Прикладна метрологія: Підручник для вишів. Визначення метрології як науки

Законодавча метрологія.

Основні цілі та завдання забезпечення єдності вимірювань у виробництві та науці.

Метрологічні правила та норми законодавчої метрології гармонізовані з рекомендаціями та документами відповідних міжнародних організацій. Тим самим законодавча метрологіясприяє розвитку міжнародних економічних та торгових зв'язківта сприяє взаєморозумінню у міжнародному метрологічному співробітництві.

6 Метрологія – наукова основаДСІ.

Метрологія – наукова основа Державної системи забезпечення єдності вимірів (ДСМ)

Метрологія – наукова основа ДСІ. Метрологія - наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та необхідної точності. "Метро"-міра (грец.), "Логос" - вчення (грец.).

Сучасна метрологія включає три види:

а) законодавча метрологія;

б) фундаментальна (наукова) метрологія;

в)практична (прикладна) метрологія.

Законодавча метрологія - це розділ метрології, що включає комплекси взаємопов'язаних та взаємозумовлених загальних правил, а також інші питання, які потребують регламентації та контролю з боку держави, спрямовані на забезпечення єдності вимірів та однаковості засобів вимірів.

Законодавча метрологія є засобом державного регулюванняметрологічної діяльності за допомогою законів та законодавчих положень, що вводяться у практику через Державну метрологічну службу (ГМС) та метрологічні служби державних органів управління та юридичних осіб.

До галузі законодавчої метрології відносяться випробування та затвердження типу засобів вимірювань (СІ), державний метрологічний контроль і нагляд за СІ, а також заходи щодо реального забезпечення єдності вимірювань. Одне з основних завдань метрології – це забезпечення єдності вимірів. Це завдання може бути вирішено за дотримання двох основних умов

Вираз результатів вимірів у єдиних узаконених одиницях;

Встановлення допустимих похибок результатів вимірювань та меж, за які вони не повинні виходити за заданої ймовірності.

Фундаментальна та практична метрологія з'явилися ще в давні часи. У Стародавню Русьосновою системи заходів були давньоєгипетські одиниці вимірів, запозичені в Стародавню Греціюта Римі. Найменування одиниць та їх розміри відповідали можливості здійснення вимірювань «підручними» способами, не вдаючись до спеціальних пристроїв. Так, на Русі одиницями довжини були різний час:

Лікоть (від згинання ліктя до кінця середнього пальця руки);

Пядь (відстань між кінцями великого та вказівного пальця

дорослої людини);

аршин (його поява спричинило зникнення п'яди - V4 аршина);

коса сажень = 248 см.

Указом Петра 1 російські заходи довжини були узгоджені з англійськими:
- Дюйм («палець» = 2,54 см);

Англійський фут = 12 дюймів = 30,48 см. метрична системазаходи було введено у Франції в 1840 році. Її важливість наголошував Д.І. Менделєєв як засіб сприяння «майбутньому бажаному зближенню народів». З розвитком науки і техніки були потрібні нові виміри та нові одиниці виміру, що стимулювало розвиток фундаментальної та прикладної метрології. Спочатку прототип одиниць виміру шукали в природі, досліджуючи макрооб'єкти та їх рух. Так, секунда – частина періоду

звернення Землі навколо своєї осі. Поступово пошуки перемістилися на атомний та внутрішньоатомний рівень. Тепер секунда - тривалість 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома рівнями надтонкої структуриосновного стану атома Цезія-133 за відсутності обурення з боку зовнішніх полів. Отже, метрологія, як наука, динамічно розвивається. Подальший розвиток фундаментальної метрології підтверджують визначення одиниць фізичних величин(ФВ), прийнятих у Міжнародній системі одиниць фізичних величин (системі СІ), що дають уявлення про природне, природне походженняприйнятих одиниць ФВ. Система одиниць фізичних величин -* це сукупність основних і похідних одиниць фізичних величин. міжнародних відносинах: метр, кілограм, секунда, ампер, градус Кельвіна, свічка. У 1960 році XI ГКМВ затвердила Міжнародну системуодиниць фізичних величин (система СІ), яку прийняли усі найбільші міжнародні організації з метрології. У СРСР ця система СІ була прийнята у 1993 році. Основні одиниці ФВ системи СІ: .

