Метрология стандартизация и сертификация Основы метрологии Копылова Елена

Метрология, стандартизация и сертификация Основы метрологии Копылова Елена Васильевна

. СВЯЗЬ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ ПОТРЕБИТЕЛЬ Метрология Сертификация (оценка соответствия) Продукция, услуга, процесс Стандартизация основное назначение сертификации состоит в оценке качества предлагаемой потребителю продукции, услуги или процесса. Значит продукция, услуга и процесс являются объектами сертификации 2

Достоверные и сопоставимые сведения об измеренных характеристиках объектов. МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ Нормативные документы на единицы величин, средства измерений, методики измерений, в правилах проведения метрологического контроля. Государственная система стандартов единства измерений (ГСИ). 2

Метрология- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Теоретическая, занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная, занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности норм, правил, методов и средств измерений в рамках метрологии и поверкой средств измерений. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения. Законодательная, 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, а также включает метрологический надзор и контроль. 3

Измерение - совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить значение величины. Это значение называют результатом измерений. Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным. Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью (Закон РФ). 4

Условия обеспечения единства измерений: • применение только узаконенных единиц физических величин – международная система СИ; • погрешность измерений не превышает (с заданной вероятностью) установленных пределов. 5

Основы законодательной базы метрологической деятельности по обеспечению единства измерений. Конституция РФ, ст. 71 В ведении РФ находятся: стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений осуществляет Росстандарт 6

В Российской Федерации действует государственная система стандартов в области измерений (ГСИ). Основные документы ГСИ: • основополагающие стандарты • стандарты на методики поверки СИ; • стандарты на методики выполнения измерений; • правила по метрологии (по испытаниям, поверке, калибровке, сертификации, аккредитации); 7

Устанавливают: • системы единиц величин; • государственные поверочные схемы; • методики выполнения измерений; • общие методы и формы получения и представления результатов и погрешностей измерений; • общие требования к методикам выполнения измерений, порядку их разработки и метрологической аттестации; • правила осуществления метрологического контроля и надзора; 8

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Физическая величина применяется для описания любых свойств объектов и явлений, в любых науках (физике, химии и др. ). Ф. в. подразделяются на два вида : основные и производные. 9

ГОСТ 8. 417 устанавливает семь основных физических величин: • длина (метр), (L) • масса (килограмм), (M), • время (секунда), (T), • термодинамическая температура (Кельвин), (θ) • количество вещества (моль), (N) • сила света (Кандела), (J ) • сила электрического тока (Ампер), (I) Узаконенными единицами являются основные и производные. 10

Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и построенная в соответствии с принятыми принципами образует систему единиц физических величин. Международная система единиц (СИ) включает 7 основных единиц. 11

Получила широкое распространение в мире, т. к. : • является универсальной, охватывая все области науки, техники, производства. • система единиц и входящие в нее единицы называются когерентными (связанными, согласованными). • устранена множественность единиц (унификация единиц для всех видов измерений) для выражения величин одного и того же ряда. • для каждой физической величины установлена своя единица 12

По способу получения измерения: Прямые – когда значение физической величины получают непосредственно из опытных данных, измеряют собственно определяемую величину, а другие величины функционально с нею связанные, используют для проверки правильности; Например: измерение массы, силы тока, температуры. Косвенные – когда искомое значение измеряемой величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т. е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие величины, функционально с нею связанные; Например: Плотность тела можно определить по результатам измерений массы и объема(m/V) Совокупные – когда используются системы уравнений, составляемых по результатам измерения нескольких однородных величин. Совместные – производятся с целью установления зависимости между величинами. При этих измерениях определяется сразу несколько показателей. 13

По характеру изменения измеряемой величины: Статические – связаны с такими величинами, которые не изменяются на протяжении времени измерения. Динамические – связаны с такими величинами, которые в процессе измерений меняются (температура окружающей среды). По количеству информации: Однократные; Многократные (> 3); 14

По способу выражения (по отношению к основным единицам измерения): Абсолютные - используют прямое измерение одной основной величины и физической константы. Пример: определение массы в кг. Относительные – базируются на установлении отношения измеряемой величины, применяемой в качестве единицы. Пример: измерение относительной влажности воздуха. 15

По условиям, определяющим точность результата: 1 – эталонные измерения – измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения единиц физических величин; измерения физических констант (например, абсолютное значение ускорения свободного падения); 2 - контрольно-поверочные измерения, погрешность которых не должна превышать заданного значения; 3 - технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств и методик измерений. 16

Погрешность - отклонение результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. По способу выражения: Абсолютная погрешность измерения - погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. ΔХ = Х изм. – Х действ. Относительная погрешность измерения δ = ΔХ / Х действ. Приведенная погрешность СИ – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне или части диапазона. γ= ΔХ / Х верх. предела 17

Систематическая погрешность измерения составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Чем ниже систематическая погрешность, тем ближе результат измерения к Х действ. Причины систематической погрешности: - износ или старение узлов и деталей средств измерений - ошибки в вычислениях 18

Инструментальные (аппаратурные) погрешности измерений обусловлены погрешностями применяемого средства измерения. Они возникают из-за износа деталей и прибора в целом, излишнего трения в механизме прибора, неточного нанесения штрихов при калибровке. Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях одной и той же величины. Они порождают рассеивание результата. Характеристиками рассеяния являются средне арифметическая погрешность, размах результатов измерения. Систематическая, инструментальная и случайная погрешности относят к основным характеристикам измерений. 19

