МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»
(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Кавминводский институт сервиса (филиал)
(КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)
Яловой В.Я.
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ
Учебно- методическое пособие для студентов специальности
230201.65 «Информационные системы и технологии»
Пятигорск
2012г.
УДК 389
ББК 30.10
Я 51
Кафедра «Информационные системы, технологии и связь»
Составитель:
доцент кафедры Яловой В.Я.
Рецензент:
доцент кафедры, к.т.н. Осмоловский Л.М.
Яловой В.Я.
Метрология, стандартизация и сертификация - Учебно – методическое пособие для студентов специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии»- Пятигосрк: КМВИС 2012г. – 63с.
Данное учебно – методическое пособие представляет собой конспект лекций читаемых в Кавминводском институте сервиса для специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии», очного, заочного, очного сокращённого, заочного сокращённого видов обучения.
На изучение дисциплины отводится 68 часов. Форма контроля – зачёт.
В конце пособия помещены вопросы из которых составлены билеты для зачёта.
Организационно пособие состоит из трёх разделов:
- основы метрологии;
- основы стандартизации;
- основы сертификации.
В связи с постоянным развитием экономики страны, возможен выход новых документов не оговоренных в данной работе, в связи с чем студенту, а в дальнейшем – инженеру, необходимо самостоятельно следить за развитием нормативной базы метрологии, стандартизации, сертификации.
Пособие соответствует требованиям СТО 01-09 «Выпускные квалификационные работы. Курсовые проекты (работы). Основные требования к объему и оформлению» и может быть использовано при оформлении курсовых и дипломных работ в качестве образца.
Учебно-методическое пособие печатается по решению Методического совета КМВИС для внутривузовского пользования (протокол № 8 от 09.04.2012г.)
© КМВИС ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»
© Яловой В.Я.
Содержание
Лекция 1 Основы метрологии и метрологического обеспечения
Лекция 2 Виды и методы измерения
Лекция 3 Погрешности измерения
Лекция 4 Основы метрологического обеспечения
Лекция 5 Основы стандартизации
Лекция 6 Государственная система стандартизации России (ГСС РФ)
Лекция 7 Методы стандартизации
Лекция 8 Техническое регулирование. Принципы технического
регулирования
Лекция 9 Сертификация. Понятие сертификации
Лекция 1
Основы метрологии и метрологического обеспечения
Вопросы лекции:
1 Краткая история развития метрологии
2 Общие понятия и определения
Метрология является важнейшей стороной сложного процесса усовершенствования технологии и качества продукции.…Только страна, имеющая передовое приборостроение и метрологию, может быть передовой в науке. (Академик А. П. Александров).
1 Краткая история развития метрологии
Измерения являются одним из самых древних занятий в познавательной деятельности человека. В древние времена люди обходились только счетом - голов скота, числа воинов и т.д. Это не требовало введения единиц измерения, а также средств измерения.
По мере развития общества появилась потребность в количественной оценке расстояний, веса, размеров, объёма и т.д.
В Китае (2400 лет до н.э.) была установлена единая система пяти мер; единицей этой системы мер служило расстояние между двумя узлами бамбукового шеста, который давал звук определённого тона. В странах Востока существовали единицы измерения "джоу" - ячменное зерно, "бакила" – боб, "джуза" - орех, "викр" - вес вьюка, "карат" - семя стручка стручкового дерева - 0,2гр. - мера алмазов и др.
Многие меры являлись частыми человеческого тела: пядь, локоть, сажень, аршин и т.д. В Киевской Руси применялись меры: вершок - вер: перста - длина фаланги указательного пальца; "локоть" (расстояние от локтя первого сустава среднего пальца; "сажень" - равнялся трем локтям; "сажень косая" - расстояние от подошвы левой ноги до конца поднятой вверх руки; "маховая сажень" - расстояние между концами указательных пальцев распростертых рук.
Образцовой меры длины служил "золотой пояс" великого князя Святослава Ярославовича 1070г. (.В ХVI веке при Иване Грозном в России утвердилась единая система мер (одна вера, один вес, одна мера).
