Объектов материального мира 5 страница
Третий, главный этап, - измерительный эксперимент. В общем случае он состоит из следующих действий:
· взаимодействие средств и объекта измерений;
· преобразование сигнала измерительной информации;
· воспроизведение сигнала заданного размера;
· сравнение сигналов и регистрация результата.
Четвертый этап измерения – обработка экспериментальных данных. Он включает в себя:
· предварительный анализ информации, полученной на предыдущих этапах измерений;
· вычисление и внесение возможных поправок на систематические погрешности;
· исключение промахов (грубых погрешностей);
· формулирование и анализ математической задачи обработки данных;
· построение или уточнение возможных алгоритмов обработки данных;
· анализ возможных алгоритмов обработки и выбор одного из них на основании известных свойств алгоритмов, априорных данных и предварительного анализа экспериментальных данных;
· проведение вычислений по принятому алгоритму для получения значения измеряемой величины и погрешности измерений;
· запись результата измерений и показателей погрешности в соответствии с установленной формой представления.
Задача обработки данных подчинена цели измерений и является вторичной.
Последний, пятый этап измерения анализ и интерпретация полученных результатов. Результаты необходимо:
· объяснить, т.е. доказать, что он закономерен и подчиняется определенному закону;
· сравнить с ранее полученными результатами аналогичных экспериментов или исследуемого и контролируемого объекта;
· обобщить, т.е. выделить повторяющиеся признаки и по данным своего единичного объекта сделать вывод, что они присущи и другим объектам.
16. Понятие многократного измерения
В главе 1.2 приведена классификация измерений, в которой даны определения основным видам измерений. Наиболее важными являются прямые многократные измерения, нашедшие широкое распространение на практике.
Прямые многократные измерения проводятся для определения значения физической величины, близкого к действительному. Проведение многоразового измерения одной и той же величины в течение длительного времени при неизменных или почти неизменных условиях позволяют получить набор (массив) данных так называемых наблюдений, из которого путем последующей математической обработки получают значение физической величины с высокой степенью достоверности [8].
Как правило, эксперимент, соответствующий многократным измерениям, проводится не менее 15-30 раз с равной периодичностью между соседними измерениями. Этому периоду предшествует тщательная подготовка, заключающаяся в выборе средств измерения, методики измерения, определения точки измерения на основании априорной информации об объекте, инструктаже персонала. Запись результатов измерений должна производиться в журнале с указанием всех необходимых сведений о состоянии объекта в момент проведения измерений. Последнее дает возможность судить о действии влияющих величин на эксперимент и измеряемую физическую величину.
Полученные результаты измерений сводятся в таблицу и обрабатываются.
17. Обработка многократных измерений
Перед обработкой результатов измерений необходимо удостовериться, что данные выборки можно обрабатывать методами математической статистики и имеют одинаковую дисперсию. Задача обработки результатов многократных измерений сводится к нахождению оценки измеряемой величины и доверительного интервала, в котором находится ее истинное значение. Обработка должна проводится в соответствии с ГОСТ 8.207-76 «ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Общие положения».
Рассмотренные выше (гл. 4) характеристики случайных величин справедливы только при бесконечно большом числе наблюдений, т.е. в сущности являются теоретическими. На практике приходится иметь дело с ограниченным числом наблюдений, которое редко превышает 30 – 40. Для их обработки используется аппарат математической статистики.
В общем случае задача определения закономерностей изменения величины при ограниченном числе наблюдений так же сводится к задаче определения закона распределения. Однако выявляемые при этом закономерности содержат элемент случайности. Статистический материал может только с большим или меньшим правдоподобием подтверждать или не подтверждать справедливость того или иного предположения.
Чаще при обработке результатов наблюдений не возникает вопроса об определении закона распределения. Обычно это бывает связано с малым числом наблюдений (n=3 – 5) или априорным утверждением, что закон распределения случайной величины является нормальным. Практика показала, что это утверждение в большинстве случаев оправдывается. В подобных случаях решается более узкая задача, заключающаяся в определении основных числовых характеристик случайного распределения – математического ожидания М[x] и среднего квадратичного отклонения s. Их называют оценками параметров функции распределения случайной величины, а так как они выражаются одним числом, их называют также точечными оценками. Оценкой математического ожидания служит среднее арифметическое
М[x]» 
(39)
Для оценки среднеквадратического отклонения sиспользуется формула
s» S = 
(40)
Оценку S приписывают каждому из n результатов наблюдений и называют погрешностью единичного измерения, стандартным отклонением или стандартом.
