Введение
Проблема обеспечения высокого качества продукции тесным образомсвязана с проблемой качества измерений. Между ними явно прослеживаетсянепосредственная связь: там, где качество измерений не соответствуеттребованиям технологического процесса, не возможно достичь высокого уровнякачества продукции. Поэтому обеспечение качества в значительной степени зависитот успешного решения вопросов, связанных с точностью измерений параметровкачества материалов и комплектующих изделий и поддержания заданныхтехнологических режимов. Иными словами, технический контроль качестваосуществляется путем замеров параметров технологических процессов, результатыизмерений которых необходимы для регулирования процессом. Следовательно,качество измерений представляет собой совокупность свойств состояния измерений,обеспечивающих результаты измерений с требуемыми точностными характеристиками,получаемые в необходимом виде за определенный отрезок времени. Единствоизмерений — состояние, процесс измерений, результаты которых выражаются вобщепринятых, узаконенных единицах, характеризующихся размерами равными вустановленных пределах размерам единиц, воспроизводимых эталонам первичногообразца. При этом отклонения результатов измерений прогнозируются с заданнойвероятностью, не выходя за установленные пределы. Именно “привязка” измерений кгосударственным эталонам является наиболее важным условием обеспечения единстваизмерений. Она, по стандарту ИСО серии 9000, — необходима и обязательна вобеспечении качества продукции. Таким образом, можно перечислить основныепринципы соблюдения единства измерений: — размер единиц государственных средствизмерений равен размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами; — результатыизмерений выражаются в общепринятых, узаконенных единицах; — отклонениярезультатов измерений известны и прогнозируемы; — отклонения измеренийнаходятся в рамках установленных пределов.
1. Средства измерений
Средство измерений — техническоесредство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющеенормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и ( или )хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным впределах установленной погрешности и в течение известного интервала времени.
1.1 Классификация средств измерения
По метрологическому назначению средстваизмерений подразделяются на:
— рабочие средства измерений,предназначенные для измерений физических величин, не связанных с передачейразмера единицы другим средствам измерений. (Пример РСИ электросчетчик дляизмерения электрической энергии);
— образцовые средства измерений,предназначенные для обеспечения единства измерений в стране.
По степени автоматизации средстваизмерений подразделяются на:
— автоматические, производящие вавтоматическом режиме все операции, связанные с обработкой результатовизмерений, их регистрацией, передачей данных или выработкой управляющегосигнала;
— автоматизированные, производящие вавтоматическом режиме одну или часть измерительных операций;
— неавтоматические, не имеющие устройствдля автоматического выполнения измерений и обработки их результатов ( рулетка,теодолит- для измерения плоских углов).
По стандартизации средства измеренийподразделяются на:
— стандартизованные, изготовленные всоответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;
— не стандартизованные — уникальныесредства измерений, предназначенные для специальной измерительной задачи, встандартизации требований к которому нет необходимости. Не стандартизованныесредства измерений не подвергаются государственным испытаниям (поверкам), аподлежат метрологическим аттестациям.
По конструктивному исполнению средстваизмерений подразделяются на:
— меры;
— измерительные преобразователи;
— измерительные приборы;
— измерительные установки;
— измерительно-информационные системы.
Мера — средство измерений, предназначенноедля воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или несколькихзаданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах иизвестны с необходимой точностью.
Измерительный преобразователь –техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками,служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину илиизмерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшихпреобразований, индикации или передачи. Примеры измерительных преобразователей– термопара, пружина динамометра, микрометрическая пара винт-гайка.
Измерительный прибор — средствоизмерений, предназначенное для получения значений измеряемой физическойвеличины в установленном диапазоне. Измерительный прибор предназначен дляполучения измерительной информации от измеряемой физической величины, еепреобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятиюоператором.
Измерительная установка – cовoкyпнocтьoбъeдинeнныx технических cpедcтв измерений (измepительныx пpибopов, меp,измеpитeльныx пpеoбpазoватeлeй) и дpyгиx ycтpойств, котоpое ocyщecтвляeтперевод технической xаpактepистики сигналoв измepитeльнoй инфopмaции в фoрмy,пoдxодящyю для пpямого воспpиятия наблюдателем, и paзмeщенная cтaционapнo.
