Кафедра «Общетехнических дисциплин, теории и методики профессионального образования » Курс «Метрология, стандартизация и сертификация» Илларионов Вячеслав Семенович К. т. н. , доцент 1
Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТРОЛОГИИ 2
Учебные вопросы: • Введение. Предмет, задачи и содержание дисциплины • 1. Метрология как деятельность 1. 1. Основные понятия в области метрологии 1. 2. Краткая история метрологии, роль измерений и значение метрологии • 2. Основы технических измерений 2. 1. Общая характеристика объектов измерений 2. 2. Понятие видов и методов измерений 2. 3. Характеристика средств измерений 2. 4. Основы теории и методики измерений
ЛИТЕРАТУРА: Основная: 1. Любомудров С. А. , Тарасов С. Б. , Смирнов А. А. Метрология, стандартизация и сертификация: нормирование точности: Учебник -М. : ИНФРА-М, 2010. -206 с. - ("Высшее образование: Бакалавриат") (ГРИФ) 2. Радкевич, Я. М. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Я. М. Радкевич, А. Г. Схиртладзе, Б. И. Лактионов. - 2 -е изд. , перераб. и доп. -М. : Высш. шк. , 2007. - 791 с. 3. Димов Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2 -е изд. – СПб. : Питер, 2004. – 432 с. 4
ЛИТЕРАТУРА-продолжение: Дополнительная: 1. Маргвелашвили, Л. В. Метрология, стандартизация и сертификация на транспорте: Лабораторнопрактические работы. учеб. пособие для использ. в учеб. процессе образоват. учреждений, реализующих прогр. сред. проф. образования по спец. "Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта". Год изд. 2011 2. Лифиц И. М. Стандартизация, метрология и сертификация: Учебник. — 7 -е изд. , перераб. и доп. — М. : Юрайт-Издат. 2007. - 399 с. 3. Федеральный закон от 27. 12. 2002 № 184 «О техническом регулировании» . 4. Закон РФ «О защите прав потребителей» в редакции от 09. 01. 96. 5
ЛИТЕРАТУРА-продолжение: Дополнительная: 5. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» от 27. 04. 93. 6. Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 19. 04. 91. 6
ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Стандартизация, метрология и сертификация являются инструментами обеспечения качества продукции, работ и услуг — важного аспекта многогранной коммерческой деятельности. Сегодня изготовитель и его торговый посредник, стремящиеся поднять репутацию торговой марки, победить в конкурентной борьбе, выйти на мировой рынок, заинтересованы в выполнении как обязательных, так и рекомендуемых требований стандарта. Стандартизация является инструментом обеспечения не только конкурентоспособности, но и эффективного партнерства изготовителя, заказчика и продавца на всех уровнях управления. Сегодня поставщику недостаточно строго следовать требованиям прогрессивных стандартов — надо подкреплять выпуск товара и оказание услуги сертификатом безопасности или качества. Наибольшее доверие у заказчиков и потребителей вызывает сертификат на систему качества 7
Продолжение Соблюдение правил метрологии в различных сферах коммерческой деятельности (торговле, банковской деятельности и пр. ) позволяет свести к минимуму материальные потери от недостоверных результатов измерений. Очень остро стоит вопрос о гармонизации отечественных правил стандартизации, метрологии и сертификации с международными правилами, поскольку это является важным условием вступления России во Всемирную торговую организацию (ВТО) и дальнейшей деятельности страны в рамках этой организации. Переход страны к рыночной экономике с присущей ей конкуренцией, борьбой за доверие потребителя заставит специалистов коммерции шире использовать методы и правила стандартизации, метрологии и сертификации в своей практической деятельности для обеспечения высокого качества товаров, работ и услуг. 8
Продолжение Цель дисциплины приобретение теоретических знаний, формирование умений и навыков работы с нормативными документами, проведение измерений и обработки их результатов для принятия решений по проблемам, возникающим в товароведческой и коммерческой деятельности В результате изучения дисциплины студент обязан • знать: теоретические основы метрологии; понятия, средств, объектов и источников погрешностей измерений; закономерности формирования результата измерения; алгоритмы обработки многократных измерений; организационные, научные, методические и правовые основы метрологии; основы взаимозаменяемости, стандартизации и сертификации; 9
Продолжение • нормативно-правовые документы системы технического регулирования; • методы оценки показателей надежности. • уметь: выполнять технические измерения механических, газодинамических и электрических параметров Ти. ТТМО, пользоваться современными измерительными средствами; владеть: методиками выполнения процедур стандартизации и сертификации. Вид итогового контроля – контрольная работа, экзамен (3 семестр) 10
Продолжение Структура и содержание дисциплины Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётные единицы (108 часов). Наименование раздела дисциплины Виды учебной работы (в академических часах) Ле Се Пр кц ми ак ии на ти рс че ки ск е ие за за ня ня ти ти я я Семестр № п/ п 1 Основы метрологии 2 Основы стандартизации 3 Основы сертификации Итого: МОДУЛЬ 1 2 2 2 4 11 - - Ла бо ра то рн ые ра бо ты 2 2 2 - Таблица 1 6 Са мо ст оя те ль на я ра бо та 28 18 16 62
1. МЕТРОЛОГИЯ КАК ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 1. 1. Основные понятия в области метрологии Метрология — область знаний и вид деятельности, связанные с измерениями. Объектами метрологии являются единицы величин, средства измерений, эталоны, методики выполнения измерений. Измерение — нахождение значения величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Погрешность измерения — разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. Средство измерения — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени. 12
Продолжение 1 вопроса Эталон единицы величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины, кратных или дольных ее значений с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины. Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Главным нормативным актом по обеспечению единства измерений является Закон РФ от 27. 04. 1993 № 4871 -1 «Об обеспечении единства измерений» . Он направлен на защиту прав и законных интересов граждан, экономики, обороноспособности страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. 13
