Производные единицы механических величин



1. Плотность                            L-3M     кг на куб. метр           кг/м3     kg/m3

2. Удельный объем                 L3M-1  куб.метр на кг            м3/кг  m3/kg

3.Момент инерции                     

(динамич. момент

инерции)                              L2M  кг-метр в квадрате         кг*м2 kg*m2

4. Момент инерции

 (второй момент)

площади плоской

фигуры (осевой,                               метр в четвертой

полярный, центробеж.)      L4     степени                         м4           m4

5. Момент сопротивления                  метр в третьей 

плоской фигуры                 L5      степени                         м3             m3

6. Количество движения                          

(импульс)                            LMT-1 кг-метр в секунду        кг*м/с kg*m/s

7. Момент количества

движения (момент                            кг-метр в квадрате   кг*м2/с  kg*m2/s

импульса)                          L2MT-1 в секунду

8. Сила – Вес                         LMT-2   ньютон                                          Н              N

9. Удельный вес                    L-2MT-2   ньютон на куб.метр        Н/м3      N/m3

10. Момент силы, момент          

пары сил                             L2MT-2 ньютон-метр             Н*м   N*m

11. Импульс силы                    LMT-1   ньютон-секунда          Н*с    N*s

12. Давление – напряжение                                  

(механическое)                  L-1MT-2  паскаль                     Па      Pa 

13.  Поверхностное натяжение MT-2    ньютон на метр          Н/м  N/m

14. Работа – энергия               L2MT-2 джоуль                       Дж      J

15. Мощность                          L2MT-3 ватт                            Вт     W

16. Динамич. вязкость            L-1MT-1   паскаль-секунда       Па*с  Pa*s

17. Кинематич. вязкость         L2T-1        кв. метр на секунду     м2/с   m2/s

18. Массовый расход              MT-1        кг в секунду             кг/с  kg/s

19. Объемный расход             L3T-1        куб. метр в секунду     м3/с   m3/s

                                                                                                                                                                                                                          

Производные единицы тепловых величин

 

1. Количество теплоты      L2MT-2      джоуль                     Дж         J   

2. Тепловой поток              L2MT-3       ватт                            Вт          W

3. Теплопроводность         LMT-2Θ-1  ватт на метр-кельвин   Вт/м*К W/m*s

4. Температуропроводность L2T-1          кв. метр на секунду  м2/с    m2/s

                                                                                             

Производные величины, выражаемые через количесива вещества

 

1. Молярная масса            MN-1            кг на моль         кг/моль    kg/mol

2. Молярный объем            L3N-1       куб.метр на моль м3/моль    m3/mol                                                                                                               

                

Производные единицы акустических величин

     
 


1. Звуковое давление   L-1MT-2    паскаль                       Па              Pa     

2.  Механическое сопро-                ньютон-секунда

тивление                       MT-1            на метр                      Н*с/м  N*s/m

 

Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования

     
 


1. Частота                                         T-1                      герц                           Гц      Hr

2. Сила, вес                                      LMT-2             ньютон              Н       N

3. Давление,мех.напряжение,

модуль упругости                            L-1MT-2         паскаль             Па     Pa

4. Энергия, работа, количество                           джоуль            Дж         J

теплоты                                        L2MT-2          

5. Мощность,поток энергии          L2MT-3         ватт                  Вт     W

6. Количество электричества

(эл. заряд)                                    TI             кулон                 Кл    C

7. Электрическое напряжение       L2MT-3I-1 вольт                  В      V

8. Электрическая емкость              L-2M-1T4I2  фарад                Ф      F

9. Электрическая проводимость   L-2M-1T3I2 сименс                 См    S

10. Индуктивность, взаимная

индуктивность                           L2MT-2I-1        генри              Гн   H

11.Поток магнитной индукции,

магнитный поток                       L2MT-2I-1      вебер              Вб   Wb

12.Плотность магнитного потока,

магнитная индукция                 MT-2I-1           тесла               Тл     T

13. Световой поток                          J               люмен              лм    lm

14. Освещенность                            L-2J           люкс               лк     lk

15. Активность нуклида в

радиоактивном источнике         T-1                     беккерель            Бк     Bg

16.Поглощенная доза излучения,

показатель поглощенной дозы L2T-1        грей                 Гр     Gr 

                                                                                                                               

5. Кратные и дольные единицы

      Наиболее прогрессивным способом образования кратных и дольных единиц является принятая в метрической системе мер десятичная кратность между боль-шими и меньшими единицами.

       В соответствии с резолюцией XI Генеральной конференции по мерам и весам 1960 г. десятичные кратные и дольные единицы от единиц СИ образуются путем присоединения приставок.

Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц

и их наименования

     
 


   Множитель    Приставка         Обозначение приставок

                                                                    русское                   международное   

        1018                       экса                         Э                                  Е 

        1015                       пета                         П                                  Р

               1012                         тера                         Т                                  Т

            109                         гига                                          Г                                  G       

           106                         мега                        М                                  M

        103                          кило                                             К                                  L       

        102                         гекто                       Г                                     h

        101                        дека                        да                                  da

        10-1                      деци                        Д                                        d

        10-2                       санти                                           С                                   s

        10-3                       милли                                    М                                  m  

        10-6                       микро                     МК                                μ

          10–9                       нано                                              Н                                      n

        10-12                      пико                        П                                       p

           10-15                 фемто                                          Ф                                  f 

        10-18            атто                          а                                  a                                                        

 

  Следует учитывать, что при образовании кратных и дольных единиц площади и объема с помощью приставок может возникнуть двойственность прочтения в зависимости от того, куда добавляется приставка: к исходной единице или единице, взятой во второй или третьей степени. Так, сокращенное обозначение 1 км2 можно трактовать и как 1 квадратный километр и как 1000 квадратных метров, что очевидно не одно и тоже (1 квадратный км = 1000000 квадратных метров).

     В соответствии с международными правилами (в частности, с рекомендациями ИСО) кратные и дольные единицы площади и объема (как и др. величин), получаемые возведением в степень единицы длины, следует образовывать, присоединяя приставки к исходным единицам. Таким образом, степени относятся к таким единицам, которые получены в результате присоединения приставок, и не относятся к тем, из которых образованы кратные и дольные единицы.

  Поэтому 1 км2 = 1 (км)2 = (103м)2=106м2, аналогично

                  1 см2 =1 (см)3 = (10-2м)3=10-6м3.

 6. Единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ

      ГОСТ 8.417-81, регламентирующий вопросы применения единиц СИ, содержит рекомендации по применению ряда единиц. К применению наравне с единицами Международной системы единиц разрешены внесистемные единицы:

- массы: тонна, атомная единица массы;

- времени: минута, час, сутки;

- плоского угла: градус, минута, секунда;

- объема, вместимости: литр;

- длины: астрономическая единица, световой год, парсек;

- оптической силы: диоптрия;

- площади: гектар;

- энергии: электровольт;

- полной мощности: вольт-ампер;

- реактивной мощности: вар.

  В науке и технике широко распространены логарифмические величины и их единицы .

  Международная система единиц не ограничивает применение логарифмических единиц. Приводятся сводные данные о логарифмических единицах:

Относительные и логарифмические величины и единицы

     В науке и технике широко распространены относительные и логарифмические величины и их единицы, которыми характеризуют состав и свойства материалов, отношения энергетических и силовых величин, например, относительное удлинение, относительная плотность, относительные диэлектрические и магнитная проницаемости, усиление и ослабление мощностей и т.п.

     Относительная величина представляет собой безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принятой за исходную.

     Относительные величины могут выражаться в безразмерных единицах (когда отношение двух одноименных величин равно 1), в процентах (когда отношение равно 10-2), промилле (отношение равно 10-3) или миллионных долях (отношение равно 10-6).

     Логарифмическая величина представляет собой логарифм (десятичный, натуральный) безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Логарифмические величины применяют для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления, выражения частного интервала и т.д.

     Единицей логарифмической величины является бел (Б), определяемый соотношением 1Б= lg Р12 при Р2=10Р1 (где Р1 и Р2 – одноименные энергетические величины: мощности, энергии, плотности энергии и т.п.).

Разрешено временное применение ряда единиц физических величин в соответствии с международными соглашениями:

- длины: морская миля;

- массы: карат;

- линейной плотности: текс;

- скорости: узел;

- частоты вращения: оборот в секунду, оборот в минуту;

- давления: бар;

- натурального логарифма: непер.

Естественные системы единиц

     В физической литературе в отдельных случаях применяются естественные системы единиц, основанные на универсальных (мировых) физических постоянных (константах), которые, будучи приняты в качестве основных единиц, определяют единицы различных физических величин. Практическое значение таких величин заключается в значительном упрощении вида отдельных уравнений физики.

Система единиц должна удовлетворять следующим требованиям: быть нерушимой, неизменяемой во времени, независимой от местоположения. Кроме того, эталоны должны быть легко и точно воспроизводимы и повсеместными. Исходя из этих требований предлагается система единиц, в которой за основу приняты три разных поля: гравитационное, электрическое и магнитное. В соответствии с этим предлагается в качестве трех основных единиц следующие физические константы: гравитационная постоянная, диэлектрическая проницаемость свободного пространства и магнитная проницаемость свободного пространства.

Рекомендации по пересчету значений физических величин

Одна из особенностей внедрения Международной системы единиц – необходимость применения одновременно „старых“ и „новых“ единиц. В связи с этим возникает потребность экспрессного пересчета значений физических величин в единицы СИ и обратно. Очевидно, что многие пересчетные коэффициенты представляют собой положительную или отрицательную степень числа 10 и перевод значений физических величин для них не представляет трудностей. Но существуют и пересчетные коэффициенты, которые имеют числовое значение, отличное от вида 10n, где n – любое целое число.

   Для осуществления пересчета достаточно умножить значение физической величины на соответствующий пересчетный коэффициент. Однако, возникает вопрос: сколько значащих цифр следует иметь в пересчетном коэффициенте? Всегда ли требуется использование всех цифр?

   Различная степень округления пересчетных коэффициентов вносит определенную погрешность при пересчете. Как определить до какой степени необходимо округление?

   Можно рассмотреть следующий пример. Предположим, что погрешность в определении некоторого параметра «в старых единицах» =0,590. Предположим, что измеряется давление в мм. рт. ст. и Кпер. в СИ = 9,80665. Из существующих таблиц пересчета, видно, что до значения 9,8 – погрешность составляет 0,068%, а до 10 – 1,972%. Так, как нормируемая погрешность 0,5%, то округление до 10 – не допустимо, а до 9,8 – вполне приемлемо (ибо погрешность ≈ 0,07), меньше допустимого.

    С практической точки зрения интерес представляют случаи, когда заданы конкретные нормированные значения определенных параметров, на которые указаны допуски (в абсолютных или относительных единицах), причем, погрешность измерения может быть задана, либо нет.

    Необходимо оговориться, что при задании нормируемого параметра на практике могут встретиться два случая:

1. для производства важно и определенное значение параметра и жесткий допуск на него;

2. не столь важно, каким будет измеряемый параметр, главное, чтобы он изменялся только в определенном ограниченном интервале.

   Поэтому очень важно разобраться, что на самом деле требуется, например, для нормального ведения технологического процесса:

- нужно ли поддерживать с высокой точностью определенное значение пара-         метра или значение параметра не столь критично.

              Для первого случая необходимо проделать несложные вычисления.                                                                           

     Во втором случае перевод нормируемого параметра в единицы СИ не представляет трудностей: достаточно выбрать любое, близкое к прежнему значение параметра, удобное для измерений, пересчитать значение допуска.

    За основу при определении погрешности можно принять положение МИ 187-86 «ГСИ. Критерии достоверности и параметры методик поверки» и МИ 188-86 «ГСИ. Установление значений параметров методик поверки».

Средства измерений.

Основные требования к средствам измерений.

       Средства измерений – это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

     От средств измерений зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе ее измерений.

     К средствам измерений относятся: меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

    Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (гиря – мера массы, генератор – мера частоты электрических колебаний).

      Меры, в свою очередь подразделяются на однозначные и многозначные меры.

  Однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (плоскопараллельная концевая мера длины, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости)

  Многозначная мера – мера, воспроизводящая ряд одноименных физических величин различного размера (линейка с миллиметровыми делениями, конденсатор переменной емкости)

   Набор мер – специально подобранный комплекс мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера (набор гирь, плоскопараллельных концевых мер длины).

   Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Результаты измерений выдаются отчетными устройствами приборов, которые могут быть шкальными, цифровыми и регистрирующими.

Шкальные отчетные устройства состоят из шкалы, представляющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд последовательных значений измеряемой величины, и указателя (стрелки электронного луча и т.д.), связанных с подвижной системой прибора.

                                                                                               отметка шкалы    

 


    30           20       10      0         10          20             30                     

 

 


                                            диапазон измерений

           нижний предел                                                          верхний предел

          измерений                                                             измерений

 

                                       Рис.1. Шкала отчетного устройства.

   С измерениями связаны такие понятия, как «шкала измерений», «принцип измерений», «метод измерений».

Шкала измерений – это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Поясним это определение на примере температурных шкал. В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) – температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатырного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной точки взята нормальная температура тела здорового человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна +32 F, а температура кипения воды +212 F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100 С, то по Фаренгейту она равна 180 F. На этом примере мы видим роль принятой шкалы как в количественном значении измеряемой величины, так и в аспекте обеспечения единства измерений. В данном случае требуется находить отношение размеров единиц, чтобы можно было сравнить результаты измерений, т.е. t F/ t C.

