3. Основи метрології
Метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
У практичному житті людина всюди має справу з вимірами. На кожному кроці зустрічаються і відомі з незапам'ятних часів вимірювання таких величин, як довжина, обсяг, вага, час та ін
Велике значення вимірювань у сучасному суспільстві. Вони служать не тільки основою науково-технічних знань, але мають першорядне значення для обліку матеріальних ресурсів і планування, для внутрішньої і зовнішньої торгівлі, для забезпечення якості продукції, взаємозамінності вузлів та деталей і вдосконалення технології, для забезпечення безпеки праці та інших видів людської діяльності.
Метрологія має велике значення для прогресу природних та технічних наук, тому що підвищення точності вимірювань - один із засобів вдосконалення шляхів пізнання природи людиною, відкриттів і практичного застосування точних знань.
Для забезпечення науково-технічного прогресу метрологія повинна випереджати у своєму розвитку інші галузі науки і техніки, бо для кожної з них точні вимірювання є одним з основних шляхів їх вдосконалення.
Основними завданнями метрології (за ГОСТом 16263-70) є:
встановлення одиниць фізичних величин, державних еталонів та зразкових засобів вимірювань;
розробка теорії, методів і засобів вимірювань і контролю;
забезпечення єдності вимірювань і однакових засобів вимірювань;
розробка методів оцінки похибок, стану засобів вимірювання та контролю;
розробка методів передачі розмірів одиниць від еталонів або зразкових засобів вимірювань робочих засобів вимірювань.
3.1. Коротка історія розвитку метрології
Потреба у вимірах виникла в давні часи. Для цього в першу чергу використовувалися підручні засоби. Наприклад, одиниця ваги дорогоцінних каменів - карат, що в перекладі з мов стародавнього півдня-сходу означає "насіння бобу", "горошина"; одиниця аптекарської ваги - гран, що в перекладі з латинської, французької, англійської, іспанської означає "зерно". Багато заходів мали антропометричне походження або були пов'язані з конкретною трудовою діяльністю людини. Так, у Київській Русі застосовувалися в побуті вершок - довжина фаланги вказівного пальця; п'ядь - відстань між кінцями витягнутих великого і вказівного пальців; лікоть - відстань від ліктя до кінця середнього пальця; сажень - від "сяга", "досягати", тобто . можна дістати; косий сажень - межа того, що можна дістати: відстань від підошви лівої ноги до кінця середнього пальця витягнутої вгору правої руки; верста - від "верти", "повертаючи" плуг назад, довжина борозни.
Стародавні вавілоняни встановили рік, місяць, годину. Згодом 1 / 86400 частина середнього періоду обертання Землі навколо своєї осі отримала назву секунди.
У Вавилоні в II ст. до н. е.. час вимірювався в мінах. Міна дорівнювала проміжку часу (рівному, приблизно, двом астрономічним годинам), за який із прийнятих у Вавилоні водяних годин витікала "міна" води, маса якої становила близько 500 р. Потім міна скоротилася і перетворилася на звичну для нас хвилину. З часом водяний годинник поступилися місцем пісочним, а потім більш складним маятникових механізмам.
Найважливішим метрологічним документом у Росії є Двінська грамота Івана Грозного (1550 р.). У ній регламентовані правила зберігання та передачі розміру нової міри сипучих речовин - осьміни. Її мідні екземпляри розсилалися по містах на зберігання виборним людям - старостам, Соцький, шинкаря. З цих заходів належало зробити тавровані дерев'яні копії для міських померщіков, а з тих, у свою чергу, - дерев'яні копії для використання в побуті.
Метрологічній реформою Петра I до звернення в Росії були допущені англійські заходи, які отримали особливо широке поширення на флоті і в кораблебудуванні - фути, дюйми. У 1736 р. за рішенням Сенату була утворена Комісія ваг і заходів під головуванням головного директора Монетного двору графа М.Г. Головкіна. До складу комісії входив Л. Ейлер. У якості вихідних заходів комісія виготовила мідний аршин і дерев'яну сажень, за міру речовин було прийнято відро московського Каменномостський питного двору. Найважливішим кроком, Підсумував роботу комісії, було створення російського еталонного фунта.
Ідея побудови системи вимірювань на десятковій основі належить французькому астроному Г. Мутон, що жив у XVII ст. Пізніше було запропоновано прийняти в якості одиниці довжини одну сорокамільйонного частина земного меридіана. На основі єдиної одиниці - метри - будувалася вся система, що отримала назву метричної.
У Росії указом "Про систему Російських мір і ваг" (1835 р.) були затверджені еталони довжини і маси - платинова сажень і платиновий фунт.
Відповідно до міжнародної Метрологічній конвенцією, підписаною в 1875 р., Росія отримала платіноірідіевого еталони одиниці маси № 12 і 26 і еталони одиниці довжини № 11 і 28, які були доставлені в нову будівлю Депо зразкових мір і ваг. У 1892 р. керуючим Депо був призначений Д.І. Менделєєв, яку він в 1893 р. перетворює в Головну палату мір і ваг - одне з перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю.
Метрична система в Росії була введена в 1918 р. декретом Ради Народних Комісарів "Про введення Міжнародної метричної системи мір і виесов". Подальший розвиток метрології в Росії пов'язано зі створенням системи та органів служб стандартизації. Це питання докладно розглянуто в п. 1.2.
Розвиток природничих наук призвело до появи все нових і нових засобів вимірювань, а вони, у свою чергу, стимулювали розвиток наук, стаючи все більш потужним засобом дослідження.
3.2. Правові основи метрологічної діяльності в Російській Федерації
3.2.1. Законодавча база метрології
Основними правовими актами з метрології в Росії є:
1. Закон РФ "Про забезпечення єдності вимірювань" від 27.04.93, № 4871-1 в редакції 2003 р.;
2. РМГ 29 - 99. Метрологія. Терміни та визначення.
3. МІ * 2247-93 Метрологія. Метрологія. Основні терміни та визначення.
4. ГОСТ 8.417-81 Метрологія. Одиниці фізичних величин.
5. ПР 50.2.006-94 Метрологія. Повірка засобів вимірювань. Організація і порядок проведення.
6. ПР 50.2.009-94 Метрологія. Порядок проведення випробувань і затвердження типу засобів вимірювання.
7. ПР 50.2.014-94 Метрологія. Акредитація метрологічних служб юридичних осіб на право перевірки засобів вимірювань.
8. МІ 2277-94 Метрологія. Система сертифікації засобів вимірювань. Основні положення та порядок проведення робіт.
9. ПР 50.2.002-94 Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за випуском, станом і застосуванням засобів вимірювань, атестованими методиками виконання вимірювань, еталонами і дотриманням метрологічних правил і норм.
10. ПР 50.2.004-94 Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за кількістю фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці і продажу.
11. ПР 50.2.017-95 Метрологія. Положення про російську системі калібрування.
12. Постанова Держстандарту Росії від 8 лютого 1994 р. N 8 "Порядок ліцензування діяльності з виготовлення, ремонту, продажу і прокату засобів вимірювань" (Зареєстровано в Мін'юсті РФ 9 грудня 1994 р. N 741)
13. Постанова Держстандарту Росії від 08.02.94 N 8 "Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за кількістю товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 9 грудня 1994 р. N 740).
14. Постанова Держстандарту РФ від 28 грудня 1995 р. N 95 "Порядок акредитації метрологічних служб юридичних осіб на право проведення калібрувальних робіт" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 27 лютого 1996 р. N 1037).
15. Постанова Держстандарту РФ від 8 феврвля 1994 р. № 8 "Вимоги до державних центрів випробувань засобів вимірювань і порядок їх акредитації" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 13 липня 1994 р. N 635).
16. ІСО 10012-1:1992. "Вимоги до забезпечення якості вимірювального обладнання. - Частина 1: метрологічної системи підтвердження відповідності вимірювального обладнання".
Закон "Про забезпечення єдності вимірювань" здійснює регулювання відносин, пов'язаних із забезпеченням єдності вимірювань в Російській Федерації, відповідно до Конституції РФ.
Основні статті Закону встановлюють:
основні поняття, що застосовуються в Законі;
організаційну структуру державного управління забезпеченням єдності вимірювань;
нормативні документи щодо забезпечення єдності вимірювань;
одиниці величин і державні еталони одиниць величин;
засоби і методики вимірювань.
Закон визначає Державну метрологічну службу та інші служби забезпечення єдності вимірювань, метрологічні служби державних органів управління та юридичних осіб, а також види та сфери розподілу державного метрологічного контролю і нагляду.
Окремі статті Закону містять положення з калібрування і сертифікації засобів вимірювань і встановлюють види відповідальності за порушення Закону.
Становлення ринкових відносин наклало відбиток на статтю Закону, яка визначає основи діяльності метрологічних служб державних органів управління і юридичних осіб. Питання діяльності структурних підрозділів метрологічних служб на підприємствах виведені за рамки законодавчої метрології, а їх діяльність стимулюється чисто економічними методами.
У тих сферах, які не контролюються державними органами, створюється Російська система калібрування, також спрямована на забезпечення єдності вимірювань.
Положення про ліцензування метрологічної діяльності спрямовано на захист прав споживачів і охоплює сфери, що підлягають державному метрологічному контролю і нагляду. Право видачі ліцензії надано виключно органам Державної метрологічної служби.
В області державного метрологічного нагляду введені нові види нагляду:
за кількістю товарів, відчужуваних при торгових операціях;
за кількістю товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці і продажу;
за банківськими, поштовими, податковими і митними операціями;
за обов'язковістю сертифікації продукції та послуг.
Закон створює умови для взаємодії з міжнародною та національними системами вимірювань зарубіжних країн. Це перш за все необхідно для взаємного визнання результатів випробувань, калібрування та сертифікації, а також для використання світового досвіду і тенденцій у сучасній метрології.
3.2.2. Юридична відповідальність за порушення нормативних вимог з метрології
Стаття 25 Закону "Про забезпечення єдності вимірювань" передбачати можливість залучення юридичних та фізичних осіб, а також державних органів управління РФ, винних у порушенні положе-ний цього Закону до адміністративної, цивільної-правової чи кри-ної відповідальності згідно з чинним законодавством .
Кодексом про адміністративні порушення і, зокрема, статтею 170 "Порушення обов'язкових вимог державних стандартів, правил обов'язкової сертифікації, порушення вимог нормативних документів щодо забезпечення єдності вимірювань" передбачено накладення штрафу від п'яти до ста мінімальних розмірів оплати праці.
Цивільно-правова відповідальність настає у ситуаціях, коли в результаті порушень метрологічних правил і норм юридичним або фізичним особам заподіяно майнову або особисту шкоду. Завдана шкода підлягає відшкодуванню за позовом потерпілого на підставі відповідних актів цивільного законодавства.
До кримінальної відповідальності порушники метрологічних вимог залучаються в тих випадках, коли є ознаки складу злочину, передбачені Кримінальним кодексом.
Дисциплінарна відповідальність за порушення метрологічних правил і норм визначається рішенням адміністрації (організації) на підставі Кодексу законів про працю.
Виміри є інструментом пізнання об'єктів і явищ навколишнього світу. Тому метрологія ставиться до науки, що займається теорією пізнання - гноссіологіі.
Об'єктами вимірювань є фізичні та Нефізичних величини (в економіці, медицині, інформатиці, управлінні якістю та ін.)
Вся сучасна фізика може бути побудована на семи основних величинах, що характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. До них відносяться: довжина, маса, час, сила електричного струму, термодинамічна температура, кількість речовини та сила світла. За допомогою цих і двох додаткових величин - плоского і тілесного кутів - введених виключно для зручності, утворюється все різноманіття похідних фізичних величин і забезпечується опис будь-яких властивостей фізичних об'єктів і явищ.
Вимірювання фізичних величин поділяються на такі області та види:
1. Вимірювання геометричних величин: довжин; відхилень форми поверхонь; параметрів складних поверхонь; кутів.
2. Вимірювання механічних величин: маси; сили; крутних моментів, напруг і деформацій; параметрів руху; твердості.
3. Вимірювання параметрів потоку, витрати, рівня, об'єму речовин: масового та об'ємної витрати рідин в трубопроводах; витрати газів; місткості; параметрів відкритих потоків; рівня рідини.
4. Вимірювання тисків, вакуумні вимірювання: надлишкового тиску; абсолютного тиску; змінного тиску; вакууму.
5. Фізико-хімічні вимірювання: в'язкості; щільності; змістів (концентрації) компонентів у твердих, рідких та газоподібних речовинах; вологості газів, твердих речовин; електрохімічні вимірювання.
6. Теплофізичні і температурні вимірювання: температури; теплофізичних величин.
7. Вимірювання часу і частоти: методи і засоби відтворення і зберігання одиниць і шкал часу і частоти; виміру інтервалів часу; вимірювання частоти періодичних процесів, методи та засоби передачі розмірів одиниць часу і частоти.
8. Вимірювання електричних і магнітних величин на постійному і змінному струмі: сили струму, кількості електрики, електрорушійної сили, напруги, потужності і енергії, кута зсуву фаз; електричного опору, провідності, ємності, індуктивності та добротності електричних ланцюгів; параметрів магнітних полів; магнітних характеристик матеріалів .
9. Радіоелектронні вимірювання: інтенсивності сигналів; параметрів форми і спектру сигналів; параметрів трактів з зосередженими та розподіленими постійними; властивостей речовин і матеріалів радіотех-технічними методами; антенні.
10. Вимірювання акустичних величин: акустичні - в повітряному середовищі і в газах; акустичні - у водному середовищі; акустичні - у твердих тілах; аудіометрія та вимірювання рівня шуму.
11. Оптичні і оптико-фізичні вимірювання: світлові, вимірювання оптичних властивостей матеріалів у видимій області спектра; енергетичних параметрів некогерентного оптичного випромінювання; енергетичних параметрів просторового розподілу енергії та потужності безперервного та імпульсного лазерного і квазімонохроматіческого випромінювання; спектральних, частотних характерстік, поляризації лазерного випромінювання; параметрів оптичних елементів, оптичних характеристик матеріалів; характеристик фотоматеріалів і оптичної щільності.
12. Вимірювання іонізуючих випромінювань і ядерних констант: дозиметричних характеристик іонізуючих випромінювань; спектральних характеристик іонізуючих випромінювань; активності радіонуклідів; радіометричних характеристик іонізуючих випромінювань.
У кваліметрії (розділі метрології), присвяченій виміру якості, не застосовується розподіл показників якості на основні і похідні. Тут виділяються одиничні і комплексні показники якості. При цьому одиничні відносяться до одного з властивостей продукції, а комплексні характеризують відразу декілька з властивостей.
Розмірність вимірюваної величини є якісною її характеристикою і позначається символом dim, що походить від слова dimension. Розмірність основних фізичних величин позначається відповідними великими літерами. Наприклад, для довжини, маси та часу dim l = L; dim m = M; dim t = T.
При визначенні розмірності похідних величин керуються такими правилами [47]:
1. Розмірності лівої і правої частин рівнянь не можуть не збігатися, тому що порівнюватися між собою можуть тільки однакові властивості. Об'єднуючи ліві і праві частини рівнянь, можна прийти до висновку, що алгебраїчно підсумовуватися можуть тільки величини, що мають однакові розмірності.
НВО ВНДІ оптико-фізичних вимірювань (ВНИИОФИ, Москва) - це центр по оптичних та оптико-фізичних величин, акустико-оптичної спектрорадіометра, вимірюваннями в медицині, а також одиниць виміру параметрів лазерів. Метрологія - наука про вимірювання, методи і засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності.
У практичному житті людина всюди має справу з вимірами. На кожному кроці зустрічаються і відомі з незапам'ятних часів вимірювання таких величин, як довжина, обсяг, вага, час та ін
Велике значення вимірювань у сучасному суспільстві. Вони служать не тільки основою науково-технічних знань, але мають першорядне значення для обліку матеріальних ресурсів і планування, для внутрішньої і зовнішньої торгівлі, для забезпечення якості продукції, взаємозамінності вузлів та деталей і вдосконалення технології, для забезпечення безпеки праці та інших видів людської діяльності.
Метрологія має велике значення для прогресу природних та технічних наук, тому що підвищення точності вимірювань - один із засобів вдосконалення шляхів пізнання природи людиною, відкриттів і практичного застосування точних знань.
Для забезпечення науково-технічного прогресу метрологія повинна випереджати у своєму розвитку інші галузі науки і техніки, бо для кожної з них точні вимірювання є одним з основних шляхів їх вдосконалення.
Основними завданнями метрології (за ГОСТом 16263-70) є:
встановлення одиниць фізичних величин, державних еталонів та зразкових засобів вимірювань;
розробка теорії, методів і засобів вимірювань і контролю;
забезпечення єдності вимірювань і однакових засобів вимірювань;
розробка методів оцінки похибок, стану засобів вимірювання та контролю;
розробка методів передачі розмірів одиниць від еталонів або зразкових засобів вимірювань робочих засобів вимірювань.
3.1. Коротка історія розвитку метрології
Потреба у вимірах виникла в давні часи. Для цього в першу чергу використовувалися підручні засоби. Наприклад, одиниця ваги дорогоцінних каменів - карат, що в перекладі з мов стародавнього півдня-сходу означає "насіння бобу", "горошина"; одиниця аптекарської ваги - гран, що в перекладі з латинської, французької, англійської, іспанської означає "зерно". Багато заходів мали антропометричне походження або були пов'язані з конкретною трудовою діяльністю людини. Так, у Київській Русі застосовувалися в побуті вершок - довжина фаланги вказівного пальця; п'ядь - відстань між кінцями витягнутих великого і вказівного пальців; лікоть - відстань від ліктя до кінця середнього пальця; сажень - від "сяга", "досягати", тобто . можна дістати; косий сажень - межа того, що можна дістати: відстань від підошви лівої ноги до кінця середнього пальця витягнутої вгору правої руки; верста - від "верти", "повертаючи" плуг назад, довжина борозни.
Стародавні вавілоняни встановили рік, місяць, годину. Згодом 1 / 86400 частина середнього періоду обертання Землі навколо своєї осі отримала назву секунди.
У Вавилоні в II ст. до н. е.. час вимірювався в мінах. Міна дорівнювала проміжку часу (рівному, приблизно, двом астрономічним годинам), за який із прийнятих у Вавилоні водяних годин витікала "міна" води, маса якої становила близько 500 р. Потім міна скоротилася і перетворилася на звичну для нас хвилину. З часом водяний годинник поступилися місцем пісочним, а потім більш складним маятникових механізмам.
Найважливішим метрологічним документом у Росії є Двінська грамота Івана Грозного (1550 р.). У ній регламентовані правила зберігання та передачі розміру нової міри сипучих речовин - осьміни. Її мідні екземпляри розсилалися по містах на зберігання виборним людям - старостам, Соцький, шинкаря. З цих заходів належало зробити тавровані дерев'яні копії для міських померщіков, а з тих, у свою чергу, - дерев'яні копії для використання в побуті.
Метрологічній реформою Петра I до звернення в Росії були допущені англійські заходи, які отримали особливо широке поширення на флоті і в кораблебудуванні - фути, дюйми. У 1736 р. за рішенням Сенату була утворена Комісія ваг і заходів під головуванням головного директора Монетного двору графа М.Г. Головкіна. До складу комісії входив Л. Ейлер. У якості вихідних заходів комісія виготовила мідний аршин і дерев'яну сажень, за міру речовин було прийнято відро московського Каменномостський питного двору. Найважливішим кроком, Підсумував роботу комісії, було створення російського еталонного фунта.
Ідея побудови системи вимірювань на десятковій основі належить французькому астроному Г. Мутон, що жив у XVII ст. Пізніше було запропоновано прийняти в якості одиниці довжини одну сорокамільйонного частина земного меридіана. На основі єдиної одиниці - метри - будувалася вся система, що отримала назву метричної.
У Росії указом "Про систему Російських мір і ваг" (1835 р.) були затверджені еталони довжини і маси - платинова сажень і платиновий фунт.
Відповідно до міжнародної Метрологічній конвенцією, підписаною в 1875 р., Росія отримала платіноірідіевого еталони одиниці маси № 12 і 26 і еталони одиниці довжини № 11 і 28, які були доставлені в нову будівлю Депо зразкових мір і ваг. У 1892 р. керуючим Депо був призначений Д.І. Менделєєв, яку він в 1893 р. перетворює в Головну палату мір і ваг - одне з перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю.
Метрична система в Росії була введена в 1918 р. декретом Ради Народних Комісарів "Про введення Міжнародної метричної системи мір і виесов". Подальший розвиток метрології в Росії пов'язано зі створенням системи та органів служб стандартизації. Це питання докладно розглянуто в п. 1.2.
Розвиток природничих наук призвело до появи все нових і нових засобів вимірювань, а вони, у свою чергу, стимулювали розвиток наук, стаючи все більш потужним засобом дослідження.
3.2. Правові основи метрологічної діяльності в Російській Федерації
3.2.1. Законодавча база метрології
Основними правовими актами з метрології в Росії є:
1. Закон РФ "Про забезпечення єдності вимірювань" від 27.04.93, № 4871-1 в редакції 2003 р.;
2. РМГ 29 - 99. Метрологія. Терміни та визначення.
3. МІ * 2247-93 Метрологія. Метрологія. Основні терміни та визначення.
4. ГОСТ 8.417-81 Метрологія. Одиниці фізичних величин.
5. ПР 50.2.006-94 Метрологія. Повірка засобів вимірювань. Організація і порядок проведення.
6. ПР 50.2.009-94 Метрологія. Порядок проведення випробувань і затвердження типу засобів вимірювання.
7. ПР 50.2.014-94 Метрологія. Акредитація метрологічних служб юридичних осіб на право перевірки засобів вимірювань.
8. МІ 2277-94 Метрологія. Система сертифікації засобів вимірювань. Основні положення та порядок проведення робіт.
9. ПР 50.2.002-94 Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за випуском, станом і застосуванням засобів вимірювань, атестованими методиками виконання вимірювань, еталонами і дотриманням метрологічних правил і норм.
10. ПР 50.2.004-94 Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за кількістю фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці і продажу.
11. ПР 50.2.017-95 Метрологія. Положення про російську системі калібрування.
12. Постанова Держстандарту Росії від 8 лютого 1994 р. N 8 "Порядок ліцензування діяльності з виготовлення, ремонту, продажу і прокату засобів вимірювань" (Зареєстровано в Мін'юсті РФ 9 грудня 1994 р. N 741)
13. Постанова Держстандарту Росії від 08.02.94 N 8 "Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за кількістю товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 9 грудня 1994 р. N 740).
14. Постанова Держстандарту РФ від 28 грудня 1995 р. N 95 "Порядок акредитації метрологічних служб юридичних осіб на право проведення калібрувальних робіт" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 27 лютого 1996 р. N 1037).
15. Постанова Держстандарту РФ від 8 феврвля 1994 р. № 8 "Вимоги до державних центрів випробувань засобів вимірювань і порядок їх акредитації" (зареєстровано в Мін'юсті РФ 13 липня 1994 р. N 635).
16. ІСО 10012-1:1992. "Вимоги до забезпечення якості вимірювального обладнання. - Частина 1: метрологічної системи підтвердження відповідності вимірювального обладнання".
Закон "Про забезпечення єдності вимірювань" здійснює регулювання відносин, пов'язаних із забезпеченням єдності вимірювань в Російській Федерації, відповідно до Конституції РФ.
Основні статті Закону встановлюють:
основні поняття, що застосовуються в Законі;
організаційну структуру державного управління забезпеченням єдності вимірювань;
нормативні документи щодо забезпечення єдності вимірювань;
одиниці величин і державні еталони одиниць величин;
засоби і методики вимірювань.
Закон визначає Державну метрологічну службу та інші служби забезпечення єдності вимірювань, метрологічні служби державних органів управління та юридичних осіб, а також види та сфери розподілу державного метрологічного контролю і нагляду.