Измepитeльнaя cистема — сoвoкyпностьтехнических cрeдcтв измерений и вспомогательных yстpойcтв, oбъeдиненныxкaналами связи, кoтoроe ocyщеcтвляeт перевод технической xаpактеpистикисигналов измepитeльнoй информации в фоpмy, пoдxодящей для aвтoматичеcкойобpaбoтки, пepедачи и использования в качестве управляющих сигналов.
2. Поверка средств измерений
Технической формой надзора заединообразием средств измерений является государственная (ведомственная)поверка средств измерений, устанавливающая их метрологическую годность.
Достоверная передача размера единиц вовсех звеньях метрологической цепи от эталонов или от исходного образцовогосредства измерений к рабочим средствам измерений производится в определенномпорядке, приведенном в поверочных схемах.
Поверочная схема — это утвержденный вустановленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точностьпередачи размеров единиц от эталона или исходного образцового средстваизмерений рабочим средствам измерений. Требования к содержанию и построениюсхем установлены ГОСТ 8.061-80.
Различают государственные,ведомственные, локальные поверочные схемы органов государственной иливедомственных метрологических служб.
Государственная поверочная схемараспространяется на все средства измерений данной ФВ, применяемые в стране.
Ведомственная поверочная схемаразрабатывается органом ведомственной службы, согласовывается с главным центромэталонов – разработчиком государственной поверочной схемы средств измеренийданной ФВ и распространяется только на средства измерений, подлежащих
Локальная поверочная схемараспространяется на рабочие средства измерений (РСИ), подлежащие поверке вданном метрологическом подразделении на предприятии, имеющем право поверкисредств измерений, и оформляется в виде стандарта организации.
Термин «поверка» введен ГОСТ «ГСИ.Метрология. Термины и определения.» как «определение метрологическиморганом погрешностей средств измерений и установление его пригодности кприменению». Поверке подвергаются средства измерений, выпускаемые изпроизводства и ремонта, получаемые из-за рубежа, а также находящиеся вэксплуатации и хранении.
Пригодными к применению в течениеопределенного межповерочного интервала времени признают те средства измерений,поверка которых подтверждает их соответствие метрологическим и техническим требованиямк данному средству измерений.
Средства измерений подвергают первичной,периодичной, инспекционной, выборочной, поэлементной, комплектной и экспертнойповеркам. Первичная поверка — поверка, выполняемая при выпуске средстваизмерений из производства или после ремонта, а также при ввозе средстваизмерений из-за границы партиями, при продаже. Периодическая поверка — поверкасредств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемаячерез установленные межповерочные интервалы времени. Внеочередная поверка — поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очереднойпериодической поверки. Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственнойметрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием иприменением средств измерений. Комплектная поверка — поверка, при которойопределяют метрологические характеристики средства измерений, присущие ему какединому целому. Поэлементная поверка — поверка, при которой значенияметрологических характеристик средств измерений устанавливаются пометрологическим характеристикам его элементов или частей. Выборочная поверка — поверка группы средств измерений, отобранных из партии случайным образом, порезультатам которой судят о пригодности всей партии. Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическимхарактеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.
3. Методы поверки
Под методами поверки понимают методыпередачи размера единиц физической величины. В основу классификации применяемыхметодов поверки положены следующие признаки, в соответствии с которыми средстваизмерений могут быть поверены:
— без использования компаратора илиприбора сравнения, то есть непосредственным сличением поверяемого СИ сэталонным СИ того же вида;
— сличением поверяемого СИ с эталонным СИтого же вида с помощью компаратора или других средств сравнения;
— прямым измерением поверяемым СИ значенияфизической величины, воспроизводимой эталонной мерой;
— прямым измерением эталонным СИ значенияфизической величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;
— косвенным измерением величины,воспроизводимой мерой или поверяемым прибором, подвергаемыми поверке;
— путем независимой (автономной) поверки.
При поверке методом непосредственногосличения устанавливают требуемые значения измеряемой величины X и сравниваютпоказания поверяемого прибора Хп и эталонного прибора Хэ. Разность между ихпоказаниями будет определять абсолютную погрешность поверяемого прибора,которую приводят к нормированному значению для получения приведеннойпогрешности.
