Прикладная метрология: Учебник для вузов. Определение метрологии как науки

Законодательная метрология.

Основные цели и задачи обеспечения единства измерений в производстве и науке.

Метрологические правила и нормы законодательной метрологии гармонизованы с рекомендациями и документами соответствующих международных организаций. Тем самым законодательная метрология способствует развитию международных экономических и торговых связей и содействует взаимопониманию в международном метрологическом сотрудничестве.

6 Метрология – научная основа ГСИ.

Метрология - научная основа Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ)

Метрология - научная основа ГСИ. Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. «Метро» -мера (греч.), «логос» - учение (греч.).

Современная метрология включает в себя три вида:

а)законодательная метрология;

б)фундаментальная (научная) метрология;

в)практическая (прикладная) метрология.

Законодательная метрология - это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

Законодательная метрология служит средством государственного регулирования метрологической деятельности посредством законов и законодательных положений, которые вводятся в практику через Государственную метрологическую службу (ГМС) и метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц.

К области законодательной метрологии относятся испытания и утверждение типа.средств измерений (СИ), государственный метрологический контроль и надзор за СИ, а также мероприятия по реальному обеспечению единства измерений. Одна из основных задач метрологии - это обеспечение единства измерений. Эта задача может быть решена при соблюдении двух основополагающих условий

Выражение результатов измерений в единых узаконенных единицах;

Установление допустимых погрешностей результатов измерений и пределов, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Фундаментальная и практическая метрологии появились еще в древние времена. В Древней Руси основой системы мер были древнеегипетские единицы измерений, заимствованные в Древней Греции и Риме. Наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений «подручными» способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, на Руси единицами длины были в разное время:

Локоть (от сгиба локтя до конца среднего пальца руки);

Пядь (расстояние между концами большого и указательного пальца

взрослого человека);

аршин (его появление повлекло исчезновение пяди - V4 аршина);

косая сажень = 248 см.

Указом Петра 1 русские меры длины были согласованы с английскими:
- дюйм («палец» = 2,54 см);

Английский фут =12 дюймов = 30,48 см.Первая метрическая система мер была введена во Франции в 1840 году. Ее значимость подчеркивал Д.И. Менделеев как средство содействия «будущему желанному сближению народов».С развитием науки и техники требовались новые измерения и новые единицы измерения, что стимулировало развитие фундаментальной и прикладной метрологии. Первоначально прототип единиц измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Так, секунда - часть периода

обращения Земли вокруг своей оси. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. Теперь секунда - продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу междудвумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома Цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей.Таким образом, метрология,как наука, динамически развивается.Дальнейшее развитие фундаментальной метрологии подтверждают определения единиц физических величин (ФВ), принятых в Международной системе единиц физических величин (системе СИ), дающих представление о природном, естественном происхождении принятых единиц ФВ. Система единиц физических величин -* это совокупность основных и производных единиц физических величин.Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) в 1954 году определила шесть основных единиц ФВ для их использования в международных отношениях: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, свеча.В 1960 году XI ГКМВ утвердила Международную систему единиц физических величин (система СИ), которую приняли все крупнейшие международные организации по метрологии. В СССР эта система СИ была принята в 1993 году. Основные единицы ФВ системы СИ: .

а)единица длины - метр - длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

б)единица массы - килограмм - в)единица времени - секунда –

г)единица силы электрического тока - ампер - сила неизменяющегося
тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам
бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на
расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками
силу, равную 2-10"" Н на каждый метр длины;

д)единица термодинамической температуры - градус Кельвина -
1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды
(допускается применение шкалы Цельсия);

е)единица количества вещества - моль - количество вещества ж)единица силы света - кандела - сила света в заданном направлении
источника

Метрология – это наука об измерениях, методах достижения их единства и требуемой точности. Слово «метрология» образовано из двух греческих слов: «метрон» – мера и «логос» – учение. Дословный перевод слова «метрология» – учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении данной величины с известной величиной, принятой за единицу.