  В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований – это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении крашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами атласа цветов). Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперты, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей.

  Шкала порядка – характеризует значение измеряемой величины в баллах (шкала землетрясений, силы ветра, твердости физических тел и т.п.).

  Шкала интервалов (разностей) - имеет условные нулевые значения, а интервалы устанавливаются по согласованию. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

  Шкала отношений – имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Например, шкала массы (обычно мы говорим «веса»), начинаясь с нуля, может быть градуирована по разному в зависимости от требуемой точности взвешивания. (сравните бытовые и аналитические весы).

Отметки шкалы с представленными числовыми значениями называют числовыми отметками шкалы. Основные характеристики шкалы – длина деления шкалы, выражающаяся расстоянием между осями двух соседних штрихов шкалы, и цена деления шкалы, представляющая значение измеряемой величины, вызывающей перемещение указателя на одно деление.

     Принято также выделять понятие диапазон измерений и диапазон показаний.

      Диапазон измерений представляет часть диапазона показаний, для которого нормированы пределы допускаемых погрешностей средств измерений. Наименьшее и наибольшее значения диапазона измерений называют соответственно нижним и верхним пределами измерений (рис.1.)

    Значение величины, определяемое по отчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой величины, называют показанием средства измерений.

    Измеренное значение определяется или путем умножения количества делений шкалы на цену деления шкалы или умножением числового значения, считанного по шкале на постоянную шкалы.

    В настоящее время широкое распространение имеют либо механические, либо световые цифровые отчетные устройства. Самые последние приборы показывают цифровые показания фактической величины.

    Механические цифровые устройства используются в тех цифровых приборах, у которых измеряемая величина преобразуется в соответствующие углы поворота валов. Световое табло, состоящее, как правило, из системы индикаторных газоразрядных ламп, подсвечивающих те или иные цифры, используются в электронных цифровых приборах, у которых измеряемые величины преобразуются в определенную последовательность импульсных сигналов.

   Регистрирующие отчетные устройства состоят из пишущего или печатного механизма и ленты. Простейшее пишущее устройство - перо, заполненное чернилами, фиксирующее результат измерений на бумажной ленте или световой или электронный луч, перемещение которого зависит от значений измеряемых величин.

К средствам измерений относятся также и измерительные преобразователи, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателям.

  Средства измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке получило название вспомогательного средства измерений (термометр для измерения температуры газа в процессе измерений объемного расхода этого газа).

  К средствам измерений не следует относить устройства, служащие для создания условий измерений (различные регистрирующие устройства, реостаты, термометры, барометры и т.д.)

  Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи и предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования автоматических систем управления (рис.2.) (в условиях производств – КИПиА пропарочных камер, обжиговых печей и т.д.)

                       

         Преобразователь из-             Блок передачи

         меряемой величины.             Усилитель

         Чувствительный эле-            Вычислительный

         мент измерительного             блок

         преобразователя.

         Первичный измеритель-

                    ный преобразователь.

Измеряемая                                   Промежуточная                     Промежуточная

величина                                         величина                               величина

 


Хе(t)                                         Хz1(t)                                      Хz2(t)                                    

Объект            Влияющая                            Опорное     Помеха                  Вспомогательная

Измерения       величина                             значение                                         величина

                                                                                                        Измеренное                          

                                                                                                                   значение         Ха(t) 

                                                                                                                 

                                                                                                                  Результат измерения

                                                                                                                                        

                                                                                        

                                                                                                                  

                                     К исполнительному    устройству

Пневмотический регулятор
Пример: измерение температуры                                                                    Давление       

                                                                                                            U,В   р, Н*м-2

Первичный измерительный преобразователь
Температура      Электрическое           Электрическое                           

Ve, °C         сопротивление          напряжение

                       R, Ом                   U, мВ

         
 
Измерительный мост
 
Измерительный усилитель


            

Приборная панель
                                                                                                                   Температура

                                                                                                                                              Vа,°С   

 

 

                                Рис.2. Измерительная система

Показатели качества средств измерений

  Повышению качества продукции, в том числе средств измерений, в стране уделяется самое серьезное внимание.

  Под качеством продукции понимают совокупность свойств продукции, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Вместе с тем, между отдельными свойствами изделия имеется связь, иногда противоречивая.

     Так, повышение точности средств измерений требует разработки специальных средств и мер защиты от внешних воздействий, компенсации их влияния, что может привести к снижению производительности, надежности, повышению стоимости.

      Для измерения и оценки качества продукции до настоящего времени используются следующие показатели качества.

1. Показатели назначения характеризуют свойства продукции, определяющие основные функции, для выполнения которых она приспособлена и обуславливают область ее применения. К ним относятся метрологические характеристики средств измерений.

2. Показатели надежности  характеризуют свойства безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например, время безотказной работы средств измерений до отказа, оценка срока службы.

3. Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов характеризуют свойства изделия, отражающее его техническое совершенство по уровню или степени потребляемых им сырья, материалов, топлива и трудовых ресурсов при их эксплуатации.

4. Экономические показатели характеризуют систему «человек-изделие» и учитывают комплекс гигиенических, физиологических и психологических свойств человека, проявляющиеся в производственных и бытовых процессах. Например, уровень шума, освещенности, температуры. Конкретная номенклатура определяется спецификой средств измерений.

5. Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции и совершенство производственного исполнения. Например, унификация размеров, формы, материалов, составных частей (кнопок, шкал и др.) измерительных приборов.

6.  Показатели технологичности характеризуют свойства состава и структуры или конструкции продукции, определяющие ее приспособленность к достижению минимальных затрат при производстве, эксплуатации и восстановлении для заданных значений показателей качества продукции, объема ее выпуска и условий выполнения работ. Например, удельная трудоемкость изготовленной продукции, удельная материалоемкость, удельная энергоемкость.

7. Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность продукции к перемещению в пространстве (транспортировке), не сопровождающемуся ее использованием или потреблением.

8. Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации с другими изделиями. Например, унификация средств измерений с целью создания информационно-измерительных систем на базе стандартных блоков и узлов.

9. Патентно-правовые показатели характеризуют степень обновления технических решений, использованных в продукции, их патентную защиту, а также возможность беспрепятственной реализации продукции в стране и за рубежом.

10. Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при эксплуатации или потреблении продукции. Например, допустимое содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую среду.

11.  Показатели безопасности характеризуют особенности продукции, обуславливающие при ее использовании безопасность обслуживающего персонала. К ним относятся вероятность безопасной работы, минимальная электрическая прочность изоляции, токоведущих частей и др.

12. Обобщающим показателем эффективности использования продукции является интегральный показатель качества, который определяют как соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции и суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию или потребление. Для средства измерений, используемого при контроле качества однотипных деталей, этот показатель находят по формуле:

                          m           

        К=

                C1 + C2TP + C3*Tспср+ m (α*Cα+β*Cβ); где

 

m - среднее число деталей, которые будут проконтролированы средством измерений за весь период эксплуатации;

Тср – средний срок службы средства измерений;

Тр – среднее время между ремонтами;

С1 – затраты на приобретение и ввод в действие средства измерений;

С2 – условные затраты на эксплуатацию средства измерений;

С3 – средняя стоимость ремонта;

 α -  вероятность того, что с помощью данного средства измерений будет    затрактована годная деталь;

Сα – средний ущерб от ошибочного бракования годной детали;

 β - вероятность того, что с помощью данного средства измерений будет принята бракованная деталь;

Сβ – средний ущерб от ошибочного принятия бракованной детали.

 

   Важнейшими свойствами средств измерений являются те, от которых зависит качество (точность) получаемой с их помощью измерительной информации. Эти свойства определяются метрологическими характеристиками средств измерений.

Метрологические характеристики средств измерений.

Все средства измерений, независимо от их использования, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими функционального назначения.

   Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками средств измерений.

    В зависимости от специфики и назначения средств измерений нормируются различные наборы или комплексы метрологических характеристик.

     Комплексы нормируемых технологических характеристик выбираются из числа приведенных ниже характеристик.

     Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки) или градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средств измерений в статическом режиме. К ним относятся, например, номинальные значения однозначной меры, пределы и цены деления шкалы, виды и параметры цифрового кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

     Характеристики погрешностей средств измерений, определяющие характеристики систематической и случайной составляющих погрешности. К нормированным систематическим погрешностям относят значение систематической составляющей, ее предельное значение и пределы. К нормируемым случайным погрешностям относят, например, такие как среднее квадратичное значение случайной составляющей и др.

      Динамические характеристики, отражающие полную математическую модель динамических свойств средств измерений. Динамические характеристики отражают инерционные свойства средства измерений при воздействии на него меняющихся во времени величин – параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

      По степени полноты описания инерционных свойств средств измерений динамические характеристики делятся на полные и частные.

     К полным динамическим характеристикам относятся: дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений; передаточная функция; переходная характеристика, импульсная характеристика; совокупной амплитудой и фазочастотной характеристик.

   Частными динамическими характеристиками могут быть отдельные параметры полных динамических характеристик или характеристики, не отражающие полностью динамических свойств средств измерений, но необходимые для выполнения измерений с требуемой точностью (например, время установления показания) или контроля однородности свойств средств измерений данного типа. На эти характеристики средств измерений устанавливаются нормы с целью оценки точности измерений, сравнения средств измерений между собой и выбора из них таких, которые обеспечивают требуемую точность измерений, достижение взаимозаменяемости средств измерений.

     Номенклатура нормируемых метрологических характеристик и полнота, с которой они должны описывать свойства средств измерений, зависит от их назначения, условий эксплуатации, режима работы и многих других факторов. У средств измерений, используемых преимущественно для высокоточных измерений, нормируется достаточно большое количество метрологических характеристик Комплекс их оговаривается в соответствующих стандартах. Нормы на отдельные метрологические характеристики приводятся в эксплутационной документации (паспорте, техническом описании, инструкции по эксплуатации и т.д.) в виде номинальных значений, коэффициентов функций, заданных формулами, таблицами или графиками пределов допускаемых отклонений от номинальных значений и функций.

                     

 

Классы точности средств измерений.

        Учет всех нормируемых метрологических характеристик средств измерений сложная и трудоемкая процедура, проводимая только при измерениях очень высокой точности, характерных для метрологической практики. В обиходе и на производстве такая точность не нужна. Поэтому для средств измерений, используемых в повседневной практике, принято деление по точности на классы.

         Класс точности средств измерений – обобщающая характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

         Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств. Например, класс точности концевых мер длины характеризует близость их размера к номинальному, допускаемое отклонение от плоскопараллельности, а также притираемость и стабильность, класс точности вольтметров, пределы допускаемой основной погрешности и допускаемых изменений показателей, вызываемых внешним магнитным полем и отклонением от нормальных значений температуры, частоты переменного тока и некоторых других влияющих величин.

  Классы точности устанавливаются стандартами, содержащие технические требования к средствам измерений, подразделяемых по точности. Для каждого класса точности на средства измерений каждого конкретного вида устанавливают конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающие уровень точности средств измерений этого класса. Для мало изменяющихся метрологических характеристик устанавливают требования, единые для двух и более классов точности. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерения электрического напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один – как вольтметру, другой – как омметру.

     Средства измерений должны удовлетворять требования к метрологическим характеристикам, установленным для присвоенного им класса точности как при выпуске их из производства, так и в процессе эксплуатации.

     Обозначения классов точности наносятся на циферблаты, щитки и корпусы средств измерений, приводящихся в НТД.

     При этом в эксплуатационной документации на средство измерений, содержащей обозначения класса точности, дается ссылка на стандарт или технические условия, которые устанавливают класс точности для этого типа средств измерений. (ГОСТ 8.401-80 «ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования»). Обозначения могут иметь форму заглавных букв латинского алфавита (например, М, С или римских цифр – I, II, III, и т.д.) с добавлением условных знаков. Если же класс точности обозначается арабскими цифрами с добавлением какого-либо условного знака, то эти цифры непосредственно устанавливают оценку снизу точности показаний средств измерений.

    Обозначение класса точности цифрами из ряда предназначенных чисел может сопровождаться применением дополнительных условных знаков.

    Так, отметка снизу 0,5; 1,6; 2,5 и т.д.

                                                

      обозначает, что у измерительных приборов этого типа с существенно неравномерной шкалой значение измеряемой величины не может отличаться от того, что показывает указатель отчетного устройства больше, чем на указанное число процентов от всей длины шкалы или ее части, соответствующей диапазону измерений. Заключение чисел в окружности, например, означает, что проценты исчисляются непосредственно от того значения, которое показывает указатель.

         
   


      

 

Эталоны

Эталоны основных единиц Международной системы единиц.

Общие понятия об эталонах. Классификация эталонов.

           Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемых средств измерений.

       Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов образцовых средств измерений. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц являются эталоны.

      Эталон представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающий воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы образцовым, а от них рабочим средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

       Если эталон воспроизводит единицу с наивысшей в стране точностью, он называется первичным. Первичные эталоны основных единиц воспроизводят единицу в соответствии с ее определением. Примером первичного эталона является комплекс средств измерений для воспроизведения килограмма с помощью платино-иридневого прототипа и эталонных весов.

       Специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет в этих условиях первичный эталон (высокие и сверхвысокие частоты, энергия, давление, температура, особые состояния вещества, крайние участки диапазона измерений и т.д.)

        Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называют государственным. Государственные эталоны утверждаются Государственным комитетом стандартов Совета Министров РФ, и на каждый из них утверждается государственный стандарт.