Основным достоинством методанепосредственного сличения является простота и отсутствие необходимостиприменения сложного оборудования. Метод сличения при помощи компаратора(прибора сравнения) применяют тогда, когда невозможно или сложно сравнитьпоказания двух приборов или двух мер. Измерения в этом случае выполняют путемвведения в схему поверки компаратора, позволяющего косвенно сравнивать двеоднородные или разнородные физические величины. Компаратором может бытьсредство измерений, одинаково реагирующее на сигнал эталонного и поверяемогосредства измерений.
Например, при сличении мер сопротивления,емкости и индуктивности в качестве компаратора используют мосты постоянного илипеременного тока. При сравнении мер сопротивления и ЭДС – потенциометры. Методпрямых измерений заключается в прямом измерении поверяемым прибором значенияфизической величины воспроизводимой мерой. Практическая реализация методапрямых измерений предъявляет к мерам следующие требования:
— возможность воспроизведения мерой той жефизической величины, в единицах которой проградуировано поверяемое средствоизмерений;
— достаточный для перекрытия всего диапазонаизмерения поверяемого средства измерений диапазон физических величин воспроизводимыхмерой;
— соответствие точности меры, а в ряде случаеви ее типа и плавности изменения размера требованиям, которые предъявляются в нормативныхдокументах (НД) по поверке данного средства измерений.
Суть метода косвенных измеренийзаключается в следующем: проводят прямые измерения нескольких физических величинс помощью эталонных СИ и получают значения X 01, X 02 ,…, X 0m. Затем, используя известную функциональнуюзависимость f между этими величинами и величиной, которая измеряется поверяемымприбором, определяют действительное значения величины, то есть находятрезультат косвенного измерения по формуле:
Q0 = f ( X 01, X 02 ,…, X 0m)
Метод используется тогда, когдадействительные значения величин, измеряемые поверяемым средством измеренийневозможно или трудно определить прямым измерением или когда косвенныеизмерения более простые или точные.
Например, поверка электрического счетчикаактивной энергии с помощью образцового ваттметра и секундомера. По показаниямваттметра определяют значение мощности P0 и поддерживают ее неизменной в течение времени t0, которое в свою очередьопределяется по эталонному секундомеру. Тогда действительное значение энергии W0 можно рассчитывать поформуле:
W0 = P0∙t0.
При выполнении поверки методом косвенныхизмерений следует учитывать тот факт, что конечный результат и погрешностькосвенного измерения зависит от составляющих погрешностей прямых измерений. Автономнаяповерка это поверка без применения эталонных средств измерений (СИ). Онаприменяется при разработке особо точных СИ, которые невозможно или очень сложноповерить одним из рассмотренных выше методов поверки ввиду отсутствия еще болееточных СИ с соответствующими пределами измерении. Суть этой поверки, котораянаиболее часто используется для поверки приборов сравнения, заключается всравнении величин, воспроизводимых отдельными элементами поверяемого СИ свеличиной, выбранной в качестве опорной и конструктивно воспроизводимой в самомповеряемом СИ. Например, при поверке m-ной декады потенциометра необходимоубедиться в равенстве падений напряжений на каждой n-ной ступени этой декады.Для этого, выбрав в качестве опорной величины сопротивление первой ступенидекады, можно поочередно сравнивать с помощью компаратора падение напряжения накаждой n-ной ступени с падением напряжения на этом сопротивлении. Метод трудоемок,но обладает высокой точностью.
Реализация рассмотренных выше методовповерки осуществляется с помощью способов комплектной и поэлементной поверки.
При комплектной поверке средство измеренийповеряют в полном комплекте его составных частей, без нарушения взаимосвязеймежду ними. Погрешности, которые при этом определяют, рассматривают какпогрешности, свойственные поверяемому средству измерений как единому целому.При этом средство измерений находится в условиях, максимально приближенных креальным условиям эксплуатации, что позволяет в ходе поверки выявить многие,присущие поверяемому средству измерений недостатки: дефекты внутреннегомонтажа, неисправности переключающих устройств и т.п. С учетом простоты ихорошей достоверности результатов, комплектной поверке всегда, когда этовозможно отдают предпочтение.