Приведенные оценки являются случайными величинами. Если провести повторное измерение и по его результатам вычислить 
и S, то их значения будут отличаться от прежних. Повторяя измерения и вычисляя по результатам наблюдений и S или обрабатывая совместно наблюдения, полученные в предыдущих и последующих опытах, можно получить ряд значений и S, которые также подчиняются нормальному закону распределения.
Для оценки рассеяния этих распределений используют понятие среднеквадратического отклонения среднего арифметического, которое используют в качестве оценки среднеквадратического отклонения результата измерения.
S (
(41)
Истинное значение измеряемой величины в этом случае с доверительной вероятностью Р должно находится в интервале, определяемом с помощью коэффициента распределения Стьюдента t
[ 
] (42)
Значения коэффициента t зависят от числа наблюдений n и выбранной доверительной вероятности Р. Доверительная граница случайной погрешности результата измерения e(Р) (доверительная случайная погрешность) находится по соотношению
e(Р) = 
(43)
Необходимый справочный материал для расчета имеется в справочниках по математической статистике [8].
18. Принципы метрологического
обеспечения
Основной тенденцией в развитии метрологического обеспечения является переход от сравнительно узкой задачи обеспечения единства измерений к принципиально новой задаче обеспечения качества измерений. Качество измерений – понятие более широкое, чем точность измерения. Оно характеризует совокупность свойств средств измерений, обеспечивающих получение в установленный срок результатов измерений с требуемой точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью.
В настоящее время с учетом разработки больших систем управления понятие «метрологическое обеспечение» значительно расширилось. Теперь оно охватывает вместе с измерениями и технологический процесс, и систему управления им и качество продукции. Уже на стадии разработки для достижения высокого качества продукции производится выбор контролируемых и управляющих параметров, норм точности, допусков, методик и средств измерения, контроля и испытания. Так же осуществляется метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации.
Разработка метрологического обеспечения осуществляется на основании системного подхода, который предполагает рассмотрение обеспечения как совокупности взаимосвязанных процессов, направленных на достижение требуемого качества измерений. К этим процессам можно отнести:
· определение рационального перечня измеряемых параметров и оптимальных норм точности при контроле качества и управления процессами;
· технико-экономическое обоснование и выбор средств измерений, испытаний и контроля, определение их рационального перечня;
· использование стандартной, унифицированной и агрегатированной контрольно-измерительной техники;
·
|
· 
|
|
· 
|
|
· участие в разработке и внедрении стандартов предприятия;
· внедрение международных, государственных и отраслевых стандартов, иных нормативных документов Госстандарта;
· проведение метрологической экспертизы проектов и технической документации;
· проведение анализа состояния измерений, разработка на его основе и осуществление мероприятий по их совершенствованию;
· подготовка работников соответствующих служб предприятия.
Метрологическое обеспечение зиждется на научной, организационной, нормативной и технической основах. Их
 | |||
|
содержание становиться понятным при рассмотрении схемы (рис. 13). Разработка и проведение мероприятий метрологического обеспечения возложено на метрологические службы, создаваемые в соответствии с законодательством для выполнения работ по обеспечению единства измерений и осуществления метрологического контроля и надзора. К таким службам относятся региональные центры стандартизации и метрологии и аналогичные центры в субъектах Российской Федерации. Их задачами является, во-первых содержание в надлежащем состоянии своей эталонной базы, проведение поверки и калибровки СИ, аккредитация метрологических служб юридических лиц на право проведение калибровочных работ, лицензирование деятельности юридических лиц по изготовлению и ремонту СИ, во-вторых периодический контроль за выполнением всего комплекса работ по обеспечению единства измерений.