        Основное назначение эталонов – служить материально-технической базой воспроизведения и хранения единиц физических величин. Принят принцип систематизации эталонов по воспроизводимым единицам.

        Основные единицы Международной системы единиц (СИ) должны воспроизводиться с помощью государственных эталонов, т.е. централизованно. Дополнительные, производные, а при необходимости и внесистемные единицы, исходя из соображений технико-экономической целесообразности, воспроизводятся одним из двух способов:

1. централизованно - с помощью единого для всей страны государственного эталона;

2. децентрализовано - посредствам косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы с помощью образцовых средств измерений;

         Централизованно воспроизводится большинство важных производных единиц СИ (ньютон, джоуль, Паскаль, ом, вольт, генри, вебер и др.), а децентрализовано – производные единицы, размер которых не может передаваться сравнением с эталоном (например, единицы площади) или, если поверка мер посредством косвенных измерений проще, чем их сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность (например, меры вместимости и объема).

          В метрологической практике широко распространены вторичные эталоны, значения которых устанавливаются по первичным средствам хранения единиц и передачи их размера. В качестве примеров вторичного эталона можно привести эталон-копию единицы массы (килограмма) в виде платино-иридиевой гири № 26 и рабочий эталон килограмма, изготовленный из нержавеющей стали.

          По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

          Эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предназначенный для хранения единицы и передачи ее размера рабочим эталонам. Он не всегда может быть физической копией государственного эталона.

          Эталон сравнения – вторичный эталон, применяемый для сличения, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом. Например, эталоном сравнения может служить группа нормальных элементов, применяемая для сличения государственного эталона вольта РФ с эталоном вольта Международного бюро мер и весов.

          Эталон-свидетель – вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. Эталон-свидетель применяется лишь тогда, когда государственный эталон является не воспроизводимым.

          Рабочий эталон – вторичный эталон, применяемый для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерений высшей точности и при необходимости наиболее точным рабочим мерам и измерительным приборам.

          Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

          Государственные эталоны всегда осуществляются в виде комплекса средств измерений и вспомогательных устройств, обеспечивающих воспроизведение единицы и в необходимых случаях ее хранение, а также передачу размера единицы вторичным эталонам.

Вторичные же эталоны могут осуществляться в виде:

1. комплекса средств измерений;

2. одиночных эталонов;

3. групповых эталонов;

4. эталонных наборов.

          Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно без участия других средств измерений того же типа.

           Групповой эталон состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы.

           Отдельные меры и измерительные приборы, входящие в групповой эталон применяют в качестве одиночных рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения единицы.

            Групповые эталоны могут быть постоянного и переменного составов. В групповые эталоны переменного состава входят меры и измерительные приборы, периодически заменяемые новыми.

            Эталонный набор представляет собой набор мер или измерительных приборов, позволяющих хранить единицу или измерять величину в определенных пределах. Эти меры или измерительные приборы предназначены для различных значений или различных областей значений измеряемой величины. Например, набор денсиметров.

             Подобно групповым эталонам эталонные наборы могут быть постоянного и переменного состава.

    Государственные эталоны хранятся в метрологических институтах республик. Для проведения работ с государственными эталонами назначаются особые ответст-венные лица – ученые хранители эталонов.

     Вторичные эталоны используются в метрологических институтах и в других крупных органах Государственной метрологической службы республик. По разрешению Госстандарта допускается их хранение и применение в органах ведомственной метрологической службы.

       Кроме национальных эталонов единиц физических величин существуют международные эталоны, хранимые в Международном бюро мер и весов. Программой деятельности Международного бюро предусмотрены систематические международные сличения национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами и между собой.

      Эталоны метра и килограмма сличают раз в 25 лет, электрические и световые эталоны (вольта и ома, канделы и люмена) – раз в 3 года. Проводятся также эпизодические международные сличения источников ионизирующих излучений, платиновых термометров сопротивления, температурных ламп и др.

     Комплексной программой дальнейшего углубления и совершенствования сотрудничества и развития социалистической экономической интеграции стран – членов совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ) предусмотрено проведение работ по созданию единой системы эталонов на основе Международной системы единиц и взаимное сличение национальных эталонов стран СЭВ.

Организация и проведение измерений. Подготовка и выполнение измерений.

       Измерение – единственный источник информации о свойствах физических объектов, процессов и явлений, результаты которого используются при решении производственных, научных, социальных, экологических и других задач.

       Измерительный процесс состоит из следующих этапов, независимо от цели его проведения и конечного результата:

- подготовки к измерениям;

- выполнение измерений;

- обработка результатов измерений.

       Для обеспечения требуемого их качества, каждый этап выполняется в соответствии с определенными правилами. Каждое измерение содержит несколько составных элементов, главным из которых является: объект измерений, средство измерений, условие измерений. Для получения высокой или требуемой точности производится подготовка к измерениям. Она состоит из:

- анализа поставленной задачи;

- создание условий для измерений;

- выбора средств и мер измерений;

- выбора числа измерений;

- подготовки специалиста (оператора);

- опробования средств измерений.

        Для правильной постановки измерительной задачи необходимо выяснить, какие физические величины или параметры подлежат измерению, какой точности должен быть результат измерений, в какой форме его следует представить?

        До начала измерений стараются выбрать модель объекта, параметры которой являются величинами, подлежащими измерению.

        Выбранная модель должна удовлетворять двум требованиям:

- соответствие ее реальному объекту;

-    стабильность измеряемых параметров в течение всего времени измерения.

Другими словами – измерять можно только постоянные физические величины.        Точность результата измерений зависит от качества средств измерений: чем точнее средство измерений, тем точнее результат. В то же время усложнение средств измерений приводит к резкому увеличению стоимости работ. Поэтому необходимо правильно соотносить требования к точности результата измерений с затратами, связанными с использованием средств измерений, использованием оператора, подготовкой и проведением измерений. На точность измерений влияет и подготовка лица, проводящего измерения.

      Особое внимание обращается на санитарно-гигиенические условия труда: такие, как микроклимат, чистота воздуха, освещение, производственный шум, вибрация и т.д.

Полученный результат измерений обычно используется для сравнения с другими результатами измерений или для дальнейших расчетов, поэтому указывают не только полученный результат, но и оценку случайных не исключенных систематических погрешностей. Характеристики погрешностей указываются в единицах измеряемой величины, либо в процентах относительно результата. Для получения достоверных значений результатов измерений учитывается внешнее влияние величины (одной или нескольких). Влияющие величины подразделяются на следующие группы:

- климатические (температура окружающей среды, относительная влажность, атмосферное давление);

- электрические и магнитные (колебания электрического тока, напряжение в электрической сети, частоты переменного тока, магнитное поле и т.д.);

- внешние нагрузки (вибрации, ударные нагрузки, внешние касания деталей приборов, ионизирующее излучение, газовый состав атмосферы и т.д.).

Для конкретных областей измерений устанавливают единые условия, называемые нормальными. Значения физической величины, соответствующее нормальным, называют номинальным значением влияющей величины.

     Для промышленности строительных материалов номинальное значение влияющей величины следующие:

1. Температура для всех видов измерений – 20°C (293 К);

2. Давление окружающего воздуха для измерений величин – теплофизических, температурных, электрических, давлений и параметров движения – 100кПа (750 мм рт.ст.);

3. Давление воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы = 101,6 кПа (760 мм рт.ст.);

4. Относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы – 58%;

5. Относительная влажность воздуха для измерений температуры, силы, твердости, параметров движения – 65%;

6. Относительная влажность воздуха для всех видов измерений, кроме указанных выше – 60%;

7. Плотность воздуха – 1,2 кг/м3;

8. Ускорение свободного падения – 9,8 м/с2;

9. Магнитная индукция (напряженность магнитного поля) и напряженность электростатического поля для всех видов измерений, кроме специальных – соответствует характеристикам поля Земли в данном географическом районе.

Внешние факторы вызывают существенные погрешности измерений, их снижение является одной из важнейших задач. Изменить эти погрешности можно автоматизацией процесса измерений.

     Выбор средств измерений определяет качество измерений. Измерения, выполняемые средствами измерений более низкого класса точности, чем требуемая, приводят к браку продукции, неверным научным выводам.

    Применение точных средств измерений связано с большими материальными затратами. В каждом конкретном случае выбор средств измерений ставится в зависимость от решаемой задачи, отдавая предпочтение одним факторам и принебрегая другими. Основными характеристиками средств измерений являются погрешности, поэтому при выборе средств измерений их рассматривают в первую очередь. К составляющим погрешности результата относят погрешность средств измерений, метода, оператора, действия, влияющих величин, т.е.

                                  ∆ = ∆м + ∆си + ∆вф + ∆о или ∆≤∆д,

 где: ∆ - суммарная погрешность;

    ∆м – предельная погрешность метода;

    ∆си – предел допускаемой погрешности используемых средств измерений;

    ∆вф – предельная погрешность, обусловленная влиянием внешних факторов;

    ∆о – предельная погрешность вносимая оператором;

    ∆д – допускаемая погрешность измерений.

    Как отмечалось выше, результаты измерений значительно зависят от выбора методов измерений. Наиболее просто реализуется метод непосредственной оценки, заключающийся в определении величины непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямого действия (взвешивание на циферблатных весах, определение размера образца с помощью микрометра). Измерения с помощью этого метода проводятся быстро, просто и не требуют высокой квалификации оператора. Однако точность измерений чаще всего оказывается невысокой из-за погрешностей, связанных с необходимостью градуировки шкал приборов и воздействием влияющих величин. Простота метода способствует его автоматизации, что особенно важно при контроле качества продукции и поверке средств измерений.

    При проведении более точных измерений применяют дифференциальный или нулевой метод. Этот метод является модификацией метода сравнения с мерой, при котором измеряемую величину находят сравнением с величиной, воспроизводимой мерой. Результат измерений либо вычисляют как сумму значения используемой для сравнения меры и показаний измерительного прибора, либо принимают равным значению меры. Погрешность метода характеризуется, в основном, погрешностью используемой меры. Суть дифференциального метода заключается в том, что на измерительный прибор подается непосредственно разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Этот метод позволяет получить результаты с высокой точностью даже при применении относительно грубых средств для измерения разности. Он используется в тех случаях, когда просто и точно реализуется операция вычитания величин (длины, перемещения, электрические напряжения).

    Х
      Рассмотрим суть метода на наглядном примере. Рядом с телом, длину которого X требуется измерить помещена мера длины. Размер ее известен с достаточной точностью. Измерив небольшую разность а, получим длину l + а, причем погрешность измерения размера а не превышает α. Опустив доказательство, получим относительную погрешность

l
                α / l+a « α/a , где                                                               α    

 α / l+a – относительная погрешность измерения X;               хх

α / а - относительная погрешность измерения а.

       Таким образом, для достижения высокой точности можно воспользоваться средством измерения сравнительно невысокой частоты.

       Метод имеет достоинства, главное из которых то, что изготовить точную меру и сравнительно грубый прибор для измерений небольших величин легче, чем средство измерений высокой точности для измерения величины в целом.       Достаточно широкое распространение в практике измерительных работ нашел нулевой метод, суть которого заключается в сравнении измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Последнюю выбирают таким образом, чтобы разность между измеряемой величиной и известной величиной равнялась нулю. Совпадение значений этих величин отмечают при помощи нулевого указателя (взвешивание на равноплечных весах, когда на чашку помещают гири в убывающем порядке их массы).

      В практике измерительных работ находит применение метод совпадений, характеризующийся использованием совпадения шкал или периодических сигналов (линейка с сантиметровыми и дюймовыми делениями 1дюйм = 25,4 см). Другими словами, метод совпадений – это метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. По принципу метода совпадения построен нониус штангенциркуля и ряд других приборов.

      К разновидностям метода сравнения с мерой относится и метод замещения, широко применяемый в практике точных метрологических исследований. Сущность метода заключается в том, что измеряемая величина заменяется в измерительной установке некоторой известной величиной, воспроизводимой нормой. Например, при взвешивании груза на равноплечных весах его масса считается равной массе уравновешивающих гирь. Однако, это справедливо при строгом равенстве плеч, т.к. равновесие коромысла определяется не равенством сравниваемых масс, а равенством произведений силы на длину плеча. На практике размеры плеч строго не равны между собой. Поэтому груз уравновешивается не равным ему по массе набором гирь. При использовании метода замещения тот же груз уравновешивается любой тарой, а потом замещается набором гирь, при котором сохраняется равновесие коромысла. Очевидно, что масса груза в таком случае равна массе гирь, а влияние на результат измерения неравноплечности весов оказывается исключенным.

      Организация процесса проведения измерений имеет большое значение для получения достоверного результата, зависящего, прежде всего, от квалификации оператора, его технической и практической подготовки, проверки средств измерений до начала измерительного процесса, а также выбранной методики измерений. До производства работ оператор отрабатывает последовательность процедуры выполнения измерений и операций, изучает инструкции по эксплуатации средств измерений, используемых в измерительном процессе, требования методик измерений, а также убеждается, что средства, используемые для измерения и фиксирования влияющих величин, соответствуют заданным параметрам. До начала измерений оператор опробует средства измерения, т.е. проверяет действие органов управления, регулировки, настройки и т.д. Если в процессе измерений используются средства автоматизации, то да начала работ через систему пропускается определенный тест, который позволяет убедиться в правильности ее функционирования. Единство одних и тех же измерений обеспечивается едиными правилами и способами их выполнения. При этом унифицируют требования к модели, средствам измерений, условиям их проведения, обработке экспериментальных данных, форме представления результата. Для этого разрабатываются методики выполнения измерений, содержащие следующие разделы: нормы точности измерений, используемые средства измерений, методы измерений, требования ТБ, требования к квалификации оператора, условия выполнения измерений, обработка и оформление результатов измерений.