Предметом метрологии является обработка количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной достоверностью.

Меры на Руси: длина – аршин, сажень (3 аршина), верста; вес – пуд (16,4 кг); жидкие тела – бочки, ведра, кружки, бутылки.

В XV–XVIII вв. в связи с бурным ростом науки появилась необходимость измерения (барометры, гидрометры, манометры (давление воды), паровые машины (мощность измеряется в лошадиных силах)).

В XIX–XX вв. происходят новые физические открытия, появляется необходимость измерения в атомной и молекулярной физике. В 1827 г. в России образована комиссия образцовых мер и весов. Д.И. Менделеев сыграл большую роль в становлении метрологической службы, возглавляя ее с 1892 по1907 г. В 1970 г. образован Госстандарт СССР, в 1993 г. Госстандарт преобразован в Госстандарт России.

В современном понимании метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. К основным направлениям метрологии относятся:

• общая теория измерений;
• единицы физических величин и их системы;
• методы и средства измерений; методы определения точности измерений;
• основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерения;
• эталоны и образцовые средства измерений; методы передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Основным законодательным документом в метрологии является Закон «Об обеспечении единства измерений», принят в 1992 г., который направлен на защиту прав и интересов граждан , экономики страны от отрицательных последствий, недостоверных результатов измерений.

Метрологию подразделяют на теоретическую, прикладную и законодательную.

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 . Ее основная задача – создание и совершенствование системы государственных стандартов, которые устанавливают правила, требования и нормы, определяющие организацию и методику проведения работ по обеспечению единства и точности измерений, а также организация и функционирование соответствующей