18.1 Нормативно-правовые основы
метрологии
Значимость и ответственность измерений и измерительной информации требуют установления в законодательном порядке комплекса правовых и нормативных актов и положений.
Вся метрологическая деятельность в РФ основывается статье 71 Конституции РФ, которая определяет, что в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени, и закрепляет централизованное руководство основными вопросами законодательной метрологии. К ним относятся единицы физических величин, эталоны и связанные с ними другие метрологические основы. Развитием конституционной нормы стали законы РФ «Об обеспечении единства измерений» и «О техническом регулировании». В этих законах подробно излагаются все основные аспекты метрологической деятельности.
Основными целями Закона «Об обеспечении единства измерений» являются:
· установление правовых основ обеспечения единства измерений в РФ;
· регулирование отношений государственных органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта и поверки средств измерений;
· защита прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;
· содействие прогрессу на основе создания и применения государственных эталонов единиц физических величин;
· гармонизация с мировой практикой российской системы измерений.
Закон закрепляет ряд основных понятий метрологии. Одним из главных является единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. В Законе также даны понятия средства измерений, эталона единицы величины, метрологической службы, метрологического контроля и надзора, поверки и калибровки средств измерений, сертификата об утверждении типа средств измерений, аккредитации на право поверки средств измерений, лицензии на изготовление (ремонт, продажу, прокат) средств измерений, сертификата о калибровке. Данные определения соответствуют официальной терминологии Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).
Согласно Закону государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в РФ осуществляет Комитет РФ по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России), который в 2004 году преобразован в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование), и определяет его цели, задачи, компетенцию, ответственность и полномочия.
Закон требует, чтобы средства измерений соответствовали условиям эксплуатации и установленным требованиям, разрабатываемым на основе рекомендации Ростехрегулирования. Решение об отнесении технического устройства к средствам измерений и установлении интервала между поверками принимает Ростехрегулирование. Измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. Порядок разработки и аттестации методик выполнения измерений устанавливает также Ростехрегулирование.
Закон определяет Государственную метрологическую службу и иные государственные службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления РФ и юридических лиц, их задачи и полномочия. Закон определяет виды, полномочия, зоны ответственности и порядок осуществления государственного метрологического контроля и надзора, осуществляемой Государственной метрологической службой России. В областях, где надзор и контроль не применяются, используют правила и положения Российской системы калибровки.
Закон укрепляет правовую основу для международного сотрудничества в области метрологии. Положения Закона расширены Государственной системой обеспечения единства измерений (ГСИ), представляющий собой комплекс документов межрегионального и межотраслевого уровней, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране (при требуемой точности), утверждаемых Ростехрегулированием страны. Основными объектами ГСИ являются:
· единицы физических величин;
· государственные эталоны и общероссийские поверочные схемы;
· методы и средства поверки средств измерений;
· номенклатура и способы нормирования метрологических характеристик средств измерений;
· нормы точности измерений;
· способы выражения и формы представления результатов и показателей точности измерений;
· методики выполнения измерений;
· методики оценки достоверности и формы представления данных о свойствах веществ и материалов;
· требования к стандартным образцам свойств веществ и материалов;
· термины и определения в области метрологии;
· организация и порядок проведения государственных испытаний СИ, поверки и метрологической аттестации СИ и испытательного оборудования; калибровки СИ, метрологической экспертизы нормативно-технической, проектной, конструкторской и технологической документации, а также экспертизы и данных о свойствах материалов и веществ.
19. Метрологические службы и организации
Выше говорилось (гл. 18), что государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в РФ возложено на Ростехрегулирование. Он является федеральным органом исполнительной власти и в своей деятельности руководствуется Конституцией и Законами РФ, указами и распоряжениями Президента РФ и постановлениями Правительства РФ, а также положением о Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии, утвержденном Постановлением Правительства РФ от 17 июня 2004 года №294.
Свою деятельность Ростехрегулирование осуществляет непосредственно и через находящиеся в его ведении территориальные центры стандартизации, метрологии (ЦСМ), а также через государственных инспекторов по надзору за государственными стандартами и обеспечению единства измерений.