а) одиниця довжини - метр - довжина шляху, яку проходить світло у вакуумі за 1/299792458 частку секунди;

б) одиниця маси - кілограм - в) одиниця часу - секунда -

г) одиниця сили електричного струму- ампер - сила незмінного
струму, який при проходженні по двох паралельним провідникам
нескінченної довжиниі мізерно малого кругового перерізу, розташованим на
відстані 1 м один від одного у вакуумі, створив би між цими провідниками
силу, рівну 2-10" Н на кожен метр довжини;

д) одиниця термодинамічної температури - градус Кельвіна -
1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води
(допускається застосування шкали Цельсія);

е)одиниця кількості речовини - моль - кількість речовини ж)одиниця сили світла - кандела - сила світла в заданому напрямку
джерела

Метрологія– це наука про виміри, методи досягнення їхньої єдності та необхідної точності. Слово «метрологія» утворено з двох грецьких слів: «метрон» – міра та «логос» – вчення. Дослівний переклад слова «метрологія» – вчення про заходи. Довгий час метрологія залишалася в основному описовою наукою про різні заходи та співвідношення між ними. Вимірювання- Пізнавальний процес, що полягає в порівнянні даної величини з відомою величиною, прийнятою за одиницю.

Предметом метрології є обробка кількісної інформації про властивості об'єктів та процесів із заданою достовірністю.

Заходи на Русі: довжина – аршин, сажень (3 аршини), верста; вага – пуд (16,4 кг); рідкі тіла – бочки, цебра, кухлі, пляшки.

У XV-XVIII ст. у зв'язку з бурхливим зростанням науки виникла необхідність виміру (барометри, гідрометри, манометри (тиск води), парові машини (потужність вимірюється в кінських силах)).

У XIX-XX ст. відбуваються нові фізичні відкриття, з'являється необхідність вимірювання в атомній та молекулярної фізики. У 1827 р. у Росії утворена комісія зразкових заходів та ваг. Д.І. Менделєєв зіграв велику роль становленні метрологічної служби, очолюючи її з 1892 по 1907 р. У 1970 р. утворено Держстандарт СРСР, 1993 р. Держстандарт перетворено на Держстандарт Росії.

У сучасному розумінні метрологія – це наука про виміри, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. До основних напрямів метрології відносяться:

• загальна теорія вимірів;
• одиниці фізичних величин та їх системи;
• методи та засоби вимірювань; методи визначення точності вимірів;
• основи забезпечення єдності вимірів та однаковості засобів виміру;
• еталони та зразкові засоби вимірювань; методи передачі розмірів одиниць від еталонів та зразкових засобів вимірювань робочим засобам вимірювань.

Основним законодавчим документом у метрології є Закон «Про забезпечення єдності вимірів», прийнятий 1992 р., спрямований на захист прав та інтересів громадян, економіки країни від негативних наслідків, недостовірних результатів вимірів.

Метрологію поділяють на теоретичну, прикладну та законодавчу.

Теоретична метрологіязаймається питаннями фундаментальних досліджень, створенням системи одиниць вимірів, фізичних постійних, розробкою нових методів виміру.

Прикладна (практична) метрологіязаймається питаннями практичного застосуванняв різних сферахдіяльності результатів теоретичних досліджень у межах метрології.

Законодавча метрологіявключає сукупність взаємозумовлених правил і норм, спрямованих на забезпечення єдності вимірів, що зводяться до рангу правових положень(уповноваженими на те органами державної влади), мають обов'язкову силу та перебувають під контролем держави. Її основне завдання – створення та вдосконалення системи державних стандартів, які встановлюють правила, вимоги та норми, що визначають організацію та методику проведення робіт із забезпечення єдності та точності вимірювань, а також організація та функціонування відповідної