Образцовые средства измерений.

    Передача размеров единиц от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется посредством образцовых средств измерений.

    Образцовые средства измерений представляют собой меры, измерительные приборы или измерительные преобразователи, предназначенные для поверки и градуировки по ним других средств измерений и в установленном порядке, утвержденные в качестве образцовых.

    Образцовые средства измерений хранят и применяют органы Государственной метрологической службы и органы отраслевых (ведомственных) метрологических служб.

     В качестве образцовых средств измерений применяются меры, измерительные приборы и измерительные устройства, прошедшие метрологическую аттестацию и признанные пригодными для использования в качестве образцовых. На образцовые средства измерений выдаются свидетельства с указанием метрологических параметров и разряда по федеральной поверочной схеме.

     На рисунке показана метрологическая цепь передачи размеров единиц от первичных эталонов (верхнее звено метрологической цепи) рабочим эталонам, от них – разрядным образцовым средствам измерений и далее – рабочим мерам и измерительным приборам.

Между разрядами образцовых средств измерений существует соподчиненность:

-образцовые средства измерений 1-го разряда поверяются, как правило, непосредственно по рабочим эталонам;

-образцовые средства измерений, аттестуемые в качестве образцовых 2-го и последующего разрядов, подлежат поверке по образцовым средствам измерений непосредственно предшествующих разрядов. Для разных видов измерений устанавливается, исходя их требований практики, различное число разрядов образцовых средств измерений, устанавливаемых стандартами на поверочные схемы для данного вида средств измерений.

     Как видно из данной схемы, отдельные рабочие меры и измерительные приборы наивысшей точности могут поверяться по рабочим эталонам; средства измерений высшей точности – по образцовым мерам и измерительным приборам 1-го разряда; высокой точности – по образцовым мерам и измерительным приборам 2-го разряда и т.д.

     Образцовые средства измерений находятся в метрологических институтах или лабораториях Государственной метрологической службы, а также поверочных лабораториях отраслевых (ведомственных) метрологических служб, которым в установленном порядке представлено право поверки средств измерений.

     Средства измерений в качестве образцовых утверждаются органами Государственной метрологической службой, располагающими образцовыми средствами измерений более высокого разряда, чем представляемые для аттестации. В отдельных случаях по разрешению органов Государственной метрологической службы представляется право утверждения образцовых средств измерений органам отраслевых метрологических служб при наличии у них, требуемых условий.

       Все образцовые средства измерений подлежат обязательной периодической поверке в сроки, устанавливаемые правилами Госстандарта.

 

   Первичный эталон
 

 
    Рабочие эталоны


       

 

1-го разряда
                                 

                                                                                              Образцовые меры

                                                                                              и измерительные

2-го разряда
                                                                                      приборы 

 

 

 

 


Рабочие меры и измерительные приборы

         
 

 


Способы поверки средств измерений.

      Общие сведения о поверочных схемах. Для обеспечения правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи (от эталонов образцовым мерам, а от них – рабочим мерам и измерительным приборам) должен быть установлен определенный порядок. Этот порядок и приводится в поверочных схемах. Поверочная схема представляет собой исходный документ, устанавливающий метрологическое соподчинение эталонов, образцовых средств измерений и порядок передачи размера единицы образцовым и рабочим средствам измерений. Исходное положение о поверочных схемах приводится в ГОСТ 8.064-80 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение». Поверочные схемы подразделяются на общесоюзные и локальные (отдельных органов Государственной метрологической службы или ведомственных метрологических служб). Государственные поверочные схемы должны служить основанием для составления локальных поверочных схем и для разработки государственных стандартов и методических указаний на методы и средства поверки образцовых и рабочих средств измерений. Общесоюзные поверочные схемы утверждаются в качестве государственных стандартов. Элементами общесоюзной поверочной схемы являются наименования государственных эталонов, эталонов-копий, эталонов-свидетелей, эталонов сравнения, рабочих эталонов, образцовых средств измерений и рабочих средств измерений, а также методов передачи размера единиц (методов поверки).

     Поверочные схемы состоят из текстовой части и чертежа. В локальные поверочные схемы допускается не включать текстовую часть. На чертеже поверочной схемы указывается:

- наименования средств измерений;

- диапазоны значений физических величин;

- обозначения и оценки погрешностей;

- наименования методов поверки.

    Методы поверки, указываемые на поверочной схеме, должны отражать специфику поверки данного вида средств измерений. Они соответствуют одному из следующих общих методов:

- непосредственному (т.е. без компаратора) сличению поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида (т.е. меры с мерой или измерительного прибора с измерительным прибором);

- сличению поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида при помощи компаратора;

- прямому измерению поверяемым измерительным прибором величины, воспроизводимой образцовой мерой;

- прямому измерению образцовым измерительным прибором величины, воспроизведенной подвергаемой поверке мерой;

- косвенным измерениям величины, воспроизводимой мерой или измеряемой прибором, подвергаемым поверке;

- независимой поверке, т.е. поверке средств измерений относительных (безразмерных) величин, не требующих передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений, проградуированных в единицах размерных величин.

    Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы. Структура поверочной схемы состоит из нескольких полей, соответствующих ступеням передачи размеров единицы от первичного эталона рабочим средствам измерений. Поля отделены друг от друга горизонтальными пунктирными линиями. В левой части поверочной схемы по вертикали указывают наименования элементов поверочной схемы. В самих полях располагают структурные элементы поверочной схемы, заключаемые в прямоугольники и круги или овалы (прямоугольники для эталонов, образцовых и рабочих средств измерений, круги для методов поверки). Соподчиненность структурных элементов указывают соединительными линиями.

    На схеме приведен пример компоновки элементов поверочной схемы.

1 – государственный эталон;

2 – метод передачи размера единиц;

3 – эталон-копия;

4 – эталон-свидетель;

5 – рабочий эталон;

6,7,8 – образцовые средства измерений соответствующих разрядов;

9 – образцовые средства измерений, заимствованные из других поверочных схем;

10 – рабочие средства измерений.

    Государственные поверочные схемы разрабатываются метрологическими институтами. Локальные поверочные схемы утверждаются руководителями предприятий или организаций, в которых используется данная поверочная схема, по согласованию с органами государственной метрологической службы, осуществляющими для них поверку исходных образцовых средств измерений, включенных в поверочную схему. Локальные поверочные схемы должны составляться при наличии более двух ступеней передачи размера единицы физических величин и не должны противоречить государственным поверочным схемам для средств измерений данного вида. В верхней части локальной поверочной схемы должны быть указаны местонахождение и наименование эталона или образцового средства измерений (в соответствии с общесоюзной поверочной схемой), по которому проводится поверка исходных образцовых средств измерений данной схемы.

  В локальную поверочную схему должны быть включены все находящиеся в эксплуатации или выпускаемые в обращение рабочие средства измерений данной физической величины.

Элементами локальной поверочной схемы являются наименования образцовых средств измерений, рабочих средств измерений, а также методов поверки; допускается включение в поверочную схему наименований эталонов – копий и рабочих эталонов.

Способы поверки средств измерений.

    В поверочных схемах приведены различные способы поверки средств измерений по образцовым средствам, а последних – по эталонам. Поверка средств измерений - это определение метрологическим органом погрешностей средств измерений и установление их пригодности к применению.  Меры могут быть поверены:

- способом сличения с более точной образцовой мерой посредствам компарирующего прибора (например, поверка концевых мер длины);

- измерением воспроизводимой мерой величины измерительными приборами соот-ветствующего разряда и класса (в этом случае поверка часто называется градуировкой мер, например, градуировка мер твердости);

- способом калибровки, когда с более точной мерой сличается лишь одна мера набора или одна из отметок шкалы многозначной меры, а действительные размеры других мер или значения воспроизводимых ими величин на других отметках шкалы определяется путем их взаимного сравнения и при дальнейшей обработке результатов измерений (калибровка гирь или линейных шкал).

      Поверка измерительных приборов осуществляется одним их двух способов:

- методом измерения величин, воспроизводимых образцовыми мерами соот-ветствующего разряда или класса точности, значения которых выбирают равными соответствующим (чаще всего всем оцифрованным) отметкам шкалы прибора. Наибольшая разность между результатами измерения и соответствующими им размерами мер является в этом случае основной погрешностью прибора;

- методом сличения поверяемого и некоторого образцового прибора при измерении одной и той же величины. Разность их показания при измерении различных значений

 1
        

7
6
5
4
3
  

 

 

Эталоны

   

 

 

 


Образцовые

средства измерений

1-го разряда

 

 

Образцовые

средства измерений 

2-го разряда

 

 

Образцовые

9
9
ср-ва измерений,

8
 заимствованные из

др. поверочных схем

 

 образцовые средства

 3-го разряда

                 
 
 

 

 


Рабочие средства

10
10
10
10
10
10
10
измерений   

 


 

 

измеряемой величины определяет погрешность поверяемого прибора. Осуществление этого метода возможно двумя способами:

1. измеряемая величина изменяется до определенных, оговоренных в стандартах или ТУ значений, устанавливаемых по образцовомку прибору, а погрешность находится по показаниям поверяемого прибора. Этот метод особенно удобен при автоматизации поверочных работ, так как позволяет одновременно несколько приборов поверять с помощью одного образцового;

2. измеряемая величина изменяется до определенных, оговоренных в стандартах или ТУ значений, устанавливаемых по поверяемому прибору, а погрешность отсчитывается по образцовому прибору как отклонение от соответствующего штриха шкалы. Преимущество этого метода заключается в том, что он дает возможность точно определить погрешность по образцовому прибору, шкала которого обычно имеет большое число делений. Примнив дополнительные устройства, можно отсчитывать погрешность непосредственно в процентах

         Кроме определения погрешностей измерительных средств, в поверку на практике включаются и другие операции, имеющие цель установить соответствие поверяемых средств требованиям стандартов и ТУ.

      Важным при поверке является вопрос о выборе оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями образцового и поверяемого приборов. Обычно это соотношение принимается равным 1:3, когда при поверке вводят поправки на показания образцовых средств измерений. Если же поправки не вводятся, то образцовые средства выбираются исходя их соотношения 1:5. В общем случае это соотношение может лежать в интервале от 1:2 до 1:10. Необходимая точность образцовых средств, а иногда и их типы, регламентируются государственными стандартами на методы поверки средств измерений. Соотношение погрешностей (допускаемых) поверяемых и образцовых средств измерений устанавлмвается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей, допускаемых значений долей необнаруженного брака и ошибочно забракованных годных изделий и иногда может значительно отличатся от указанных выше цифр.

Тарировка и калибровка средств измерений. Стандартные образцы.

    Стандартные образцы и образцовые вещества представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств котроых при определенных условиях является величиной с известным значением. К ним относятся образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, а также стандартные образцы, используемые при поверке приборов оя определения механических свойств материалов. Образцовые вещества играют большую роль в создании реперных точек при осуществлении шкалы. Применение образцовых веществ при количественных химических анализах является в настоящее время наиболее эффективным средством повышения их точности.

Стандартные образцы широко используются для градуировки и поверке средств и методов измерения, а также для контроля качества промышленной продукции методом непосредственного сличения. Они применяются в важнейших отраслях промышленности и служат для контроля качества сырья по химическому составу, механическим, теплофизическим, оптическим, электрическим, магнитным, радиоактивным и другим свойствам.

Стандартные образцы веществ и материалов представляют собой меры величин, характеризующие свойства или состав веществ и материалов. Они применяются как припроведении метрологических работ, так и при контроле качества сырья и продукции.

В зависимости от аттестуемой характеристики тандартные образцы веществ и материалов подразделяются на станрартные образцы свойств и стандартные образцы состава. Возможная одновременная аттестация стандартных образцов по свойствам и составу.

Стандартные образцы характеризуются следующими признаками: областью применеия и аатестуемым свойством, веществом-носителем свойства, значением аттестуемой величины и метрологическим назначением образца (в качестве образцовой меры различных разрядов или рабочей меры различных классов точности устанавливаемости соответствующими нормативными документами).

   Стандартные образцы классифицируют по следующим признакам:

- по разновидности аттестуемой характеристики, по которой аттестуется образец (содеожание одного, нескольких или всех компонентов, чистота вещества, фазовый состав);

- по аттестуемым объектам;

- по методу анализа испытуемых объектов (химический, спектральный, рентгеноспект-ральный, массспектральный, активационный и др.);

- по метрологическому назначению (контроль правильности анализов, градуировка средств измерений, поверка средств измерений);

- по агрегатному состоянию и технологическим особенностям изготовления материала стандартных образцов.

Каждый образец, положительно аттестованный в качестве стандартного образца свойств веществ и материалов, регистрируется в Государственном реестре стандартных образцов, являющимся составной частью Государственного реестра средств измерений. Стандартные обаразцы аттестуют как в метрологических органах, так и в ведомственных организациях с последующей экспертизой метрологических органов Государственной метрологической службы.

  Аттестованные стандартные образцы снабжают соответствующим свидетельством или наносят на образец клеймо, содержащее значение аттестуемой величины.

Главной организацией в области стандартных образцов, обеспечивающей проведение научных и методических работ в этой области, изучение общих вопросов измерений химическог состава и свойств, контроля качества и метрологических аспектов свойств веществ и материалов, является Свердловский филиал ВНИИМ.