Характеристики измерения: - принцип, - методика выполнения измерения. Методы бывают - прямые, косвенные, контактные, бесконтактные, метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. Основными характеристиками измерения также являются: сходимость, воспроизводимость, точность и погрешность измерения. 20

Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности, в течение известного интервала времени). Средства измерений включают в себя: • меры, • измерительные преобразователи, • измерительные приборы, • измерительные установки, • измерительные системы. 21

Мера - средства измерений, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Существуют следующие разновидности мер: однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (гиря 1 кг); многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (штриховая мера длины – линейка ); 22

набор мер - комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения, как в отдельности, так и в различных сочетаниях (аналитические разновесы или набор гирь, мерная посуда (колбы, пипетки), применяемая в лабораторной химической практике) - основные средства измерений; магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство с приспособлениями для соединения их в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений). 23

Измерительный преобразователь - это техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Измерительные преобразователи самостоятельно для измерений не применяются. Измерительный прибор - это средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. 24

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте (например, установка для поверки счетчиков электрической энергии). Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств. Они размещаются в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях (например, измерительная система электростанции, позволяющая получить измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках). 25

Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы: 1. свойства, определяющие область применения средств измерений; 2. свойства, определяющие качество измерения. 26

1. Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы погрешности. Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. 27

2. Три главных свойства, определяющих качество измерений: • точность, • сходимость измерений, • воспроизводимость. Точность измерений средств измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешности. 28

Методика выполнения измерений (МВИ) В 1997 г. начал действовать ГОСТ 8. 563— 96 «ГСИ. Методики выполнения измерений» . МВИ - совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью. МВИ в зависимости от сложности и области применения излагают в следующих формах: • отдельном документе (стандарте, рекомендации и т. п. ); • разделе стандарта: части технического документа (разделе ТУ, паспорта). 29

Аттестация МВИ - процедура установления и подтверждения соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим требованиям. В документах, регламентирующих МВИ, в общем случае указывают: назначение МВИ; условия измерений; требования к погрешности измерений; метод (методы) измерений; требования к средствам измерений (в том числе к стандартным образцам), вспомогательным устройствам, материалам, растворам, операции при подготовке к выполнению измерений; операции при выполнении измерений; операции обработки и вычисления результатов измерений и другие требования. 30

Эталон единицы величины – средство измерений, предназначенное для измерения и хранения единицы величины (или кратных или дольных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины 31

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью, называется первичным эталоном. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специальный эталоны называются государственными. Эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном. 32

Эталон должен отвечать трем основным требованиям: • неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течении длительного интервала времени); • воспроизводимость ( воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); • сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений). 33

Передача размера единицы представляет собой приведение размера единицы физической величины, хранимой повторяемым средством измерения, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих единиц (т. е. сличение меры с мерой). 34

Процесс передачи размера единиц происходит при поверке и калибровке средств измерений. Поверка средства измерений – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям (Закон РФ). 35

Принципиальное отличие поверки от калибровки состоит в том, что поверка: 1)носит обязательный характер и проводится в рамках государственного метрологического контроля; 2) проводится в отношении СИ, которые применяются в законодательно установленных сферах, главным образом непроизводственных здравоохранение, охрана окружающей среды, торговые операции, государственные учетные операции, обеспечение обороны государства, банковские, налоговые, таможенные операции и пр. 36

Государственная система обеспечения единства измерений Центральная задача в организации измерительных работ — достижение сопоставимых результатов измерений одних и тех объектов, выполненных в разное время, в разных местах, с помощью разных методов и средств. Метрологическая служба – отдельные организации или отдельные подразделения, на которые возложена ответственность за обеспечение единства измерений. Важнейшей формой обеспечения единства измерений со стороны государства является метрологический контроль и надзор - деятельность, осуществляемая органом государственной метрологической службы в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм. 37

Сферы распространения: • Здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда; • испытания и контроль качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов РФ; • торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом, в том числе операции с применением игровых автоматов; • банковые, налоговые, таможенные и почтовые операции; • измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитражного суда, государственных органов управления РФ; • государственные учетные операции; • обеспечение обороны государства; • геодезические и гидрометеорологические работы; • производство продукции, поставляемой по контрактам для государственных нужд в соответствии с законодательством РФ; • обязательная сертификация продукции и услуг; • регистрация национальных и международных спортивных рекордов. 38

К Государственному метрологическому контролю относится: • утверждение типа СИ; • поверка СИ (в т. ч. эталонов); • лицензирование деятельности юридических и физических лиц по: изготовлению, ремонту, продаже, прокату средств измерений. Государственный метрологический надзор осуществляет представитель Росстандарта : • за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм; • за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций; • за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. 39

Метрологические службы России К субъектам метрологии относятся: 1) Государственная метрологическая служба РФ (ГМС); 2) метрологические службы федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц (МС); 3) международные метрологические организации. 40

Государственная метрологическая служба находится в ведении Росстандарта РФ и включает: • государственные научные метрологические центры (ГНМЦ); • органы ГМС в субъектах РФ (на территории республик, автономных областей, автономных округов, краев, областей), а также городов Москвы и Санкт-Петербурга. 41