Петр I приравнял сажень в три аршина семи английским футам (фут - 304,8мм). Им был организован ввоз измерительных приборов - угломерных, оптических и т.д., а затем началось изготовление ряда приборов при Академии (Морской). При Академии наук была открыта "инструментальная" палата (изготовляли астролябии, компасы, нивелиры, квадранты, а в "барометронной" палате изготовляли барометры, термометры, микроскопы). В 1736г. решением Сената была образована Комиссия весов и мер, по поручению которой были изготовлены медный аршин и деревянный сажень. В качестве меры жидких тел было принято "ведро" московского Каменномостского литейного двора. В 1747г. впервые создан русский эталонный фунт - бронзовая золоченая гиря.
В 1842г. было утверждено Депо образцовых мер и весов, где были помещены созданные эталоны, их копии, а также образцы иностранных мер.
В 1840г. во Франции была введена метрическая система мер и весов, а в России выпущена первая книга "Общая метрология", написанная Ф.И. Петрушевским.
В 1875 г. была подписана Парижская конвенция, положившая начало международного научного сотрудничества в области метрологии.
B 1892г. Депо образцовых мер и весов возглавил видный русский ученый Д.И.Менделеев. В 1893г. он преобразовал Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов, которая стала первым научно-исследовательским учреждением в области метрологии.
14 сентября 1918г. был опубликован декрет Совнаркома РСФСР "О введении международной метрической системы мер и весов". В 1930г. произошло объединение метрологии и стандартизации, управление которыми осуществляется, централизовано в рамках единой сферы управления.
В I960г.XI Международная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц - систему СИ.
В России с 19бЗг. действует Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева. Тематика работ охватывает линейные, угловые, оптические, акустические, электрические, магнитные измерения, измерения массы, плотности, силы, твердости, скорости и др. В 1993г. в России был принят закон РФ "Об единстве измерения".
2 Общие понятия и определения
Греческое слово "метрология" образовано от слов "метрон" - мера и "логос" - учение.
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства и требуемой точности измерения.
Метрология делится на три самостоятельных раздела:
- Теоретическая метрология - излагаются общие вопросы теории измерений.
- Законодательная метрология - рассматриваются комплексы общих правил, требований и норм, направленных на обеспечение единства измерения и единообразие средств измерения (СИ).
- Прикладная метрология - рассматриваются вопросы практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований.
Объектами метрологии являются средства измерения, единицы измерения, эталоны и методики выполнения измерений.
"Измерить всё доступное измерению и сделать доступным всё недоступное ему". (Галилео Галилей).
В нашей стране ежегодно выполняется свыше 20 млрд. различных намерений, затраты на которые составляют 20% общих затрат на производство продукции, свыше 4 млн. человек считают измерения своей профессией.
Измерения - совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину и получить значение этой величины, т.е. результат.
Средства измерения (СИ) - техническое устройство, предназначенное для измерения.
 = Х * () (1) - основное уравнение метрологии, где
- значение физической величины;
X - числовое значение физической величины в принятых единицах;
 -единица физической величины.
Приложив линейку к детали, сравнивают её с единицей, хранимой линейкой, и производя отсчет, получают значение величины (длина, высота и т, д.).
Погрешность измерения - это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины.
∆ = Хиз - Хд (2), где
Хиз - значение, полученное при измерении;
Хд - действительное значение измеряемой величины.
Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, величины и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.
Первое условие обеспечения единства измерений - результаты измерений должны быть представлены в узаконенных единицах. (В России – это единицы в системе СИ).
Второе условие - погрешность измерения не превышает (с заданной вероятностью) установленных пределов. Погрешности измерения указываются в паспорте прибора, ТУ и др.
Метрологическая служба - совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений, т.е. организаций, на которые возлагается ответственность за обеспечение единства измерений.
Поверка средств измерения - совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия СИ, установленным техническим требованиям.
Эталон - это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи её размера другим средствам измерения.
Эталоны классифицируются в зависимости от назначения: первичные, специальные, государственные, национальные, международные, вторичные, эталоны-свидетели и рабочие.
Первичный эталон - это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерения.
Первичный эталон может быть национальным и международным.