  Государственная служба стандартныз образцов (ГССО) является составной частью Государственной метрологической службы. Цель службы – обеспечение единиства измерений химичесеого состава, физических, физико-химических, эксплуатационных и других свойств веществ и материалов.

   Используя методы теории точности, всегда можно найти такие допуски и параметры элементов измерительного прибора (или преобразователя), соблюдение которых гарантировало бы и без регулировки их получение с погрешностями, меньших их допускаемых пределов. Однако во многих случаях эти допуски оказываются настолько малы, что изготовление прибора с заданными пределами допускаемых погрешностей становится технологически неосуществимым. Выйти из положения можно двумя путями: во-первых, расширить допуски параметра некоторых элементов прибора и ввести в его конструкцию дополнительные регулировочные узлы, спомсобные компенсировать влияние отклонений этих параметров от их номинальных значений и во-вторых, осуществить специальную градуировку измерительного прибора.

Регулировка средств измерений.

   В большинстве случаев в измерительном приборе (преобразователе) можно найти или предусмотреть такие элементы, вариация параметров которых наиболее заметно сказывается на его систематической погрешности, главным образом погрешности схемы, аддитивной (сложение) и мультипликативной (умножение) погрешностях.

    В общем слеучае в конструкции измерительного прибора должны быть предусмотрены два регулировочных узла: регулировка нуля и регулировка чувствительности.

Регулировкой нуля уменьшают влияние аддитивной погрешности, постоянной для каждой точки шкалы, а регулировкой чувствительности уменьшают мультипликативные погрешности, меняющиеся линейно с изменением измеряемой величины. При правильной регулировки нуля и чувствительности уменьшается и влияние схемы погрешности прибора. Кроме того, некоторые приборы снабжаются устройствами для регулировки погрешности схемы (пружинные манометры).

  При рассмотрении весового хозяйства зачастую устанавливают факт невозмож-ности вывести на ноль показания шкалы при помощи узла регулировки, тем более в его отсутствие. В этом случае прибегают к методу тарировки, т.е. выведение на ноль механически утежедяя или облегчая ту или иную чашу весов.

После регулировки нуля, т.е. устранения аддитивной погрешности, систематическая погрешность обращается в нуль на нижнем пределе измерения, а в диапазоне измерения принимает значения, являющейся случайной (для всей массы приборов данного типа размера) функцией Δс (Х) измеряемой величины.

 Более высокими метрологическими характеристиками обладают измерительные приборы, имеющие узел регулировки чувствительности.

   Одновременной регулировкой нуля и чувствительности можно свести систематическую погрешность к нулю сразу в нескольких точках (точках регулировки) шкалы. От правильности выбора таких точек зависят значения оставшихся после регулировки систематических погрешностей в других точках шкалы.

   На практике в качестве точек регулировки принимают нальное и конечное, среднее и конечное или начальное, среднее и конечное значения измеряемой величины в диапазоне измерения. При этом значения систематической погрешности близки к минимально возможным, поскольку в действительности точки регулировки часто располагаются близко к началу, снредине или концу шкалы.

   Таким образом. Под регулировкой средств измерений понимается совокупность операций, имеющих целью уменьшить основную погрешность до значений, соответствующих пределам ее допускаемых значений, путем компенсации систематической сотавляющей погрешности средств измерений, т.е. погрешности схемы, мультипликативной и аддитивной погрешностей.

      Градуировка средств измерений. Градуировкой называется процесс нанесения отметок на шкалы средств измерений, а также определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам, для составления градуировочных кривых или таблиц.

      Различают следующие способы градуировки:

1. Использование типовых (печатных) шкал. Для большинства подавляющих рабочих и многих образцовых приборов используют типовые печатные) шкалы, которые изготовляются заранее в соответствии с уравнением статистической характеристики идеального прибора. Если статистическая характеристика линейна, то шкала оказывается равномерной. При регулировки параметрам элементов прибора экспериментально придают такие значения, при которых погрешности в точках регулировки становится равной нулю.

2. Индивидуальная градуировка шкал. Индивидуальную градуировку шкал осуществ-ляют в иех случаях, когда статистическая характеристика прибора нелинейна или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения, случаным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствии расброса нелинейности характеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений.

      Индивидуальную градуировку проводят в следующем порядке. На предвари-тельно отрегулированном приборе устанавливают циферблат с еще не нанесенными отметками. К измерительному приборуподводят последовательно измеряемые вели-чины нескольких наперед заданных или выбранных значений. На циферблате наносят отметки, соответствующие положениям указателя при этих значениях измеряемой ве-личины, а расстояние между отметками делят на равные части.

      При индивидуальной градуировки ситематическая погрешность уменьшается на всем диапазоне измерения, а в точках, полученных при градуировке она достигает значения равного погрешности обратного хода.

   Градуировка условной шкалы. Условной называется шкала, снабженная некото-рыми условными равномерно нанесенными делениями. (например, через миллиметр или угловой градус). Градуировка шкалы состоит в определении при помощи образцовых мер или измерительных приборов значений измеряемой величины соответствующих некоторым отметкам, нанесенным на ней. В результате определяют зависимость числа делений шкалы, пройденных указателем, от значений измеряемой величины. Эту зависимость представляют в виде таблицы или графика. Если необходимо избавиться от погрешности обратного хода, градуировку осуществ-ляют раздельно при прямом и обратном ходе.

   По мере передвижения вверх по вертикальной схеме от рабочих мер и измери-тельных приборов к эталонам неизбежно сокращается число мер, различных по номи-нальному значению. На верхних ступенях поверочной схемы часто имеется мера (эталон) только одного значения. Повышение точности измерительных приборов неизбежно связано с сокращением диапазона измерений по их шкале. Поэтому на некоторой ступени поверочной схемы иногда разность номинальных значений поверяемой и ближайшей к ней по разряду исходной меры превышает диапазон измерения измерительного прибора, соответствующей данному разряду точности. В этих случаях поверка осуществляется способом калибровки.

      Калибровка – способ поверки измерительных средств, заключающийся в сравнении различных мер, их сочетаний или отметок шкал многозначных мер в различных комбинациях и вычислении по результатам этих сравнений значений отдельных мер или отметок шкалы (или поправок к ним) исходя из известного значения одной из них.

       В результате сравнения получают систему уравнений, решив которую находят действительные значения мер. Если число уравнений равно числу поверяемых мер, то действительные значения мер и погрешности их аттестации находят с помощью методов обработки результатов косвенных измерений. Однако для повышения точности аттестации мер стремятся увеличить число уравнений, и тогда действительные значения мер определяют по схеме обработки результатов совокупных измерений.

                                              Истинное значение величины.

Прямые, косвенные, совместные и совокупные единицы.

      В практике метрологических работ широко используется термин „достоверность измерений“, по существу являющейся синонимом термина „точность измерения“. Даже самое тщательное проведение измерения вне зависимости от его точности и метода не позволяет получить истинного значения измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, а при проведении повторных измерений мы несколько приближаемся к нему, то для оценки степени приближения к истинному значению используются положения теории вероятностей. Эта теория дает возможность оценивать вероятностные границы погрешностей, за пределы которых они не выходят.

      Достоверность измерений характеризует степень доверия к полученным результатам измерений. Это позволяет для каждого конкретного случая выбирать методы и средства измерений, обеспечивающие получение результата. С заданной точностью.

      Измерения подразделяются на прямые, косвенные, совместные и сово-купные, что обусловлено приемами получения результатов измерений. Каждая кате-гория измерений связана с определенным способом обработки экспериментальных данных для нахождения результата измерения и оценивая его погрешностей.

     При прямых измерениях объект исследования приводят во взаимодействие со средствами измерения и по показаниям последнего отсчитывают значение измеряемой величины. Иногда показания прибора умножают на коэффициент, вводят соответст-вующие поправки и т.д.

     Эти измерения можно записать в виде уравнения: Х = С*х, где

Х – значение измеряемой величины в принятых для нее единицах;

С – цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства в единицах измеряемой величины;

х – отсчет по индикаторному устройству в делениях шкалы.

     К прямым измерениям можно отнести измерения массы при помощи весов и гирь, силы–посредством динамометра, электрического напряжения–вольтметром и др.

      В прямых измерениях процедура измерения может сопровождаться рядом дополнительных операций (снятие показания барометра, термометра и других при-боров, а также включать вычисления по нескольким формулам). Но вместе с тем, это будут прямые измерения, так как дополнительные процедуры измерения не носят самостоятельного характера, а необходимы лишь для уточнения результата, сличения погрешности измерения.

       При косвенных измерениях искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами-аргументами. В общем случае эту зависимость можно представить в виде функций Х=f(х12, …хn), в которой значения аргументов х12,…хn находят в результате прямых, а иногда косвенных, совместных или совокупных измерений.

    Например, плотность однородного твердого тела ρ находят как отношение массы m к его объему V, а массу  и объем тела измеряют непосредственно ρ = m/V.

 

     Для повышения точности измерений плотности ρ измерения m и V производят многократно. В этом случае плотность тела ρ =m / V , где m –  результат измерения массы тела,  

    n                          n      

 m = Σ mi / n; V = Σ Vi/n - результат измерения объема тела.  

    1                         1  

 

       По виду функциональной зависимости различают косвенные измерения с линейной зависимостью между измеряемой величиной и измеряемыми документами; косвенные измерения с нелинейной зависимостью между этими величинами и косвенные измерения с зависимостью между ведичинами смешанного типа.      n

В случае линейной зависимости уравнение Х=f(х12, …хn), имеет вид: Х = Σ ki*xi, где:       ki - постоянный коэффициент i-го аргумента;                                           1

        n -  число слагаемых.

                                                                                                                                                       

     При косвенных измерениях с нелинейной зависимостью уравнение

 Х=f(х12, …хn), имеет вид произведения некоторых функций:

                                                                n

                                                       Х = П fi (xi).

                                                               i=1

 

 в случае косвенных измерений с зависимостью между величинами смешанного типа уравнение Х=f(х12, …хn), принимает вид:

                                                      n                             r

                                              Х = П fi (xi + … + П fii)).

                                                      i=1                        i=1

 

     Совместные и совокупные измерения по способам нахождения искомых значений измеряемых величин очень близки; и в том, и в другом, случае их находят путем решения системы уравнений, коэффициенты в которых и отдельные члены получены в результате измерений, обычно прямых. Отличие же состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных – разноименных. Значения измеряемых величин xi,…,xn определяют на основании совокупных уравнений:

  f11, …, хm, x11, …, x1n) =0;

  f21,…, хm,  x21, …, х2n) =0;       

  fn1, …, хm, xk1, …, хkn) =0,  

 где х11, х21, … х kn – величины, измеряемые прямыми методами.

     Совокупные измерения, как уже отмечалось, состоят из ряда прямых измерений однородных величин, причем при переходе от одного ряда к другому меняется сочетания измеряемых величин. Например, при определении действительных значений масс гирь из одного набора для одной гири определяют действительное значение ее массы путем сравнения с массой образцовой гири. А действительное значение масс остальных гирь находят в результате решения уравнения  данного уравнения. Они построе-ны на основании сравнения в разных сочетаниях массы всех гирь, входящих в набор.

     Совместные измерения основываются на известных уравнениях, отражающих существующие в природе связи между свойствами объектов, т.е. между величинами. Например, измерение, при котором скорость прохождения ультразвука через метариал при температуре +20°С и коэффициенты относительной влажности материала находят по данным прямых измерений скорости прохождения ультразвуковых волн, выпол-няемых при различной влажности материала. Решая совместно получаемые группы уравнений, находят искомые величины.

      Решение подобных групп уравнений проводят в настоящее время с широким использованием ЭВМ, так как ручная обработка сложна и занимает длительное время.

Погрешности измерений.

Основные понятия теории случайных погрешностей.

      При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истин-ные значения физических величин и их эмпирические проявления – результаты измерений.

      Истинные значения физических величин – это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются той абсолютной истиной, к которой мы стремимся, пытаясь выразить их в виде числовых значений.

      Результаты измерений, напротив, являются продуктами нашего познания. Представляя собой, приближенные оценки значений величин, найденные путем измерения, они зависят не только от них, но еще и от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющего измерения.

      Разница ∆ между результатами измерения Х´ и истинным значением Q измеряемой величины называется погрешностью измерения:

                                                             ∆= Х´ - Q                                               (1),                                   

но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то неизвестны и погрешности измерения, поэтому для получения хотя бы приближенных сведений о них приходится в формулу (1) вместо истинного значения подставлять, так называемое, действительное значение.

      Под действительным значением физической величины мы будем понимать ее значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

      Причинами возникновения погрешностей являются:

- несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях;

- органов чувств наблюдателя;

- в отледьную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений.

        Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная пгрешность измерения (1).

      Их можно объединить в две основные группы:

1. Факторы, проявляющиеся весьма нерегулярно и столь же неожиданно исчезающие или проявляющиеся с интенсивностью, которую трудно предвидеть. К ним относятся, например, перекосы элементов приборов в их напрявляющих, нерегулярные изменения моментов трения в опорах, изменения внимания операторов и др. Доля или составляющая суммарной погрешности измерения (1), определяемая действием факторов этой группы, называется случайной погрешностью измерения. Ее основная особенность заключается в том, что она случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Некоторые факторы могут проявляться неожиданно сильно, в результате чего погрешность примет размеры, явно выходящие за границы, обусловленные ходом эксперимента в целом. Такие погрешности в составе случайной погрешности называют грубыми. К ним тесно примыкают промохи – погрешности, зависящие от наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов.