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 НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ, НАВЧАЮЧИХ ЗА ФАХІВНИЦТВОМ «МЕТРОЛОГІЯ ТА МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ») Санкт-Петербург 2002 5 УДК 389.004.12 (075.8) І.Є. Прикладна метрологія: Навч. для вузів. Вид. 4-те, перероб. та дод. -СПб.: СЗТУ, 2002 - 116 с. У підручнику викладено матеріали з основних розділів та тем вузівської програми однойменного курсу. Розглянуто види метрологічної діяльності, їх організація та зміст. У ньому знайшли відображення новітні нормативні та рекомендаційні документи в галузі метрології. Підручник призначений для студентів вузів, які навчаються за напрямом "Стандартизація, сертифікація та метрологія" (спеціальність 190800 – Метрологія та метрологічне забезпечення), а також може бути корисним працівникам метрологічних служб, інженерно-технічного складу та адміністративно-управлінському персоналу підприємств. Рецензенти: кафедра стандартизації, метрології та діагностики Московської державної академії приладобудування та інформатики (МДАПД) (зав. кафедрою – Фірстов В.Г., д-р техн. наук, проф.); Д.Ф.Тартаковський, заслужений діяч науки та техніки РРФСР, дійсний член Метрологічної академії, д-р техн. наук, проф. кафедри технології та матеріалів Санкт-Петербурзького державного університету телекомунікацій ім. А.М.Бонч-Бруєвича. © Північно-Західний державний заочний технічний університет, 2002 6 ПЕРЕДМОВА до другого видання Прикладну метрологію вивчають студенти 4-го курсу з навчального плану спеціальності 19.06 - "Метрологія, стандартизація та управління якістю". Відкриття нової інженерної спеціальності 19.06 1988 р. співпало з початком перебудови в нашій країні, що розгорнулася після квітневого (1985 р.) Пленуму ЦК КПРС та рішень ХVII з'їзду КПРС. Перебудова господарського механізму на основі переходу до економічних методів управління, набрання чинності Законом СРСР про державне підприємство, повсюдне впровадження госпрозрахунку, самофінансування та кооперації впливає на всі сторони метрологічної діяльності. 21 листопада 1988 р. Радою Міністрів СРСР прийнято постанову №489 "Про перебудову діяльності та організаційної структури Державного комітету СРСР за стандартами". У цих умовах вивчення прикладної метрології відповідно до встановлених канонів недоцільно, а нові підходи до метрологічної діяльності ще не визначилися. Тому до випуску нового підручника з прикладної метрології, запланованого на 1992 р., можна користуватися справжнім навчальним посібником, доповнюючи його зміст досвідом поточної метрологічної практики. Пропонований навчальний посібникє другим виданням, переробленим та доповненим. Головний зміст книги - види метрологічної діяльності, які належать до прикладної метрології за будь-якого господарського механізму. Організаційна та правова основаприкладної метрології розглядаються фрагментарно, оскільки саме ця галузь схильна до найбільших змін. Метою викладання прикладної метрології є підготовка майбутніх спеціалістів до практичної метрологічної діяльності. Основні завдання навчальної дисципліни- у засвоєнні науково-теоретичних основ спеціальності, послідовному застосуванні знань, умінь та навичок при вирішенні виробничих завдань, метрологічного забезпечення народного господар-ства. В результаті вивчення прикладної метрології фахівець повинен знати основні види метрологічної діяльності, вміти проводити аналіз стану вимірювань на підприємствах та в організаціях галузі, метрологічну експертизу нормативно-технічної документації, атестацію та стандартизацію методик виконання вимірювань, державні випробування, метрологічну атестацію та повірку засобів вимірювань, складати та реалізовувати програми метрологічного забезпечення, здійснювати функції державного нагляду та відомчого контролю за стандартами та засобами вимірювань у СРСР, метрологічним забезпеченням народного господарствата якості продукції, що випускається. Він повинен мати уявлення про майбутнє прикладної метрології, напрями перебудови професійної метрологічної діяльності, заснованих на відмові від всеосяжної нормативно-правової регламентації, розвитку самостійності, підприємливості та ініціативи, використання високоефективних економічних методівуправління. 