Окремі статті Закону містять положення з калібрування і сертифікації засобів вимірювань і встановлюють види відповідальності за порушення Закону.
Становлення ринкових відносин наклало відбиток на статтю Закону, яка визначає основи діяльності метрологічних служб державних органів управління і юридичних осіб. Питання діяльності структурних підрозділів метрологічних служб на підприємствах виведені за рамки законодавчої метрології, а їх діяльність стимулюється чисто економічними методами.
У тих сферах, які не контролюються державними органами, створюється Російська система калібрування, також спрямована на забезпечення єдності вимірювань.
Положення про ліцензування метрологічної діяльності спрямовано на захист прав споживачів і охоплює сфери, що підлягають державному метрологічному контролю і нагляду. Право видачі ліцензії надано виключно органам Державної метрологічної служби.
В області державного метрологічного нагляду введені нові види нагляду:
за кількістю товарів, відчужуваних при торгових операціях;
за кількістю товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці і продажу;
за банківськими, поштовими, податковими і митними операціями;
за обов'язковістю сертифікації продукції та послуг.
Закон створює умови для взаємодії з міжнародною та національними системами вимірювань зарубіжних країн. Це перш за все необхідно для взаємного визнання результатів випробувань, калібрування та сертифікації, а також для використання світового досвіду і тенденцій у сучасній метрології.
3.2.2. Юридична відповідальність за порушення нормативних вимог з метрології
Стаття 25 Закону "Про забезпечення єдності вимірювань" передбачати можливість залучення юридичних та фізичних осіб, а також державних органів управління РФ, винних у порушенні положе-ний цього Закону до адміністративної, цивільної-правової чи кри-ної відповідальності згідно з чинним законодавством .
Кодексом про адміністративні порушення і, зокрема, статтею 170 "Порушення обов'язкових вимог державних стандартів, правил обов'язкової сертифікації, порушення вимог нормативних документів щодо забезпечення єдності вимірювань" передбачено накладення штрафу від п'яти до ста мінімальних розмірів оплати праці.
Цивільно-правова відповідальність настає у ситуаціях, коли в результаті порушень метрологічних правил і норм юридичним або фізичним особам заподіяно майнову або особисту шкоду. Завдана шкода підлягає відшкодуванню за позовом потерпілого на підставі відповідних актів цивільного законодавства.
До кримінальної відповідальності порушники метрологічних вимог залучаються в тих випадках, коли є ознаки складу злочину, передбачені Кримінальним кодексом.
Дисциплінарна відповідальність за порушення метрологічних правил і норм визначається рішенням адміністрації (організації) на підставі Кодексу законів про працю.
3.3. Об'єкти і методи вимірювань, види контролю
3.3.1. Вимірювані величиниВиміри є інструментом пізнання об'єктів і явищ навколишнього світу. Тому метрологія ставиться до науки, що займається теорією пізнання - гноссіологіі.
Об'єктами вимірювань є фізичні та Нефізичних величини (в економіці, медицині, інформатиці, управлінні якістю та ін.)
Вся сучасна фізика може бути побудована на семи основних величинах, що характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. До них відносяться: довжина, маса, час, сила електричного струму, термодинамічна температура, кількість речовини та сила світла. За допомогою цих і двох додаткових величин - плоского і тілесного кутів - введених виключно для зручності, утворюється все різноманіття похідних фізичних величин і забезпечується опис будь-яких властивостей фізичних об'єктів і явищ.
Вимірювання фізичних величин поділяються на такі області та види:
1. Вимірювання геометричних величин: довжин; відхилень форми поверхонь; параметрів складних поверхонь; кутів.
2. Вимірювання механічних величин: маси; сили; крутних моментів, напруг і деформацій; параметрів руху; твердості.
3. Вимірювання параметрів потоку, витрати, рівня, об'єму речовин: масового та об'ємної витрати рідин в трубопроводах; витрати газів; місткості; параметрів відкритих потоків; рівня рідини.
4. Вимірювання тисків, вакуумні вимірювання: надлишкового тиску; абсолютного тиску; змінного тиску; вакууму.
5. Фізико-хімічні вимірювання: в'язкості; щільності; змістів (концентрації) компонентів у твердих, рідких та газоподібних речовинах; вологості газів, твердих речовин; електрохімічні вимірювання.
6. Теплофізичні і температурні вимірювання: температури; теплофізичних величин.
7. Вимірювання часу і частоти: методи і засоби відтворення і зберігання одиниць і шкал часу і частоти; виміру інтервалів часу; вимірювання частоти періодичних процесів, методи та засоби передачі розмірів одиниць часу і частоти.
8. Вимірювання електричних і магнітних величин на постійному і змінному струмі: сили струму, кількості електрики, електрорушійної сили, напруги, потужності і енергії, кута зсуву фаз; електричного опору, провідності, ємності, індуктивності та добротності електричних ланцюгів; параметрів магнітних полів; магнітних характеристик матеріалів .
9. Радіоелектронні вимірювання: інтенсивності сигналів; параметрів форми і спектру сигналів; параметрів трактів з зосередженими та розподіленими постійними; властивостей речовин і матеріалів радіотех-технічними методами; антенні.
10. Вимірювання акустичних величин: акустичні - в повітряному середовищі і в газах; акустичні - у водному середовищі; акустичні - у твердих тілах; аудіометрія та вимірювання рівня шуму.
11. Оптичні і оптико-фізичні вимірювання: світлові, вимірювання оптичних властивостей матеріалів у видимій області спектра; енергетичних параметрів некогерентного оптичного випромінювання; енергетичних параметрів просторового розподілу енергії та потужності безперервного та імпульсного лазерного і квазімонохроматіческого випромінювання; спектральних, частотних характерстік, поляризації лазерного випромінювання; параметрів оптичних елементів, оптичних характеристик матеріалів; характеристик фотоматеріалів і оптичної щільності.
12. Вимірювання іонізуючих випромінювань і ядерних констант: дозиметричних характеристик іонізуючих випромінювань; спектральних характеристик іонізуючих випромінювань; активності радіонуклідів; радіометричних характеристик іонізуючих випромінювань.
У кваліметрії (розділі метрології), присвяченій виміру якості, не застосовується розподіл показників якості на основні і похідні. Тут виділяються одиничні і комплексні показники якості. При цьому одиничні відносяться до одного з властивостей продукції, а комплексні характеризують відразу декілька з властивостей.
Розмірність вимірюваної величини є якісною її характеристикою і позначається символом dim, що походить від слова dimension. Розмірність основних фізичних величин позначається відповідними великими літерами. Наприклад, для довжини, маси та часу dim l = L; dim m = M; dim t = T.
При визначенні розмірності похідних величин керуються такими правилами [47]:
1. Розмірності лівої і правої частин рівнянь не можуть не збігатися, тому що порівнюватися між собою можуть тільки однакові властивості. Об'єднуючи ліві і праві частини рівнянь, можна прийти до висновку, що алгебраїчно підсумовуватися можуть тільки величини, що мають однакові розмірності.
Сибірський державний науково-ісслсдовательскій інститут метрології (СНІІМ, Новосибірськ) займається радіотехнічними, електричними і магнітними величинами.
Уральський науково-дослідний інститут метрології (УНИИМ, Єкатеринбург) керує дослідженнями зі стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів.
ВНИИМС спеціалізується на геометричних і електричних величинах, тиску, параметри електромагнітної сумісності.
Центрами еталонів є також: ВНДІ витратометрії (Казань), спеціалізація якого - витрати й обсяг речовин; НВО "Еталон" (Іркутськ), область діяльності якого - регіональні еталони часу і частоти, а також електричних величин; НВО Дальстандарт (м. Хабаровськ), спеціалізується на регіональних еталонах часу і частоти, а також теплофізичних величинах.
Державні наукові метрологічні центри несуть відповідальність за створення, вдосконалення, зберігання і застосування державних еталонів одиниць величин, а також за розробку нормативних документів щодо забезпечення єдності вимірювань.
Органи державної метрологічної служби здійснюють державний метрологічний контроль і нагляд на територіях суб'єктів РФ.
Державна служба часу і частоти і визначення параметрів обертання Землі здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію робіт із забезпечення єдності вимірювань часу, частоти і визначення параметрів обертання Землі.
Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію робіт з розробки та впровадження стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів у галузях народного господарства з метою забезпечення єдності вимірювань на основі їх застосування.
Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні константи і властивості речовин і матеріалів здійснює міжрегіональну і міжгалузеву координацію робіт з розробки та впровадження стандартних довідкових даних про фізичні константи і властивості речовин і матеріалів в науці і техніці з метою забезпечення єдності вимірювань на основі їх застосування.
Метрологічні служби державних органів управління РФ і юридичних осіб (підприємства, організації, установи) створюються в необхідних випадках у встановленому порядку для виконання робіт із забезпечення єдності і необхідної точності вимірювань і для здійснення метрологічного контролю і нагляду.
Створення метрологічних служб або інших організаційних структур із забезпечення єдності вимірювань є обов'язковим при виконанні робіт у сферах: охорона здоров'я, ветеринарія, охорона навколишнього середовища, забезпечення безпеки праці; торгові операції і взаємні розрахунки між покупцем і продавцем, у тому числі на операції із застосуванням ігрових автоматів і пристроїв; державні облікові операції; забезпечення оборони держави; геодезичні і гідрометеорологічні роботи; банківські, податкові, митні та поштові операції; виробництво продукції, яка постачається за контрактами для державних потреб відповідно до законодавства Російської Федерації; випробування та контроль якості продукції з метою визначення відповідності обов'язковим вимогам державних стандартів Російської Федерації; обов'язкова сертифікація продукції і послуг; вимірювання, що проводяться за дорученням органів суду, прокуратури, арбітражного суду, державних органів управління Російської Федерації; реєстрація національних і міжнародних спортивних рекордів.
Метрологічні органи підприємств, будучи найважливішою ланкою метрологічної служби, покликані забезпечити необхідну і достатньо достовірну вимірювальну інформацію при проектуванні, випробуванні та контроль якості продукції, що випускається. У зв'язку з цим основними завданнями метрологічної служби є наступні:
1. Забезпечення належного стану мір і вимірювальних приладів, що використовуються на підприємстві.
2. Систематичне вивчення експлуатаційних якостей вимірювальної апаратури, встановлення надійності її роботи та оптимальних строків періодичної повірки.
3. Проведення нагляду за станом і правильним застосуванням вимірювальної та випробувальної техніки, за дотриманням встановлених методів вимірювання та випробувань в усіх підрозділах підприємства.
4. Активну участь у питаннях вибору і призначення засобів вимірювань, активна політика в області автоматизації вимірювань і розробки, випробувань і впровадження нової прогресивної вимірювальної техніки, пов'язаної з подальшим підйомом технічного рівня підприємства і підвищення якості продукції, що випускається.
Основні завдання, права та обов'язки таких служб незалежно від форм власності визначені в правилах з метрології ПР 50-732-93 "Типове положення про метрологічну службу державних органів управління та юридичних осіб".
До складу метрологічних служб підприємств та організацій можуть входити самостійні калібрувальні лабораторії, а також структурні підрозділи з ремонту засобів вимірювань.
3.8.2. Державний метрологічний контроль і нагляд
Відповідно до закону «Про забезпечення єдності вимірювань» державний метрологічний контроль і нагляд здійснюються Державною метрологічною службою Держстандарту Росії.
Державний метрологічний контроль і нагляд (ГМК і Н), що здійснюються з метою перевірки дотримання метрологічних правил і норм, поширюються на такі сфери:
q охорону здоров'я, ветеринарію, охорону навколишнього середовища, забезпечення безпеки праці;
q торгові операції і взаємні розрахунки між покупцем і продавцем, у тому числі на операції із застосуванням ігрових автоматів та пристроїв;
q державні облікові операції;
q забезпечення оборони держави;
q геодезичні і гідрометеорологічні роботи;
q банківські, податкові, митні та поштові операції;
q виробництво продукції, яка постачається за контрактами для державних потреб відповідно до законодавства Російської Федерації;
q випробування та контроль якості продукції з метою визначення відповідності обов'язковим вимогам державних стандартів Російської Федерації;
q обов'язкова сертифікація продукції і послуг;
q вимірювання, що проводяться за дорученням органів суду, прокуратури, арбітражного суду, державних органів управління Російської Федерації;
q реєстрація національних і міжнародних спортивних рекордів.
Всі розробляються, вироблені, що надходять по імпорту і що знаходяться в експлуатації засоби вимірів діляться на дві групи:
1. призначені для застосування у сферах поширення ГМК і Н). Ці засоби вимірювань визнаються придатними для застосування після їх випробувань і затвердження типу і наступних первинної і періодичної повірок;
2. не призначені для застосування і не застосовуються у сферах поширення ГМК і Н. За цими засобами вимірювань нагляд з боку держави (Держстандарту Росії) не проводиться.
Метрологічний контроль і нагляд метрологічними службами юридичних осіб здійснюються шляхом:
q калібрування засобів вимірювань;
q нагляду за станом та застосуванням засобів вимірювань (атестованими для виконання вимірювань), еталонами одиниць величин (застосовуваними для калібрування засобів вимірювань), дотриманням метрологічних правил і норм нормативних документів щодо забезпечення єдності вимірювань;
q видачі обов'язкових приписів, спрямованих на запобігання, припинення або усунення порушень метрологічних правил і норм;
q перевірки своєчасності подання засобів вимірювань на випробування з метою затвердження типу засобів вимірювань, а також на повірку і калібрування.
Державний метрологічний контроль включає:
1. затвердження типу засобів вимірювань;
2. повірку засобів вимірювань, у тому числі еталонів;
3. ліцензування діяльності юридичних і фізичних осіб з виготовлення та ремонту засобів вимірювань [K1].
Затвердження типу засобів вимірювань проводиться Держстандартом Росії відповідно до постанови Держстандарту Росії від 8.02.94 № 8 «Порядок проведення випробувань і затвердження типу засобів вимірювань» і засвідчується сертифікатом про затвердження типу засобів вимірювань. Термін дії цього сертифіката встановлюється при його видачі Держстандартом Росії. Держстандарт вносить це засіб вимірювань до Державного реєстру.
Випробування засобів вимірювань з метою затвердження їх типу проводяться державними науковими метрологічними центрами Держстандарту Росії, акредитованими їм в якості державних центрів випробувань засобів вимірювань.
Система випробувань і затвердження типу засобів вимірювань включає:
q випробування засобів вимірювань з метою затвердження типу;
q прийняття рішення про затвердження типу;
q його державну реєстрацію (внесення до реєстру) та видачу сертифіката про затвердження типу;
q випробування засобів вимірювань на відповідність затвердженому типу;
q визнання затвердження типу або результатів випробувань типу, проведених компетентними організаціями зарубіжних країн;
q інформаційне обслуговування споживачів вимірювальної техніки, контрольно-наглядових органів та органів державного управління.
Програма випробувань засобів вимірювань може передбачати тільки визначення метрологічних характеристик конкретних зразків засобів вимірювань і експериментальну апробацію методики повірки, що за обсягом робіт рівносильно метрологічної атестації.
На засіб вимірювань затвердженого типу і на експлуатаційні документи, які супроводжують кожен екземпляр, наноситься знак затвердження типу засобів вимірювань встановленої форми.
Відповідно до міжнародних угод Росії Держстандарт РФ може прийняти рішення про визнання результатів випробувань і затвердження типу, проведених в зарубіжній країні. Це обов'язкова умова для внесення типу імпортованого засоби вимірювання до Державного реєстру та його застосування в Росії.
Періодичні контрольні випробування виробу на відповідність затвердженому типу проводять в наступних ситуаціях:
q за наявності інформації від споживачів про погіршення якості випущених або імпортованих засобів вимірювань;
q при внесенні в конструкцію або технологію виготовлення засобів вимірювань змін, що впливають на їх нормовані метрологічні характеристики;
q при закінченні терміну дії сертифіката про затвердження типу;
q за рішенням Держстандарту Росії при постановці на виробництво засоби вимірювань виробником;
q у разі видачі ліцензії на право виробництва засобів вимірювань підприємству, не є виробником зразків засобів вимірювань, за результатами випробувань яких затверджений їх тип.
Повірка засобів вимірювань. Засоби вимірювань (СІ), що підлягають державному метрологічному контролю і нагляду, піддаються перевірці органами Державної метрологічної служби при випуску з виробництва або ремонту, при ввезенні з імпорту та експлуатації. Допускаються продаж і видача напрокат тільки повірених засобів вимірювань.
На відміну від процедури затвердження типу, в якій бере участь типовий представник (СІ), повірці підлягає кожен примірник СІ.
Переліки груп засобів вимірювань, що підлягають повірці, затверджуються Держстандартом Росії.
За рішенням Держстандарту Росії право повірки засобів вимірювань може бути надано акредитованим метрологічним службам юридичних осіб. Повірочна діяльність, здійснювана акредитованими метрологічними службами юридичних осіб, контролюється органами Державної метрологічної служби за місцем розташування цих юридичних осіб.
Все що випускаються засоби вимірювання з виробництва або ремонту, що ввозяться засоби вимірювання і використовуються з метою експлуатації, прокату чи продажу, повинні бути своєчасно подані на перевірку. Позитивні результати повірки засобів вимірювань засвідчуються поверительного тавром або свідоцтвом про повірку.
Детальніше зміст повірки викладено в п. 3.7.4.
Ліцензування діяльності юридичних і фізичних осіб з виготовлення та ремонту засобів вимірювань [K2] проводиться після перевірки органами Державної метрологічної служби наявності необхідних для цієї діяльності умов, а також дотримання особами, які здійснюють цю діяльність, встановлених метрологічних правил і норм. У випадках порушення встановлених умов ліцензія анулюється.
Ліцензія видається на термін не більше п'яти років. Орган, що видав ліцензію, зобов'язаний проводити періодичний контроль за дотриманням умов здійснення ліцензованої діяльності в порядку встановленому ним самим.
З метою розвитку міждержавних економічних і торгових зв'язків країнами СНД підписано "Угоду про взаємне визнання результатів державних випробувань і затвердження типу, метрологічної атестації, повірки та калібрування засобів вимірювань, а також результатів акредитації лабораторій, що здійснюють випробування, повірку або калібрування засобів вимірювань". У розвиток цієї Угоди прийнятий ще один документ "Порядок взаємного визнання акредитації лабораторій, що здійснюють випробування, повірку або калібрування засобів вимірювань".
Державний метрологічний нагляд здійснюється за:
1) випуском, станом і застосуванням засобів вимірювань, атестованими методиками виконання вимірювань, еталонами одиниць величин, дотриманням метрологічних правил і норм;
2) кількістю товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій;
3) кількістю фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці і продажу.
Державний метрологічний нагляд здійснюється в об'єднаннях, на підприємствах, в організаціях та установах незалежно від їх підпорядкування і форм власності у вигляді перевірок випуску, стану і застосування засобів вимірювань, еталонів та дотримання інших метрологічних правил і норм. Це поширюється тільки на засоби вимірювань, які стосуються сфері поширення державного метрологічного контролю і нагляду. Тому першочергове завдання кожного підприємства - скласти перелік засобів вимірювань, що відносяться до цієї класифікаційної групи, тобто підлягають повірці.
Нормативними актами суб'єктів РФ метрологічний нагляд може бути поширений і на інші сфери діяльності.
За Первова питання основним документом, що регламентує Державний нагляд, є правила ПР 50.2.002-94 "Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за випуском, станом і застосуванням засобів вимірювань, атестованими методиками виконання вимірювань, еталонами і дотриманням метрологічних правил і норм".
Основними завданнями перевірок є:
визначення відповідності випускаються засобів вимірювань затвердженому типу;
визначення стану і правильності застосування засобів вимірювань, у тому числі еталонів, застосовуваних для перевірки засобів вимірювань;
визначення наявності та застосування атестованих методик виконання вимірювань;
контроль дотримання метрологічних правил і норм відповідно до Закону РФ "Про забезпечення єдності вимірювань" та чинними нормативними документами щодо забезпечення єдності вимірювань.
З другого питання основний документ - правила ПР 50.2.003-94 "Метрологія. Порядок здійснення державного метрологічного нагляду за кількістю товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій".
Об'єктами державного метрологічного нагляду за кількістю товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій, є торгові операції, при яких товари переходять з власності однієї юридичної особи або фізичної особи у власність іншої юридичної або фізичної особи, при цьому кількість товару визначається в результаті вимірювань.
Порушеннями метрологічних правил і норм при визначенні кількості товарів, відчужуваних при здійсненні торгових операцій, вважаються:
а) відчуження меншої кількості товару в порівнянні із заявленим для продажу;
б) відчуження меншої кількості товару, ніж те, яке відповідає заплачену ціну;
в) використання засобів вимірювань, що не відповідають типу, неповірених, з порушеним клеймом, що дають неправильні показання.
По третьому питанню основним документом є правила ПР 50.2.004-94 "Метрологія. Порядок здійснення Державного метрологічного нагляду за кількістю фасованих товарів в упаковках будь-якого виду при їх розфасовці та продажу". Метрологічні вимоги до упаковки поділяються на дві групи: вимоги до індивідуальній упаковці та вимоги до партії товарів в упаковках. Вимоги до індивідуальній упаковці зводяться до того, що недовкладення товару в упаковку не повинно перевищувати допустимого межі, зазначеного в нормативній документації на продукцію. Якщо така норма не вказана, то слід керуватися вимогами, які у міжнародному документі МР № 87 МОЗМ "Вміст нетто в упаковках". Дана вимога легко контролюється традиційними способами. Правила ПР 50.2.004-94 вводять єдине доповнення - похибка визначення вмісту нетто фасованого товару в кожній упаковці при здійсненні Державного метрологічного нагляду не повинна перевищувати 1 / 5 межі допустимого відхилення (недовкладення).
3.8.3. Права та обов'язки державних інспекторів щодо забезпечення єдності вимірювань
Державний метрологічний контроль і нагляд здійснюють посадові особи Держстандарту Росії - головні державні інспектори та державні інспектори з забезпечення єдності вимірювань Російської Федерації, республік у складі Російської Федерації, автономної області, автономних округів, країв, областей, міст Москви та Санкт - Петербурга.
Здійснення державного метрологічного контролю та нагляду може бути покладено на державних інспекторів з нагляду за державними стандартами, які діють відповідно до законодавства Російської Федерації та пройшли атестацію в якості державних інспекторів щодо забезпечення єдності вимірювань.
Державні інспектори, які здійснюють повірку засобів вимірювань, підлягають атестації в якості довірителів.
При виявленні порушень метрологічних правил і норм державний інспектор має право:
забороняти застосування і випуск засобів вимірювань незатверджених типів або не відповідають затвердженому типу, а також неповірених;
гасити поверительного клейма і анулювати свідоцтва про повірку у випадках, коли засоби вимірювань дають неправильні показання або прострочені міжповірочні інтервали;
при необхідності вилучати засоби вимірювань з експлуатації;
Представлятиме пропозиції щодо анулювання ліцензій на виготовлення, ремонт, продаж і прокат засобів вимірювань у випадках порушення вимог до цих видів діяльності;
давати обов'язкові приписи і встановлювати терміни усунення порушень метрологічних правил і норм;
складати протоколи про порушення метрологічних правил і норм.
Державні інспектори, які здійснюють державний метрологічний контроль і нагляд, зобов'язані суворо дотримуватися законодавства Російської Федерації, а також положення нормативних документів щодо забезпечення єдності вимірювань та державного метрологічного контролю і нагляду.
За невиконання або неналежне виконання посадових обов'язків, перевищення повноважень і за інші порушення, включаючи розголошення державної або комерційної таємниці, державні інспектори можуть бути притягнуті до відповідальності відповідно до законодавства Російської Федерації.