2. Факторы постоянные или закономерно изменяющиеся в процессе изме-рительного эксперимента, например, плавные изменения влияющих величин или погрешности применяемых при измерениях образцовых мер. Составляющие суммарной погрешности (1), определяемые действием факторов этой группы, называются систематическими погрешностями измерения. Их отличительная особен-ность заключается в том, что они остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины. До тех пор, пока систематические погрешности больше случайных, их зачастую можно вычислить или исключить из результатов измерений надлежащей постановкой опыта.

        Таким образом мы имеем два типа погрешностей измерения:

- случайные погрешности (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;

- систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.

В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются одновременно и погрешность измерения можно представить в виде суммы :  ∆=∂ + θ,

где ∂ - случайная, а θ – систематическая погрешности.

        Для получения результатов, минимально отличающихся от истинных значений величин, проводят многократные наблюдения за измеряемой величиной с последую-щей систематической обработкой опытных данных. Поэтому наибольшее значение имеет изучение погрешности, как функции номера наблюдения, т.е. времени ∆(t). Тогда отдельные значения погрешностей можно будет трактовать как набор значений этой функции: ∆1  = ∆(t1); ∆2 = ∆(t2), …, ∆n = ∆(tn).

      В общем случае погрешность является случайной функцией времени, которая отличается от классических функций математического анализа тем, что нельзя сказать, какое значение она примет в момент времени ti. Можно лишь указать вероятности появления ее значение в том или ином интервале. В серии экспериментов, состоящих их ряда многократных наблюдений, мы получаем одну реализацию этой функции. При повторении серии при тех же значениях величин, характеризующих факторы второй группы, неизбежно получаем новую реализацию, отличающуюся от первой.

     Погрешность измерения, соответствующая каждому моменту времени ti, называется сечением случайной функции ∆(t). В каждом сечении в большинстве случаев можно найти среднее значение погрешности θi, относительно которого группируются в различных реализациях.

     Предположим, что θ(ti) = 0 и предположим далее, что случайные погрешности в различных сечениях не зависят друг от друга, тогда случайную погрешность можно рассматривать как случайную величину, а ее значения при каждом из многократных наблюдений одной и той же физической величины – как ее эмпирические проявления, т.е. как результаты независимых наблюдений над ней.

     В этих условиях случайная погрешность ∂ измерений определяется как разность между исправленным результатом Х измерения и истинным значением Q измеряемой величины: ∂=Х-Q, причем исправленным будем называть результат измерений, их которого исключены систематические погрешности.

     Подобные данные получают обычно при поверке измерительных средств путем измерения заранее известных величин. При проведении измерений целью является оценка истинного значения измеряемой величины, которое до опыта неизвестно. Результат измерения включает в себя помимо истинного значения еще и случайную погрешность, следовательно, сам является случайной величиной. В этих условиях фактическое значение случайной погрешности, полученное при поверке, еще не характеризует точности измерений, поэтому не ясно, какое значение принять за окончательный результат измерения и как охарактеризовать его точность.

Ответ на эти вопросы можно получить, используя при метрологической обработке результатов измерения методы математической статистики, имеющей дело именно со случайными величинами.

Ранее отмечалось, что случайная погрешность – это составляющая результата погрешности измерений, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений, проведенных с одинаковой тщательностью одного и того же размера физической величины. Это определение указывается с определением случайного события в теории вероятностей, которое называется случайным, если в результате данного испытания оно может произойти, а может и не произойти. Из этих определений следует два понятия, крайне важных для дальнейших рассуждений: при большом числе измерений случайные погрешности малого или одинакового значения, но разного знака, встречаются одинаково часто; большие (по абсолютному значению) погрешности встречаются реже, чем малые.

Из этих положений следует вывод, что при увеличении числа измерений случайная погрешность результата, полученного из ряда измерений, уменьшается вследствие того, что сумма погрешностей отдельных измерений данной серии стремится к нулю:

  n                       n

∑ (хi – x) = ∑ ∆xi → 0,

1 1

                      n→∞

 где ∆хi – случайная погрешность измерения;

     хi – результат одного измерения;

     х - истинное значение измеряемой величины.

   Вероятность события – количественная мера степени объективной возможности появления события при одном опыте. Событие может быть достоверным, т.е. оно обязательно произойдет и вероятность его равна 1, и невозможным, вероятность которого равна 0.

    Различают понятия единственно возможных событий, если появление в результате испытания одного и только одного из них является событием достоверным (при бросании монеты единственно возможным событием является: «появился герб», «появилась цифра»).

    Несколько событий называют равновозможными, если возможно появление каждого из них с одинаковой степенью уверенности (появление положительных или отрицательных погрешностей при правильно поставленных измерениях).

     Теоретический подсчет вероятности может, проводится в простейшем случае по формуле:    Р(А) = m/n,

     где Р (А) – вероятность появления события А4

                 m – число случаев, благоприятствующих появлению события А;

                  n – число всех возможных случаев.

     Например, вероятность выпадения заданного числа очков при бросании игральной кости с шестью гранями будет составлять 1/6.

     Для всякого опыта, в котором возможные результаты известны и равновероятны, можно непосредственно вычислить вероятность того или иного результата.

     Если в приведенном примере с игральной костью необходимо определить вероятность выпадения четного числа очков (2;4;6), то Р = 3/6 =1/2 =0,5.

Систематические погрешности.

Классификация систематических погрешностей.

     Систематической погрешностью называется составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины. При этом предполагается, что систематические погрешности представляют собой определенную функцию неслучайных факторов, состав которых зависит от физических, конструктивных и технологических особенностей средств измерений, условий их применения, а также индивидуальных качеств наблюдателя. Совершенствование методов измерения, использование высококачественных материалов, прогрессивная технология – все это позволяет на практике устранить систематические погрешности настолько, что при обработке результатов наблюдений с их наличием зачастую не приходится считаться.

      При рассмотрении случайных погрешностей было показано, что единственно правильным методом их анализа является математическая статистика. Случайные погрешности измерения изучаются только в совокупности, без рассмотрения их фактических значений в каждом опыте. Систематические погрешности приходится изучать в каждом случае отдельно.

      Однако в последнее время появились попытки использовать для анализа систематических погрешностей статистические методы, основанные на способах разделения сигналов, применяющихся в теории и технике связи.

       Систематические погрешности принято классифицировать в зависимости от причин их возникновения и по характеру их проявления при измерениях:

В зависимости от причин возникновения рассматриваются четыре вида систематических погрешностей:

1. Погрешности метода или теоретические погрешности, проистекающие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений в целом или от допущенных упрощений при проведении измерений.

Погрешности метода возникают также при экстраполяции свойства, измеренного на ограниченной части некоторого объекта, на весь объект, если последний не обладает однородностью измеряемого свойства.

К погрешностям метода следует отнести также те погрешности, которые возникают вследствие влияния измерительной аппаратуры на измеряемые свойства объекта. Получаемые при этом результаты становятся грубо приближенными или даже недействительными, как только аппаратура прекращает взаимодействовать с объектом.

В некоторых измерениях, связанных с исследованием малых или, наоборот, очень больших объектов, погрешности метода могут иногда настолько исказить сущность исследуемых явлений, что сколько-нибудь объективная интерпретация результатов измерения становится настоящим искусством, доступным лишь ограниченному числу экспериментаторов.

2. Инструментальные погрешности, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. Среди инструментальных погрешностей в отдельную группу выделяются погрешности схемы, не связанные с неточностью изготовления средств измерения и обязанные своим происхождением самой структурной схеме средств измерений (и, в частности, его кинематической схеме) и свойствам образующих его элементов, и технологические погрешности, появляющиеся вследствие несовершенства изготовления элементов. Исследования инструментальных погрешностей является предметом специальной дисциплины – теории точности измерительных устройств.

3. Погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаимным расположением средств измерения, являющихся частью единого комплекса, несогласованностью их характеристик, влиянием внешних температурных, гравитационных, радиационных и других полей, нестабильностью источников питания, а также неправильными манипуляциями операторов. Сюда относятся погрешности, вызываемые установкой некоторых измерительных приборов без помощи отвеса или уровня, несогласованностью входных и выходных параметров электрических цепей приборов и т.д.

4. Личные погрешности, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателя. Такого рода погрешности вызываются, например, запаздыванием или опережением при регистрации сигнала, неправильным отсчетом десятых долей деления шкалы, асимметрией, возникающей при установке штриха посередине между двумя рисками.

  По характеру своего поведения в процессе измерения систематические погрешности подразделяются на постоянные и переменные.

     Постоянные систематические погрешности возникают, например, при неправильной установке начала отсчета, неправильной градуировке средств измерения и остаются постоянными при всех повторных наблюдениях. Поэтому, если уж они возникли, их очень трудно обнаружить в результатах наблюдений.

    Среди переменных систематических погрешностей принято выделять прогрессивные, монотонно возрастающие или убывающие в процессе своего изменения (в функции времени, значения измеряемой величины или параметров внешних условий), и периодические.

     Прогрессивная погрешность возникает, например. При взвешивании, когда одно из коромысел весов находится ближе к источнику тепла, чем другое, поэтому быстрее нагревается и удлиняется. Это приводит к систематическому сдвигу начала отсчета и к монотонному изменению показаний весов.

     Периодическая погрешность присуща исключительным приборам с круговой шкалой, если ось вращения указателя не совпадает с осью шкалы.

     Все остальные виды систематических погрешностей принято называть погрешностями, изменяющимися по сложному закону.

     В тех случаях, когда при создании средств измерений, необходимых для данной измерительной установки, не удается устранить влияние систематических погрешностей, приходится специально организовывать измерительный процесс и осуществлять математическую обработку результатов. Методы борьбы с систематическими погрешностями заключается в их обнаружении и последующем исключении путем полной или частичной компенсации. Основные трудности, часто непреодолимые, состоят именно в обнаружении систематических погрешностей, поэтому иногда приходится довольствоваться приближенным их анализом.

Способы обнаружения систематических погрешностей.

 Результаты наблюдений, полученные при наличии систематических погрешностей, будем называть неисправленными и в отличие от исправленных снабжать штрихами их обозначения (например, X1´; Х2`  и т.д.). Вычисленные в этих условиях средние арифметические значения и отклонения от них результатов наблюдений будем также называть неисправленными, и ставит штрихи у символов этих величин. Таким образом,

                  n

  Х` = 1/n ∑ Хi`; Vi` = Хi` - X`.

                i=1

 

Поскольку неисправленные результаты наблюдений включают в себя систематические погрешности, сумму которых для каждого i-го наблюдения будем обозначать через θi, то их математическое ожидание не совпадает с истинным значением измеряемой величины и отличается от него на некоторую величину θ, называемую систематической погрешностью неисправленного среднего арифметического. Действительно,

                   n                                         n                                          n                                   n

М│Х`│= 1/n ∑ М │ Х`i │= 1/n ∑ М│Xi + θi│=1/n ∑ М│Хi│ + 1/n ∑ М │ θi│= Q + θ;

            i=1                                     i=1                                        i=1                               i=1

                                                    n

θ = М│X`i│- Q = 1/n ∑ θi-

                                     i=1

   Случайные отклонения результатов наблюдений от средних арифметических отличаются от неисправленных отклонений:

                                                                                                 n

V`i – Vi = (X`i – X`i) –(Xi – X) = (X`i – Xi) – (X` - X) = θi –1/n ∑ θi = θi – θ.

                                                                                                 i=1

         Если систематические погрешности постоянны, т.е. θi = θ, i = 1,2,…,n, то Vi = V`i, и неисправленные отклонения могут быть непосредственно использованы для оценки рассеивания ряда наблюдений. В противном случае необходимо предварительно поправить отдельные результаты измерений, введя в них так называемые поправки, равные систематическим погрешностям по величине и обратные им по знаку:

                                 qi = - θi.

    Таким образом, для нахождения исправленного среднего арифметического и оценки его рассеивания относительно истинного значения измеряемой величины необходимо обнаружить систематические погрешности и исключить их путем введения поправок или соответствующей каждому конкретному случаю организации самого измерения. Остановимся подробнее на некоторых способах обнаружения систематических погрешностей.

     Постоянные систематические погрешности не влияют на значения случайных отклонений результатов наблюдений от средних арифметических, поэтому никакая математическая обработка результатов наблюдений не может привести к их обнаружению. Анализ таких погрешностей возможен только на основании некоторых знаний, об этих погрешностях, получаемых, например, при поверке средств измерений. Измеряемая величина при поверке обычно воспроизводится образцовой мерой, действительное значение которой известно. Поэтому разность между средним арифметическим результатов наблюдения и значением меры с точностью, определяемой погрешностью аттестации меры и случайными погрешностями измерения, равна искомой систематической погрешности.

        Ценность при поверке полученных результатов определяется их постоянством в течение некоторого промежутка времени и независимостью от тех изменений внешних условий, которые допустимы при эксплуатации средств измерений с заданной точностью Тогда полученные при поверке данные могут быть использованы для получения поправок, необходимых для исправления результатов наблюдений.

      Одним из наиболее действенных способов обнаружения систематических погрешностей в ряде результатов наблюдений является построение графика последовательности исправленных значений случайных отклонений результатов наблюдений от средних арифметических.