Продолжение 1 вопроса Метрологическая служба — совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений. Законодательная метрология — раздел метрологии, предметом которого является разработка, установление и применение обязательных технических и юридических требований по обеспечению единства измерений в сферах, регулируемых государством. Поверка средства измерений* — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (или другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям. Калибровка средства измерений — совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору 14
Продолжение 1 вопроса 1. 2. Краткая история метрологии, роль измерений и значение метрологии Метрология как область практической деятельности зародилась в древности. На всем пути развития человеческого общества измерения были основой отношений людей между собой, с окружающими предметами, природой. При этом вырабатывались единые представления о размерах, формах, свойствах предметов и явлений, а также правила и способы их сопоставления. Для поддержания единства установленных мер еще в древние времена создавались эталонные (образцовые) меры. К ним относились бережно: в древности они хранились в храмах, церквях как наиболее надежных местах для хранения ценных предметов. 15
Продолжение 1 вопроса Долгое время метрология была в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Но в процессе развития общества роль измерений возрастала, и с конца прошлого века благодаря прогрессу физики метрология поднялась на качественно новый уровень. Можно выделить три главные функции измерений в народном хозяйстве: учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии; измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи; измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в 16 различных отраслях народного хозяйства.
Продолжение 1 и вопроса Качество результатов измерений — это достоверность информации о качестве и количестве товара. По этой причине метрологическое обеспечение технического регулирования предупреждает действия, вводящие в заблуждение приобретателей. Таким образом, измерения являются важнейшим инструментом познания объектов и явлений окружающего мира и играют огромную роль в развитии народного хозяйства. Повышение качества измерений и успешное внедрение новых методов измерений зависят от уровня развития метрологии как науки. Метрология наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную. 17
Продолжение 1 вопроса Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства. 18
2. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 2. 1. Общая характеристика объектов измерений Основным объектом измерения в метрологии являются физические величины. Физическая величина применяется для описания материальных систем и объектов (явлений, процессов и т. п. ), изучаемых в любых науках (физике, химии и др. ). ГОСТ 8. 417 устанавливает семь основных физических величин —длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила электрического тока, с помощью которых создается все многообразие производных физических величин и обеспечивается описание любых свойств физических объектов и явлений. Измеряемые величины имеют качественную и количественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия 19 измеряемых величин является их размерность.
Продолжение 2 вопроса Согласно международному стандарту ИСО размерность обозначается символом dim. Размерность основных величин — длины, массы и времени — обозначается соответствующими заглавными буквами: dim l =L; dim m =M; dim t= Т. Размерность производной величины выражается через размерность основных величин с помощью степенного одночлена: где L, М, Т— размерности соответствующих основных физических величин; а, β, γ — показатели размерности (показатели степени, в которую возведены размерности основных величин). Количественной характеристикой измеряемой величины служит ее размер. Получение информации о размере физической или нефизической величины является содержанием любого измерения. 20
Продолжение 2 вопроса Расположенные в порядке возрастания или убывания размеры измеряемых величин образуют шкалы порядка. Операция расстановки размеров в порядке их возрастания или убывания с целью получения измерительной информации по шкале порядка называется ранжированием. Более совершенна шкала интервалов. Примером ее может служить шкала измерения времени, которая разбита на крупные интервалы (годы), на более мелкие (сутки), и т. д. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и том, на сколько больше. Наиболее совершенной является шкала отношений. Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз он больше или меньше. 21
Продолжение 2 вопроса Значение величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения: Q = X [Q] где [Q] — значение величины; X — числовое значение измеряемой величины в принятой единице; Q — выбранная для измерения единица. 2. 2. Понятие видов и методов измерений Цель измерения — получение значения этой величины в форме, наиболее удобной для пользования. Измерения могут быть классифицированы: по характеристике точности —равноточные , неравноточные по числу измерений в ряду измерений — однократные, многократные; по отношению к изменению измеряемой величины — статические, динамические по выражению результата измерений — абсолютные и 22 относительные
Продолжение 2 вопроса по общим приемам получения результатов измерений — прямые и косвенные. Понятие о методах измерений. Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Методы измерений классифицируют по нескольким признакам. По общим приемам получения результатов измерений различают: 1) прямой метод измерений; 2) косвенный метод измерений. По условиям измерения различают контактный и бесконтактный методы измерений. Исходя из способа сравнения измеряемой величины с ее единицей, различают методы непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. 23
Продолжение 2 вопроса 2. 3. Характеристика средств измерений 2. 3. 1. Классификация и общая характеристика средств измерений Средством измерений (СИ) называют техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. СИ можно классифицировать по двум признакам: 1) конструктивное исполнение; 2) метрологическое назначение. По конструктивному исполнению СИ подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы. Меры величины — СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор 24 переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров).