3.9. Основи кваліметрії [47]
Кваліметрія - розділ метрології, який вивчає питання вимірювання якості. Тут використовуються ті ж закони і правила, що і в галузі вимірювання фізичних величин, але є і деякі особливості, які наочно проявляються в порівнянні.
Якщо заходами фізичних властивостей є фізичні величини (маса, час, тиск, швидкість тощо), то заходами властивостей, що визначають якість, служать показники якості.
Встановлено 12 областей вимірювань фізичних величин: вимірювання геометричних величин; вимірювання механічних величин; вимірювання тиску і вакууму; теплофізичні і температурні вимірювання; вимірювання часу і частоти; вимірювання електричних і магнітних величин; вимірювання акустичних величин та ін
Показники якості в кваліметрії групуються в областях, встановлених РД 50-64-84. До них належать такі показники, як призначення; надійності (безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності, зберігання); економного використання сировини, матеріалів, палива, енергії і трудових ресурсів; ергономічні, естетичні; технологічності; стандартизації та уніфікації та ін (докладніше див голову 5).
Фізичні величини використовуються для опису властивостей, в сукупності визначають якість, але поняття "фізична величина" та "показник якості" не тотожні. Фізичні величини відображають об'єктивні властивості природи, а показники якості - суспільну потребу в конкретних умовах. Так, наприклад, маса - фізична величина, а маса виробу - показник його транспортабельності; швидкість - фізична величина, а експлуатаційна швидкість автобуса - показник його призначення; освітленість - фізична величина, а освітленість на робочому місці - ергономічний показник.
Як і фізичні величини, показники якості мають розмірність або можуть бути безрозмірними. На них повною мірою поширюються всі положення теорії розмірностей.
Кількісною характеристикою показників якості, як і фізичних величин, є їх розмір, який потрібно відрізняти від значення - вираження розміру в певних одиницях. Розмір і значення від вибору одиниць не залежать. Наприклад, трудомісткість виготовлення та (або) експлуатації продукції визначається кількістю часу, витраченого на виготовлення та (або) експлуатацію одиниці продукції, і виражається для промислових виробів в нормо-годинах. Ясно, що трудомісткість виготовлення конкретного вузла чи агрегату (показник технологічності продукції) не зміниться, якщо її висловити, наприклад, в людино-днях. Не змінюються й економічні показники, такі, наприклад, як собівартість чи ціна виробу, від того, що будуть виражені не в рублях, а в копійках.
Абстрактне число, що входить до значення показника якості (так само, як і в значення фізичної величини), називається числовим значенням. Зрозуміло, що воно-то якраз і залежить від вибору одиниць.
Значення показників якості, як і значення фізичних величин, можуть бути абсолютними і відносними. Абсолютні значення фізичних величин завжди мають розмірність, а відносні - завжди безрозмірні. На відміну від цього абсолютні значення показників якості можуть бути як розмірними, так і безрозмірними, а відносні - лише безрозмірними.
Показники якості поділяються на одиничні і комплексні. Одиничні відносяться до одного з властивостей, що визначають якість, комплексні - відразу до декількох властивостями. Комплексні показники якості можуть бути пов'язані з одиничними через функціональні залежності, що відображають об'єктивні закони природи, а можуть бути деякою комбінацією їх, відповідає визначенню комплексного показника.
У комплексних показниках якості низькі значення одних одиничних показників можуть компенсуватися високими значеннями інших. Іноді це відповідає реальних життєвих ситуацій.
У той же час неприпустимо компенсувати низькі значення головних, найважливіших показників якості високими значеннями другорядних. Для виключення такої можливості комплексний показник якості домножают на так званий коефіцієнт вето, котрий звертається до 0 при виході будь-якого з найважливіших одиничних показників за допустимі межі і рівний 1 у всіх інших випадках. Завдяки коефіцієнту вето комплексний показник якості падає до нуля, якщо хоча б один з найважливіших одиничних показників виявляється неприйнятним.
Так само, як похідні фізичні величини, комплексні показники якості можна продовжувати і далі комбінувати між собою, домагаючись все більшого і більшого узагальнення властивостей, що формують в цілому уявлення про якість, Таким чином, структура показників якості є багаторівневою (рис. 3.11).
Комплексні показники якості, пов'язані з певної групи його властивостей, називаються груповими. Різновидом комплексного показника якості, який дозволяє з економічної точки зору визначити оптимальну сукупність властивостей виробу, є інтегральний показник якості. Наприклад, інтегральним показником якості бурової установки може бути питома глибина буріння
де НS - сумарна глибина проходки бурової установки до капітального ремонту, м; Зс, Зе - відповідно собівартість і витрати на експлуатацію бурової установки до капітального ремонту.
Прикладом інтегрального показника якості транспортних засобів можуть служити питомі витрати на 1 кілометр пробігу, тобто
де L-пробіг транспортного засобу до капітального ремонту, км.
Узагальнений показник якості відноситься до такої сукупності властивостей продукції, за якою оцінюється її якість. Від економічних розрахунках в ролі узагальненого комплексного показника зазвичай виступає інтегральний показник якості.
3.10. Загальні характеристики вимірювальних приладів
Вимірювальний прилад являє собою пристрій, призначений для перетворення вимірювальної інформації у форму, доступну для безпосереднього сприйняття спостерігачем.
Вимірювальні прилади поділяються на аналогові та цифрові.
3.10.1. Аналогові вимірювальні прилади
Аналоговий вимірювальний прилад характеризується тим, що інформативний параметр вхідного сигналу (вимірювана величина) перетворюється на інформативний параметр вихідного сигналу (виміряне значення), при цьому інформативний параметр вихідного сигналу залежно від значення вимірюваної величини може приймати будь-які значення в межах заданих меж.
Для забезпечення возможіості дати висновок щодо значення невідомої вхідної величини (вимірюваної величини) виходячи з вихідного сигналу вимірювального приладу (виміряного значення) необхідно знати градуювальну характеристику вимірювального приладу, тобто особливості перетворення сигналів при впливі впливають величин. Вимірювана величина надходить з виходу вимірювального перетворювача, порівнюється з сигналом узгоджувального пристрою, посилюється, послаблюється і (або) перетворюється, а потім видається вихідним пристроєм у вигляді однозначної інформації, яка сприймається людиною або ж направляється в обчислювальний блок.
Кожен вимірювальний прилад складається з трьох функціональних блоків: первинного вимірювального перетворювача, узгоджувального пристрою (блоку порівняння) і пристрої виведення вимірювального сигналу. Кожен функціональний блок може розглядатися як поєднання однакових або різних за своїми функціональними характеристиками елементів та вузлів. При цьому не завжди можливо однозначно розмежувати окремі функціональні блоки.
Первинні перетворювачі можуть бути активними або пасивними елементами вимірювальної системи. Активні первинні перетворювачі вимагають звичайно додаткових джерел енергії.
Найбільш широко поширені такі первинні перетворювачі, як механіческкіе, пневматичні, гідравлічні, оптичні, електричні, ємнісні та індуктивні.
Механічні первинні перетворювачі (див. рис. 3.12) використовуються для лінійних та кутових розмірів, обсягу, часу (шляхом безпосередньої силової або кінематичного зв'язку з об'єктом вимірювання); сили і тиску (через деформуються елементи); температури (за рахунок теплового розширення твердих тіл, рідин і газів).
Пневматичні і гідравлічні первинні перетворювачі використовуються (рис. 3.13) для довжин, швидкостей (обсягу), частоти обертання, сил (через зв'язок тиску, витрати і перетину сопла) і температури (через зміну тиску).
Оптичні первинні перетворювачі використовуються (рис. 3.13) для довжин і кутів (безпосереднє вимірювання, через інтерференцію світла); концентрації розчинів (через поляризацію світла і заломлення променів); механічних напружень (через поляризацію світла).
Електричні первинні перетворювачі поділяються на:
1) Пасивні електричні перетворювачі (рис. 3.14), які можуть бути: п'єзоелектричними - для довжин, сил і тиску (використовується п'єзоелектричний ефект); електродинамічними для коливань - для частоти обертання, швидкості (використовується пропорційність индуцируемого в котушці напруги змінному магнітному потоку, викликаного переміщенням котушки); електричними для температур (використовується термоелектричний ефект Зеєбека); світловими для світлового потоку (використовується светоеффект).
Довжина | Кут | Довжина | Кут | Обсяг | Час | |||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
Штрихове міра довжини | Важіль | Різьблення | Зубчасті колеса | Обертаючі-ся лопості | Маятник | |||||||||||||||
Сила | Сила | Тиск | Тиск | Температура | Температура | |||||||||||||||
|
T e |
j e |
|
S a |
|
F e S a |
F e S a |
Плоска пружина
Деформується тіло
Трубчаста пружина
Кільцевій дифманометр
Дилатометричний стрижень
Біметалева пластина
Рис. 3.12. Механічні первинні вимірювальні перетворювачі [46]
| Швидкість (обсяг) | Частота обертання | Сила (довжина) | Сила (довжина) | Температура | ||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
Сопло-заслінка | Сопло Вентурі | Насос з дроселем | Пластинчаста пружина | Сільфон | Газовий манометріч. термометр | ||||||||||||||
Довжина | Довжина | Кут (довжина) | Кут (довжина) | Механіч. напруга | Показник переломлений. | ||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
Вимірювальний мікроскоп | Інтерференційний компаратор | Автоколіматора | Похиле дзеркало | Поляриметр | Рефрактометр |
Рис. 3.13. Пневматичні, гідравлічні (угорі) і оптичні (внизу) первинні перетворювачі [46]
2) Активні резистивні перетворювачі (див. рис. 3.14), які включають в себе: резистивні перетворювачі довжин (використовується залежність довжини резистора і вихідної напруги); резистивні тензометричні перетворювачі довжини (використовується залежність опору дроту від її подовження) застосовуються для вимірювання внутрішніх напружень в матеріалі; резистивні перетворювачі сили (використовується зміна опору контактируемих повехности під дією сили); резистивні перетворювачі температури (використовується температурна залежність опору провідників і напівпровідників).
| Частота обертання | Частота обертання | Швидкість | Температура | Світловий потік | ||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
П'єзокристал | Редукціон. тахометр | Генератор | Рухома котушка | Термоелемент | Фотоелемент | ||||||||||||||
| Довжина | Сила | Електр. струм | Температура | Світло. потік | ||||||||||||||
| (Магнітна індукція) | ||||||||||||||||||
Потенціометр | Тензометр. пеобразов. | Вугільні платівки | Генератор Холу | Терморезистор | Фоторезистор |
Рис. 3.14. Пасивні електричні (угорі) і активні ресістівние (внизу) первинні вимірювальні перетворювачі [46]
3) Ємнісні перетворювачі (рис. 3.15), що застосовуються для вимірювання довжин (через залежність ємності від площі електродів і відстані між ними), рівнів і товщин твердого неелектропровідних речовини (використовується залежність ємності від зсуву кордону двох речовин з різними діелектричними властивостями, розташованими між пластинами конденсатора).4) Індуктивні перетворювачі (див. рис. 3.15), в яких використовується залежність індуктивності котушки від зміни магнітного опору, яке відбувається завдяки зміні магнітного шляху або магнітної проникності. Ці перетворювачі можуть бути: переміщення з поперечним якорем (використовується зміна магнітного шляху); переміщення з втяжнимі якорем (використовується зміна магнітної проникності); магнітопружних (застосовується принцип магнітопружності, оскільки магнітна проникність ряду матеріалів залежить від механічного напруги).
Довжина | Довжина | Довжина | Довжина (товщина) | Довжина (рівень) | Кут | ||||||||||||||
Світловий потік | Дифференц. конденсатор | Цілідріч. конденсатор | Паралл. роз. гранично. Діель. | Перпен. роз. гранично. діелектрика. | Повортний конденсату. перем. ємності | ||||||||||||||
Довжина | Довжина | Довжина | Довжина | Довжина | Сила | ||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
Поперечний якір | Дифференц. поперечний якір | Втяжнимі якір | Дифференц. втяжнимі якір | Дифференц. трансформатор | Магнитоупругие перетворювачів. |
| Сила | Тиск | Сила струму | |||||||||
| ||||||||||||
Повзунковий реостат | Поршнева система | Струменевий підсилювач | Підсилювач на транзисторах | |||||||||
Напруга | Потужність | Світловий потік | Освітленість | |||||||||
| ||||||||||||
Магнітний підсилювач | Електромашинні підсилювач | Фоторезистор | Збирає лінза |
Узгоджувальні пристрої аналогових вимірювальних сигналів можуть включав в себе: вимірювальну бруківку схему; вимірювальний підсилювач (механічні, гідравлічні, пневматичні, електричні магнітні і оптичні) (рис. 3.16); демпфуючі ланки (резинометалличні, поршневі, повітряні, на вихрових токах, Електричного демпфуючі резистори , теплові екрани, поглощаюшіе фільтри, поляризаційні фільтри); обчислювальні елементи (ланки).
Пристрої виведення вимірювального сигналу. Представлення виміряного значення в аналоговій формі характеризується безперервною зміною відносного положення покажчика (індексу, мітки) і шкали. Залежно від виду подаються вхідних сигналів існують системи з механічними, пневматичними або електричними вимірювальними властивостями (рис. 3.17).
Довжина | Довжина | Рівень | Частота обертання | Сила | ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||
Штангенциркуль | Індикатор годинникового типу | Поплавок | Відцентровий регулятор | Поршневий манометр | ||||||||||||||||||||
Тиск | Витрата | Напруга | Сила струму | Температура | ||||||||||||||||||||
Мембранна коробка | Напірний диск | Вимірюв. хутро. магнітоелектріч. приладу | Вимірюв. хутро. приладу теплової системи | Біметалічні термометр |
З метою зниження суб'єктивних впливів, особливо при вимірі швидко змінюються в часі величин, здійснюється реєстрація вихідних величин. Аналоговими реєструючими приладами є прилади: з безперервною записом, точкової записом, з безперервною світловий записом, светолучевие осцилографи, електронно-променеві осцилографи, самописці на магнітній стрічці.
3.10.2. Цифрові вимірювальні прилади
Інтенсифікація виробничих процесів та наукових досліджень тісно пов'язана з проведенням вимірювань та обробкою результатів вимірювань за допомогою автоматичних вимірювальних систем. Перехід до цифрової техніки сприяє використанню автоматичних вимірювальних систем і методів активного контролю в процесі виробництва. В історично короткий час цифрові вимірювальні прилади отримали тому дуже широке застосування.
Вимірювані величини поділяють на аналогові, що володіють незліченною безліччю значень за розміром, і квантовані, що володіють рахунковим безліччю значень за розміром.
Застосування цифрової вимірювальної техніки пов'язано з квантуванням вимірюваних величин та їх кодуванням.
Квантування величини - це операція створення за допомогою заходів або масштабного перетворювача сигналу, абсолютні або відносні розміри параметрів якого мають обмежене число значення.
Кодування - це операція переказу за певними правилами формального об'єкта, вираженого сукупністю кодових символів одного алфавіту, у формальний об'єкт, виражений символами іншого алфавіту. При кодуванні в якості символів використовують букви алфавіту, цифри в певній системі числення і різні умовні знаки. Найбільш широко застосовується числове кодування.
Цифрова вимірювальна техніка має такі переваги порівняно з аналоговою:
незначні похибки відліку завдяки усуненню суб'єктивних впливів (паралакса, втоми, психофізіологічних особливостей операторів);
швидка і проста реєстрація виміряних значень (запис, друк, запам'ятовування);
зручність контролю за технологічним процесом шляхом підключення до центрального контрольно-вимірювального пункту і використання керуючої обчислювальної машини;
забезпечення автоматизації технологічного процесу (вимірювання, управління, регулювання) шляхом підключення до керуючої обчислювальної машині, що працює в реальному масштабі часу;
простота корекції похибок вимірювань з використанням відповідних підпрограм в електронних обчислювальних пристроях.
На рис. 3.18 наведені принципові структури аналогових і цифрових вимірювальних систем.
Похибка вимірювань при використанні цифрових вимірювач-
них приладів (не пов'язана з похибками, що викликаються окремими вимірювальними ланками) залежить від найменшого кроку квантування.
Изме- які вимірюються об'єкт |
Аналогова вимі- ється ве- личина X e (t) |
Аналоговий первинний перетворювач |
Аналогове пристрій, що погодить |
Аналогове пристрій виведення даних |
Виміряне значення в аналоговій формі X a (t) |
Виміряне значення в цифровій формі X aq (t) |
Блок обробки результатів вимірювань |
Изме- які вимірюються об'єкт |
Аналогова вимі- ється ве- личина X e (t) |
Аналоговий або цифровий первинний перетворювач |
Цифрове пристрій, що погодить |
Цифровий пристрій виведення даних |
Виміряне значення в цифровій формі X aq (t) |
Блок обробки результатів вимірювань |
Аналоговия вимірювальна система |
Аналоговия вимірювальна система |
Оператор |
Рис. 3.18. Принципові структури аналогових і цифрових вимірювальних систем [46]
Цифрові вимірювальні прилади можуть бути з аналого-цифровим перетворенням: на вході системи (чисто цифрові вимірювальні системи) характеризуються тим, що аналого-цифровий перетворювач одночасно є первинним вимірювальним перетворювачем; на виході; проміжне (безперервне перетворення величин в цифрові).
Найбільш часто використовувані на практиці вимірювальні системи з аналого-цифровим перетворенням на вході містять первинні перетворювачі лінійних та кутових величин, а також перетворювачі частоти.
Цифрові вимірювальні системи з аналого-цифровим перетворенням на виході системи характеризуються тим, що аналого-цифровий перетворювач підключається до аналогового пристрій, що погодить (підсилювача, фільтру, вирішального пристрою і т. д.). Зазвичай для цього застосовують аналого-цифрові перетворювачі.
У цифрових вимірювальних системах з проміжним перетворенням безперервних величин в цифрові аналого-цифровий перетворювач розташовується між аналоговим первинним перетворювачем і цифровим согласующим пристроєм (підсилювачем, фільтром, вирішальним пристроєм і т.д.) і цифрові сигнали на виході узгоджувального пристрою знову перетворюються в аналогові сигнали, наприклад, для управління процесом за допомогою гібридної аналого-цифрової техніки.
Первинний перетворювач сприймає безпосередньо або побічно вимірювану величину і формує інформативний параметр вимірювального сигналу. Добре зарекомендували себе цифрові вимірювальні перетворювачі довжин і кутів, а також квазіціфровие частотні вимірювальні перетворювачі. Поряд з ними знаходять застосування цифрові вимірювальні перетворювачі зусилля в переміщення.
3.11. Розрахунок точності кінематичних ланцюгів
У різних галузях машинобудування та приладобудування застосовують механізми і механічні передачі, до яких пред'являються вимоги кінематичної точності. Під кінематичної точністю механізму або передачі розуміється сувора погодженість рухів (переміщень, швидкостей або прискорень) відомого та ведучого ланок кінематичного ланцюга. В одних механізмах вимоги ставляться до кутових поворотів ланок, в інших - до узгодженості кутових поворотів і лінійних переміщень.
Помилкою механізму, що характеризує його точність, називають відхилення дійсного значення його вихідного параметра від розрахункового (ідеального) значення. Помилки механізмів виникають, головним чином, внаслідок наближеності обраної схеми, технологічної неточності виготовлення ланок і елементів кінематичних пар, неточності монтажу, зносу тертьових елементів, зовнішніх силових впливів, внутрішніх силових явищ у механізмах при їх русі і відмінності умов експлуатації (наприклад, температури і вологості навколишнього середовища) від номінальних.
Залежно від характеру зв'язків між вихідними і вхідними параметрами, тобто виду рівнянь, що описують поведінку кінематичного ланцюга, розрізняють кінематичні і динамічні помилки механізмів.
Кінематична помилка механізму визначається в основному його первинними помилками, до яких відносять відхилення розмірів елементів кінематичних пар, їх форми і розташування від ідеальних. До первинних помилок належать:
1. Помилка схеми (структурна помилка) механізму виникає в тому випадку, якщо замість ідеального обраний теоретичний механізм з більш простою схемою, ніж потрібно. Так роблять для поліпшення експлуатаційних якостей механізму, тобто, щоб його помилка була меншою, ніж помилка механізму з ідеальною, але більш складною схемою.
2. Помилка положення механізму - відхилення положень ведених ланок дійсного і відповідного йому ідеального механізму при однакових положеннях з провідних ланок. Якщо ж ведуча ланка дійсного механізму займе неправильне положення, то відповідне відхилення положення його веденого ланки називають помилкою положення веденого ланки, або кінцевої помилкою механізму.
3. Помилка переміщення механізму, під якою розуміють різницю переміщень ведених ланок дійсного й ідеального механізмів при однакових переміщеннях їх провідних ланок.
4. Мертвий хід - це помилка, з'являється для одного і того ж положення провідної ланки, але при різному напрямку його руху. Ця помилка істотно впливає на точність механічних систем з реверсивним рухом. Мертвий хід виникає внаслідок зазорів в кінематичних парах або пружної деформації ланок.
Ясно, що результуюча точність будь-якої складної механічної системи в кінцевому рахунку визначається точністю складових її простих.
Методи визначення помилок механізмів. За формою методи вирішення завдань точностних аналізу і синтезу механізмів можуть грунтуватися на різних наближеннях, в тому числі теоретико-імовірнісних. Відомі такі методи:
1. Аналітичні - найбільш прийнятні для тих механізмів, для яких легко вивести функцію положення і обчислити приватні похідні без необхідності враховувати помилки взаємного розташування і форми елементів кінематичних пар.
2. Метод перетвореного механізму зручний для плоских механізмів з нижчими парами, у яких основний вплив на точність надають помилки розмірів ланок. Він дуже наочний і досить точний при інженерних розрахунках.
3. Метод планів малих переміщень застосовується для тих же механізмів, що і попередній метод.
4. Метод відносних помилок зручний для важільних і фрикційних механізмів, що спрощує вирішення багатьох завдань.
5. Метод плеча і сили застосуємо до швидкодіючим лічильно-вирішальним пристроям з зубчастими і кулачковими механізмами, на точність яких істотно впливають помилки взаємного розташування і форми елементів кінематичних пар.
Аналітичний (диференціальний) метод. Існує кілька підходів до вирішення цього завдання. Розглянемо рішення, викладене в [17], для механізмів з голономнимі зв'язками, в яких обмежені можливі переміщення ланок, але не обмежені швидкості точок.
В ідеальному механізмі з функціональними залежностями, що не містять диференціальних операцій, координата вихідного (веденого) ланки може бути представлена функцією
Y0 = Y0 (j, q1, Q2, ..., qn),
Y0 - координата вихідної ланки ідеального механізму; j - координата вхідної ланки; qi - значення метричних параметрів ланок, які повністю визначають розміри, форму і взаємне розташування ланок механізму.
Положення веденого ланки дійсного механізму визначається координатою
Y = Y0 + DYвм = Y (j + Dj, q1 + Dq1, ..., qn + Dqn), (3.16)
де DYвм - помилка положення веденого ланки дійсного механізму; Dj - помилка положення ведучої ланки.
Помилки Dqi зазвичай не більше допусків на розміри ланок і, отже, малі в порівнянні із значеннями параметрів qi.
Після розкладання функції (3.16) в ряд Тейлора і, обмежуючись тільки нульовими і лінійними його членами, отримаємо:
звідки знайдемо наближене вираження для помилки положення веденого ланки дійсного механізму:
Індекс 0 у приватних похідних вказує на те, що вони повинні обчислюватись для ідеальних (точних) значень параметрів qi і узагальненої координати j.
Формула (3.17) справедлива для дійсного механізму, що має первинні помилки, але виконаного за ідеальною схемою. У загальному ж випадку параметр DYвм залежить також і від структурної помилки механізму:
де DYс = Yт - Y0 - помилка схеми; Yт - функція положення теоретичного механізму; Y0 - функція положення ідеального механізму.