        Вначале рассмотрим случай, когда в ряде результатов наблюдений предполагается наличие постоянной систематической погрешности. Для того, чтобы удостовериться в этом, исследователь, сделав несколько измерений, заменяет некоторые меры или измерительные приборы, включенные в установку и являющиеся предполагаемыми источниками постоянных систематических погрешностей, другими мерами и измерительными приборами, и проводит еще несколько измерений. Иными словами, заменяя одну меру на другую и строя график – обращаем внимание на наличие погрешности.

      Окончательно рассматриваемый способ обнаружения постоянных систематических погрешностей можно сформулировать следующим образом: если неисправленные отклонения результатов наблюдений резко изменяются при изменении условий наблюдений, то данные результаты содержат постоянную систематическую погрешность, зависящую от условий наблюдений.

      При прогрессивной систематической погрешности последовательность неисправленных отклонений результатов наблюдений обнаруживает тенденцию к возрастанию или убыванию.

     Если же в ряде результатов наблюдений присутствует периодическая систематическая погрешность, то группы знаков плюс и минус в последовательности неисправленных отклонений результатов наблюдений могут периодически сменять друг друга, если, конечно, случайные погрешности не особенно велики.

      Обобщая два рассмотренных случая, можно сказать: если знаки неисправленных отклонений результатов наблюдений чередуются правильно, то данный ряд результатов наблюдений обнаруживает прогрессивную погрешность, если последовательность знаков плюс сменяется последовательностью знаков минус или наоборот, и периодическую погрешность, если группы знаков плюс и минус чередуются.

      По этому признаку можно обнаружить систематические погрешности, если случайные погрешности малы. Однако даже при достаточно больших случайных погрешностях анализ графиков неисправленных отклонений результатов наблюдений позволяет обнаружить весьма слабые тенденции к той или иной форме систематического измерения погрешности.

Введение поправок.

Неисключенная систематическая погрешность.

Систематические погрешности являются детерминированными величинами, поэтому в принципе всегда могут быть вычислены и исключены из результатов измерений. После исключения систематических погрешностей получаем исправленные средние арифметические и исправленные отклонения результатов наблюдений, которые позволяют оценить степень рассеивания результатов.

Для исправления результатов наблюдений их складывают с поправками, равными систематическим погрешностям по величине и обратными им по знаку. Поправку определяют экспериментально при поверке приборов или в результате специальных исследований, обычно с некоторой ограниченной точностью. Для исправления результата наблюдения его складывают только со средним арифметическим значением поправки:

                  Xi  = X`i + q,

где – Xi, X`i –соответственно исправленный и неисправленный результаты наблюдений; q - среднее арифметическое значение поправки.

     Поправки, определяемые экспериментально, задаются в виде таблицы или графика.

Поправки могут задаваться также в виде формул, по которым они вычисляются для каждого конкретного случая. Например. При измерения и поверках с помощью образцовых грузопоршневых манометров следует вводить поправки к их показаниям на местное значение ускорения свободного падения и на отклонение температуры

                                   q1 = ∆P1 = P(g/9.8066 – 1)

окружающего воздуха от 20°C, если оно превышает ±5°C: g2 = ∆Р2 = Р(α1 + α2)(20 – t), где Р – измеряемое давление, Па; g – ускорение свободного падения в месте измерения;    

α12 – коэффициенты линейного температурного расширения материалов поршня и цилиндра, соответственно; t – температура окружающего воздуха,°C.

Введением поправки устраняется влияние только одной вполне определенной систематической погрешности, поэтому в результаты измерения зачастую приходится вводить очень большое число поправок. При этом вследствие ограниченной точности определения поправок накапливается случайные погрешности, и дисперсия результата измерения увеличивается.

Действительно, при исправлении неисправленного результата Х`i  путем введения поправок qi ± Si, j = 1,2,…,m по формуле 

                n

Хi = X`i + ∑ qi. Дисперсия S2x становится равной

              i=1                                      m

                                             S2x =S2x` + ∑ S2j , где

                                              i=1

 

S2x – оценка дисперсии неисправленных результатов;

S2j - оценка дисперсии j-й поправки.

Следовательно, где-то должна быть разумная граница тех значений поправок, которые следует вводить в результаты наблюдений для получения более достоверных сведений об истинном значении измеряемой величины. Будем рассуждать следующим образом. Предположим, что, измерив постоянную величину Q, мы получим следующий результат:

                      Q = X`± tp Sx,

где: tp - определяется по заданной доверительной вероятности из таблиц нормального распределения или распределения Стьюдента.

После введения поправки q ± tpSq, где Sq – среднее квадратичное отклонение определения поправки, результат измерения Q = x´´ ± tpSx´´, где x´=x´+q, S2x ´´= S2x ´ + S2q. Систематическая погрешность Q1 уменьшилась до Q2 из-за введения поправки, причем Q2 =Q1 – q. Доверительная граница погрешности результата измерения для доверительной вероятности, соответствующей tp, составляла до введения поправки

1 = Q1 – q + tp√S2x´ + S2q.

Поправку имеет смысл вводить до тех пор, пока она уменьшает доверительные границы погрешности, т.е. пока имеет место неравенство ∆2<∆1 . Подставив сюда значения погрешностей ∆1 и ∆2, получим θ1 – q + tp√S2x + S2q < θ1 + tpS, и, следовательно,

 


                                 q > tpSx ´ [√ 1+S2q/S2x   -1].

 

Если отношение дисперсии поправки к дисперсии неисправленных результатов наблюдений значительно меньше единицы, то полученное выражение можно упростить, воспользовавшись разложением в степенной ряд

        q > 0,5 S2q/ Sx ´                                                                        (1)

     При исчезающей малой дисперсии поправки на основании формулы (1) может показаться, что введение любой поправки повышает достоверность результата. Однако следует помнить, что погрешность результата выражается не более чем двумя значащими цифрами, поэтому поправка, если она меньше пяти единиц разряда, следующего за последним десятичным знаком погрешности результата, будет все равно потеряна при округлении, и вводить ее не имеет смысла.

     Систематическая погрешность, остающаяся после введения поправок на ее наиболее существенные составляющие, включает в себя ряд элементарных составляющих, называемых не исключенными остатками систематической погрешности. К их числу относятся: погрешности определения поправок; погрешности, зависящие от точности измерения влияющих величин, входящих в формулы для определения поправок; погрешности, связанные с колебаниями влияющих величин (температуры окружающей среды, напряжения источников питания и т.д.) в столь малых пределах, что поправки на них не вводятся.

     Для каждого данного измерения элементарные составляющие систематической погрешности имеют вполне определенные значения, но эти значения нам неизвестны. Известно лишь, что в массе однотипных измерений эти составляющие лежат в определенных границах ±Qkmax  или имеют определенные средние квадратичные отклонения Sθk.  В первом случае для не исключенных остатков следует принять равномерное распределение, во втором – нормальное. Дисперсия суммы не исключенных остатков систематической погрешности определяется как сумма их дисперсий и поэтому с учетом дисперсии случайной равномерно распределенной погрешности и средним квадратичным отклонением результатов наблюдений

                                                     m1                           m2

                          D[θ] = S2θ = 1/3 ∑ θ2k max + ∑ S2θ k,

                                                     k=1                k=1

 

где m1 – число равномерно распределенных и m2 – число нормально распределенных элементарных составляющих.

Государственная система обеспечения единства измерений.

 В Росии до перехода к рыночной экономике обеспечение единства измерений осуществлялось и регулировалось государством централизовано с помощью метроло-гических государственных и ведомственных центров, деятельность которых регламентировалась нормативно-техническими документами (ГОСТ, ОСТ и др.) В результате все средства измерений в СССР находились под государственным надзо-ром. Это определяло в целом достоточно высокий уровень обеспечения единства из-мерений, хотя и требовало больших затрат.

        В новых экономических условиях было принято решение о переходе системы измерений в России (Российской системы измерений) на законодательный принцип управления. В апреле 1993 г. был принят Закон Российской Федерации „Об обес-печении единства измерений“.

  В соответствии с законом государственное управление деятельностью за обеспечение единства измерений в стране осуществляет Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России). К компетенции Госстандарта России относятся:

1. межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений;

2. представление Правительства РФ предложений по единицам величин, допускаемых к применению;

3. установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

4. определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

5. осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

6. осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров РФ о признании результатов испыианий и поверки средств измерений;

7. руководство деятельностью Государственной метрологической службы и иных государственных метрологических служб в области обеспечения единства измерений;

8. участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

    Кроме того, к числу функций государственного управления относятся:

- утверждение документов по обеспечению единства измерений;

- утверждение государственных эталонов (находятся в ведении Госстандарта России);

- установление межповерочных интервалов средств измерений;

- установление порядка работы и аттестации методик выполнения измерений;

- организация деятельности Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения единства измерений;

- аккредитация государственных центров испытаний средств измерений;

- утверждение типа средств измерений;

- введение Государственного реестра средств измерений, в который включаются средства измерений, прошедшие испытания с последующим утверждением типа;

- утверждение перечней средств измерений, подлежащих поверке;

- организация деятельности и аккредитация метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровки средств измерений.

     Государственный метрологический контроль и надзор распространяется на здравоохранение, охрану окружающей среды, обеспечение безопасности труда, торговые операции, геодезические и гидрометеорологические работы, обеспечение обороны государства, испытание и контроля качества продукции на установление соответствия ГОСТ Р, банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции и др.

      В соответствии с Законом области метрологической деятельности четко разделены на сферу государственного контроля и надзора и сферу добровольного метрологического контроля и надзора, в которой взаимоотношения складываются на основе рыночных отношений. Так, деятельность юридических (в т.ч. негосударственных) и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений может осуществляться ими лишь при наличии лицензии, выдаваемой в установленном порядке.

      Важнейшей составляющей деятельности по обеспечению единообразия средств измерений является обязательная поверка средств измерений. Теперь распространяется только на те средства измерений, которые подлежат государственному метрологическому контролю и надзору.

        Право на проведение поверки средств измерений по решению Госстандарта России может быть предоставлено (после аккредитации) метрологическим службам юридических лиц. Органы Государственной метрологической службы контролируют качество поверочной деятельности. При этом аккредитованным метрологическим органам физических лиц предоставляется право выдавать сертификаты о калибровке (от имени организаций, которые их аккредитовали).

      Как видно из сказанного о калибровке средств измерений и в законе возможности ее проведения сопровождаются словом «может», что определяет по существу добровольность калибровки. Отсюда вопрос: можно ли использовать средства измерений, не прошедшие поверки или калибровки? В сферах государственной метрологической деятельности это будет грубым нарушением законодательства. В сферах негосударственной метрологической деятельности, не запрещается пользоваться средствами измерений, не прошедшими поверку или калибровку. Но Законом предусмотрена ответственность в т.ч. и уголовная за нарушение положений по обеспечению единства измерений, установленных метрологических правил и норм независимо от принадлежности физических и юридически лиц к государственной или негосударственной форме собственности. Это условие определяет основную направленность Закона - защитить права и законные интересы граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

       Законом определено, что государственный метрологический контроль и надзор осуществляется главными государственными инспекторами и государственными инспекторами по обеспечению единства измерений. Поверка средств измерений проводится государственными инспекторами, аттестованными в качестве поверителей.

         Определим (в соответствии с законом) виды государственного метрологического контроля и надзора раздельно.

Установим три вида государственного метрологического контроля:

1. утверждение типа средств измерений;

2. поверка средств измерений (в т.ч. эталонов);

3. лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

Виды государственного метрологического надзора:

1. за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованных методик для выполнения измерений, соблюдением метрологических правил и норм;

2. за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;

3. за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида, при их расфасовке и продаже.

         Государственный метрологический контроль и надзор распространяется в основном на государственные сферы.

         В сферах свободных рыночных отношений вопросы обеспечение единства измерений упорядочивает проведение работ по сертификации средств измерений, поскольку сертификат соответствия, подтверждающий технический уровень и качество изготовления средств измерений выдается метрологическим органом, аккредитованным и контролируемым Государственной метрологической службой. Вместе с тем следует иметь в виду, что сертификация средств измерений, как добровольная процедура, по выбору сертифицируемых параметров, объему их поверки может определятся заявителем.

         Калибровка средств измерений является добровольной процедурой. Но, к юридическим лицам, проводящим калибровку средств измерений, предъявляется большинство требований, которые должны удовлетворять государственные метрологические органы, проводящие поверку средств измерений, в частности, требования к размерам производственных помещений, квалификации персонала, наличию эталонов, а также нормативно-технических документов.

         Принятие Закона «Об обеспечении единства измерений», способствует адаптации Российской системы измерений к системам измерений других стран через взаимное признание порядка аккредитации.

Метрологическое обеспечение контроля качества в строительстве.

Основные положения и задачи.

         Метрологическое обеспечение включает:

- систему передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений и других средств поверки;

- систему разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, научных исследований и других видов деятельности;

- обязательную государственную и ведомственную поверку средств измерений, обеспечивающую единообразие средств измерений при их изготовлении, эксплуатации и ремонте;

- стандартные образцы состава и свойств вещества и материалов, обеспечивающие воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов;

- систему стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, обеспечивающую достоверными данными научные исследования, разработку технологических процессов и конструкций изделий, процессов получения и использования материалов.

          Метрологическая служба на предприятии или в организации (отдел главного метролога, другое подразделение или лица) создается для научно-технического или организационно-методического руководства, работами по метрологическому обеспечению в отделах (цехах, лабораториях) предприятия (организации), а также для непосредственного выполнения работ по метрологическому обеспечению разработки, производства, испытаний и эксплуатации продукции, выпускаемой предприятием (организацией), или закрепленных за ним видов деятельности.