8 ПЕРЕДМОВА до третього видання У передмові до попереднього видання зазначалося, що процеси державного перебудови, що динамічно протікають, мають безпосередній вплив на метрологічну діяльність. Справді, за минулий період з'явилися закони Російської Федерації"Про забезпечення єдності вимірювань", "Про стандартизацію", "Про сертифікацію", створено Міждержавну Раду зі стандартизації, метрології та сертифікації, підписано "Угоду про проведення узгодженої політики в галузі стандартизації, метрології та сертифікації", "Угода про взаємне визнання результатів державних випробувань та затвердження типу, метрологічної атестації, повірки та калібрування засобів вимірювань, а також результатів акредитації лабораторій, що здійснюють випробування, повірку та калібрування засобів вимірювань", почалося формування національних системкалібрування, нарощується число нормативно-технічних документів у галузі забезпечення єдності вимірів. Однак, як і зазначалося, всі зміни стосуються переважно організаційної та правової сторони метрологічної діяльності, які вивчаються в курсі "Законодавча метрологія". Зміст основних метрологічних робіт, таких як аналіз стану вимірювань, експертиза нормативної та технічної документації, стандартизація та атестація, метод виконання вимірювань, державні випробування, метрологічна атестація та повірка засобів вимірювань, метрологічне забезпечення виробництва. різних видівпродукції залишається майже без зміни. Не змінюють суті справи та нововведення на кшталт калібрування засобів вимірювань, сертифікації тощо. Можна сказати, що прикладна метрологія як дисципліна, що вивчає види практичної метрологічної діяльності, що забезпечує необхідну якість та єдність вимірів за будь-якого суспільно-політичного ладу та соціально-економічного укладу сформувалася остаточно. Порівняно з попереднім виданням до матеріалу внесено суттєві зміни. Виключено розділ, присвячений Державному прийманню продукції. Цей суто адміністративний захід, спрямований на підвищення якості промислової продукції, себе не виправдав і рішенням І з'їзду народних депутатів РРФСР у 1990 році було скасовано. Включено розділ, присвячений контролю. Контроль як перевірка відповідності нормі або є виміром за шкалою порядку або використовує результати вимірювань, виконаних раніше. Віднесення його до метрологічної практики розширює сферу діяльності метрологів та удосконалить структуру виробництва. Нарешті, матеріал осучаснений відповідно до нормативно-технічної документації, що оновлюється. Процес оновлення НТД продовжуватиметься й надалі, отже щодо прикладної метрології крім навчальної літератури обов'язково повинні використовуватися фонди НТД, які є у кожному вузі. 9 ПЕРЕДМОВА до четвертого видання Попереднє видання було підготовлено відразу після ухвалення закону Російської Федерації "Про забезпечення єдності вимірів" (1993 р.). За минулий період у виконанні цього закону розроблено та затверджено цілу низку нормативних та рекомендаційних документів, що регламентують різні види метрологічної діяльності. Ряд нормативних документів, що діють на момент виходу попереднього видання, до теперішнього часу скасовано. Так у 1997 р. скасовано ГОСТ 8.326-89, на підставі якого проводилася метрологічна атестація нестандартизованих (не призначених для серійного виробництва, що випускаються або купуються за імпортом у поодиноких примірниках або дрібними партіями) засобів вимірювань. Відповідно до сучасних вимог такі засоби вимірювань піддаються випробуванням для цілей затвердження їх типу. Крім того, у 2000 р. затверджено новий Державний освітній стандарт вищого професійної освітиза напрямом підготовки "Стандартизація, сертифікація та метрологія". У рамках цього напряму реалізується підготовка фахівців зі спеціальностей: 072000 – Стандартизація та сертифікація, 190800 – Метрологія та метрологічне забезпечення. Дисципліна "Прикладна метрологія" включена до блоку спеціальних дисциплін для спеціальності "Метрологія та метрологічне забезпечення". Номенклатура та зміст дисциплін для цієї спеціальності багато в чому відрізняється від тих, що були в навчальному планіспеціальності 19.06 - "Метрологія, стандартизація та управління якістю", на який було орієнтовано попереднє видання. Порівняно з попереднім виданням до змісту