Помилка положення дійсного механізму з ідеальною схемою
З формули (3.17) випливає, що помилка положення веденого ланки механізму дорівнює сумі помилок, що викликаються кожної первинної помилкою окремо. Внаслідок цієї незалежності дії первинних помилок обчислення сумарної помилки положення механізму або положення його веденого ланки не представляє складності. Лише для деяких механізмів обчислення приватних похідних (¶ Y / ¶ qi) 0 громіздко і тоді більш кращим може бути графоаналітичний метод визначення помилок.
Первинні помилки можуть бути скалярними (помилки довжин ланок), люфтовимі (переміщення ланок внаслідок зазорів в кінематичних парах) і векторними (ексцентриситети обертових ланок, перекоси осей шарнірів і поступальних пар). Тому результуюча (сумарна) помилка положення механізму
де індекси i, j і n відносяться відповідно до люфтовим, скалярним і векторним помилок.
Для кількох однотипних реальних механізмів всі первинні помилки Dqi, Dqj Dqn будуть незалежними і випадковими. Те ж можна сказати і стосовно всіх приватних похідних. Таким чином, приватні помилки, як складові результуючої помилки серії однотипних механізмів, розсіюються в своїх значеннях, підкоряючись тим чи іншим законам розподілу ймовірностей. Великий практичний інтерес представляє перевірочний розрахунок результуючої помилки серії механізмів теоретико-імовірнісним методом, якщо граничні відхилення (допуски) первинних помилок і закони їх розподілу відомі.
Оскільки приватні похідні - не випадкові величини та їх значення відомі для кожного положення механізму, помилки DY визначають на основі властивостей математичного сподівання М і середнього квадратичного відхилення s:
Інші варіанти аналітичного розрахунку точності кінематичного ланцюга викладені, наприклад, в [2], [20] та інших
З методомі перетвореного механізму, планів малих переміщень і відносних помилок можна познайомитися в [17].
PAGE \ # "'Стор:' # '
'"[K1] Вилучено слова« продажу і прокату »
'"[K1] Вилучено слова« продажу і прокату »
PAGE \ # "'Стор:' # '
'"[K2] Вилучено слова« продажу і прокату »
'"[K2] Вилучено слова« продажу і прокату »
2.1. Розмірність твори кількох величин дорівнює добутку їх розмірностей. Так, якщо залежність між значеннями величин Q, А, В, С має вигляд Q = А × В × С, то
dim Q = dim A × dim B × dim C.
2.2. Розмірність приватного при розподілі однієї величини на іншу дорівнює відношенню їх розмірностей, тобто якщо Q = А / В, то
dim Q = dim A / dim B.
2.3. Розмірність будь-якої величини, зведеної в деяку ступінь, дорівнює її розмірності в тій же мірі. Так, якщо Q = Аn, то
dim Q =
Наприклад, якщо швидкість визначати за формулою V = l / t, то dim V = dim l / dim t = L / Т = LТ-1. Якщо сила за другим законом Ньютона F = m × а, де а = V / t - прискорення тіла, то dim F = dim m × dim а = МL/Т2 = MТ-2.
Таким чином, завжди можна висловити розмірність похідної фізичної величини через розмірності основних фізичних величин за допомогою степеневого Одночлен:
dim Q = LaMbTg ...,
де L, М, Т,. . . - Розмірності відповідних основних фізичних величин; a, b, g, ... - показники розмірності. Кожен з показників розмірності може бути позитивним чи негативним, цілим або дробовим числом, нулем. Якщо всі показники розмірності дорівнюють нулю, то така величина називається безрозмірною. Вона може бути відносною, яка визначається як відношення однойменних величин (наприклад, відносна діелектрична проникність), і логарифмічної, що визначається як логарифм відносної величини (наприклад, логарифм відношення потужностей або напруги). У гуманітарних науках, мистецтві, спорті, кваліметрії, де номеклатура основних величин не визначена, теорія розмірностей не знаходить поки ефективного застосування.
Розмір вимірюваної величини є кількісною її характеристикою. Отримання інформації про розмір фізичної або нефи-зической величини є змістом будь-якого вимірювання.
У теорії вимірювань прийнято, в основному, розрізняти п'ять типів шкал: найменувань, порядку, різниць (інтервалів), відносин і абсолютні.
Шкали найменувань характеризуються лише ставленням еквівалентності (рівності). Прикладом такої шкали є поширена класифікація (оцінка) кольору з найменувань (атласи квітів до 1000 найменувань).
Шкали порядку - це розташовані в порядку зростання або зменшення розміри вимірюваної величини. Розстановка розмірів у порядку їх зростання або убування з метою отримання вимірювальної інформації за шкалою порядку називається ранжируванням. Для полегшення вимірювань за шкалою порядку деякі точки на ній можна зафіксувати в якості опорних (реперних). Недоліком реперних шкал є невизначеність інтервалів між реперними точками. Тому бали не можна складати, обчислювати, перемножувати, ділити і т.п. Прикладами таких шкал є: знання студентів за балами, землетруси по 12 бальній системі, сила вітру за шкалою Бофорта, чутливість плівок, твердість за шкалою Мооса і т.д.
Шкали різниць (інтервалів) відрізняються від шкал порядку тим, що за шкалою інтервалів можна вже судити не тільки про те, що розмір більше іншого, але і на скільки більше. За шкалою інрервалов можливі такі математичні дії, як додавання і віднімання. Характерним прикладом є шкала інтервалів часу, оскільки інтервали часу можна підсумувати або віднімати, але складати, наприклад, дати будь-яких подій не має сенсу.
Шкали відносин описують властивості, до безлічі самих коли-кількісний проявів яких застосовні відносини еквівалентності, порядку і підсумовування, а отже, віднімання і множення. У шкалі відносин існує нульове значення показника властивості. Прикладом є шкала довжин. Будь-яке вимірювання за шкалою відносин полягає в порівнянні невідомого розміру з відомим та вираженні першого через другий у кратному або Дольному відношенні.
Абсолютні шкали володіють всіма ознаками шкал відносин, але в них додатково існує природне однозначне визначення одиниці виміру. Такі шкали відповідають відносним величинам (відносини однойменних фізичних величин, опісиваемах шкалами відносин). До таких величинам відносяться коефіцієнт посилення, ослаблення і т. п. Серед цих шкал існують шкали, значення яких знаходяться в межах від 0 до 1 (коефіцієнт корисної дії, відблиски і т.п.).
Вимірювання (порівняння невідомого з відомим) відбувається під впливом безлічі випадкових і невипадкових, адитивних (додається) і мультиплікативних (множимо) чинників, точний облік яких неможливий, а результат спільного впливу непередбачуваний.
Основний постулат метрології - відлік - є випадковим числом.
Математична модель вимірювання за шкалою порівняння має вигляд
де q-результат вимірювання (числове значення величини Q), Q - значення вимірюваної величини; [Q] - одиниця даної фізичної величини; V - маса тари (наприклад, при зважуванні), U - складова від адитивного впливу
Q = q × [Q] - U × [Q] - V. (3.2)
При одноразовому вимірюванні
Qi = qi × [Q] + qi, (3.3)де qi × [Q] - результат вимірювання (одноразового);
qi = - U × [Q] - V - сумарна поправка.
Значення вимірюваної величини при багаторазовому вимірі
3.3.2. Міжнародна система одиниць фізичних величин
Когерентна, або узгоджена Міжнародна система одиниць фізичних величин (SI) прийнята в 1960 р. XI Генеральною конференцією з мір та ваг. За цією системою передбачено сім основних одиниць (метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела і моль) і дві додаткові (для плоского кута радіан і для тілесного кута - стерадіан). Всі інші фізичні величини можуть бути отримані як виробниц-ні основних. Основні і додаткові одиниці системи SI наведено в табл 3.1.
Як еталон одиниці довжини затверджений метр, який дорівнює довжині шляху, прохідного світлом у вакуумі за 1/299.792.458 частку секунди.
Таблиця 3.1
Основні і додаткові одиниці системи SI| Величина | Одиниця | |||
| Найменування | Розмірність | Найменування | Позначення | |
| Міжнародне | Російське | |||
Основні | ||||
| Довжина | L | Метр | m | м |
| Маса | M | Кілограм | kg | кг |
| Час | T | Секунда | s | з |
| Сила електричного струму | I | Ампер | A | А |
| Термодинамічна температура | q | Кельвін | K | До |
| Кількість речовини | N | Моль | mol | моль |
| Сила світла | J | Кандела | cd | кд |
Додаткові | ||||
| Плоский кут | Радіан | rad | радий | |
| Тілесний кут | Стерадіан | cr | ср | |
За одиницю часу прийнята секунда, рівна 9.192.631.770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Еталоном одиниці сили струму прийнятий ампер - сила незмінним-щегося в часі електричного струму, який, протікаючи у вакуумі за двома паралельними прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно малої площі круглого поперечного перерізу, розташованим один від одного на відстані 1 м, створює на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії 2 × 10-7 М.
Одиницею термодинамічної температури є кельвін, що становить 1 / 273, 16 частина термодинамічної температури потрійної точки води.
За еталон кількості речовини прийнятий моль - кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів часток, скільки атомів міститься в 12 г вуглецю-12 (1 моль вуглецю має масу 2 г, 1 моль кисню - 32 г, а 1 моль води - 18 г ).
Еталон одиниці світла - кандела - представляє собою силу світла в заданому напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540 × 1012 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1 / 683 Вт / ср
Радіан дорівнює куту між двома радіусами кола, дуга між якими по довжині дорівнює радіусу.
Стерадіан дорівнює тілесному куті з вершиною в центрі сфери, вирізані на поверхні сфери площа, рівну площі квадрата зі стороною, по довжині дорівнює радіусу сфери.
3.3.3. Методи вимірювань
Вимірювання - отримання інформації про розмір фізичної або нефізичної величини.
При вимірах доводиться мати справу з різними фізичними величинами: дискретними і безперервними, випадковими і невипадковими, постійними і змінними, залежними і незалежними.
Метод вимірювання (за ГОСТом 16263-70) - це сукупність прийомів використання принципів і засобів вимірювань, при яких відбувається процес вимірювання.
1) За характером залежності вимірюваної величини від часу вимірювання методи вимірювань поділяються на:
статичні, при яких вимірювана величина залишається постійною в часі;
динамічні, у процесі яких вимірювана величина змінюється і є непостійною у часі.
Статичними вимірами є, наприклад, вимірювання розмірів тіла, постійного тиску; динамічними - вимірювання пульсуючих тисків, вібрацій.
2) За способом отримання результатів вимірювань (виду рівняння вимірювань) методи вимірювань поділяють на прямі, непрямі, сукупні і спільні.
При прямому вимірюванні шукане значення величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних, наприклад, вимір кута кутоміром або вимірювання діаметра штангенциркулем.
При непрямому вимірюванні шукане значення величини визначають на підставі відомої залежності між цією величиною і величинами, піддається прямому вимірам, наприклад, визначення середнього діаметру різьби за допомогою трьох зволікань або кута за допомогою синусної лінійки.
Спільними називають вимірювання, вироблені одночасно (прямі або непрямі) двох або декількох неодноіменних величин. Метою спільних вимірів є знаходження функціональної залежності між величинами, наприклад, залежності довжини тіла від температури, залежності електричного опору провідника від тиску і т.п.
Сукупні - це такі вимірювання, в яких значення вимірюваних величин знаходять за даними повторних вимірювань однієї або декількох однойменних величин при різних поєднаннях заходів або цих величин. Результати сукупних вимірювань знаходять шляхом розв'язання системи рівнянь, що складаються за результатами декількох прямих вимірювань. Наприклад, сукупними є вимірювання, при яких маси окремих гир набору знаходять за відомою масою однієї з них і за результатами прямих порівнянь мас різних сполучень гир.
3) За умовами, що визначає точність результату вимірювання, методи діляться на три класи.
Вимірювання максимально можливої точності, досяжною при існуючому рівні техніки. До них відносяться в першу чергу еталонні вимірювання, пов'язані з максимально можливою точністю відтворення встановлених одиниць фізичних величин, і, крім того, вимірювання фізичних констант, перш за все універсальних (наприклад, абсолютного значення прискорення вільного падіння та ін.)
До цього ж класу відносяться і деякі спеціальні вимірювання, які вимагають високої точності.
Контрольно-перевірочні вимірювання, похибка яких з певною ймовірністю не повинна перевищувати деякий задане значення. До них відносяться вимірювання, що виконуються лабораторіями дер-ного нагляду за впровадженням і дотриманням стандартів і станом вимірювальної техніки і заводськими вимірювальними лабораторіями з похибкою заздалегідь заданого значення.
Технічні вимірювання, в яких похибка результату визначається характеристиками засобів вимірів. Прикладами технічних вимірювань є вимірювання, що їх у процесі виробництва на машинобудівних підприємствах, на щитах розподільних пристроїв електричних станцій і ін
4) За способом отримання значень вимірюваних величин розрізняють два основних методи вимірювань: метод безпосередньої оцінки та метод порівняння з мірою.
Метод безпосередньої оцінки - метод вимірювання, при якому значення величини визначають безпосередньо по відлікового пристрою вимірювального приладу прямої дії (наприклад, вимір довжини за допомогою лінійки або розмірів деталей мікрометром, кутоміром і т.д.).
Метод порівняння з мірою - метод вимірювання, при якому вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою. Наприклад, для вимірювання діаметра калібру мікрокатором встановлюють на нуль по блоку кінцевих мір довжини, а результати вимірювання отримують по відхиленню стрілки мікрокатором від нуля, тобто порівнюється вимірювана величина з розміром блоку кінцевих мір. Про точність розміру судять по відхиленню стрілки мікрокатором щодо нульового положення.
Існують кілька різновидів методу порівняння:
метод протиставлення, при якому вимірювана величина і величина, відтворена мірою, одночасно впливають на прилад порівняння;
диференціальний метод, при якому вимірювану величину порівнюють з відомою величиною, що відтворюється мірою. Цим методом, наприклад, визначають відхилення контрольованого діаметра деталі на оптіметри після його налаштування на нуль по блоку кінцевих мір довжини;
нульової метод, при якому результуючий ефект впливу величин на прилад порівняння доводять до нуля. Подібним методом вимірюють електричний опір за схемою моста з повним його зрівноважуванням;
метод збігів, при якому різниця між вимірюваною величиною і величиною, що відтворюється мірою, визначають, використовуючи збіги відміток шкал або періодичних сигналів (наприклад, при вимірюванні штангенциркулем використовують збіг відміток основної та нониусной шкал).
5) При вимірі лінійних величин незалежно від розглянутих методів розрізняють контактний і безконтактний методи вимірювань.
6) За способом вираження результатів вимірювань розрізняють абсолютні та відносні вимірювання.
Абсолютний вимір засновано на прямих вимірюваннях величини та (або) використанні значень фізичних констант, наприклад, вимір розмірів деталей щтангенціркулем або мікрометром.
При відносних вимірах величину порівнюють з однойменної, що грає роль одиниці або прийнятої за вихідну, наприклад, вимір діаметра обертається деталі по числу обертів маю справу-щегося з нею атестованого ролика.
7) У залежності від сукупності вимірюваних параметрів виробу розрізняють поелементний і комплексний методи вимірювання.
Поелементний метод характеризується вимірюванням кожного параметра виробу окремо (наприклад, ексцентриситету, овальність, ограновування циліндричного валу).
Комплексний метод характеризується вимірюванням сумарного показника якості, на який впливають окремі його складові (наприклад, вимір радіального биття циліндричної деталі, на яку впливають ексцентриситет, овальність і ін.)
8) Залежно від вимірювальних засобів, що використовуються в процесі вимірювання, розрізняють інструментальний, експертний, евристичний і органолептичний методи вимірювань.
Інструментальний метод заснований на використанні спеціальних технічних засобів, у тому числі автоматизованих і автоматичних.
Експертний метод заснований на використанні даних декількох фахівців. Широко застосовується в кваліметрії, спорті, мистецтві, медицині.
Евристичні вимірювання засновані на інтуїції. Широко використовується спосіб попарного зіставлення, коли вимірювані величини спочатку порівнюються між собою попарно, а потім здійснюється ранжування на підставі результатів цього порівняння.
Органолептичні вимірювання засновані на використанні органів чуття людини (дотику, обанянія, зору, слуху і смаку). Часто використовуються вимірювання на основі вражень (конкурси майстрів мистецтв, змагання спортсменів).
3.3.4. Види контролю
Контроль - це процес отримання та обробки інформації про об'єкт (параметрі деталі, механізму, процесу і т. д.) з метою визначення його придатності або необхідності введення керуючих впливів на фактори, що впливають на об'єкт.Класифікація видів контролю [49]
1) По можливості (або неможливості) використання продукції після виконання контрольних операцій розрізняють неруйнівний і руйнуючий контроль.
При неруйнівному контролі відповідність контрольованого розміру (або значення) нормі визначається за результатами взаємодії різних фізичних полів і випромінювань з об'єктом контролю. Інтенсивність полів і випромінювань вибирається такий, щоб не тільки не про-виходило руйнувань об'єкта контролю, але і не змінювалися його властивості під час контролю. У залежності від природи фізичних полів і випромінювань види неруйнівного контролю поділяються на такі групи: акустичні, радіаційні, оптичні, радіохвильові, теплові, магнітні, вихрові, електричні, проникаючих речовин.
При руйнівному контролі визначення відповідності (або невідповідності) контрольованого розміру (або значення) нормі супроводжується руйнуванням вироби (об'єкта контролю), наприклад, при перевірці вироби на міцність.
2) За характером розподілу за часом розрізняють безперервний, періодичний і летючий контроль.
Безперервний контроль полягає в безперервній перевірці відповідності контрольованих розмірів (або значень) нормам протягом усього процесу виготовлення або певної стадії життєвого циклу.
При періодичному контролі вимірювальну інформацію отримують періодично через встановлені інтервали часу t. Період контролю t може бути як менше, так і більше часу однієї технологічної операції tоп. Якщо t = tоп, то періодичний контроль стає операційним (або післяопераційним).
Летючий контроль проводять у випадкові моменти часу.
3) В залежності від виконавця контроль поділяється на: самоконтроль, контроль майстром, контроль ВТК (відділом технічного контролю) та інспекційний контроль (спеціально уповноваженими представниками). Інспекційний контроль в залежності від того, яка організація уповноважила представника проводити контроль поділяється на: відомчий, міжвідомчий, позавідомчий, державний (виконуваний контролерами Держстандарту).
4) За стадії технологічного (виробничого) процесу відрізняють вхідний, операційний і приймальний (приймально-здавальні) контроль.
Вхідному контролю піддають сировину, вихідні матеріали, напівфабрикати, комплектуючі вироби, технічну документацію тощо, інакше кажучи, все те, що використовується при виробництві продукції або її експлуатації.
Операційний контроль ще незавершеної продукції проводиться на всіх операціях виробничого процесу.
Приймальний контроль готових, складальних і монтажних одиниць здійснюється в кінці технологічного процесу.
5) За характером впливу на хід виробничого (технологічного) процесу контроль ділиться на активний і пасивний.
При активному контролі його результати безупинно використовуються для управління технологічним процесом. Можна сказати, що активний контроль суміщений з виробничим процесом в єдиний контрольно-технологічний процес. Як правило, він виконується автоматично.
Пасивний контроль здійснюється після завершення якої окремої технологічної операції, або всього технологічного циклу виготовлення деталі або виробу. Він може бать ручним, автоматизованим і автоматичним.
6) В залежності від місця проведення розрізняють рухливий і стаціонарний контроль.
Рухомий контроль проводиться безпосередньо на робочих місцях, де виготовляється продукція (біля верстата, на складальних і настроювальних стендах і т.д.).
Стаціонарний контроль проводиться на спеціально обладнаних робочих місцях. Він застосовується при необхідності створення спеціальних умов контролю; за наявності можливості включення в технологічний цикл стаціонарного робочого місця контролера; при використанні засобів контролю, які застосовуються тільки в стаціонарних умовах; при великосерійному і масовому виробництві.
7) По об'єкту контролю відрізняють контроль якості продукції, що випускається, товарної та супровідної документації, технологічного процесу, засобів технологічного оснащення, проходження рекламації, дотримання умов експлуатації, а також контроль технологічної дисципліни та кваліфікації виконавців.
8) За кількістю вимірювань відрізняють одноразовий і багаторазовий контроль.
9) За способом відбору виробів, що підлягає контролю, відрізняють суцільний і вибірковий контроль.
Суцільний (стовідсотковий) контроль всіх без винятку виготовлених виробів застосовується при індивідуальному і дрібносерійному виробництві, на стадії освоєння нової продукції, по аварійних параметрами (розмірами), при селективній зборці.
Вибірковий контроль проводиться у всіх інших випадках, найчастіше при великосерійному і масовому виробництві. Для скорочення витрат на контроль великої партії виробів (яку в математичній статистиці прийнято називати генеральною сукупністю) контролю піддається тільки частина партії - вибірка, формована за певними правилами, що забезпечує випадковий набір виробів. Якщо число бракованих виробів у вибірці перевищує встановлену норму, то вся партія (генеральна сукупність) бракується.
Детальніше про вибірковий приймальному і поточному контролі викладено в [48].
3.3.5. Методика виконання вимірювань
Основна втрата точності при вимірах відбувається не за рахунок можливої метрологічної несправності застосовуваних засобів вимірювань, а в першу чергу за рахунок недосконалості методів і методик виконання вимірювань.
У цілому точність вимірювання залежить від: точності застосовуваного засоби вимірювання; точності методу вимірювання; впливу зовнішніх факторів. Наприклад, при вимірюванні маси матеріалу, що рухається по транспортеру, точність базового пристрою звичайно в 10 - 20 разів вище загальної точності зважування маси; при перевірці ртутних термометрів слід враховувати точність "зчитування" показань.
Під методикою вимірювання розуміють сукупність методів, засобів, процедур, умов підготовки та проведення вимірювань, а також правил обробки експериментальних даних при виконанні конкретних вимірювань.За законом РФ "Про забезпечення єдності вимірювань" вимірювання повинні здійснюватися у відповідності з атестованими в установленому порядку методиками.
Розробка методик виконання вимірювань повинна включати:
аналіз технічних вимог до точності вимірювань, викладених у стандарті, технічних умов або технічних завдань;
визначення конкретних умов проведення вимірювань;
вибір випробувального та допоміжного обладнання, а також засобів вимірювань;
розроблення за необхідності нестандартних засобів вимірювань;
дослідження впливу умов проведення вимірювань та підготовки піддослідних об'єктів до вимірювань;
визначення порядку підготовки засобів вимірювань до роботи, послідовності і кількості вимірювань;
розробку або вибір алгоритму обробки експериментальних даних і правил оформлення результатів вимірювання.
Нормативно-технічними документами (НТД), що регламентують методику виконання вимірювань є:
1. Державні стандарти або методичні вказівки Держстандарту Росії за методиками виконання вимірювань. Стандарт розробляється в тому випадку, якщо застосовані засоби вимірювань внесені до Державного реєстру засобів вимірювань.
2. Галузеві методики виконання вимірювань, що використовуються в одній галузі.
3. Стандарти підприємств на методики виконання вимірювань, які використовуються на одному підприємстві.
У НД на методики виконання вимірювань передбачаються: норми точності вимірювань; специфіка вимірюваної величини (діапазон, найменування продукції і т.д.); максимальна автоматизація вимірювань і обробки даних.
Методики виконання вимірювань перед їх введенням в дію повинні бути атестовані або стандартизовані. Атестація включає в себе: розробку і затвердження програми атестації; виконання досліджень відповідно до програми, складання та оформлення звіту про атестацію; оформлення атестата методики виконання вимірювань.