Международные эталоны хранит и поддерживает Мёждународное бюро мер и весов (МБМВ) в городе Севр во Франции.
Международный эталон принят по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц величины, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
Вторичный или специальный эталон воспроизводит единицу в особых условиях и заменяет первичный. Он создаётся и утверждается, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.
Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного и для замены его в случае утраты или порчи.
Рабочие эталоны воспроизводят единицу от вторичных и служат для передачи размера эталону более низкого разряда. Передача информации о размере единиц осуществляется методами непосредственного сличения.
Первыми официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции. В 1799г. эти эталоны были переданы на хранение в Национальный архив Франции (метр Архив, килограмм Архив) Национальным собранием Франции эталон метра был принят равным одной десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана.
Рисунок 1 - Система передачи размера единицы величины.
Был изготовлен 31 экземпляр эталона метра из платиноиридиевого сплава. России по жребию достался основной эталон метра №28 и в качестве эталона - свидетеля №11. Через него осуществляется сличение государственного - эталона с международным.
В 1983г. на XVII Генеральной конференции мер и весов принята длина метра как длина пути, проходимого светом за 1/299792458 секунды в условиях вакуума.
Из этого определения следует, что в системе СИ скорость света в вакууме принята равной в точности 299 792 458 м/с.
России были также переданы прототипы эталона килограмма: №12 и №26, №12 утвержден в качестве государственного (платиноиридиевая гиря).
Основным объектом измерений является физические величины.
Физическая величина - одно из свойств физического объекта, которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением (длина, вес, прочность и т.д.).
Физические величины делятся на основные и производные.
Основным величинам соответствуют основные единицы измерения, производным - производные единицы измерения.
Совокупность основных и производных единиц называют системой единиц физических величин.
Общие правила конструирования систем единиц сформулировал в 1832 г. Гаусс.
Основными единицами системы являлись:
- единица длины - миллиметр; - единица массы - миллиграмм;
- единица времени - секунда.
Эту систему называли абсолютной.
Затем в начале XX века была предложена система МКСА (в русской транскрипции). Основными единицами были:
- метр; - килограмм; - секунда; - ампер.
Производные:
- единица силы - ньютон; - единица энергии - джоуль; - единица мощности - ватт.
В нашей стране c l января 1963г. действует Международная система единиц - СИ, принятая в 1960г. 11-ой Генеральной конференцией по мерам и весам.
Система единиц СИ названа международной.
ГОСТ 8.417 - 81 "Единицы измерения" устанавливает 7 основных физических единиц:
- единица длины - метр (м);
- единица массы - килограмм (кг);
- единица времени - секунда (с);
- единица силы электрического тока - ампер (А);
- единица термодинамической температуры - кельвин (К). (С), допускается шкала Цельсия - градус;
- единица количества вещества - моль (моль);
- единица силы света - кандела (ад).
Основные величины не зависимые друг от друга, производные получают с помощью формул (скорость - V=L/C , силу тока – J=U/R и т.д.).
Лекция 2
Виды и методы измерения
Вопросы лекции
1 Виды измерения
2 Классификация приборов
1 Виды измерения
Целью измерения является получение значений физической величины, характеризующей исследуемый объект.
Метод измерения - прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реальным принципом измерения.
Объект измерения - реальный физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми величинами.
Алгоритм измерения - точное предписание о порядке выполнения one раций, обеспечивающих измерение Физической величины. Измерения могут быть классифицированы:
- по характеристике точности - равноточные - ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях и неравноточные - ряд измерений какой-либо величины, выполненных несколькими различными по точности СИ и в нескольких разных условиях;
- по числу измерений в ряду измерений - однократные и многократные;
- по отношению к изменению измеряемой величины - статические – измеряемая величина практически постоянна и динамические - физическая величина в процессе измерения претерпевает изменения;
- по количеству измерительной информации - однократные - число измерений равно числу измеряемых величин и многократные - число измерений, больше числа измеряемых величин. Обычно число измерений в данном случае больше трех;
- по выражению результатов измерений - абсолютные – измерение, основанное прямых измерениях величин и использовании значений физических констант. (Так, в формуле Эйнштейна Е = мс2, где (м) масса - основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем - взвешиванием, а скорость света (с) - физическая константа). Относительные измерения - измерение отношения величины к одноименной; величине, выполняющей роль единицы;
- по общим приемам получения результатов измерений - прямые - значение искомой величины или отклонение её отсчитывается непосредственно по прибору (измерение массы на весах, длины детали) и косвенные - значение искомой величины или отклонение её находят по результатам измерения другой величины, связанной с искомой определенной зависимостью (контроль угла синусной линейкой);
-по совокупности приемов использования средств измерения - метод непосредственной оценки - о значении измеряемой величины судят по показаниям одного (прямые измерения) или нескольких средств измерения (косвенные измерения) и методы сравнения; дифференциальный, нулевой, совпадений, замещения.