3 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ И. Е. У ш а к о в, И. Ф. Ш и ш к и н ПРИКЛАДНАЯ МЕТРОЛОГИЯ Санкт-Петербург 2002 4 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ И. Е. У ш а к о в, И. Ф. Ш и ш к и н ПРИКЛАДНАЯ МЕТРОЛОГИЯ Издание четвертое, переработанное и дополненное (РЕКОМЕНДОВАНО НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИМ СОВЕТОМ ПО МЕТРОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ МИНОБРАЗОВАНИЯ РОССИИ В КАЧЕСТВЕ УЧЕБНИКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ «МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ») Санкт-Петербург 2002 5 УДК 389.004.12 (075.8) И.Е.Ушаков, И.Ф.Шишкин. Прикладная метрология: Учеб. для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. -СПб.: СЗТУ, 2002, - 116 с. В учебнике изложены материалы по основным разделам и темам вузовской программы одноимен- ного курса. Рассмотрены виды метро-логической деятельности, их организация и содержание. В нем на- шли отражение новейшие нормативные и рекомендательные документы в области метрологии. Учебник предназначен для студентов вузов, обучающихся по направлению "Стандартизация, сер- тификация и метрология" (специальность 190800 – Метрология и метрологическое обеспечение), а также может быть полез ным работникам метрологических служб, инженерно-техническому составу и административно- управленческому персоналу предприятий. Рецензенты: кафедра стандартизации, метрологии и диагностики Московской государственной академии приборостроения и информатики (МГАПИ) (зав. кафедрой – Фирстов В.Г., д-р техн. наук, проф.); Д.Ф.Тартаковский, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, действительный член Метрологической академии, д-р техн. наук, проф. кафедры технологии и материалов Санкт-Петербургского государственно- го университета телекоммуникаций им. А.М.Бонч-Бруевича. © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2002 6 ПРЕДИСЛОВИЕ ко второму изданию Прикладную метрологию изучают студенты 4-го курса по учебному пла- ну специальности 19.06 - "Метрология, стандартизация и управление качест- вом". Открытие новой инженерной специальности 19.06 в 1988 г. совпало с на- чалом перестройки в нашей стране, развернувшейся после апрельского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС и решений ХVII съезда КПСС. Перестройка хозяйствен- ного механизма на основе перехода к экономическим методам управления, вве- дения в действие Закона СССР о государственном предприятии, повсеместного внедрения хозрасчета, самофинансирования и кооперации оказывает влияние на все стороны метрологической деятельности. 21 ноября 1988 г. Советом Ми- нистров СССР принято постановление №489 "О перестройке деятельности и организационной структуры Государственного комитета СССР по стандартам". В этих условиях изучение прикладной метрологии в соответствии с установив- шимися канонами нецелесообразно, а новые подходы к метрологической дея- тельности еще не определились. Поэтому до выпуска нового учебника по при- кладной метрологии, запланированного на 1992 г., можно пользоваться на- стоящим учебным пособием, дополняя его содержание опытом текущей метро- логической практики. Предлагаемое учебное пособие является вторым изданием, переработан- ным и дополненным. Главное содержание книги - виды метрологической дея- тельности, которые относятся к прикладной метрологии при любом хозяйст- венном механизме. Организационная и правовая основы прикладной метроло- гии рассматриваются фрагментарно, так как именно эта область подвержена наибольшим изменениям. Целью преподавания прикладной метрологии является подготовка буду- щих специалистов к практической метрологической деятельности. Основные задачи учебной дисциплины - в усвоении научно-теоретических основ специ- альности, последовательном применении знаний, умений и навыков при реше- нии производственных задач, метрологического обеспечения народного хозяй- ства. В результате изучения прикладной метрологии специалист должен знать основные виды метрологической деятельности, уметь проводить анализ со- стояния измерений на предприятиях и в организациях отрасли, метрологиче- скую экспертизу нормативно-технической документации, аттестацию и стан- дартизацию методик выполнения измерений, государственные испытания, мет- рологическую аттестацию и поверку средств измерений, составлять и реализо- вывать программы метрологического обеспечения, осуществлять функции го- сударственного надзора и ведомственного контроля за стандартами и средства- ми измерений в СССР, метрологическим обеспечением народного хозяйства и качества выпускаемой продукции. Он должен иметь представление о будущем прикладной метрологии, направлениях перестройки профессиональной метро- логической деятельности, основанных на отказе от всеобъемлющей норматив- 7 но-правовой регламентации, развитии самостоятельности, предприимчивости и инициативы, использовании высокоэффективных экономических методов управления. 