          Обязанности, права и структуру ведомственных метрологических служб определяют в положениях, разрабатываемых и утверждаемых в установленном порядке, на основе типовых положений о ведомственных метрологических службах, утверждаемых Госстандартом.

На метрологическую службу предприятия (организации) возлагается:

- разработка и представление руководству организации планов организационно-технических мероприятий по обеспечению единства измерений; осуществление этих мероприятий, методическое и техническое руководство и контроль за их выполнением другими службами и подразделениями;

- контроль правильности требований к средствам и методам измерений в нормативно-технической документации, разрабатываемой на предприятии (организации); участие в выборе и назначении средств и методов измерений, необходимых для научно-исследовательских работ, для контроля и технологических процессов и качества продукции;

- систематическое изучение соответствия применяемых во всех подразделениях предприятия (организации) средств и методов измерений требованиям обеспечения оптимальных режимов технологических процессов и контроля качества продукции; разработка предложений по совершенствованию средств и методов измерений; разработка планов внедрения новой измерительной техники;

- разработка и изготовление средств измерений специального назначения, разработка технических заданий на проектирование и изготовление приборостроительной промышленностью средств измерений, необходимых предприятию (организации); участие в аналогичных работах, проводимых другими службами и подразделениями;

- оказание технической помощи предприятию (организации) в проведении работ по автоматизации производственных процессов, связанных с применением средств измерений, как при планировании этих работ, так и в процессе монтажа, наладки и эксплуатации средств измерений;

- организация и проведение работ (совместно с отделом технического контроля и другими техническими службами) по выявлению факторов нарушения технологических режимов, брака в изготовлении конструкции и выполнении строительно-монтажных работ, непроизводительного расхода сырья, материалов, энергии и т.д.

- разработка локальных поверочных схем, установление оптимальной периодичности поверки средств измерений составление календарных графиков государственной поверки средств измерений с органами государственной метрологической службы и представление этих документов на утверждение руководству предприятия (организации);

- организация и проведение ведомственной поверки средств измерений;

- организация и проведение ремонта, наладки и юстировки средств измерений;

- проведение испытаний (метрологической аттестации) нестандартных средств измерений специального назначения, изготовленных в единичных экземплярах или разовыми партиями для нужд предприятий (организаций); разработка и утверждение методических указаний (инструкции) по поверке этих средств измерений;

- проведение сложных точных измерений по заданиям руководства предприятия (организации), которые не могут быть выполнены ситами и на оборудовании других подразделений;

- изучение эксплутационных свойств средств измерений, выпускаемых отечественной промышленностью, обобщение материалов этой работы, информация органов метрологической службы Госстандарта о выявленных дефектах конструкции и изготовления и о соответствии средств измерений условиям эксплуатации; разработка и проведение мероприятий по увеличению срока службы средств измерений;

- ведение технического учета средств измерений и разработка предложений по перераспределению внутри предприятия (организации), участие в определении потребности и составлении заявок на средства измерений, а также представление в установленном порядке заинтересованным фирмам сведений об излишних и не используемых средств измерений;

- представление в установленном порядке подразделению ведомственной метрологической службы и органам государственной метрологической службы сведений о деятельности метрологической службы предприятия (организации), годовых планов внедрения новой измерительной техники, сведений об их реализации, сведений о наличии средств измерений;

- реализация предложений отраслевых базовых организаций метрологической службы комитета (ведомства) и органов Госстандарта по установлению недостатков в метрологическом обеспечении предприятия (организации).

        На предприятиях промышленности строительных материалов и в строительстве с развитием индустриализации, темпов и роста объемов производства, повышением этажности и пролетов зданий значительно возрастают требования к точности и достоверности результатов измерений. Растут при этом и трудовые затраты на выполнение контрольно-измерительных операций.

        С помощью соответствующей измерительной техники определяются гидрогеологические условия, несущая способность оснований и фундаментов, физико-механические, теплотехнические, химические свойства и многие другие характеристики строительных материалов, изделий и конструкций.

         В строительстве и промышленности строительных материалов используется свыше 2,5 тыс. типов приборов, в основном общетехнического назначения. К сожалению, большое число средств специального назначения, предусмотренных стандартами, серийно не выпускаются и не имеет соответствующих поверочных схем. Оснащение средствами измерений, разработка и их состояние, а также деятельность отраслевых метрологических органов требует коренного улучшения.

         Первоочередными задачами развития метрологического обеспечения и стандартизации являются следующие:

- установить и стандартизировать для каждого основного технологического и строительного процесса перечень измеряемых и контролируемых параметров и соответствующие схемы активного контроля;

- создать отраслевую метрологическую базу (центр) разработки специальных методов и средств измерений, испытаний и контроля и приступить к координации такой разработки;

- организовать разработку отраслевой системы стандартных образцов свойств и состава и соответствующих образцовых средств для их аттестации с целью подтверждения и повышения уровня точности и достоверности, а также совершенствование поверочных схем;

- организовать ведомственные метрологические службы на основе перестройки работы строительных лабораторий, ОТК, ОГМ, ОГЭ и отделов КИП предприятий, а также технических инспекций, институтов и некоторых служб комитетов.

    Испытания в строительстве, роль и задачи строительных лабораторий.

   Испытание – это экспериментальное определение значений параметров и показателей качества продукции в процессе функционирования или при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе.

   Объектами испытаний могут быть материалы, узлы, конструкции, здания и сооружения, целые технические системы, состоящие из множества узлов и приборов. Кроме натурных изделий испытаниям часто подвергают их макеты, изготовляемые из тех же или других специальных материалов в натуральную величину или в масштабе с применением теории подобия.

    В процессе испытаний изделие подвергают одному или нескольким внешним воздействиям (силовым, вибрационным, тепловым и т.д.). при этом определяют интересующие исследователя свойства, характеристики. Параметры или показатели качества изделия. Широко распространены испытания различных материалов на прочность, твердость, морозостойкость, устойчивость к воздействиям агрессивной среды, ударную вязкость, усталость, истираемость; испытание строительных деталей, конструкций, зданий и сооружений на прочность, трещиностойкость, звуко-, тепло-, воздухопроницаемость и т.д.

     На многие виды испытаний в разных странах существуют стандарты, устанавливающие методы и условия испытаний (контроля), режимы. Форму и размеры образцов, перечень регистрирующих параметров и другие сведения.

     В зависимости от цели испытания делятся на контрольные и исследовательские. Всего по ГОСТ 16504 различают 40 видов испытаний.

     Контрольными называют испытания, которые проводят только на натуральных образцах с целью контроля качества продукции в процессе ее производства, эксплуатации или хранения.

      Исследовательскими называются испытания, которые проводят с целью изучения параметров продукции, свойств и показателей качества. Эти испытания могут проводится как на натуральных образцах, так и на макетах и позволяют собрать информацию о свойствах материала, необходимую для более точного и эффективного использования этих свойств в последующих разработках.

        Из всего разнообразия разновидностей исследовательских испытаний следует остановиться на эксплуатационных испытаниях готовой продукции, проводимых в условиях эксплуатации. Как бы тщательно не планировались испытания изделия, в лабораторных условиях практически невозможно воспроизвести все многообразие значений и различных сочетаний внешних воздействий, условий и режимов, встречающихся в реальных условиях. Поэтому для изготовления продукции очень ценной является информация, собираемая в результате наблюдения за испытываемым изделием в процессе его эксплуатации. Однако накапливается такая информация медленно, а устаревает быстро, поэтому особую проблему представляют ускоренные испытания.

        В настоящее время в разных странах предложено много методов, позволяющих определить исследуемые показатели качества, в т.ч. показатели надежности и другие параметры продукции в более короткие сроки. 

       Широко применяются ускоренные испытания материалов и изделий на выносливость при сжатии, изгибе и кручении, испытания на контактную выносливость, износостойкость, коррозионную стойкость и др. непрерывно совершенствуется метрологическое обеспечение эксперимента, развивается теория ускоренных испытаний.

       Характерной особенностью контроля качества строительной продукции является то, что в этом случае должны рассматриваться как погрешности измерений, обычно изучаемые метрологией, так и погрешности технологической системы получения материала и изделия из него.

        В строительном комплексе исследовательские испытания строительных материалов, зданий и сооружений осуществляют научно-исследовательские и строительные лаборатории.

        Строительные лаборатории в своей деятельности руководствуются действующим законодательством, ГОСТами и ТУ на изготовление, и поставку строительных материалов, конструкций, изделий и другими нормативами, документами по строительству. Лаборатории проводят испытания материалов, деталей, изделий и готовят документацию для представителей органов технического контроля в строительстве. Они осуществляют контроль по заранее утвержденным схемам и инструкциям лабораторного контроля, которые должны соответствовать фактически принятой технологии.

         Лаборатории обеспечиваются оборудованием, приборами, состав и число которых определяются в соответствии с характером и объемом производственных работ.

На строительные лаборатории возлагаются следующие обязанности:

- подбор составов (строительных растворов, бетонов, мастик для гидроизоляции, растворов для антисептирования, антикоррозионных покрытий и др.), составление рецептов на указанные составы и контроль за соблюдением этих рецептов при приготовлении составов;

- выборочный контроль качества сварочных работ, а также выполнения правил хранения строительных материалов, изделий и конструкций;

- испытание конструкций, изготовленных на предприятиях (участках), в соответствии с требованиями норм, ТУ и др. НТД;

- отбор на строительных площадках норм применяемых материалов, бетонов и испытание их, испытание грунтов оснований под фундаменты;

- участие в комиссиях по выявлению причин некачественного выполнения строительно-монтажных работ, возникновения аварий в строительстве; подготовка необходимых документов о результатах лабораторных испытаний для предъявления рекламаций в случае поступления на стройки некачественных строительных материалов, изделий и конструкций;

- контроль режима прогрева бетонных и железобетонных конструкций, забетонированных в зимнее время;

- проверка соблюдения правил эксплуатации, содержания и хранения средств измерений и поверки в соответствии с требованиями инструкций Госстандарта;

- подготовка заключений по изобретениям и рационализаторским предложениям в области качества строительных материалов и продукции производственных предприятий;

- изучение свойств местных строительных материалов с целью определения возможности применения их в строительстве;

- контроль качества отходов промышленности, намеченных на применение в строительстве – металлургических и топливных шлаков, сланцевых и торфяных зол ТЭЦ и др. материалов.

Права и ответственность.

Строительные лаборатории имеют право:

- давать указания по вопросам, входящих в компетенцию лаборатории непосредственным исполнителям работ. Эти указания обязательны для выполнения и могут быть отменены только распоряжением гл. инженера;

- приостанавливать работы в случае обнаружения дефектов, угрожающих обрушением возводимого здания, сооружения или отдельных его элементов, с последующем извещением руководства.

     Строительные лаборатории несут ответственность за качество проводимых исследований и испытаний, правильность выдаваемых составов и рецептур.

     Для успешного выполнения поставленных задач, лаборатории должны быть оснащены современными приборами и оборудованием для проведения испытаний.

     Недостатки метрологического проведения испытаний в строительстве затрудняют организацию действенного лабораторного контроля качества материалов и строительно-монтажных работ, отрицательно влияют на работу строительной отрасли и приводят к перерасходу денежных средств.

Контроль качества строительных материалов и изделий.

      Основные требования к качеству содержатся в стандартах на продукцию (работу, услугу) и в требованиях потребителей (заказчиков).

      Исходя из этого, управление качеством должно обеспечивать уверенность в выполнении указанных требований, что предусматривает проведение контроля, как процесса, так и результатов деятельности по качеству.

      В систему контроля качества на крупных предприятиях и фирмах вводят подразделения испытаний на надежность, контроля материалов, стендовой отработки. Неотъемлемой частью работы по контролю качества является контроль покупных изделий, входной контроль на всех участках и технологических переходах в производстве, операционный и окончательный контроль готовой продукции. К функциям контроля непосредственно примыкают метрологическое обеспечение производства, которое позволяет осуществлять разработку, поверку и правильную эксплуатацию средств измерений, электронных, компьютерных устройств и контроль их состояния.

      Если исходить из схемы классификации факторов, оказывающих влияние на качество продукции, включающей технические, организационные, экологические и социальные, то метрологической обеспеченности, требуют факторы, относящиеся к разделу технических, такие как:

- состояние технической документации;

- качество (соответствие) технологического оборудования, оснастки, инструмента;

- состояние испытательного оборудования;

- качество исходных материалов, сырья, комплектующих изделий.

        Для получения изделий строительного назначения высокого качества и экономичности необходимо проводить постоянный контроль за их производством и на его основе управлять технологическими процессами, внося в них необходимые изменения и коррективы, учитывающие колебания свойств материалов и условий производства и гарантирующих получение заданных свойств материалов, изделий и конструкций при минимальных затратах.

        Контроль организуется на всех стадиях производства материалов, изделий и конструкций и включает: контроль свойств материалов, приготовления рабочей композиции, формирование структуры и создание условий структурообразования и свойств готового материала или изделия.

       Для обеспечения технологического процесса и контроля используют различные способы и приборы. По полученным результатам вносятся коррективы в состав композиций, в параметры и режимы технологических операций на основе закономерностей, учитывающих влияние на свойства готового композита различных технологических факторов.

      Основные технологические переделы предприятий по выпуску изделий строительного назначения можно условно объединить по виду технических средств, обладающих нормативными метрологическими характеристиками. И в конечном итоге, качество готовых изделий и конструкций будет зависеть от того, правильно ли подобраны технические средства и обеспечивают ли они в конечном итоге заданные технологические параметры.


Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!