Продолжение 2 вопроса Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств — компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т. д. ). К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы. Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают аналоговые (АП), цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. По месту в измерительной цепи различают первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величи на) ипромежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи. Измерительный прибор — СИ, предназначенное для 25 получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.
Продолжение 2 вопроса Измерительная установка — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому пространству. 26
Продолжение 2 вопроса Рабочие СИ (РСИ) предназначены для проведения технических измерений. По условиям применения они могут быть: 1) лабораторными, используемыми при научных исследованиях, проектировании технических устройств, медицинских измерениях; 2) производственными, используемыми для контроля характеристик технологических процессов, контроля качества готовой продукции, контроля отпуска товаров; 3) полевыми, используемыми непосредственно при эксплуатации таких технических устройств, как самолеты, автомобили, речные и морские суда и др. Эталоны являются высокоточными СИ, а поэтому используются для проведения метрологических измерений в качестве средств передачи информации о размере единицы. 27
Продолжение 2 вопроса 2. 3. 2. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений Метрологические свойства СИ — это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства СИ можно разделить на две группы: 1) свойства, определяющие область применения СИ; 2) свойства, определяющие точность (правильность и прецизионность) результатов измерения. К основным метрологическим характеристикам, определяющим свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог чувствительности. Диапазон измерений — область значений величины, в 28 пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности.
Продолжение 2 вопроса Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Погрешность средства измерений— это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. ΔХп=Хп –Хо где ΔХп - погрешность поверяемого СИ; Хп — значение той же самой величины, найденное с помощью поверяемого СИ; Хо — значение СИ, принятое за базу для сравнения, т. е. действительное значение. Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: по способу выражения — абсолютные, относительные; по характеру проявления — систематические, случайные; по отношению к условиям применения — основные, 29 дополнительные. ΔХ является абсолютной погрешностью
Продолжение 2 вопроса Относительная погрешность (δ) - выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой или воспроизводимой данным СИ: Систематическая погрешность — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. Основная погрешность СИ — погрешность, определяемая в нормальных условиях применения СИ. Дополнительная погрешность СИ — составляющая погрешности СИ, дополнительно возникающая вследствие отклонения какой-либо из 30 влияющих величин (температуры, относительной влажности, напряжения сети переменного тока и пр. ) от ее нормального значения.
Продолжение 2 вопроса Класс точности СИ—обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Классы точности конкретного типа СИ устанавливают в НД. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений этого класса. Это важно знать при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений. 31
Продолжение 2 вопроса 2. 4. Основы теории и методики измерений Основной постулат метрологии: отсчет является случайным числом. Факторы, влияющие на результат измерения (влияющие факторы): влияние объекта измерения, субъекта (эксперта или экспериментатора), метода измерения, средства измерения, условий измерения. Объект измерения должен быть всесторонне изучен. Субъект, т. е. оператор, привносит в результат измерения элемент субъективизма, который по возможности должен быть сведен к минимуму. Он зависит от квалификации оператора, санитарно-гигиенических условий труда, его психофизиологического состояния, учета эргономических требований при взаимодействии оператора с СИ. Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в 32 соответствии с реализованным принципом измерений.
Продолжение 2 вопроса Влияние СИ на измеряемую величину во многих случаях проявляется как возмущающий фактор. Условия измерения как фактор, влияющий на результат, включают температуру окружающей среды, влажность, атмосферное давление, напряжение в сети и многое другое. Методика выполнения измерений — совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью. Результат измерений — значение характеристики, полученное выполнением регламентированного метода измерений. Аттестация МВИ—процедура установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям. 33
Продолжение 2 вопроса В документах (разделах, частях документов), регламентирующих МВИ, в общем случае указывают: -назначение МВИ; -условия измерений; -требования к погрешности измерений; -метод (методы) измерений; -требования к СИ (в том числе к стандартным образцам), -вспомогательным устройствам, материалам, растворам и пр. ; -операции при подготовке к выполнению измерений; -операции при выполнении измерений; -операции обработки и вычисления результатов измерений; -нормативы, процедуру и периодичность контроля -погрешности результатов выполняемых измерений; -требования к квалификации операторов; -требования к безопасности и экологичности выполняемых работ. 34
Конец лекции !!! 35
Скачать презентацию Кафедра Общетехнических дисциплин теории и методики профессионального образования
МСС для ЗО Лекция1.ppt