При атестації повинна бути перевірена правильність обліку всіх факторів, що впливають на точність вимірювань, встановлено достовірність їх результатів. Атестацію методик виконання вимірювань проводять державні та відомчі метрологічні служби. При цьому державні метрологічні служби проводять атестацію методик особливо точних, відповідальних вимірювань, а також вимірювань, проведених в організаціях Держстандарту Росії.
Стандартизація методик застосовується для вимірювань, широко застосовуються на підприємствах.Методики виконання вимірювань періодично переглядаються з метою їх удосконалення.
3.4. Засоби вимірювань
Засіб вимірювання - це технічний пристрій, що використовується при вимірах і має нормовані метрологічні властивості.
3.4.1. Види засобів вимірювань
Технічні пристрої, призначені для виявлення (індикації) фізичних властивостей, називаються індикаторами (стрілка компаса, лакмусовий папір). За допомогою індикаторів установлюється тільки наявність вимірюваної фізичної величини, яка нас цікавить властивості матерії.
З метрологічного призначенням кошти вимірювань поділяються на зразкові і робочі.
Зразкові призначені для повірки по них інших засобів вимірювань як робочих, так і зразкових менш високої точності.
Робочі засоби вимірювань призначені для вимірювання розмірів величин, необхідних у різноманітної діяльності людини.
Сутність поділу засобів вимірювань на зразкові і робочі полягає не в конструкції і не в точності, а в їх призначенні.
До засобів вимірювання відносяться:
1. Заходи, призначені для відтворення фізичної величини заданого розміру. Розрізняють однозначні і багатозначні заходи, а також набори заходів (гирі, кварцові генератори і т. п.). Заходи, які відтворюють фізичні величини одного розміру, називаються однозначними. Багатозначні заходи можуть відтворювати ряд розмірів фізичної величини, часто навіть безперервно заповнюють певний проміжок між визначеними межами. Найбільш поширеними багатозначними заходами є міліметрова лінійка, варіометр і конденсатор змінної ємності.
У наборах і магазинах окремі заходи можуть об'єднуватися в різних поєднаннях для відтворення деяких проміжних або сумарних, але обов'язково дискретних розмірів величин. У магазинах об'єднані в одне ціле механічне, забезпечене спеціальними перемикачами, які пов'язані з відліковими пристроями. На противагу цьому набір складається зазвичай з декількох заходів, які можуть виконувати свої функції, як окремо, так і в різних поєднаннях один з одним (набір кінцевих мір довжини, набір гир, набір заходів добротності й індуктивності і т. д.).
Порівняння з мірою виконують за допомогою спеціальних технічних засобів - компараторів (равноплечій ваги, вимірювальний міст і т. п.).
До однозначним заходів належать також зразки і зразкові речовини. Стандартні зразки складу та властивостей речовин і матеріалів є спеціально оформлені тіла або проби речовини визначеного і строго регламентованого змісту, одна з властивостей яких за певних умов є величиною з відомим значенням. До них відносяться зразки твердості, шорсткості, білій поверхні, а також стандартні зразки, що використовуються при перевірці приладів для визначення механічних властивостей матеріалів. Зразкові речовини відіграють велику роль у створенні реперних точок при здійсненні шкал. Наприклад, чистий цинк служить для відтворення температури 419,58 ° С, золото - 1064,43 ° С.
У залежності від похибки атестації заходи розподіляються на розряди (заходи 1, 2-го і т. д. розрядів), а похибка заходів є основою їх поділу на класи. Заходи, яким присвоєно той чи інший розряд, застосовуються для повірки вимірювальних засобів і називаються зразковими.
2. Вимірювальні перетворювачі - це засоби вимірювань, переробні вимірювальну інформацію у форму, зручну для подальшого перетворення, передачі, зберігання та обробки, але, як правило, не доступну для безпосереднього сприйняття спостерігачем (термопари, вимірювальні підсилювачі та ін.)
Перетворюються величина називається вхідний, а результат перетворення - вихідний величиною. Співвідношення між ними задається функцією перетворення (статичною характеристикою). Якщо в результаті перетворення фізична природа величини не змінюється, а функція перетворення є лінійною, то перетворювач називається масштабним, або підсилювачем, (підсилювачі напруги, вимірювальні мікроскопи, електронні підсилювачі). Слово "підсилювач" зазвичай вживається з визначенням, яке приписується йому в залежності від роду перетворюється величини (підсилювач напруги, гідравлічний підсилювач) або від виду одиничних перетворень, що відбуваються в ньому (ламповий підсилювач, струменевий підсилювач). У тих випадках, коли в перетворювачі вхідна величина перетворюється в іншу за фізичну природу величину, він одержує назву за видами цих величин (електромеханічний, пневмоемкостний і так далі).
За місцем, яке посідають в приладі, перетворювачі поділяються на (рис. 3.1): первинні, до яких підводиться безпосередньо вимірювана фізична величина; передавальні, на виході яких утворюються величини, зручні для їх реєстрації та передачі на відстань; проміжні, які займають у вимірювального ланцюга місце після первинних.
3. Вимірювальні прилади відносяться до засобів вимірювань, що призначений для одержання вимірювальної інформації про величину, що підлягає вимірюванню, у формі, зручній для сприйняття спостерігачем.
Найбільшого поширення набули прилади прямої дії, при використанні яких вимірювана величина піддається ряду послідовних перетворень в одному напрямку, тобто без повернення до вихідної величини. До приладів прямої дії відноситься більшість манометрів, термометрів, амперметрів, вольтметрів і т. д.
Значно більшими точносних можливостями мають прилади порівняння, призначені для порівняння вимірюваних величин з величинами, значення яких відомі. Порівняння здійснюється за допомогою компенсаційних або мостових ланцюгів. Компенсаційні ланцюги застосовуються для порівняння активних величин, тобто несуть у собі певний запас енергії (сил, тисків і моментів сил, електричних напруг і струмів, яскравості джерел випромінювання і т. д.). Порівняння проводиться шляхом зустрічного включення цих величин в єдиний контур і спостереження їх різницевого ефекту. За цим принципом працюють такі прилади, як равноплечій і неравноплечіе ваги (порівняння на важелі силових ефектів дії мас), вантажопоршневі і грузопружінние манометричні в вакуумметричного прилади (порівняння на поршні силових ефектів вимірюваного тиску і заходів маси) і ін
Для порівняння пасивних величин (електричні, гідравлічні, пневматичні та інші опору) застосовуються мостові ланцюги типу електричних врівноважених або неврівноважених мостів. Звичайно, пасивні величини можуть бути спочатку перетворені в активні або навпаки і порівнюватися відповідно в компенсаційних або мостових ланцюгах.
За способом відліку значень вимірюваних величин прилади поділяються на показують, в тому числі аналогові і цифрові, і на реєструючі.
Найбільшого поширення набули аналогові прилади, відлікові пристрої яких складаються з двох елементів - шкали і покажчика, причому один з них пов'язаний з рухомою системою приладу, а інший - з корпусом. У цифрових приладах відлік здійснюється за допомогою механічних, електронних або інших цифрових відлікових пристроїв. Цифрові прилади прямої дії застосовуються найчастіше в тих випадках, коли вимірювана величина попередньо легко перетворюється в кут повороту деякого валу (лопатеві лічильники) або в послідовність імпульсів (реєстрація радіоактивних випромінювань).
За способом запису вимірюваної величини, реєструючі прилади поділяються на самописні та друкувальні. У самописних приладах (наприклад, барограф або шлейфових осцилограф) запис свідчень представляє собою графік або діаграму. У друкуючих приладах інформація про значення вимірюваної величини видається в числовій формі на паперовій стрічці.
Автоматичні прилади порівняння випускаються частіше за все у вигляді комбінованих приладів, в яких шкального або цифровий відлік поєднується із записом на діаграмі або з друкуванням результатів вимірювань.
4. Допоміжні засоби вимірювань. До цієї групи відносяться засоби вимірювань величин, що впливають на метрологічні властивості інших коштів вимірювань при його застосуванні або повірку. Показання допоміжних засобів вимірювань використовуються для обчислення поправок до результатів вимірювань (наприклад, термометрів для вимірювання температури навколишнього середовища при роботі з вантажопоршневий манометрами) або для контролю за підтриманням значень впливають величин в заданих межах (наприклад, психрометрів для вимірювання вологості при точних інтерференційних вимірюваннях довжин) .
5. Вимірювальні установки. Для вимірювання будь-якої величини або одночасно декількох величин іноді буває недостатньо одного вимірювального приладу. У цих випадках створюють цілі комплекси розташованих в одному місці і функціонально об'єднаних один з одним засобів вимірювань (заходів, перетворювачів, вимірювальних приладів і допоміжних засобів), призначених для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем.
6. Вимірювальні системи - це засоби і пристрої, територіально роз'єднані і з'єднані каналами зв'язку. Інформація може бути представлена у формі, зручній як для безпосереднього сприйняття, так і для автоматичної обробки, передачі та використання в автоматизованих системах управління.
3.4.2. Вимірювальні сигнали [5]
У рамках єдиної вимірювальної системи інформація про значення фізичних величин передається від одного засобу вимірювання до іншого за допомогою сигналів.
Найбільш часто в якості сигналів використовуються:
сигнали постійного рівня (постійні електричні струми і напруги, тиск стисненого повітря, світловий потік);
синусоїдальні сигнали (змінний електричний струм або напруга);
послідовність прямокутних імпульсів (електричних або світлових).
Сигнал характеризується рядом параметрів. У першому випадку єдиним параметром сигналу є його рівень. Синусоїдальний сигнал характеризується своєю амплітудою, фазою та частотою, послідовність прямокутних імпульсів - амплітудою, фазою, частотою, шириною імпульсів або комбінацією імпульсів різного рівня протягом певного проміжку часу.
Для того, щоб вихідний сигнал став вимірювальним, необхідно один з його параметрів зв'язати функціональною залежністю з вимірюваною фізичною величиною. Параметр сигналу, обраний в якості такого, називається інформативним, а всі інші параметри - неінформативними. Процес перетворення вихідного сигналу в вимірювальний, тобто перетворення одного з параметрів вихідного сигналу, що генерується деяким джерелом, в інформативний параметр, називається модуляцією. У залежності від виду модуляції вимірювальні сигнали можна класифікувати наступним чином.
Сигнали постійного рівня характеризуються лише одним параметром і тому можуть бути модулирован тільки за рівнем. Рівень сигналу є при цьому мірою вимірюваної величини.
Синусоїдальні сигнали можуть бути модулювати по амплітуді, фазі або частоті. У залежності від того, який з цих параметрів сигналу є мірою вимірюваної величини, говорять про амплітудно-модульованих, фазомодулірованних або частотно-модульованих сигналах.
Послідовність прямокутних імпульсів може бути модулювати по амплітуді (амплітудно-імпульсно модульовані сигнали), за частотою (частотно-імпульсно модульовані сигнали), по фазі (фазоімпульсно модульовані сигнали) або по ширині імпульсів (широтно-імпульсно модульовані сигнали). Сигнал, в якому різним значенням вимірюваної величини поставлена у відповідність певна комбінація імпульсів різного рівня, називається кодоімпульсним, або цифровим.
Залежно від характеру зміни інформативного параметра сигналу за рівнем і в часі вимірювальні сигнали поділяються на:
безперервні за рівнем, або аналогові, якщо їх інформативний параметр може приймати будь-які значення в заданому діапазоні;
дискретні, або квантовані за рівнем, якщо їх інформативний параметр може приймати, лише деяке обмежене число значень в межах заданого інтервалу;
безперервні в часі, якщо вони існують протягом усього часу вимірювання і у будь-який момент може бути виведений на реєстрацію;
Дискретизований, або квантовані за часом, якщо вони несуть інформацію про значення вимірюваної фізичної величини, лише протягом деяких проміжків часу. До цієї групи відносяться, наприклад, всі види імпульсно-модульованих сигналів.
При аналізі вимірювальних сигналів їх прийнято описувати якими функціями часу, або з допомогою спектральних уявлень, заснованих на перетвореннях Фур'є і Лапласа.
3.4.3. Метрологічні показники засобів вимірювань
При виборі засобу вимірювання в залежності від заданої точності виготовлення деталей необхідно враховувати їх метрологічні показники. До них відносяться:
1. Довжина поділки шкали - це відстань між серединами двох сусідніх відміток (штрихів, крапок і т.п.) шкали.
2. Ціна поділки шкали - це різниця значень величин, що відповідають двом сусіднім відміткам шкали (у мікрометра вона дорівнює 0,01 мм).
3. Градуировочная характеристика - залежність між значеннями величин на виході і вході засоби вимірювань. Градуювальну характеристику знімають для уточнення результатів вимірювання. До них відносяться, наприклад, номінальна статична характеристика перетворення вимірювального перетворювача, номінальне значення однозначної заходи, межі і ціна ділення шкали, види і параметри цифрового коду засобів вимірювань, призначених для видачі результатів у цифровому коді.
4. Діапазон показань - область значень шкали, обмежена кінцевим і початковим значеннями шкали, тобто найбільшим і найменшим значеннями вимірюваної величини. Наприклад, для оптіметри ІКВ-3 діапазон показань складає ± 0,1 мм.
5. Діапазон вимірювань - область значень вимірюваної величини з нормованими допускаються похибками засоби вимірювання. Для того ж оптіметри він становить 0-200мм.
6. Чутливість приладу - відношення зміни сигналу на виході вимірювального приладу до зміни вимірюваної величини (сигналу на вході). Так, якщо при вимірюванні діаметру вала d = 100мм. Зміна вимірюваної величини Dd = 0,01 мм викликало переміщення стрілки показує пристрою на Dl = 10мм, абсолютна чутливість приладу складає S = Dl / Dd = 10 / 0,01 = 1000. Для шкальних вимірювальних приладів абсолютна чутливість чисельно дорівнює передавальному відношенню.
7. Варіація (нестабільність) свідчень приладу - алгебраїчна різниця між найбільшим і найменшим результатами вимірювань при багаторазовому вимірі однієї і тієї ж величини в незмінних умовах.
8. Стабільність засобу вимірювань - властивість, що виражає незмінність у часі його метрологічних характеристик (показань).
3.4.4. Метрологічні характеристики засобів вимірювань
Всі засоби вимірювань, незалежно від їх виконання, мають ряд загальних властивостей, необхідних для виконання ними функціонального призначення. Технічні характеристики, що описують ці властивості і що роблять вплив на результати і похибки вимірювань, називаються метрологічними характеристиками засобів вимірювання.
У залежності від специфіки та призначення засобів вимірювань нормуються різні набори або комплекси метрологічних характеристик. Однак ці комплекси повинні бути достатні для обліку властивостей засобів вимірювань при оцінці похибок вимірювань.
Метрологічні характеристики, що входять у встановлений комплекс, вибирають такими, щоб забезпечити можливість їх контролю при прийнятних витратах. В експлуатаційній документації на засоби вимірювань вказують рекомендовані методи розрахунку інструментальної складової похибки вимірювань при використанні засобів вимірювання даного типу в реальних умовах застосування.
За ГОСТом 8.009 - 84 "Метрологія. Нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювань "передбачена наступна номенклатура метрологічних характеристик:
1). Характеристики, призначені для визначення результатів вимірювань (без введення поправок):
функція перетворення вимірювального перетворювача - f (x);
значення однозначної або багатозначної міри - у;
ціна поділки шкали вимірювального приладу або багатозначної міри;
вид вхідного коду, число розрядів коду, ціна одиниці найменшого розряду засобів вимірювань, призначених для видачі результатів у цифровому коді.
2). Характеристики похибок засобів вимірювань включають: значення похибки, її систематичні і випадкові складові, похибки випадкової складової DслН від гистерезиса - варіація Н вихідного сигналу (свідчення).
Для систематичної складової Dсіст похибки засобів вимірювань вибирають характеристики з таких країн:
значення систематичної систематичної складової Dсіст;
значення систематичної складової Dсіст, математичне сподівання М [Dсіст] і середнє квадратичне відхилення s [Dсіст] систематичної складової похибки.
Для випадкової складової Dсл похибки вибирають характеристики з таких країн:
середнє квадратичне відхилення s [Dсл] випадкової складової похибки;
середнє квадратичне відхилення s [Dсл] випадкової складової похибки і нормалізована автокореляційна функція rDсл (t) або функція спектральної щільності SDсл (w) випадкової складової похибки.
У нормативно-технічної документації на засоби вимірювань конкретних видів або типів допускається нормувати функції або щільності розподілу ймовірностей систематичної і випадкової складових похибки.
3. Характеристики чутливості засобів вимірювань до впливає величинам вибираються з числа таких:
функція впливу y (x);
зміни e (x) значень метрологічних характеристик засобу вимірювання, викликані зміною впливають величин x у встановлених межах.
4. Динамічні характеристики відображають інерційні властивості засобу вимірювань при впливі на нього мінливих у часі величин - параметрів вхідного сигналу, зовнішніх впливають величин, навантаження.
За ступенем повноти опису інерційних властивостей засобів вимірювань динамічні характеристики поділяються на повні та приватні.
До повним динамічним характеристик відносяться:
диференціальне рівняння, що описує роботу засобу вимірювань;
передатна функція;
перехідна характеристика;
імпульсна перехідна характеристика;
амплітудно-фазова характеристика;
амплітудно-частотна характеристика для мінімально-фазових засобів вимірювання;
сукупність амплітудно-фазових і фозово-частотних характеристик.
Частковими динамічними характеристиками можуть бути окремі параметри повних динамічних характеристик або характеристики, що не відображають повністю динамічних властивостей засобів вимірювань, але необхідні для виконання вимірювань з необхідною точністю (наприклад, час реакції, коефіцієнт демпфірування, значення амплітудно-частотної характеристики на резонансній частоті, значення резонансної власної кругової частоти). Комплекс їх обмовляється у відповідних стандартах.
Норми на окремі метрологічні характеристики наводяться в експлуатаційній документації (паспорті, технічному описі, інструкції з експлуатації і т. д.) у вигляді номінальних значень, коефіцієнтів функцій, заданих формулами, таблицями або графіками меж припустимих відхилень від номінальних значень функцій.
У ГОСТ 8.009 - 84 наведені способи нормування розглянутих вище метрологічних характеристик.
3.4.5. Класи точності засобів вимірювань
Облік всіх нормованих метрологічних характеристик засобів вимірювань є складною і трудомісткою процедурою. На практиці така точність не потрібна. Тому для засобів вимірювань, що використовуються в повсякденній практиці, прийнято поділ на класи точності, які дають їх узагальнену метрологічну характеристику.
Вимоги до метрологічних характеристик встановлюються в стандартах на засоби вимірювань конкретного типу.
Класи точності присвоюються засобам вимірювань з урахуванням результатів державних приймальних випробувань.
Позначення класів точності наносяться на циферблати, щитки і корпусу засобів вимірювань, наводяться у нормативно-технічних документах. Класи точності можуть позначатися буквами (наприклад, М, С і т. д.) або римськими цифрами (I, II, III і т. д.). Позначення класів точності за ГОСТом 8.401-80 може супроводжуватися додатковими умовними знаками:
q 0,5, 1,6, 2,5 і т. д. - для приладів, наведена похибка g = D / Хn яких становить 0,5, 1,6, 2,5% від нормує значення Хn (D - межі допустимої абсолютної похибки). При цьому Хn приймається рівним бо'льшую з модулів меж вимірювань, якщо нульове значення вхідного (вихідного) сигналу знаходиться на краю або поза діапазону вимірювань;
q
q,, і т. д. - для приладів, у яких відносна похибка d = D / г становить 0,1, 0,4, 1,0% безпосередньо від отриманого значення вимірюваної величини х;
0,02 / 0,01 - для приладів, у яких вимірювана величина не може відрізнятися від значення х, показаного покажчиком, більше, ніж на [C + d ×
(| Хк ¤ х | - 1)]%, де С і d - чисельник і знаменник відповідно в позначенні класу точності; Хк - бо'льшую (по модулю) з меж вимірювань приладу. Приклади позначення класів точності наведено на рис. 3.2.
3.4.6. Метрологічна надійність засобів вимірювання
У процесі експлуатації будь-якого засобу вимірювання може виникнути несправність або поломка, звані відмовою.
|
протягом певного часу при нормальних режимах та робочих умовах експлуатації. Вона характеризується інтенсивністю відмов, ймовірністю безвідмовної роботи і напрацюванням на відмову.
Інтенсивність відмов визначається виразом
де L - число відмов; N - кількість однотипних елементів; Dt - проміжок часу.
Для засоби вимірювання, що складається з n типів елементів, інтенсивність відмов
де mi - кількість елементів i-го типу.
Імовірність безвідмовної роботи
Напрацювання на відмову
Для раптової відмови, інтенсивність відмов якого не залежить від часу роботи засоби вимірювання,
Lсум (t) = Lсум = const; P (t) = exp (-Lсум × t); Tср = L / Lсум.
Міжповірочний інтервал, протягом якого забезпечується задана ймовірність безвідмовної роботи, визначається за формулою
де рмт - ймовірність метрологічного відмови за час між повірки;
Р (t) - імовірність безвідмовної роботи.
У процесі експлуатації може здійснюватися коригування міжповірочного інтервалу.
3.4.7. Метрологічна атестація засобів вимірюваньПід метрологічною атестацією розуміють дослідження засоби вимірювань, що виконується метрологічним органом з метою визначення його метрологічних властивостей і видачі відповідного документа із зазначенням отриманих даних.
За результатами метрологічної атестації засобу вимірювань приписують певні метрологічні характеристики, визначається можливість застосування його як зразкового або робочого засобу вимірювань. В даний час під метрологічною атестацією звичайно розуміють всебічне дослідження зразкових або нестандартних засобів вимірювань, а також стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів.
Нестандартні засоби вимірювань (НДІ). Встановлено порядок метрологічного забезпечення експлуатації нестандартних засобів вимірювань, який поширюється також на:
ввозяться з-за кордону одиничними екземплярами;
одиничні екземпляри серійних засобів вимірювань, що відрізняються від умов, для яких нормовані їх метрологічні характеристики;
серійно випускаються зразки, в схему і конструкцію яких внесені зміни, що впливають на їх метрологічні характеристики.
Нестандартними можуть бути як робітники, так і зразкові засоби вимірювань.
Завданнями метрологічного забезпечення НДІ є:
1. Дослідження метрологічних характеристик та встановлення відповідності НДІ вимогам технічних завдань, або паспорту (проекту) заводу виробника.
2. Встановлення раціональної номенклатури НДІ.
3. Забезпечення НДІ засобами атестації, повірки (НТД з перевірки) при їх розробці, виготовленні та експлуатації.
4. Забезпечення постійної придатності НДІ до застосування за призначенням з нормованою для них точністю.
5. Скорочення термінів і зниження витрат на розробку, виготовлення та експлуатацію.
Науково-методичне керівництво діяльністю підприємств з метрологічного забезпечення НДІ здійснюють головні і базові організації метрологічної служби міністерств (відомств), метрологічні інститути, центри стандартизації та метрології Держстандарту Росії.
Знову розроблені чи закуплені по імпорту НДІ допускаються до застосування тільки після їх метрологічної атестації. Якщо існує договір про взаємне визнання результатів атестації засобів вимірювань з країною, з якої імпоріруется НДІ, то атестація в Росії може не проводитися.
За розробкою, виготовленням і експлуатацією НДІ ведеться авторський і державний (у сферах поширення державного метрологічного контролю і нагляду) нагляд, а також відомчий конт-роль.
Авторський контроль здійснюється розробником НДІ спільно з метрологічною службою розробника. Він передбачає участь у підготовці та проведенні метрологічної атестації НДІ, надання допомоги при розробці нормативно-технічної документації та організації повірки НДІ.
Відомчий метрологічний контроль за розробкою, виготов-ленням, атестацією та повіркою НДІ проводиться метрологічними службами міністерства (відомства).