Дифференциальный - измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной.
Нулевой - действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой.
Совпадений - разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов.
Замещения - действие измеряемой величины замещается образцовой.
Шкала измерений - это упорядоченная последовательность значений физической величины, которая служит основой для её измерения, или совокупность ряда отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующим значениям или отклонениям измеряемой величины (Рисунок 1).
Рисунок 1- Шкала измерительных приборов.
Интервал деления - расстояние между серединами двух соседних пометок (штрихов шкалы) - "а".
Интервалы делений шкал измерительных приборов выбираются в пределах 0,9 - 2,5мм. При таких интервалах обеспечивается наилучший результат глазомерной оценки долей деления при расположении стрелки (указателя прибора между штрихами шкалы).
Цена деления - значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы - "с". Цена деления, как правило, не должна быть меньше погрешности показаний прибора. В современных приборах применяются цены делений от 0,0001 до 0,1 мм.
Ширина штрихов шкалы выбирается в пределах 0,1 - 0,2мм. Разность ширины штрихов в пределах одной шкалы не должна быть более 0,05мм.
Длина коротких штрихов принимается равной 2-2,5 интервала деления, а длина длинных - 3 - 3,5 интервала.
Ширина конца стрелки не должна быть больше ширины штрихов. Конец стрелки должен перекрывать 0,3 - 0,8 длины коротких штрихов шкалы.
В метрологической практике известны несколько разновидностей шкал:
Шкала наименований - это своего рода качественная шкала, а не коли чественная, она не содержит нуля и единиц измерения. (Атлас цветов).
Шкала порядка - характеризует значение измеряемой величины в балах (шкала землетрясений, сила ветра и т. д.).
Шкала интервалов – (разностей) имеет условное нулевое значение, а интервалы устанавливаются по согласованию (шала времени, шка ла длины).
Шкала отношений - имеет естественное нулевое значение, а единица измерений устанавливается по согласованию. Шкала массы (веса), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному. (Бытовые аналитические весы).
Точность отсчета - точность, достигнутая при отсчете показаний прибора по шкале. Зависит от качества штрихов шкалы, толщины стрелки (указателя), расстояния между шкалой и, стрелкой, освещения шкалы и квалификации контролера.
Предел измерения по шкале - значение измеряемой величины, соответствующее наибольшему, участку шкалы.
Предел измерения прибора в целом - наибольшая и наименьшая величины, которые могут быть определены с помощью данного прибора (микрометр с пределом измерения 50 - 75мм имеет предел измерения 25мм. Для индикаторов, миниметров и других приборов, предназначенных для относительных измерений на стойках со столиком, пределы измерения высот определяются высотой стойки, а диаметров - вылетом кронштейна, в котором крепится прибор.
Чувствительность прибора - свойство прибора реагировать на изменения измеряемой величины. Чувствительность прибора оценивается передаточным отношением.
Передаточное отношение прибора- i - отношение линейного шли углового перемещения стрелки (указателя) к изменению размера, вызвавшего это перемещение:
 (1) где а - интервал деления, с - цена деления
Порог чувствительности (разрешающая способность прибора) - наименьшее изменение значения измеряемой величины, способное вызвать малейшее заметное изменение показаний прибора.
Измерительное усилие - усилие, с которым контактный орган прибора воздействует на объект в момент измерения.
|