В случае невозможности реализациикомплектной поверки, ввиду отсутствия эталонных средств измерений,несоответствия их требованиям точности или пределам измерений, применяютпоэлементную поверку. Поэлементная поверка средств измерений это поверка, прикоторой его погрешности определяют по погрешностям отдельных частей. Затем пополученным данным расчетным путем определяют погрешности, свойственныеповеряемому средству измерений как единому целому. При этом предполагают, чтозакономерности взаимодействия отдельных частей средства измерений точноизвестны, а возможности посторонних влияний на его показания исключены иподдаются точному учету.
Иногда применение поэлементной поверкиоказывается единственно возможным. Часто ее используют при поверке сложных СИ,состоящих из компаратора со встроенными в него образцовыми мерами. Следуетособо отметить, что по результатам поэлементной поверки, если действительнаяпогрешность превышает допускаемую, то можно непосредственно установить причинунеисправности СИ.
Существенным недостатком поэлементнойповерки является ее трудоемкость и сложность реализации по сравнению скомплектной поверкой.
4. Порядок разработки и требования к методикам поверки средствизмерения
Классификация, правила, содержание ипорядок создания документов на методики поверки средств измерения установленыинструкцией МИ 2526 — 99 «ГСИ. Нормативные документы на методики поверкисредств измерений. Основные положения».
Документы на методики поверки, применяемыев двух или более министерствах (ведомствах), разрабатывают в виде:
— раздела технического описания (ТО),определяющего методику поверки, или инструкции по поверке в составеэксплуатационной документации, устанавливающей методику поверки одного типасредств измерений;
— рекомендации метрологическогоинститута, определяющей методику поверки группы средств измерений, объединенныхобщим признаком и применяемых как непосредственно для поверки, так и дляразработки документов по поверке других средств измерений, относящихся к той жегруппе. Документы на методики поверки, проводимой в одном министерстве(ведомстве), разрабатывают в виде ведомственных методических указаний; в однойорганизации (на одном предприятии) – в виде методических указаний предприятия. Разделытехнического описания или инструкции на методики поверки средств измеренийразрабатывают организации-разработчики средств измерений при подготовке их киспытаниям для утверждения типа или (при пересмотре устаревшего документа наметодику поверки) организации-разработчики (изготовители) средств измерений приподготовке их к испытаниям на соответствие утвержденному типу. ГЦИ СИ, органыГМС при проведении испытаний средств измерений проводят экспериментальнуюапробацию документов на методики поверки и определяют возможность их примененияпри серийном производстве и в эксплуатации. Наименование документа на методикуповерки состоит из наименования системы (ГСИ), наименования поверяемых средствизмерений и наименование объекта регламентации. Документы на методику поверкидолжны содержать вводную часть, устанавливающую назначение документа, степеньего соответствия требованиям международных документов, а также рекомендуемыймежповерочный интервал, и разделы, расположенные в следующем порядке:
— операции поверки;
— средства поверки;
— требования безопасности;
— условия поверки;
— подготовка к поверке;
— проведение поверки;
— обработка результатов измерений;
— оформление результатов поверки.
Если к квалификации поверителейпредъявляют особые требования, после раздела «Средства измерений» в документына методики поверки включают раздел «Требования к квалификации поверителей». Вобоснованных случаях допускается объединять или исключать отдельные разделы. Винструкции МИ 2526-99 установлены требования к содержанию разделов документовна методики поверки средств измерений. Документы на методики поверки могутсодержать приложения. В качестве приложений оформляют, например, программуобработки результатов измерений на ЭВМ, форму протокола записи результатовизмерений, технические описания вспомогательных устройств и поверочныхприспособлений и т. д.
Список литературы
1. Димов Ю.В. метрология,стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2006.
2. Метрология,стандартизация и сертификация: Учебник/Ю.И. Борисов, А.С. Сигов и др.; Под ред.А.С. Сигова. – М. Форум: Инфра-М, 2005.
3. Руководство повыражению неопределенности измерения. – ВНИИМ, С-Пб.: 2005.