3.5. Похибка вимірювань
Похибка вимірювань - це відхилення значень величини, знайденої шляхом її вимірювання, від істинного (дійсного) значення вимірюваної величини.
Похибка приладу - це різниця між показанням приладу і щирим (дійсним) значенням вимірюваної величини.
Різниця між похибкою вимірювання і похибкою приладу полягає в тому, що похибка приладу пов'язана з певними умовами його повірки.
Похибка може бути абсолютною і відносною.
Абсолютною називають похибка вимірювання, виражену в тих же одиницях, що і вимірювана величина. Наприклад, 0,4 В, 2,5 мкм і т. д. Абсолютна похибка
D = А - Хіст »А - ХД,
де А - результат вимірювання; Xіст - істинне значення вимірюваної величини; xд - дійсне значення вимірюваної величини.
Відносна похибка вимірювання являє собою відношення абсолютної похибки вимірювання до істинного (дійсного) значення вимірюваної величини і виражається у відсотках або частках вимірюваної величини:
Залежно від умов вимірювання похибки поділяються на статичні і динамічні.
Статичної називають похибка, не залежну від швидкості зміни вимірюваної величини в часі.
Динамічної називають похибка, яка залежить від швидкості зміни вимірюваної величини в часі. Виникнення динамічних похибки обумовлено инерционностью елементів вимірювального ланцюга засоби вимірювань. Динамічної похибкою засобу вимірювань є різниця між похибкою засобу вимірювань в динамічних умовах і його статичної похибкою, що відповідає значенню величини в даний момент часу.
3.5.1. Систематичні і випадкові похибки
Систематичної похибкою називається похибка, що залишається постійною або закономірно змінюється в часі при повторних вимірах однієї і тієї ж величини.
Прикладом систематичної похибки, закономірно змінюється в часі, може служити зсув настройки приладу в часі.
Випадкової похибкою вимірювання називається похибка, яка при багаторазовому вимірі одного і того ж значення не залишається постійною. Наприклад, при вимірюванні валика одним і тим же приладом в одному і тому ж перерізі виходять різні значення вимірюваної величини.
Систематичні і випадкові похибки найчастіше з'являються одночасно.
Для виявлення систематичної похибки виробляють багаторазові вимірювання зразковою заходи і за отриманими результатами визначають середнє значення розміру. Відхилення середнього значення від розміру зразковою заходи характеризує систематичну похибку. яку називають "середньої арифметичної погрішністю", чи "середнім арифметичним відхиленням".
Систематична похибка завжди має знак відхилення, тобто "+" Або "-". Систематична похибка може бути виключена введенням поправки.
При підготовці до точних вимірювань необхідно переконатися у відсутності постійної систематичної похибки в даному ряду вимірювань. Для цього потрібно повторити вимірювання, застосувавши при цьому вже інші засоби вимірювання. По можливості потрібно змінити і загальну обстановку досвіду - виробляти його в іншому приміщенні, в інший час доби.
Прогресивні та періодичні систематичні похибки на противагу постійним можна виявити при багаторазових вимірах.
Обробка даних і оцінка параметрів випадкових похибок проводиться методами математичної статистики, викладеними в [42, 50].
При розрахунку граничної похибки вимірювання визначають числове значення похибки вимірювання від всіх складових і виробляють підсумовування:
де знаки "+" або "-" ставляться з умови, щоб систематичні і випадкові похибки підсумовувалися по модулю.
Якщо в випадкової похибки відомо середнє квадратичне відхилення, то
де К - показник, який вказує довірчі межі для граничної випадкової похибки вимірювання (при К = 1 р = 0,65; при К = 2 р = 0,945; при К = 3 р = 0,9973).
Якщо результати вимірювань залежать від великого числа різноманітних факторів, то
y = F (x1, x2, ... .. xn),
де xi - змінні функціональні параметри.
Кожен параметр може мати відхилення Dxi (похибка) від запропонованого значення xi. Оскільки похибка Dxi мала в порівнянні з величиною xi, сумарна похибка Dy функції y можна обчислювати за формулою
де ¶ y / ¶ xi - передавальне відношення (коефіцієнт впливу) параметра xi.
Формула (3.1) справедлива лише для систематичних похибок Dxi.
Для випадкових похибок (коли окремі складові не завжди приймають граничні значення) використовуються теореми теорії ймовірностей про дисперсії, тобто
Сумарна погрішність при наявності тільки випадкових складових dxi похибок
де m - число попарно кореляційно пов'язаних параметрів;
ki і kj - коефіцієнти відносного розсіювання, що характеризують ступінь відмінності закону розподілу похибки даного параметра від нормального;
rij - коефіцієнт кореляції, який існує при наявності кореляційного зв'язку між параметрами xi і xj.
При наявності і систематичних і випадкових складових похибок обчислюють довірчі межі сумарної похибки:
Dyсум = Dy ± k × sy,
де k - масштабний коефіцієнт інтервалу розподілу, що залежить від закону розподілу та прийнятої довірчої ймовірності. Так, при довірчій ймовірності Р = 0,95 для закону нормального розподілу k = 2, а для закону Максвелла k = 3,6.
Приклад. У результаті вимірювань і подальшого обчислення за формулою (3.1) отримана сумарна систематична похибка результату вимірювання Dy =
-0,7 Мкм, середнє квадратичне цього результату вимірювання, обчислена за формулою (3.2) sy = 0,4 мкм. При довірчій ймовірності Р = 0,95 межа допустимої похибки dізм = +1 мкм. Тоді верхня і нижня довірчі границі похибки
Dyсум в = -0,7 + 2 × 0,4 = +0,1 мкм; Dyсум н = -0,7 - 2 × 0,4 = -1,5 мкм.
Так як Dyсум н> dізм, обраний спосіб і засіб вимірювання не задовольняють вимогам точності. Отже, необхідно компенсувати систематичну складову похибки, наприклад, шляхом виготовлення зразка для налаштування вимірювального засобу. Розмір зразка повинен бути більше його початкового розміру на 0,7 мкм; тоді буде справедливо нерівність 0,8 <1 мкм і проведені вимірювання будуть задовольняти вимогам по точності.
3.5.2. Причини виникнення похибок вимірювання
Є ряд складових похибок, які є домінуючими в загальній похибки вимірювання. До них відносяться:
1. Похибки, що залежать від засобів вимірювання. Нормовану припустиму похибку вимірювального засобу слід розглядати як похибка вимірювання при одному з можливих варіантів використання цього вимірювального засобу, оскільки перевірка точності даних приладів полягає найчастіше у вимірі їм еталона.
2. Похибки, що залежать від настановних заходів. Установчі заходи можуть бути універсальними (кінцеві заходи) і спеціальними (виготовленими за видом вимірюваної деталі). Похибка вимірювання буде менше, якщо настановна захід буде максимально подібна вимірюваної деталі по конструкції, масі, матеріалу, його фізичним властивостям, способу базування і т.д. Похибки від кінцевих мір довжини виникають через похибки виготовлення (класи) або похибки атестації (розряди), а також через похибки їх притирання.
3. Похибки, що залежать від вимірювального зусилля. При оцінці впливу вимірювального зусилля на похибку вимірювання необхідно виділити пружні деформації інсталяційного вузла і деформації в зоні контакту вимірювального наконечника з деталлю.
4. Похибки, що походять від температурних деформацій (температурні похибки). Похибки виникають через різницю температур об'єкта вимірювання і вимірювального засобу. Існують два основних джерела, які обумовлюють похибка від температурних деформацій: відхилення температури повітря від 20о С і коротко-часові коливання температури повітря в процесі вимірювання.
Максимальний вплив відхилень температури на похибку вимірювання Dlt можна розрахувати за формулою
Dlt1 = l × Dt1 × (aп - АТ) max,
де Dt1 - відхилення температури від 20оС;
aп, АТ - коефіцієнти лінійних розширень приладу і деталі.
Максимальний вплив короткочасних коливань температури середовища на похибку вимірювання буде мати місце в тому випадку, якщо коливання температури повітря не викликають змін температури вимірювального засобу, а температура об'єкта вимірювання близько слідує за температурою повітря (або навпаки):
Dlt2 = l × Dt2 × amax,
де Dt2 - короткочасні коливання температури повітря в процесі вимірювання;
amax - найбільше значення коефіцієнта лінійного розширення (матеріалу приладу або вимірюваної деталі).
Загальна деформація за двома випадковим складовим Dt1 і Dt2 виразиться формулою
Можуть виникнути і додаткові деформації при використанні накладних приладів.
5. Похибки, що залежать від оператора (суб'єктивні похибки). Можливі чотири види суб'єктивних похибок:
похибка отсчітиванія (особливо важлива, коли забезпечується похибка вимірювання, що не перевищує ціну поділу); похибка присутності (проявляється у вигляді впливу тепловипромінювання оператора на температуру навколишнього середовища, а тим самим і на вимірювальний засіб); похибка дії (вноситься оператором при настройці приладу); професійні похибки (пов'язані з кваліфікацією оператора, з відношенням його до процесу вимірювання).
6. Похибки при відхиленнях від правильної геометричної форми. При вимірі деталей з метою врахування можливої похибки форми рекомендується:
вимір виробляти в декількох точках (як правило, в шести);
у настановних деталей перед атестацією виміряти відхилення від геометричної форми;
на зразковій деталі з відхиленнями форми виділити і маркувати ділянку, атестувати його і по ньому проводити настройку;
при з'ясуванні "діючих" розмірів деталей слід прагнути використовувати вимірювальні наконечники по конфігурації, ідентичні сполученої деталі ("діючий" розмір - це розмір, який буде діяти в машині і виконувати своє службове призначення).
7. Додаткові похибки при вимірюванні внутрішніх розмірів. До специфічних погрішностей виміру отворів відносяться:
похибки, що виникають при зміщенні лінії виміру щодо контрольованого діаметра як у площині, перпендикулярній до осі контрольованого отвори, так і в осьовій площині;
похибки, викликані шорсткістю поверхні отвору, особливо при використанні ручних приладів;
похибки, обумовлені динамікою процесу сполучення лінії вимірювання одночасно в двох площинах;
похибки від настоянки приладу на розмір.
3.5.3. Критерії якості вимірювань
Якість вимірювань характеризується точністю, достовірністю, правильністю, збіжністю і відтворюваністю вимірювань, а також розміром допустимих похибок.
Точність - це якість вимірювань, що відбиває близькість їх результатів до дійсного значення вимірюваної величини. Висока точність вимірів відповідає малим погрішностей як систематичним, так і випадковим.
Точність кількісно оцінюють зворотною величиною модуля відносної похибки. Наприклад, якщо похибка вимірювань дорівнює 10-6, то точність дорівнює 106.
Достовірність вимірювань характеризує ступінь довіри до результатів вимірювань. Достовірність оцінки похибок визначають на основі законів теорії ймовірностей і математичної статистики. Це дає можливість для кожного конкретного випадку вибирати засоби і методи вимірювань, що забезпечують отримання результату, похибки якого не перевищують заданих меж з необхідною достовірністю.
Під правильністю вимірювань розуміють якість вимірювань, що відбиває близькість до нуля систематичних похибок в результатах вимірювань.
Збіжність - це якість вимірювань, що відбиває близькість один до одного результатів вимірювань, які виконуються в однакових умовах. Відповідність вимірів відображає вплив випадкових похибок.
Відтворюваність - це така якість вимірювань, що відбиває близькість один до одного результатів вимірювань, які виконуються в різних умовах (в різний час, у різних місцях, різними методами і засобами).
3.5.4. Планування вимірювань
У найпростішому випадку планування вимірювань зводиться до знаходження оптимального числа вимірювань n набору величин X1, ... Xn, а потім статистичних характеристик:
середнього арифметичного
де
середнього квадратичного вибірки Sn »sn (n ® ¥).
Довірчий інтервал, на величину якого істинне значення
де tn-1 - табличний коефіцієнт Стьюдента, що залежить від довірчої ймовірності Р і числа вимірювань (n-1). На практиці вибирають: Р »0,68, що відповідає ± 1s; Р» 0,95 відповідає ± 2s; Р »0,997 відповідає ± 3s.
Найбільше число необхідних випробувань
де m - кількість попередніх експериментів, свідомо менше, ніж вимагається.
Таким чином, вихідними, попередньо заданими величинами при плануванні вимірювань, є: DX - максимальне допустиме відхилення середнього арифметичного; Р - довірча ймовірність; m - кількість попередніх випробувань.
3.6. Вибір вимірювального засобу
Обгрунтований вибір вимірювального засобу необхідний як для метрологічного, інженерного і наукового експерименту, так і для практичної діяльності в умовах виробництва та надання послуг.
3.6.1. Підготовка та виконання вимірювального експерименту [4]
Уміння проводити наукові дослідження стає для інженера необхідністю, так як часто лише з їх допомогою вдається врахувати особливості конкретних умов виробництва та виявити резерви підвищення його ефективності.
Експеримент є головним знаряддям наукового методу пізнання, на якому грунтується наука. Лише експеримент, що дає повторювані результати і піддається відтворенню різними дослідниками, дозволяє встановити або підтвердити наукову істину. Експеримент включає в себе ряд дослідів, в процесі кожної з яких відбувається відтворення досліджуваного явища в певних умовах проведення експерименту при можливості реєстрації його результатів.
Для проведення метрологічного експерименту необхідно: визначитися з методикою виконання вимірювань; вибрати метод вимірювання, засіб вимірювання і допоміжні пристрої; підготуватися до вимірювання та випробуванню засоби вимірювання; здійснити контроль умов виконання вимірювань; встановити число спостережень при вимірі; врахувати систематичні похибки і зменшити їх; обробити результати спостережень і оцінити похибку вимірювань; інтерпретувати і представити результати вимірювання; округлити результати спостережень і вимірювань.
Методика виконання вимірювань (МВВ) - нормативно-технічний документ, у якому встановлено сукупність операцій і правил, виконання яких забезпечує одержання необхідних результатів вимірювань. У МВВ повинні встановлюватися: її призначення, норми точності і область застосування; метод (методи) вимірювань; вимоги до засобів вимірювань (СІ) і допоміжних пристроїв, необхідним для виконання вимірювань; вимоги до безпеки, включаючи екологічну безпеку; вимоги до кваліфікації операторів; умови виконання вимірювань; операції підготовки до виконання вимірювань; експериментальні операції, що виконуються для отримання результатів спостережень при вимірі; способи обробки результатів спостережень та оцінки показників точності вимірювань; вимоги до оформлення результатів вимірювань.
Розробку або вибір МВВ починають з аналізу об'єкта, умов і мети вимірювань і встановлення відповідної моделі об'єкта вимірювань. Під моделлю (яка містить фізичні, математичні, структурні, смислові та інші аспекти) об'єкта вимірювань (ОІ) - розуміють формалізований опис ОІ, засноване на сукупності вже наявних знань про ОІ. В якості вимірюваних величин слід вибирати такі параметри або характеристики моделі ОІ, які найближче відповідають меті вимірювання.
Похибками моделі можна нехтувати, якщо вони не перевищують 10% від допустимої похибки вимірювань.
Приклади найпростіших моделей ОІ
1. ОІ - вал; модель ОІ - прямий круговий циліндр; вимірюваний параметр - діаметр циліндра в будь-якому поперечному перерізі; джерела похибки моделі - еліптичність, граненость і конусность валу.
2. ОІ - електрична мережа змінного струму як потенційне джерело потужності, що виділяється в активному навантаженні; модель ОІ - синусоїдальна напруга U = Um × sinwt з амплітудою Um; вимірюваний параметр - діюче значення напруги
джерело похибки моделі - відхилення тимчасової залежності напруги від синусоїдальної.
Вибір методу вимірювань визначається прийнятою моделлю ОІ і доступними СІ. Під методом вимірювань розуміють прийом або сукупність прийомів порівняння вимірюваної величини з її одиницею (або шкалою) відповідно до реалізованим принципом вимірювань.
При виборі методу вимірювань домагаються того, щоб похибка методу вимірювань, тобто складова систематичної похибки вимірювань, обумовлена недосконалістю прийнятих моделі та методу вимірювань (інакше, теоретична похибка), не позначалася помітно на результуючої похибки вимірювання, тобто не перевищувала 30% від неї. Зміни вимірюваних параметрів моделі протягом циклу спостережень, як правило, не повинні перевищувати 10% від заданої похибки вимірювання. Якщо можливі альтернативи, враховують і економічні міркування: непотрібне завищення точності моделі і методу вимірювання призводять до необгрунтованих витрат. Те ж відноситься і до вибору СІ.
Вибір засобів вимірювань та допоміжних пристроїв визначається вимірюваною величиною, прийнятим методом вимірювань і необхідної точністю результату вимірювань (нормами точності). Вимірювання з використанням СІ недостатньої точності цінні мало (навіть безглузді), так як можуть бути причиною неправильних висновків. Застосування зайво точних СІ економічно невигідно. Враховують також діапазон змін вимірюваної величини, умови вимірювань, експлуатаційні якості СІ, їх вартість.
Основну увагу приділяють погрішностей СІ. При цьому домагаються виконання умови
DS = Dмод + Dм + DСІ + Dусл + Dо £ Dд,
де Dд - гранично допустима похибка результатів вимірів;
граничні похибки: Dмод - моделі вимірювань, Dм - методу вимірювань; DСІ - засоби вимірювань, Dусл - додаткові похибки, обумовлені впливом факторів, що впливають умов вимірювань, Dо - оператора.
Цей критерій вибору СІ досить надійний, але дає завищену на 20-30% оцінку сумарної похибки вимірювання DS. Якщо такий запас по точності не допустимо, підсумовування складових DS слід провести за формулами для випадкових похибок.
Підготовка до вимірювань і випробування засобів вимірювань. При підготовці до вимірювань оператор повинен:
1. Підготувати ОІ (наприклад, очистити) і створити необхідні (згідно з НД) умови вимірювань (випробувань) - встановити в робоче положення, включити живлення, охолодження, прогріти його необхідний час і т. п.
2. Випробувати СІ. Перевірити дію органів управління, регулювання, настройки та корекції. Якщо СІ забезпечені засобами самокалібрування (тестування), виконати відповідні операції.
3. Провести 2-3 пробних спостереження і порівняти результати з очікуваними. При непередбачено великому розбіжності результатів проаналізовано причини і усунути їх.
Контроль умов виконання вимірювань. Збереження метрологічних характеристик СІ гарантується для нормальних умов вимірювань (табл. 3.2). Однак реальне проведення вимірювань у цих нормальних умовах маловірогідно. Тому в експлуатаційній документації (ЕД) на СІ вказують межі нормальної області значень впливають величин, виходити за які при виконанні вимірювань не допускається через виникнення додаткової похибки СІ. Рекомендується виділити (визначити) робочий простір, дією впливають величин всередині якого можна знехтувати.
За госту 8.050 - 73 "Нормальні умови виконання лінійних і кутових вимірювань" і ГОСТу 8.395 - 80 "Нормальні умови вимірювань при перевірці" передбачені межі нормальної області значень впливають величин, які встановлюються в залежності від допусків і діапазону вимірюваних розмірів.
СІ впливають величин вибирають такими, щоб їх похибка не перевищувала 30% від допустимих змін впливають величин.
Встановлення числа спостережень при вимірах. Не слід ототожнювати поняття "вимірювання" з "спостереженням при вимірі" - експериментальної операцією, що виконується в процесі вимірювань, в результаті якого отримують одне значення величини (відліку) - результату спостереження, подлежащеего обробці для отримання результату виміру. Система цих понять необхідна для однозначного викладу вимірювальних процедур.
Таблиця 3.2
Номінальні значення впливають фізичних величин
Впливає величина | Номінальне значення величини |
| Температура для всіх видів вимірювань | 293 К (20оС) |
| Тиск навколишнього повітря для вимірювання іонізуючих випромінювань, теплофізичних, температурних, магнітних, електричних, тисків, параметрів руху | 100 кПа (750 мм рт.ст.) |
| Те ж для решти видів вимірювань | 101,3 кПа (760 мм рт. Ст.) |
| Відносна вологість повітря для вимірювань: лінійних, кутових, маси і спектроскопії | 58% |
| Те ж для вимірювання електричного опору | 55% |
| Те ж для вимірювань температури, сили, твердості, змінного електричного струму, іонізуючих випромінювань, параметрів руху | 65% |
| Те ж, для решти видів вимірювань | 60% |
| Щільність повітря | 1,2 кг/м3 |
| Прискорення вільного падіння | 9,8 м/с2 |
| Магнітна індукція (наприклад, магнітного поля) і напруженість електростатичного поля для вимірювання параметрів руху, магнітних і електричних величин | 0 |
| Те ж для решти видів вимірювань | Відповідає характеристикам поля Землі в даному районі |
Випадкову похибку вважають пренебрежимо малої проти незвільнені залишком систематичної похибки (НСП), якщо Q / S (x)> 8, де Q - кордон НВВ результату виміру: S (x) - середнє квадратичне відхилення (СКО) окремих спостережень.
Іноді для підвищення надійності таких вимірів (виключення промахів) роблять усе-таки два або три спостереження, і за результат вимірювання беруть середнє арифметичне значення результатів цих спостережень.
Вимірювання за числом спостережень n ³ 4 відносять (умовно) до вимірювань з багаторазовими спостереженнями і виконують статистичну обробку ряду результатів спостережень для отримання інформації про результат вимірювань і про випадкову складову похибки цього результату. При збільшенні n СКО випадкової похибки результату вимірювань
Облік систематичних похибок і способи їх зменшення. Систематичні похибки, як правило, не виявляються при виконанні спостережень та обчисленні результатів вимірювань, але здатні істотно спотворити ці результати.
При розробці СІ і МВВ, тобто ще до початку вимірювань систематичні похибки більш-менш повно виключаються (наприклад, введенням адитивних і мультиплікативних поправок). Тому при виконанні спостережень та оцінки результатів вимірювань мають справу з незвільнені залишками систематичних похибок - НСП. Систематичну похибку у даному розділі необхідно розуміти саме як невиключену систематичну похибку (НСП).
Для виявлення НВВ рекомендується: провести вимірювання іншим, максимально відмінним від використаного, методом і порівняти результати; різко змінити умови спостережень (використовувати інші примірники СІ, змінити оператора, змінити час спостережень, наприклад, провести їх у нічний час, коли вимкнено технологічне обладнання); провести контрольне вимірювання в лабораторії іншої організації чи в метрологічному закладі, в яких є більш точні СІ і МВВ; виконати теоретичну (розрахункову) оцінку НВВ із залученням наявних апріорних знань про об'єкт вимірювань, більш точних або інших моделях об'єкта вимірювань, метод і СІ.
Для зменшення (виключення) НВВ у ході виконання вимірювань застосовуються такі методи (прийоми):
1. Метод заміщення. Його суть - заміна вимірюваної величини відомої (мірою), до того ж так, щоб у стані і дії всіх використовуваних СІ не відбувалося жодних змін.
2. Метод протиставлення. Вимірювання виконується з двома спостереженнями, проведеними так, щоб причина НВВ надавала різні, але відомі по закономірності впливу на результати спостережень.
3. Метод компенсації похибки за знаком передбачає вимірювання за двома спостереженнями, виконуваними так, щоб НВВ входила в результат кожного з них з різними знаками.
4. Метод рандомізації (перекладу систематичної похибки у випадкову) полягає в такій організації вимірювань, при якій фактор, що викликає НВВ, при кожному спостереженні діє по-різному.
5. Метод симетричних спостережень застосовується для усунення прогресуючих систематичних похибок, лінійно мінливих пропорційно часу. Використовують таке властивість будь-яких двох спостережень, симетричних щодо середньої точки інтервалу спостережень: середнє значення лінійно прогресуючої похибки результатів будь-якої пари симетричних спостережень одно похибки, що відповідає середній точці інтервалу. Ряд спостережень виконують через рівні проміжки часу і обчислюють середнє арифметичне значення результатів симетрично розташованих спостережень (симетрично відносно середнього по часу спостереження). Як було сказано, вони повинні бути рівні. Це дає можливість контролювати в ході вимірювання, чи дотримується умова лінійності зростання систематичної похибки.