В ведении Ростехрегулирования находятся:
· Государственная метрологическая служба (ГМС), в которую включены:
· Государственные научные метрологические центры
· Органы государственной метрологической службы на территории субъектов Федерации
· Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли
· Государственная служба стандартных образцов состава и свойств вещества и материалов
· Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.
Эти службы имеют сеть своих организаций, несущих ответственность за определенные направления метрологического обеспечения страны и ее экономики.
Государственная метрологическая служба (ГМС) несет ответственность за метрологическое обеспечение измерений в стране на межотраслевом уровне и осуществляет государственный метрологический надзор и контроль. В состав ГМС входят:
· Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ), метрологические научно-исследовательские институты (Приложение 18), несущие в соответствии с законодательством ответственность за создание, хранение и применение государственных эталонов и разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений в закрепленном виде измерений;
· Органы ГМС на территории субъектов Федерации. Основная деятельность этих органов направлена на обеспечение единства измерений в стране. Она включает создание государственных и вторичных эталонов, разработку систем передачи размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений, государственный надзор за производством, состоянием, применением, ремонтом СИ, метрологическую экспертизу документации и важнейших видов продукции, методическое руководство метрологическими службами юридических лиц.
Государственные органы управления РФ, а также предприятия, наделенные правами юридического лица, в соответствии со статьей 11 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» создают в необходимых случаях в установленном порядке метрологические службы для выполнения работ по обеспечению единства измерений. При выполнении работ в сферах деятельности, предусмотренных статьей 13 Закона, создание метрологических служб является обязательным. К этим сферам относятся:
· здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда;
· торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом, в том числе операции с применением игровых автоматов и устройств;
· государственные учетные операции;
· оборона государства;
· геодезические и гидрометеорологические работы;
· банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции;
· производство продукции, поставляемой по контрактам для государственных нужд в соответствии с законодательством РФ;
· испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов РФ;
· обязательная сертификация продукции и услуг;
· измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитражного суда, государственных органов управления РФ;
· регистрация международных и национальных спортивных рекордов.
Метрологическая служба юридических лиц – самостоятельные структурные подразделения, в состав которых могут входить калибровочные и поверочные лаборатории, а также подразделения по ремонту средств измерений. Метрологические службы должны быть зарегистрированы и могут быть аккредитованы органами Ростехрегулирования на право поверки, калибровки, аттестации методик выполнения измерений, проведения метрологической экспертизы документов.
При аккредитации проверке подлежит наличие условий, обеспечивающих техническую компетентность метрологической службы в реализации возложенных на нее функций в области обеспечения единства измерений.
20. Разработка и аттестация методик
выполнения измерений
Методика выполнения измерений (МВИ) представляет собой установленную совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом. МВИ, отвечающие современным требованиям, играют решающую роль в метрологическом обеспечении измерений.
Общие требования к разработке, оформлению, аттестации, стандартизации МВИ и метрологическому надзору за ними регламентируют ГОСТ Р 8.563-96 и МИ 2377-98. Данные нормативные документы касаются подавляющего большинства проводимых измерений. Исключения составляют МВИ, при использовании которых погрешности измерений определяются в процессе или после их применения. Такого рода измерения весьма немногочисленны и осуществляются главным образом в научных исследованиях, а также при проведении экспериментов. Порядок разработки, применение и требования к таким МВИ определяют использующие их организации.