8 ПРЕДИСЛОВИЕ к третьему изданию В предисловии к предыдущему изданию отмечалось, что динамично про- текающие процессы государственного переустройства оказывают непосредст- венное влияние на метрологическую деятельность. Действительно, за истекший период появились законы Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений", "О стандартизации", "О сертификации", создан Межгосударствен- ный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, подписаны "Со- глашение о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации", "Соглашение о взаимном признании результатов государственных испытаний и утверждения типа, метрологической аттестации, поверки и калибровки средств измерений, а также результатов аккредитации лабораторий, осуществляющих испытания, поверку и калибровку средств изме- рений", началось формирование национальных систем калибровки, наращива- ется число нормативно-технических документов в области обеспечения единст- ва измерений. Однако, как и отмечалось, все изменения затрагивают преимуще- ственно организационную и правовую стороны метрологической деятельности, которые изучаются в курсе "Законодательная метрология". Содержание основ- ных метрологических работ, таких, как анализ состояния измерений, экспертиза нормативной и технической документации, стандартизация и аттестация мето- дик выполнения измерений, государственные испытания, метрологическая ат- тестация и поверка средств измерений, метрологическое обеспечение производ- ства различных видов продукции остается практически без изменения. Не ме- няют сути дела и нововведения вроде калибровки средств измерений, сертифи- кации и т.п. Можно сказать, что прикладная метрология как дисциплина, изу- чающая виды практической метрологической деятельности, обеспечивающей необходимое качество и единство измерений при любом общественно- политическом строе и социально-экономическом укладе сформировалась окон- чательно. По сравнению с предыдущим изданием в материал внесены существен- ные изменения. Исключен раздел, посвященный Государственной приемке продукции. Эта чисто административная мера, направленная на повышение ка- чества промышленной продукции, себя не оправдала и решением I съезда на- родных депутатов РСФСР в 1990 году была отменена. Включен раздел, посвя- щенный контролю. Контроль как проверка соответствия норме, либо является измерением по шкале порядка, либо использует результаты измерений, выпол- ненных ранее. Отнесение его к метрологической практике расширяет сферу деятельности метрологов и усовершенствует структуру производства. Наконец, материал осовременен в соответствии с обновляющейся нормативно- технической документацией. Процесс обновления НТД будет продолжаться и далее, так что при изучении прикладной метрологии кроме учебной литературы в обязательном порядке должны использоваться фонды НТД, которые имеются в каждом вузе. 9 ПРЕДИСЛОВИЕ к четвертому изданию Предыдущее издание было подготовлено сразу после принятия закона Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений" (1993 г.). За ис- текший период во исполнении данного закона разработан и утвержден целый ряд нормативных и рекомендательных документов, регламентирующих различ- ные виды метрологической деятельности. Ряд нормативных документов, дейст- вующих на момент выхода предыдущего издания, к настоящему времени отме- нен. Так в 1997 г. отменен ГОСТ 8.326-89, на основании которого проводилась метрологическая аттестация нестандартизованных (не предназначенных для се- рийного производства, выпускаемых или приобретаемых по импорту в единич- ных экземплярах или мелкими партиями) средств измерений. В соответствии с современными требованиями такие средства измерений подвергаются испыта- ниям для целей утверждения их типа. Кроме того, в 2000 г. утвержден новый Государственный образователь- ный стандарт высшего профессионального образования по направлению подго- товки "Стандартизация, сертификация и метрология". В рамках данного на- правления реализуется подготовка специалистов по специальностям: 072000 - Стандартизация и сертификация, 190800 - Метрология и метрологическое обес- печение. Дисциплина "Прикладная метрология" включена в блок специальных дисциплин для специальности "Метрология и метрологическое обеспечение". Номенклатура и содержание дисциплин для этой специальности во многом от- личается от имевшихся в учебном плане специальности 19.06 - "Метрология, стандартизация и управление качеством", на который было ориентировано пре- дыдущее издание. По сравнению с предыдущим изданием в содержание внесены сущест- венные изменения. Исключены разделы, материалы которых посвященные кон- тролю и сертификации. Изучение этих материалов осуществляется в рамках со- ответствующих дисциплин: "Метрология, стандартизация и сертификация", "Статистические методы контроля и управления качеством", "Квалиметрия и управление качеством". Введены разделы, посвященные метрологическому контролю и надзору; лицензированию деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений; анализу состояния измерений, контроля и испытаний. Кроме того, материалы изложены в соответствии с требованиями обновляющейся нормативной и рекомендатель- ной документации. При изучении данной дисциплины, как и прежде, кроме учебной литературы в обязательном порядке рекомендуется использовать фон- ды НТД. 10 ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ВНИИМС – Всероссийский научно-исследовательский институт метрологиче- ской службы. ГМ – главный метролог. ГМК - государственный метрологический контроль. ГМКН - государственный метрологический контроль и надзор. ГМН - государственный метрологический надзор. ГМС – Государственная метрологическая служба. ГНМЦ – государственный