Описані методи (прийоми) повинні враховуватися при розробці МВВ.
3.6.2. Обробка результатів спостережень і оцінювання похибок вимірювань [4]
Оцінку похибки результату вимірювання виконують при розробці МВВ. Джерелами похибок є модель ОІ, метод вимірювання, СІ, оператор, авторсь фактори умов вимірювань, алгоритм обробки результатів спостережень. Як правило, похибка результату вимірювання оцінюється при довірчій вероятнйсті Р = 0,95.
При виборі значення Р необхідно враховувати ступінь важливості (відповідальності) результату вимірювань. Наприклад, якщо помилка у вимірі може призвести до загибелі людей або до важких екологічних наслідків, значення Р має бути збільшено.
1. Вимірювання за однократними спостереженнями. За результат вимірювання в цьому випадку беруть результат одноразового спостереження х (з введенням поправки, якщо вона є), використовуючи попередньо отримані (наприклад, при розробці МВВ) дані про джерела, складових похибка.
Довірчі границі НВВ результату вимірювання Q (P) обчислюють за формулою
де k (P) - коефіцієнт, що визначається прийнятої Р і числом m1 складових НВВ: Q (P) - знайдені нестатистической методами кордону
j-ої складової НВВ (межі інтервалу, всередині якого знаходиться ця складова, що визначаються при відсутності відомостей про ймовірність її знаходження в цьому інтервалі). При Р = 0,90 і 0,95 k (P) дорівнює 0,95 і 1,1, відповідно при будь-якій кількості доданків m1. При Р = 0,99 значення k (P) наступні (табл. 3.3):
Таблиця 3.3
| m1 | k (P) | m1 | k (P) |
| 5 і більше | 1,45 | 3 | 1,30 |
| 4 | 1,40 | 2 | 1,20 |
де k і kj - ті ж, що і в попередньому випадку, коефіцієнти, які відповідають довірчій ймовірності Р і Рj відповідно; m1 - число складових НВВ.
Середнє квадратичне відхилення (СКО) результату вимірювання з одноразовим спостереженням обчислюють одним з таких способів:
1. Якщо в технічній документації на СІ або в МВВ вказані нормально розподілені складові випадкової похибки результату спостереження (інструментальна, методична, через що впливають факторів, оператора і т.д.), то СКО обчислюють за формулою
де m2 - число складових випадкової похибки; Si - значення СКО цих складових.
Довірчу кордон випадкової похибки результату вимірювання Î (Р) в цьому випадку обчислюють за формулою
де zP / 2 - значення нормованої функції Лапласа в точці Р / 2 при довірчій ймовірності Р (табл. 3.4):
Таблиця 3.4
| Р | zP / 2 | Р | zP / 2 |
| 0,90 | 1,65 | 0,97 | 2,17 |
| 0,95 | 1,96 | 0,98 | 2,33 |
| 0,96 | 2,06 | 0,99 | 2,58 |
3. Якщо випадкові складові похибки результату спостереження визначають заздалегідь в реальних робочих умовах експериментальними методами при числі наблюденійі ni <30, то:
де t - коефіцієнт Стьюдента, відповідний найменшому числу спостережень nmin з усіх ni, можна знайти в [4] або в будь-якому довіднику з теорії ймовірностей; S (x) - оцінки СКО випадкових складових похибки результату спостереження, що визначаються за формулою (3.10). Якщо в експерименті неможливо або недоцільно визначити СКО складових випадкової похибки і визначено відразу сумарне СКО, то у формулі (3.5) m2 = 1.
4. Якщо випадкові складові похибки результату спостережень представлені довірчими межами Î (Pi), що відповідають різним ймовірностями Рi, то спочатку визначають СКО результату вимірювання з одноразовим спостереженням за формулою
де zPi / 2 - значення функції Лапласа. Потім обчислюють Î (P) за формулою (3.4).
Для підсумовування систематичної і випадкової складових похибок рекомендується наступний спосіб:
Якщо Q (P) / S (x) <0,8, (3.6)
то НВВ Q (P) нехтують і остаточно беруть Î (P) за похибка результату вимірювання D (P) при довірчій імовірності Р.
Якщо Q (P) / S (x)> 0,8, (3.7)
то нехтують випадкової похибкою і приймають D (P) = Q (P).
Якщо 0,8 £ Q (P) / S (x) £ 8, то довірчу кордон похибки результату вимірювань обчислюють за формулоюде KS (g) =
2. Вимірювання з багаторазовими спостереженнями. Обробку результатів у цьому випадку рекомендується почати з перевірки на відсутність промахів (грубих похибок). Промах - це результат Xп окремого спостереження, входить в ряд з n спостережень, який для даних умов вимірювань різко відрізняється від решти результатів цього ряду. Якщо оператор в ході вимірювання виявляє такий результат і достовірно знаходить його причину, він може його відкинути і провести (при необхідності) додаткове спостереження замість відкинутого.
При обробці вже наявних результатів спостережень довільно відкидати окремі результати не можна, так як це може призвести до фіктивного підвищення точності результату вимірювання. Тому застосовують наступну процедуру. Обчислюють середнє арифметичне
Потім обчислюють оцінку СКО результату спостереження як
Знаходять відхилення Vп передбачуваного промаху Xп від
Vп = | Xп -
За кількістю всіх спостережень n (включаючи Xп) і прийнятому для вимірювання значенням Р (зазвичай 0,95) за [4] або будь-якому довіднику з теорії ймовірностей знаходять z (P, n) - нормоване вибіркове відхилення нормального розподілу. Якщо Vп <z × S (x), то спостереження Xп не є промахом; якщо Vп ³ z × S (x), то Xп - промах, що підлягає виключенню. Після виключення Xп повторюють процедуру визначення
За результат вимірювання беруть середнє арифметичне
У припущенні приналежності результатів спостережень хi до нормального розподілу знаходять довірчі межі випадкової похибки результату вимірювання при довірчій ймовірності Р за формулою Î (P) = t (P, n) × S (
де t - коефіцієнт Стьюдента.
Довірчі границі Q (Р) НВВ результату вимірювання з багаторазовими спостереженнями визначають точно так само, як і при вимірюванні з одноразовим спостереженням - за формулами (3.3) або (3.4).
Підсумовування систематичної і випадкової складових похибки результату вимірювання при обчисленні D (Р) рекомендується здійснювати з використанням критеріїв і формул (3.6 - 3.8), в яких при цьому S (x) заміняється на S (
3. Непрямі вимірювання. Значення вимірюваної величини А знаходять за результатами вимірювань аргументів а1,. . . , Аi, ... am, пов'язаних із шуканою величиною рівнянням
Вид функції f визначається при встановленні моделі ОІ.
Непряме вимірювання при лінійній залежності. Шукана величина А пов'язана з m вимірюваними аргументами рівнянням
де bi - постійні коефіцієнти.
Передбачається, що кореляція між похибками вимірювань ai відсутня. Результат вимірювання А обчислюють за формулою
де
де
Довірчі границі Î (Р) випадкової похибки
де t (P, nеф) - коефіцієнт Стьюдента, відповідний довірчої ймовірності Р (зазвичай 0,95, у виняткових випадках 0,99) та ефективному числа спостережень nеф, обчислюється за формулою
де ni-число спостережень при вимірюванні аi.
Довірчі границі Q (Р) НВВ результату такого виміру, суму Q (Р) і Î (Р) для отримання остаточного значення D (Р) рекомендується обчислювати з використанням критеріїв і формул (3.3), (3.4), (3.6) - (3.8 ), в яких m1, Qi, і S (x) замінюються, відповідно, на m, bi × Qi, і S (
Непрямі вимірювання при нелінійній залежності. При некорельованих погрішності вимірів аi використовується метод лінеаризації шляхом розкладу функції f (а1,..., Am) в ряд Тейлора, тобто
f (а1,..., am) =
де
Метод лінеаризації допустимо, якщо приріст функції f можна замінити її повним диференціалом. Залишковим членом
де
Результат вимірювання
Оцінку СКО випадкової складової похибки результату такого непрямого вимірювання S (
а Î (Р) - за формулою (3.13). Значення nеф, межі НВВ Q (Р) і похибка D (Р) результату непрямого вимірювання при нелінійній залежності обчислюють так само, як і при лінійній залежності, але з заміною коефіцієнтів bi на ¶ f / ¶ ai
Метод приведення (для непрямих вимірювань з нелінійною залежністю) застосовується при невідомих розподілах похибок вимірювань ai і при кореляції між похибками ai для отримання результату непрямого вимірювання та визначення його похибки. При цьому передбачається наявність ряду n результатів спостережень aij вимірюваних аргументів аi. Сполучення aij, отриманих в j-му експерименті підставляють у формулу (3.12) і обчислюють ряд значень Aj вимірюваної величини А. Результат вимірювання
Оцінку СКО S (
а Î (Р)-за формулою (3.11). Межі НВВ Q (Р) і похибка D (Р) результату вимірювання
3.6.3. Вибір вимірювальних коштів за допустимої похибки вимірювання
При виборі вимірювальних засобів і методів контролю виробів враховують сукупність метрологічних, експлуатаційних та економічних показників. До метрологічним показників відносяться: допустима похибка вимірювального приладу-інструменту; ціна поділки шкали; поріг чутливості, межі вимірювання та ін До експлуатаційних та економічних показників відносяться: вартість і надійність вимірювальних засобів; тривалість роботи (до ремонту); час, що витрачається на налаштування та процес вимірювання; маса, габаритні розміри і робоче навантаження.
3.6.3.1. Вибір вимірювальних засобів для контролю розмірів
На рис. 3.3 показані криві розподілу розмірів деталей (утіх) і похибок вимірювання (вміє) з центрами, що збігаються з межами допуску. У результаті накладення кривих вміє і утіх відбувається спотворення кривої розподілу у (sтех, sмет), з'являються області ймовірностей т і п, зумовлюють вихід розміру за кордон допуску на величину с. Таким чином, чим точніше технологічний процес (менше ставлення IT / Dмет), тим менше неправильно прийнятих деталей у порівнянні з неправильно забракованими.
Вирішальним фактором є допускається похибка вимірювального засобу, що випливає з стандартизованого визначення дійсного розміру як і розміру, одержуваного в результаті вимірювання з допустимою похибкою.
Допустимі похибки вимірювання dізм при приймальному контролі на лінійні розміри до 500 мм встановлюються ГОСТом 8.051, які становлять 35-20% від допуску на виготовлення деталі IT. За цим стандартом передбачені найбільші допустимі похибки вимірювання, що включають похибки від засобів вимірювань, настановних заходів, температурних деформацій, вимірювального зусилля, базування деталі. Допустима похибка вимірювання dізм складається з випадковою і неврахованої систематичної складових похибки. При цьому випадкова складова похибки приймається рівною 2s і не повинна перевищувати 0,6 від похибки вимірювання dізм.
У ГОСТ 8.051 похибка задана для одноразового спостереження. Випадкова складова похибки може бути значно зменшена за рахунок багаторазових спостережень, при яких вона зменшується в
При арбітражної повторній перевірці деталей похибка вимірювання не повинна перевищувати 30% межі похибки, що допускається при прийманні.
Значення допустимої похибки вимірювання dізм на кутові розміри встановлені за ГОСТом 8.050 - 73.
Для визначення т з іншого довірчою ймовірністю необхідно змістити початок координат по осі ординат.
Криві графіків (суцільні і пунктирні) відповідають певному значенню відносної похибки вимірювання, що дорівнює
де s - середнє квадратичне відхилення похибки вимірювання;
IТ-допуск контрольованого розміру.
При визначенні параметрів т, п і з рекомендується приймати
Амет (s) = 16% для квалітетів 2-7, Амет (s) = 12% - для квалітетів 8, 9,
Амет (s) = 10% - для квалітетів 10 і грубіше.
Параметри т, п і з наведені на графіках в залежності від значення IT / sтех, де sтех - середнє квадратичне відхилення похибки виготовлення. Параметри m, n і з подано при симетричному розташуванні поля допуску відносно центру групування контрольованих деталей. Для визначається m, n і с при спільному впливі систематичної і випадкової похибок виготовлення користуються тими ж графіками, але замість значення IT / sтех приймається
для однієї межі
а для іншої -
де aт - систематична похибка виготовлення.
При визначенні параметрів m і n для кожної межі береться половина одержуваних значень.
Можливі граничні значення параметрів т, п і с / IТ, відповідні екстремальним значенням кривих (на мал. 3.4 - 3.6), наведені в табл.3.5.
Таблиця 3.5
| Aмет (s) | m | n | c / IT | Aмет (s) | m | n | c / IT |
| 1,60 | 0,37-0,39 | 0,70-0,75 | 0,01 | 10,0 | 3,10-3,50 | 4,50-4,75 | 0,14 |
| 3,0 | 0,87-0,90 | 1,20-1,30 | 0,03 | 12,0 | 3,75-4,11 | 5,40-5,80 | 0,17 |
| 5,0 | 1,60-1,70 | 2,00-2,25 | 0,06 | 16,0 | 5,00-5,40 | 7,80-8,25 | 0,25 |
| 8,0 | 2,60-2,80 | 3,40-3,70 | 0,10 |
Граничні значення параметрів т, п і с / IТ враховують вплив тільки випадкової складової похибки вимірювання.
ГОСТ 8.051-81 передбачає два способи встановлення приймальних кордонів.
Перший спосіб. Приймальні кордону встановлюють збігаються з граничними розмірами (рис. 3.7, а).
Приклад. При проектуванні валу діаметром 100 мм оцінено, що відхилення його розмірів для умов експлуатації повинні відповідати h6 (100-0,022). Відповідно до Госту 8.051 - 81 встановлюють, що для розміру вала 100 мм і допуску IТ = 0,022 мм допускається похибка вимірювання dізм = 0,006 мм.
Відповідно до табл. 3.5 встановлюють, що для Aмет (s) = 16% і невідомою точності технологічного процесу m = 5,0 і з = 0,25 IТ, тобто серед придатних деталей може виявитися до 5,0% неправильно прийнятих деталей з граничними відхиленнями + 0,0055 і -0,0275 мм.
IT |
+ D ізм |
-D ізм |
+ D ізм |
-D ізм |
+ D ізм |
-D ізм |
+ D ізм |
-D ізм |
+ D ізм |
-D ізм |
+ D ізм |
-D ізм |
Приймальні кордону
а) б) в)
Рис.3.7. Варіанти розташування приймальних кордонів по відношенню до поля допуску
Якщо отримані дані не вплинуть на експлуатаційні показники валу, то на кресленнях вказують спочатку вибраний квалітет. В іншому випадку призначають більш точний квалітет або інше поле допуску в цьому квалітету.
Другий спосіб. Приймальні кордону зміщують всередину щодо граничних розмірів.
При введенні виробничого допуску можуть бути два варіанти в залежності від того, відома чи невідома точність технологічного процесу.
Варіант 1. При призначенні граничних розмірів точність технологічного процесу невідома. Відповідно до ГОСТу 8.051-81 граничні розміри змінюються на половину допустимої похибки вимірювання (рис. 3.7, б). Для прикладу, розглянутого вище, діаметр
Варіант 2. При призначенні граничних розмірів точність технологічного процесу відома. У цьому випадку граничні розміри зменшують на значення параметра с (рис. 3.7, в).
Припустимо, що для розглянутого вище прикладу IТ / sтех = 4 (при виготовленні є 4,5% шлюбу по обидва кордонів): Aмет (s) = 16%, с / IT = 0,1; c = 0,0022 мм.
З урахуванням даних діаметр валу беруть
3.6.3.2. Вибір ізметітельних коштів для інших параметрів [27]
Вибір вимірювального засобу визначається допуском на вимірювання, який залежить від допуску на контрольованою параметр. При відсутності рекомендацій в НД допуск на вимірювання беруть
dізм = 0,33 Т, (3.14)
де Т - допуск на контрольований параметр.
Наприклад, для вимірювання відхилень форми та розташування допустиму абсолютну похибку вимірювання шуканого засоби вимірювання визначають за виразом
де dізм - абсолютна похибка вимірювання точності форми або розташування, яка не повинні бути більше 0,33 Тф (тут Тф - заданий допуск форми або розташування);
Di - абсолютні похибки n ланок вимірювального каналу.
Наведена похибка засобу вимірювання визначається як
де XN - нормуючий параметр, за який може служити діапазон вимірювань обраного засоби вимірювання.
Приклад. Вибрати засіб вимірювань для контролю відхилення від круглості валу ¯ 86h9 (-0,087) c допуском круглості 0,025 мм. Вимірювану деталь 6 (рис. 3.8) встановлюють в призму 2 з кутом розкриття a і обмацують наконечником вимірювальної головки 3, закріпленої в стійці 4, в напрямку бісектриси кута призми. Вимірювальною головкою 5, тип якої необхідно вибрати, фіксують максимальне зміна свідчень DА за один оборот контрольованої деталі 6. При цьому відхилення від круглості визначають як Dкр = DА / Fп, де Fп - коефіцієнт, що залежить від кількості нерівностей на периметрі контрольованої деталі та кута розкриття призми (Fп - величина табульований).
Таким чином, для реєстрації допуску круглості, що дорівнюватиме 25 мкм, повинно бути вибрано вимірювальний засіб, що має похибка не більше 3,5 мкм. Такими засобами можуть бути головки важільно-зубчасті типу 1ІТ з ціною поділки 0,001 і 0,002 мм і межею вимірювання ± 0,050 мм з налаштуванням по кінцевим мір довжини. Гранична похибка вимірювання важільно-зубчатими головками для діапазону розмірів 80 - 120 мм не перевищує 2,5 мкм.
Вихідними даними для вибору засобів теплофізичних вимірювань є зазначені в конструкторської (технологічної) документації найменші та найбільші розміри фізичної величини або допуск (наприклад, завдання умов: "температура стінки може змінюватися в діапазоні від +400 до +800 З або" тиск в трубопроводі не повинно перевищувати 15 +0,2 МПа ").
Допуск щодо номінального розміру може розташовуватися однобічно, симетрично і асиметрично. Його розташування щодо номінального розміру на вибір СІ не впливає. Дійсні розміри вимірюваної величини можуть змінюватися по різному законом.
Відповідно до вихідних даних визначають допустимі знання основної абсолютної, відносної або наведеної похибок засобу вимірювання (або вимірювальної системи); призначають вимоги до габаритних розмірів, маси, з'єднувальних елементів, особливостям конструкції даного засобу вимірювання; розраховують значення нижнього і верхнього меж (діапазону) робочої шкали засобу вимірювань.
Примітка. Основною називають похибка засобу вимірювання, що використовується в нормальних умовах. Наведеної похибкою вимірювального приладу називають відношення абсолютної похибки до нормуюче значення
Допуск на вимірювання необхідно приймати за формулою (3.14).
Нижня межа робочої частини шкали (діапазону) засоби вимірювання (вимірювальної системи)
НДІ <Пmin - dізм,
де НДІ - значення нижньої межі робочої частини шкали (діапазону);
Пmin - найменше значення вимірюваної величини.
Верхня межа робочої частини величини
ВДИ> Пmax + dізм,де Пmax - найбільше граничне значення вимірюваної величини.
Вибір меж (НДІ та ВДИ) робочої частини шкали засобу вимірювання викликаний необхідністю виключити можливе внесення до результати вимірювання помилок у разі, коли істинні значення вимірюваної величини близькі до граничних значень робочої частини шкали.
Попередній вибір засоби вимірювання проводять за розрахунковим значенням допустимої похибки вимірювання dізм, відносної d і основної зведеної g похибок приладу, а остаточний - з урахуванням області значень впливають величин, габаритних розмірів, маси, вартості, особливостей експлуатації, електромагнітної сумісності з навколишнім середовищем і ін
Для проведення вимірювань в умовах, коли значення впливають величин відрізняються від встановлених у нормативних документах на засоби вимірювання конкретного виду, необхідно унормувати функції впливу, тобто вказувати залежності показань засобів вимірювань від впливають параметрів і на основі цього вносити поправки в показання засоби вимірювання або застосовувати коригувальні пристрої.
Приклади вибору засобів змін
Приклад 1. Визначити верхню межу вимірювання і основну наведену похибка датчика для вимірювання тяги газотурбінного двигуна (ВМД) Р = (1,6 ± 0,1) кН.
Рішення. Найбільша і найменша граничні тяги Рmax = 1,6 + 0,1 = 1,7 кН; Рmin = 1,6 - 0,1 = 1,5 кН; допуск Т = 1,7 - 1,5 = 0,2 кН ; основна допустима абсолютна похибка датчика (допуск на вимір) dізм = 0,33 Т = 0,33 × 0,2 = 0,066 кН; нижня межа робочої частини шкали НДІ <1,5 - 0,066 = 1,434 кН; верхня межа робочої частини шкали ВДИ > 1,7 + 0,066 = 1.766 кН.
Вибираємо датчик зусиль з верхньою межею вимірювання ВДИ = 2 кН.
Нормуюче значення для визначення основної зведеної похибки датчика приймаємо Хn .= 2,0 кН.
Визначаємо межа допустимої основної зведеної похибки датчика
Приклад 2. Визначити основну наведену похибка і межі виміру віброакселерометра для вимірювання віброприскорення а = 50 ± 2 м / с 2.
Рішення. Найбільше граничне значення віброприскорення аmax = 50 + 2 = 52 м/c2; найменшу його значення аmin = 50 -2 = 48 м/c2; допуск Т = 52 - 48 = 4 м / с 2; основна допустима абсолютна похибка віброакселерометра (допуск на вимірювання ) dізм = 0,33 Т = 0,33 × 4 = 1,32 м/с2; нижня межа робочої частини шкали НДІ <48 - 1,32 = 46,68 м / с 2; верхня межа ВДИ> 52 + 1,32 = 53,32 м / с 2.
Відповідно до даних по НДІ та ВДИ вибираємо віброакселерометр з верхньою межею вимірювання 100м/с2.
Основна наведена похибка цього приладу
Вимірювальний перетворювач приладу для вимірювання прискорення ударного імпульсу повинен вибиратися з урахуванням співвідношення
Приклад 3. Визначити межі вимірювання та клас точності вольтметра для вимірювання напруги живлення бортової мережі літака V = 27 ± 2,7 В.
Рішення. Найбільше максимальне напруження Vmax = 27 + 2,7 = 29,7 В; найменше Vmin = 27 - 2,7 = 24,3 В; допуск Т = 29,7 - 24,3 = 5,4 В; основна допустима абсолютна похибка вольтметра (допуск на вимір) dізм = 0,33 Т = 0,33 × 5,4 = 1,78 В; нижня межа робочої частини шкали НДІ <24,3 - 1,78 = 22,52 В; верхня межа ВДИ> 27 , 9 + 1,78 = 31,48 В.
Відповідно до даних по НДІ та ВДИ вибираємо вольтметр з верхньою межею вимірювання 40 В.
Основна наведена похибка цього приладу
Знайденому значенням g відповідає клас точності 5.
3.7. Забезпечення єдності вимірювань
Державна система забезпечення єдності вимірювань (ГСИ) - комплекс встановлених стандартами взаємопов'язаних правил, положень, вимог і норм, що визначають організацію і методику проведення робіт з оцінки та забезпечення точності вимірювань.
3.7.1. Єдність вимірювань
Єдність вимірювань - стан вимірювань, за якого їх результати виражені в узаконених одиницях величин та похибки вимірювань не виходять за встановлені межі із заданою ймовірністю.
