определения в области сертификации; качество продукции и защита потребителя; схемы и системы сертификации; условия осуществления сертификации; обязательная и добровольная сертификация; правила и порядок проведения сертификации; органы по сертификации и испытательные лаборатории; аккредитация органов по сертификации и испытательных (измерительных) лабораторий; сертификация услуг; сертификация систем качества.
Каждая часть курса представляет из себя модуль курса и читатель может изучать курс в любой последовательности.
Предметом метрологииявляется извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов, т. е. измерение количественных свойств объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.
Основными задачами метрологии являются:
- установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
- разработка теории, методов и средств измерений и контроля;
- обеспечение единства измерений и единообразных средств 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.
Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: метрон - мера и логос - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892-1907 гг.
Метрологию разделяют на три относительно самостоятельных раздела:
- теоретическая метрология -раздел метрологии, предметом которого является разработка фундаментальных основ метрологии. Иногда применяют термин фундаментальная метрология;
- 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 необходимой точности измерений в интересах общества;
- практическая (прикладная) метрология -раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии
Поскольку все дисциплины курса содержат большое количество стандартизованных терминов и определений все они выделены полужирным курсивом и в электронном тексте снабжены гиперссылками с целью быстрого поиска и последующего усвоения. Все выделенные термины даются в строгом соответствии со стандартами или другими регламентирующими и нормирующими документами.
В конце каждого раздела для самопроверки приведены контрольные вопросы и тестовые задания.