научный метрологический центр. ГОУ – государственный орган управления. ГСВЧ – Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли. ГСИ – Государственная система обеспечения единства измерений. ГССО – Государственная служба стандартных образцов состава и свойств ве- ществ и материалов. ГСССД – Государственная служба стандартных справочных данных о физиче- ских константах и свойствах веществ и материалов. ГЦИ – государственный центр испытаний. МВИ – методика выполнения измерений. МГС – Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертифи- кации. МД – международный документ. МО – метрологическое обеспечение. МОЗМ – Международная организация законодательной метрологии. МР – международная рекомендация. МРОТ – минимальный размер оплаты труда. МС – метрологическая служба. МХ – метрологическая характеристика. НД - нормативные документы. НИИОКР – научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. НТД - нормативно-техническая документация. НТК – Научно-техническая комиссия по метрологии и измерительной технике Госстандарта России. РСК – Российская система калибровки. РФ - Российская Федерация. СИ – средство (средства) измерений. СО - стандартный образец (стандартные образцы) состава и свойств веществ и материалов. СНГ - Содружество независимых государств. ТЗ - техническое задание. ТО – техническое описание. 11 ВВЕДЕНИЕ В соответствии с практикой метрологической деятельности и принятой терминологией : Прикладная метрология - раздел метрологии, предметом которого являются вопросы практического применения разработок теоретиче- ской метрологии и положений законодательной метрологии. Современное состояние прикладной метрологии и перспективы ее разви- тия связаны с отказом от всеобъемлющей нормативной регламентации, разви- тием самостоятельности, предприимчивости и инициативы, использованием высокоэффективных экономических методов управления в условиях перехода к рыночным отношениям. Необходимо отметить важность для будущих инжене- ров - метрологов получения знаний и приобретения практических навыков по основным видам метрологической деятельности. Цель изучения дисциплины - подготовка будущего инженера-метро- лога к практической организации и проведению основных видов метрологиче- ских работ, включая анализ состояния измерений, контроля, испытаний, и раз- работку на его основе предложений по совершенствованию метрологического обеспечения. Основные задачи - получение теоретических знаний и практических на- выков по организации и проведению основных видов метрологических работ: метрологического контроля и надзора; испытаний и утверждения типа средств измерений; поверки и калибровки средств измерений; лицензирования деятель- ности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений; разработки методик выполнения измерений; анали- за состояния измерений, контроля, испытаний на предприятии. В результате изучения дисциплины студент должен знать организацию и порядок проведения основных видов метрологических работ, уметь организо- вать выполнение таких работ, включая оформление их результатов, с учетом установленных требований. Дисциплина «Прикладная метрология» базируется на дисциплинах «За- конодательная метрология», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Физические основы измерений» и в свою очередь является базой для изучения основных положений ряда специальных дисциплин, в первую очередь дисцип- лины «Экономика метрологического обеспечения». Материалы курса в учебнике распределены в семи разделах. Каждый раз- дел посвящен определенному виду метрологической деятельности. В первом разделе рассматриваются вопросы организации и проведения Государственного метрологического контроля и надзора, а также метрологического контроля и контроля, осуществляемого метрологическими службами юридических лиц. Проведению испытаний и утверждению типа средств измерений, включая раз- работку программ испытаний средств измерений и аккредитацию Государст- венных центров испытаний средств измерений, посвящен второй раздел. Рабо- 12 ты по поверке средств измерений, включая разработку методик поверки, атте- стацию поверителей и аккредитацию метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений, рассматриваются в третьем разделе. Чет- вертый раздел посвящен изучению работ, связанных с лицензированием дея- тельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений. Разработка, аттестация и стандартизация методик выполнения измерений, а также аккредитация метрологических служб юриди- ческих лиц на право аттестации методик выполнения измерений рассматрива- ются в пятом разделе. Шестой раздел посвящен изучению вопросов организа- ции и проведения калибровки средств измерений. В седьмом разделе рассмат- риваются вопросы анализа состояния измерений, контроля и испытаний на предприятии (в организации), включая разработку предложений по совершен- ствованию метрологического обеспечения. В приложениях приведены: формы представления исходных материалов анализа состояния измерений, контроля, испытаний на предприятии (в органи- зации) - Приложение 1; классификаторы видов измерений и видов стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов - Приложение 2; форма сви- детельства о состоянии метрологического обеспечения на предприятии (в орга- низации) - Приложение 3; перечень нормативной документации - Приложение 4.