Правовою основою забезпечення єдності вимірювань служить законодавча метрологія, яка представляє собою звід державних актів та нормативно-технічних документів різного рівня, що регламентують метрологічні правила, вимоги і норми.
Технічною основою ГСИ є:
1. Система (сукупність) державних еталонів одиниць і шкал фізичних величин - еталонна база країни.
2. Система передачі розмірів одиниць і шкал фізичних величин від еталонів до всіх СІ з допомогою еталонів та інших засобів повірки.
3. Система розробки, постановки на виробництво і випуску в обіг робочих СІ, що забезпечують дослідження, розробки, визначення з необхідною точністю характеристик продукції, технологічних процесів та інших об'єктів.
4. Система державних випробувань СІ (затвердження типу СІ), призначених для серійного або масового виробництва та ввезення з-за кордону партіями.
5. Система державної та відомчої метрологічної атестації, повірки та калібрування СІ.
6. Система стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів.
7. Система стандартних довідкових даних про фізичні константи і властивості речовин і матеріалів.
Розрізняють децентралізоване і централізоване відтворення одиниць.
При децентралізованому одиниці відтворюються там, де вико-нуються вимірювання (м2 і ін похідні фізичні величини).
При централізованому інформація про одиниці передається з місця їх централізованого зберігання та відтворення. Воно здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів, які називаються еталонами.
Основні одиниці (секунда, метр, кілограм, кельвін, кандела, ампер і моль) відтворюються тільки централізовано.
Еталон одиниці величини - засіб вимірювань, призначений для відтворення та зберігання одиниці величини (або кратних або часткових значень одиниці величини) з метою передачі її розміру іншим засобам вимірювань даної величини.Від еталона одиниця величини передається розрядним еталонам, а від них - робочим засобам вимірювань.
Еталони класифікують на первинні, вторинні і робочі.
Первинний еталон - це еталон, що відтворює одиницю фізічской величини з найвищою точністю, можливою в даній галузі вимірювань на сучасному рівні науково-технічних досягнень. Первинний еталон може бути національним (державним) і міжнародним.
Державний еталон одиниці величини - еталон одиниці величини, визнаний рішенням уповноваженого на те державного органу як вихідного на території Російської Федерації.
Міжнародні еталони зберігає і підтримує Міжнародне бюро мір і ваг (МБМВ). Найважливіше завдання діяльності МБМВ полягає в систематичних міжнародних звіреннях національних еталонів найбільших метрологічних лабораторій різних країн з міжнародними еталонами, а також і між собою, що необхідно для забезпечення достовірності, точності та єдності вимірювань як однієї з умов міжнародних економічних зв'язків. Звірення підлягають як еталони основних величин системи SI, так і похідних. Встановлено певні періоди звірення. Наприклад, еталони метра і кілограма сличают кожні 25 років, а електричні та світлові еталони - один раз на 3 роки.
Первинного еталону підпорядковані вторинні і робочі (розрядні) еталони. Розмір відтворюваної одиниці вторинним еталоном звіряє з державним еталоном.
Вторинні еталони (їх іноді називають "еталони-копії") можуть затверджуватися або Держстандартом РФ, або державними науковими метрологічними центрами, що пов'язано з особливостями їх використання.
Робочі еталони сприймають розмір одиниці від вторинних еталонів і, у свою чергу, служать для передачі розміру менш точному робочого еталону (або еталону більш низького розряду) і робочим засобам вимірювань.
Кожен еталон складається з відтворюючої частини і пристосувань або пристроїв, які забезпечують знімання та передачу інформації про розмір одиниці.
Стандартні зразки складу та властивостей речовин і матеріалів - це зразки речовин і матеріалів, хімічний склад або фізичні властивості яких типові для даної групи речовин (матеріалів), визначені з необхідною точністю, відрізняються високим постійністю і засвідчені сертифікатом. Вони відіграють важливу роль у забезпеченні єдності вимірів.
Стандартні зразки використовуються для градуювання, повірки та калібрування хімічного складу і різних властивостей матеріалів (механічних, теплофізичних, оптичних та ін.) Вони можуть застосовуватися безпосередньо для контролю якості сировини і промислової продукції шляхом звірення. По суті стандартні зразки служать для підтримки єдності вимірювань, тобто є засобами вимірювання.
Стандартні зразки піддаються спеціальним випробуванням, за результатами яких вони отримують свідоцтва (сертифікат) і вносяться до державного реєстру стандартних зразків, а він, у свою чергу, є складовою частиною (розділом) Державного реєстру засобів вимірювань.
Зразки складу та зразки властивостей в залежності від рівня за-дення поділяються на: державні, галузеві та підприємств.
У Росії діє Державна служба стандартних зразків (ДССЗ) в складі НВО ВНИИМ їм Д.І. Менделєєва.
Передача інформації про розміри одиниць. Правильність і точність закладеної в засоби вимірювань інформації про розмір одиниць встановлюється при затвердженні типу засобів вимірювань. Збереження цієї інформації контролюється при первинній та всіх наступних повірки засобів вимірювань.
Використання для градуювання, атестації та повірки засобів вимірювань безпосередньо державних еталонів не допускається. Ці еталони є національним надбанням, цінностями особливої державної важливості.
За державним еталонам встановлюються значення фізичних величин вторинних еталонів. Серед вторинних еталонів розрізняють: еталони-свідки, призначені для перевірки збереження державного еталону і заміни його у разі псування або втрати; еталони порівняння, застосовувані для порівняння еталонів, які з тих чи інших причин не можуть бути безпосередньо звірений один з одним; еталони-копії , що використовуються для передачі інформації про розмір робочим еталонам.
На рис. 3.9 наведено один з варіантів схеми передачі інформації про розмір одиниці від державного еталона до засобів вимірювань, з якої видно, що від вторинних еталонів інформацію про розмір одиниці отримують нижчі еталони (1-го, 2-го, 3-го і 4-го розрядів ) і робочі засоби вимірювань.
Не допускається використання робочих засобів вимірювань для передачі інформації про розмір одиниці іншим засобам вимірювань.
Робочі засоби вимірювань |
Державний еталон |
Еталон-копія |
Еталон 1-го розряду |
Метод передачі Метод передачі Метод передачі |
Метод передачі |
Метод передачі |
Еталон 2-го розряду |
Метод передачі |
Еталон 3-го розряду |
Метод передачі |
Еталон 4-го розряду |
Метод передачі |
Нижчою точності |
Метод передачі |
Найвищої точності |
Метод передачі |
Високої точності |
Робочі еталони |
Рис. 3.9. Загальний вид державної повірочної схеми |
Метод передачі |
Вищої точності |
Метод передачі |
Середньої точності |
Метод передачі |
Еталон порівняння |
Вторинніеталони |
Первинний еталон |
Кількість ступенів від робочого еталона до кошти вимірювань залежить від необхідної точності передачі розміру одиниці та особливостей даної одиниці. Відомо, що на кожному ступені передачі інформації точність губиться в 3 - 5 разів (іноді в 1,25 - 10 разів).
Таким чином, при багатоступінчастої передачі еталонна точність не доходить до споживача. Тому для високоточних засобів вимірювань число ступенів може бути скорочено аж до передачі їм інформації про розмір одиниці безпосередньо від еталона-копії.
3.7.2. Повірка засобів вимірювань
Повірка засоби вимірювань - сукупність операцій, виконуваних органами державної метрологічної служби (іншими уповноваженими на це органами, організаціями) з метою визначення та підтвердження відповідності засобу вимірювань встановленим технічним вимогам.
Засоби вимірювань, що підлягають метрологічного контролю і нагляду, піддаються перевірці під час випуску з виробництва або ремонту, при ввезенні по імпорту, при продажу та видачі на прокат, а також при експлуатації.
Правилами ПР 50.2.006-94 "Метрологія. Повірка засобів вимірювань. Організація і порядок проведення" встановлено, що повірку засобів вимірювань здійснюють органи державної метрологічної служби (ГМС), державні наукові метрологічні центри (ГНМЦ), а також акредитовані метрологічні служби юридичних осіб.
Перевірка проводиться фізичною особою, атестованим як повірителя відповідно до правил ПР 50.2.012-94 "Метрологія. Порядок атестації довірителів засобів вимірювань", за нормативними документами, що затверджується за результатами випробувань з метою затвердження типу. Якщо засіб вимірювань за результатами повірки визнано придатним до застосування, то на нього і (або) технічну документацію наноситься відбиток поверительного клейма і (або) видається "Свідоцтво про повірку". Якщо за результатами повірки засіб вимірювань визнано не придатним до застосування, відбиток поверительного клейма і (або) "Свідоцтво про повірку" анулюються і виписується "Повідомлення про непридатність" або робиться відповідний запис у технічній документації.
Існують наступні види повірок:
Первинна повірка - проводиться для засобів вимірювання затверджених типів при випуску їх з виробництва, після ремонту, при ввезенні з-за кордону. При затвердженні типу засобів вимірювань одиничного виробництва на кожне з них оформляється сертифікат про затвердження типу; первинну повірку дані засоби вимірювань не проходять.
Періодична повірка проводиться для засобів вимірювань, що знаходяться в експлуатації, через певні міжповірочні інтервали. Необхідність повірки обумовлена можливістю втрати вимірювальним засобом метрологічних показників через тимчасові та інших впливів.
Періодичність повірки залежить від тимчасової нестабільності метрологічних характеристик (метрологічної надійності), інтенсивності експлуатації та важливості результатів, одержуваних за допомогою засобів вимірювань.
Існують рекомендація ВНИИМС - МІ2273-93 "Метрологія. Області використання засобів вимірювань, що підлягають повірці", відповідно до якої перший міжповірочний інтервал встановлюється при затвердженні типу. Коригування міжповірочних інтервалів з урахуванням специфіки застосування засобів вимірювань проводиться відповідно до методичних матеріалів МІ 1872-88 "Метрологія. Міжповірочних інтервалів зразкових засобів вимірювань. Методика визначення та коригування", а також МІ 218-92 "Метрологія. Міжповірочний і міжкалібровочний інтервали засобів вимірювань. Методика визначення ".
Позачергова повірка проводиться: при необхідності підтвердження придатності засоби вимірювань до застосування; у разі застосування засоби вимірювань, в якості комплектуючого після закінчення половини міжповірочного інтервалу; у разі пошкодження клейма або втрати свідоцтва про повірку; при введенні в експлуатацію після тривалої консервації (більше одного міжповірочного інтервалу ); при відправці засобів вимірювань споживачеві після закінчення половини міжповірочного інтервалу.
Експертна повірка проводиться при виникненні розбіжностей з питань, що належать до метрологічних характеристик, справності засобів вимірювань і придатності їх до застосування.
Інспекційна перевірка виконується в рамках державного нагляду чи відомчого контролю, для контролю якості первинних або періодичних перевірок і визначення придатності засобів вимірювань до застосування.
3.7.3. Калібрування засобів вимірювань
В даний час в Російській Федерації з переходом до ринку виникла необхідність пошуку нових форм організації метрологічної діяльності, які відповідали б ринковим відносинам в економіці. Однією з таких форм є організація Російської системи калібрування (РСК), схема якої наведена на рис. 3.10.
Держстандарт Росії |
Центральний орган РСК |
Науково-методичними кий центр РСК |
Реєстрація органів акредитації |
Рада РСК |
Акредитують органи (державні наукові метрологічні центри, органи Державної метрологічної служби) |
Акредитація |
Метрологічні служби юридичних осіб, акредитовані на право проведення калібрувальних робіт |
Акредитація |
Засоби вимірювань |
Рис. 3.10. Схема Російської служби калібрування |
Контроль засобів вимірювань на предмет їх придатності до застосування у світовій практиці здійснюється двома основними видами: повіркою та калібруванням.
Калібрування засобу вимірювань - це сукупність операцій, виконуваних калібрувальної лабораторії з метою визначення та підтвердження дійсних значень метрологічних характеристик та (або) придатності засоби вимірювань до застосування в сферах, не підлягають державному метрологічному контролю і нагляду відповідно до встановлених вимог.
Результати калібрування засобів вимірювань засвідчуються калібрувальним знаком, що наноситься на засоби вимірювань, або сертифікатом про калібрування, а також записом в експлуатаційних документах.
Повірку (обов'язкова Держповірка) може виконувати, як правило, орган державної метрологічної служби, а калібрування - будь-яка акредитована і неакредитованій організація.
Повірка обов'язкове для засобів вимірювань, що застосовуються у сферах, що підлягають Державному метрологічному контролю (ГМК), калібрування ж - процедура добровільна, оскільки відноситься до засобів вимірювань, що не підлягає ГМК. Підприємство має право самостійно вирішувати питання про вибір форм і режимів контролю стану засобів вимірювань, за винятком тих областей застосування засобів вимірювань, за якими держави всього світу встановлюють свій контроль - це охорона здоров'я, безпека праці, екологія та ін
Звільнившись від державного контролю, підприємства потрапляють під не менш жорсткий контроль ринку. Це означає, що свобода вибору підприємства по "метрологічного поведінки" є відносною, все одно необхідно дотримуватися метрологічні правила.
У розвинених країнах встановлює і контролює виконання цих правил недержавна організація, що іменується "національної калібрувальної службою". Ця служба бере на себе функції регулювання і вирішення питань, пов'язаних із засобами вимірювань, що не підпадають під контроль державних метрологічних служб.
Бажання мати конкурентоспроможну продукцію спонукає підприємства мати вимірювальні засоби, що дають достовірні результати.
Впровадження системи сертифікації продукції додатково стимулює підтримку вимірювальних засобів на відповідному рівні. Це узгоджується з вимогами систем якості, що регламентуються стандартами ISO серії 9000.
Побудова Російської системи калібрування (РСК) грунтується на наступних принципах: добровільність вступу; обов'язковість отримання розмірів одиниць від державних еталонів; професіоналізм і компетентність персоналу; самоокупність і самофінансування.
Основна ланка РСК - калібрувальна лабораторія. Вона являє собою самостійне підприємство або підрозділ у складі метрологічної служби підприємства, яке може здійснювати калібрування засобів вимірювань для власних потреб або для сторонніх організацій. Якщо калібрування проводиться для сторонніх організацій, то калібрувальна лабораторія повинна бути акредитована органом РСК. Акредитацію здійснюють державні наукові метрологічні центри або органи Державної метрологічної служби відповідно до своєї компетенції та вимогами, встановленими в Гості 51000.2-95 "Загальні вимоги до акредитуючої органу".
Порядок акредитації метрологічної служби затверджений постановою Держстандарту РФ від 28 грудня 1995 р. N 95 "Порядок акредитації метрологічних служб юридичних осіб на право проведення калібрувальних робіт".
3.7.4. Методи повірки (калібрування) і перевірочні схеми [18]
Допускається застосування чотирьох методів повірки (калібрування) засобів вимірювань: безпосереднє звірення з еталоном; звірення за допомогою компаратора; прямі вимірювання величини; непрямі вимірювання величини.
Метод безпосереднього звірення вивіреного (калібрується) засоби вимірювання з еталоном відповідного розряду широко застосовується для різних засобів вимірювань в таких областях, як електричні і магнітні вимірювання, для визначення напруги, частоти і сили струму. В основі методу лежить проведення одночасних вимірювань однієї і тієї ж фізичної величини вивіреним (калібрується) і еталон-ним приладами. При цьому визначають похибка як різницю показань вивіреного і еталонного засобів вимірювань, приймаючи свідчення еталона за дійсне значення величини. Переваги цього методу в його простоті, наочності, можливості застосування автоматичної повірки (калібрування), відсутності потреби в складному устаткуванні.
Метод звірення за допомогою компаратора заснований на використанні приладу порівняння, за допомогою якого сличаются вивіреному (калібрується) і еталонне засоби вимірювання. Потреба в компараторі виникає при неможливості порівняння показань приладів, які вимірюють одну і ту ж величину, наприклад, двох вольтметрів, один з яких придатний для постійного струму, а інший - змінного. У подібних ситуаціях у схему повірки (калібрування) вводиться проміжна ланка - компаратор. Для наведеного прикладу буде потрібно потенціометр, який і буде компаратором. На практиці компаратором може служити будь-який засіб вимірювання, якщо воно однаково реагує на сигнали як вивіреного (калібрується), так і еталонного вимірювального приладу. Перевагою даного методу фахівці вважають послідовне в часі порівняння двох величин.
Метод прямих вимірів застосовується, коли є можливість звірити випробуваний прилад з еталонним в певних межах вимірювань. У цілому цей метод аналогічний методу безпосереднього звірення, але методом прямих вимірювань проводиться звірення на всіх числових відмітках кожного діапазону (і піддіапазонів, якщо вони є в приладі). Метод прямих вимірювань застосовують, наприклад, для повірки або калібрування вольтметрів постійного електричного струму.
Метод непрямих вимірювань використовується, коли дійсні значення вимірюваних величин неможливо визначити прямими вимірюваннями або коли непрямі виміри виявляються більш точними, ніж прямі. Цим методом визначають спочатку не шукану характеристику, а інші, пов'язані з нею певною залежністю. Шукана характеристика визначається розрахунковим шляхом. Наприклад, при перевірці (калібруванню) вольтметра постійного струму еталонним амперметром встановлюють силу струму, одночасно вимірюючи опір. Розрахункове значення напруги порівнюють з показниками калібрується (вивіреного) вольтметра. Метод непрямих вимірювань зазвичай застосовують в установках автоматизованої повірки (калібрування).
Для забезпечення правильної передачі розмірів одиниць вимірювання від еталона до робочих засобів вимірювання складають перевірочні схеми, що встановлюють метрологічні супідрядності державного еталона, розрядних еталонів і робочих засобів вимірювань.
Схеми передачі інформації про розміри одиниць при їх централізованому відтворенні називають повірочними.
Повірочна схема - це затверджений в установленому порядку документ, що регламентує засоби, методи і точність передачі розміру одиниці фізичної величини від державного еталона або вихідного зразкового засобу вимірювань робочих засобів вимірювань.
Повірочна схема може бути: державної та локальної.
Державна повірочна схема встановлює передачу інформації про розмір одиниці в масштабах країни. Вона очолюється державними або спеціальними еталонами.
Локальні перевірочні схеми призначені для метрологічних служб міністерств (відомств) та юридичних осіб. Всі локальні перевірочні схеми повинні відповідати вимогам співпідпорядкованості, яка визначена державною перевірочною схемою. Державні перевірочні схеми розробляються науково-дослідними інститутами Держстандарту РФ, власниками державних еталонів. Локальна повірочна схема уточнює вимоги державної схеми стосовно специфіки даного відомства. Вона очолюється робочими еталонами.
Державні перевірочні схеми затверджуються Держстандартом РФ, а локальні - відомчими метрологічними службами або керівництвом підприємства.
Розглянемо в загальному вигляді зміст державної повірочної схеми (див. рис. 3.9). Найменування еталонів і робочих засобів вимірювань зазвичай розташовують у прямокутниках (для державного еталона прямокутник двоконтурний). Тут же вказують метрологічні характеристики для даної щаблі схеми. У нижній частині схеми розташовані робочі засоби вимірювань, які залежно від їх рівня точності (тобто похибки вимірювань) поділяють на п'ять категорій: найвищої точності; вищої точності; високої точності; середньої точності; нижчої точності. Найвища точність зазвичай порівнянна зі ступенем похибки засобу вимірювання державного еталона. У кожного ступеня повірочної схеми регламентується порядок (метод) передачі розміру одиниці. Найменування методів повірки (калібрування) розташовуються в овалах, в яких також вказується допускається похибка методу повірки (калібрування).
3.7.5. Сертифікація засобів вимірювань
Відповідно до закону РФ "Про сертифікацію продукції і послуг" в Росії створена Система сертифікації засобів вимірювань, яка передбачає добровільний характер сертифікації і засвідчує відповідність вимірювальних засобів заявників метрологічним правилам і нормам. При організації Системи приймалися до уваги і в великій мірі враховувалися нормативні документи міжнародних організацій ІСО, МЕК, ілак, Системи сертифікації ГОСТ Р і Системи сертифікатів МОЗМ.
Сертифікацію засобів вимірювань здійснюють акредитовані органи з сертифікації засобів вимірювань з урахуванням результатів випробувань, проведених акредитованими на технічну компетентність і незалежність випробувальними лабораторіями (центрами). Проведення випробувань в лабораторіях (центрах), акредитованих тільки на технічну компетентність, допускається за наявності ліцензійної угоди з органом по сертифікації, який у таких ситуаціях несе відповідальність за об'єктивність і достовірність результатів. Акредитацію органів з сертифікації проводить центральний орган системи.
Організаційно в Систему входять: Управління метрології Держстандарту РФ - центральний орган системи, координаційна рада, апеляційний комітет, науково-методичний центр - Всеросійський науково-дослідний інститут метрологічної служби (ВНИИМС), органи з сертифікації, випробувальні лабораторії (центри) засобів вимірювань.
3.8. Державна метрологічна служба РФ
3.8.1. Метрологічні служби
За законом РФ "Про забезпечення єдності вимірювань" Державна метрологічна служба знаходиться у веденні Держстандарту Росії і включає:
державні наукові метрологічні центри;
органи Державної метрологічної служби на території республік у складі Російської Федерації, автономної області, автономних округів, країв, областей, міст Москви та Санкт - Петербурга.
Держстандарт Росії здійснює управління діяльністю щодо забезпечення єдності вимірювань в Російській Федерації. На нього покладено такі функції:
міжрегіональна і міжгалузева координація діяльності щодо забезпечення єдності вимірювань в Російській Федерації;
подання Уряду Російської Федерації пропозицій по одиницях величин, що допускаються до застосування;
встановлення правил створення, затвердження, зберігання та застосування еталонів одиниць величин;
визначення загальних метрологічних вимог до засобів, методи і результати вимірювань;
здійснення державного метрологічного контролю і нагляду;
здійснення контролю за дотриманням умов міжнародних договорів Російської Федерації про визнання результатів випробувань та повірки засобів вимірювань;
керівництво діяльністю Державної метрологічної служби та інших державних служб забезпечення єдності вимірювань;
участь у діяльності міжнародних організацій з питань забезпечення єдності вимірювань.
Держстандарт Росії керує службою часу і частоти і визначення параметрів обертання Землі (ДСЧЧ), Державною службою стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів (ДССЗ) та Державною службою стандартних довідкових даних про фізичні константи і властивості речовин і матеріалів (ГСССД) та координацію їх діяльності .
До складу Державної метрологічної служби входять державні наукові метрологічні центри, Всеросійський науково-дослідний інститут метрологічної служби (ВНИИМС), науково-дослідні інститути та близько 100 центрів стандартизації і метрології.
Наукові центри є власниками державних еталонів, а також проводять дослідження з теорії вимірювань, принципам і методам високоточних вимірювань, розробці науково-методичних засад удосконалення російської системи вимірювань. Найбільш великі серед наукових центрів:
НВО ВНДІ метрології імені Д.І. Менделєєва (ВНИИМ, Санкт-Петербург), який спеціалізується на величинах довжини і маси, а також механічних, теплофізичних, електричних, магнітних величинах, іонізуючих випромінюваннях, тиску, фізико-хімічний склад і властивості речовин.
НВО ВНДІ фізико-технічних і радіотехнічних вимірювань (ВНИИФТРИ, Московська область) займається еталонами радіотехнічних та магнітних величин, часу і частоти, акустичних і гідроакустичних величин, а також низьких температур, твердості та ін
Цей текст може містити помилки.
Виробництво і технології | Шпаргалка
Схожі роботи:
Основи метрології 2
Основи метрології та вимірювальної техніки
Основи метрології і технічні вимірювання
Основи стандартизації метрології сертифікації
Основи стандартизації сертифікації та метрології
Правові основи метрології стандартизації сертифікації
Контрольна з метрології
Об`єкти і засоби метрології стандартизації і сертифікації
Організація метрології в закордонний країнах і міжнародні метрологічні організації