Разработку МВИ выполняют на основе исходных данных, включающих:
· назначение, где указывается область применения, наименование измеряемой величины и ее характеристики, а также характеристики объекта измерения, если они могут влиять на погрешность измерений;
· требования к погрешности измерений и (или) ее составляющим (систематической, случайной в соответствии с рекомендациями МИ 1317-86);
· условия измерений, заданные в виде номинальных значений и (или) границ диапазона возможных значений влияющих величин, а также указывают число параллельных наблюдений;
· вид индикации и формы представления результатов измерений;
· требования к автоматизации измерительных процедур;
· требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;
· другие требования к МВИ, если в них есть необходимость;
Разработка МВИ, как правило, включает следующие этапы:
· написание, согласование и утверждение технического задания на разработку МВИ;
· формирование исходных данных для разработок;
· выбор (или разработка) метода и средств измерений (в том числе стандартных образцов, аттестованных смесей), осуществляемый на основе нормативных документов (например, МИ 1967-89). Выбор СИ – сложная, многовариантная задача, решение которой целесообразно проводить на основе какого-либо технико-экономического критерия. В этом случае принимаемое решение соответствует оптимальному выполнению таких требований к измерению, как минимальные затраты, обеспечение необходимой точности и достоверности;
· установление последовательности и содержания операции при подготовке и выполнении измерений, обработке промежуточных результатов и вычисление окончательных результатов измерений;
· организацию и проведение эксперимента (при необходимости экспериментальной апробации алгоритма выполнения измерений);
· установление приписанных характеристик погрешностей измерений – характеристик погрешности любого результата совокупности измерений, полученного при соблюдении требований и правил данной методики. Способы выражения приписанных характеристик должны соответствовать заданным в исходных данных;
· подготовку нормативов и процедур контроля точности получаемых результатов измерений с учетом требований ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002;
· составление документа или раздела составного документа на МВИ;
· метрологическая экспертиза проекта документов на МВИ – анализ и оценка выбора методов и средств измерений, операций и правил проведения измерений и обработки их результатов с целью установления соответствия МВИ предъявленным метрологическим требованиям;
· аттестация МВИ, представляющая собой процедуру установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям. Обязательной аттестации подлежат МВИ, используемые в сфере распространения государственного контроля и надзора, а также для контроля состояния сложных технических систем в соответствии с ГОСТ Р 22.2.04-94. Вне сферы контроля и надзора МВИ аттестуют в порядке, установленном в данной организации. Аттестацию проводят ГНМЦ, органы ГМС и МС предприятий и организаций, применяющих МВИ, а также 32ГНИИИ Минобороны России.
Аттестацию осуществляют путем метрологической экспертизы документации, теоретических или экспериментальных исследований МВИ. Аттестованные МВИ подлежат метрологическому надзору и контролю;
· стандартизация МВИ, выполняемая в соответствии с положениями государственной системы стандартизации и ГОСТ Р 8.563-96;
· утверждение проекта на МВИ.
В документах (или разделах составного документа) указывают:
· назначение МВИ;
· условия выполнения измерений;
· нормы погрешности измерений и (или) ее приписанные характеристики;
· методы измерений;
· требования к СИ, вспомогательным устройствам, материалам. Допускается указывать типы СИ, их характеристики и обозначения документов, где приведены требования к СИ;
· операции по подготовке к выполнению измерений;
· операции при выполнении измерений;
· операции обработки и вычисления результатов измерений;
· нормативы, процедуру и периодичность контроля точности получаемых результатов измерений с учетом требований ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002;
· требования к оформлению результатов измерений;
· требования к квалификации операторов;
· требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;
· требования к обеспечению экологической безопасности.
Из определения МВИ следует, что она представляет собой технологический процесс измерений. В связи с этим не следует путать МВИ и документ на МВИ. Не все методики описаны соответствующим документом. Для измерений, проводимых с помощью простых показывающих приборов, не требуются документированные МВИ. В этих случаях достаточно в нормативной документации указать тип и основные метрологические характеристики средств измерений.
Необходимость документирования МВИ устанавливается разработчик документации при возможной существенной методической или субъективной составляющей погрешности измерений.
Аттестованные МВИ, применяемые в сфере распространения государственного метрологического контроля и надзора, подлежат метрологическому надзору в соответствии с ПР 50.2.002-94, а остальные – метрологическому надзору метрологических служб юридических лиц в соответствии с МИ 2304-94 (Приложение 2).
21. Метрологическая экспертиза
Производство высококачественной продукции невозможно без использования современных методов и средств измерений. Правильность и полнота необходимых измерений определяется метрологической экспертизой.
Метрологическая экспертиза – это анализ и оценивание экспертами-метрологами правильности применения требований, правил и норм, в первую очередь связанных с единством и точностью измерений. Она проводится с целью обеспечения эффективности использования контрольно-измерительной аппаратуры на всех этапах производства и использования продукции.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 34; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!