внесено істотні зміни. Виключено розділи, матеріали яких присвячені контролю та сертифікації. Вивчення цих матеріалів здійснюється в рамках відповідних дисциплін: "Метрологія, стандартизація та сертифікація", "Статистичні методи контролю та управління якістю", "Кваліметрія та управління якістю". Введені розділи, присвячені метрологічному контролю та нагляду; ліцензування діяльності юридичних та фізичних осіб з виготовлення, ремонту, продажу та прокату засобів вимірювань; аналізу стану вимірювань, контролю та випробувань. Крім того, матеріали викладено відповідно до вимог оновлюваної нормативної та рекомендаційної документації. При вивченні цієї дисципліни, як і раніше, крім навчальної літератури, обов'язково рекомендується використовувати фонди НТД. 10 ОСНОВНІ СКОРОЧЕННЯ І ПОЗНАЧЕННЯ ВНІІМС - Всеросійський науково-дослідний інститут метрологічної служби. ГМ – головний метролог. ГМК – державний метрологічний контроль. ГМКН - державний метрологічний контроль та нагляд. ГМН – державний метрологічний нагляд. ГМС - Державна метрологічна служба. ДНМЦ – державний науковий метрологічний центр. ГОУ – державний органуправління. ДСВЧ - Державна службачасу та частоти та визначення параметрів обертання Землі. ДСІ - Державна системазабезпечення єдності вимірів. ДССО – Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин та матеріалів. ДСССД – Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні константи та властивості речовин та матеріалів. ГЦІ – державний центрвипробувань. МВІ – методика виконання вимірів. МГС – Міждержавна рада зі стандартизації, метрології та сертифікації. МД – міжнародний документ. МО – метрологічне забезпечення. МОЗМ - Міжнародна організаціязаконодавчої метрології. МР – міжнародна рекомендація. МРОТ – мінімальний розмір оплати праці. МС – метрологічна служба. МХ – метрологічна характеристика. НД – нормативні документи. НДДДКР – науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи. НТД – нормативно-технічна документація. НТК - Науково-технічна комісія з метрології та вимірювальної техніки Держстандарту Росії. РСК - Російська системакалібрування. РФ – Російська Федерація. СІ – засіб (засоби) вимірів. СО - стандартний зразок (стандартні зразки) складу та властивостей речовин та матеріалів. СНД – Співдружність незалежних держав. ТЗ – технічне завдання. ТО – технічний опис. 11 ВСТУП Відповідно до практики метрологічної діяльності та прийнятої термінології: Прикладна метрологія - розділ метрології, предметом якого є питання практичного застосування розробок теоретичної метрології та положень законодавчої метрології. Сучасний станприкладної метрології та перспективи її розвитку пов'язані з відмовою від всеосяжної нормативної регламентації, розвитком самостійності, підприємливості та ініціативи, використанням високоефективних економічних методів управління в умовах переходу до ринкових відносин. Необхідно відзначити важливість для майбутніх інженерів - метрологів отримання знань та набуття практичних навичок з основних видів метрологічної діяльності. Мета вивчення дисципліни - підготовка майбутнього інженера-метролога до практичної організації та проведення основних видів метрологічних робіт, включаючи аналіз стану вимірювань, контролю, випробувань, та розробку на його основі пропозицій щодо вдосконалення метрологічного забезпечення. Основні завдання – отримання теоретичних знаньта практичних навичок з організації та проведення основних видів метрологічних робіт: метрологічного контролю та нагляду; випробувань та затвердження типу засобів вимірювань; перевірки та калібрування засобів вимірювань; ліцензування діяльності юридичних та фізичних осібз виготовлення, ремонту, продажу та прокату засобів вимірювань; розроблення методик виконання вимірювань; аналізу стану вимірювань, контролю, випробувань на підприємстві. Внаслідок вивчення дисципліни студент повинен знати організацію та порядок проведення основних видів метрологічних робіт, вміти організувати виконання таких робіт, включаючи оформлення їх результатів, з урахуванням встановлених вимог. Дисципліна «Прикладна метрологія» базується на дисциплінах «Законодавча метрологія», «Метрологія, стандартизація та сертифікація», «Фізичні основи вимірювань» і є базою для вивчення основних положень низки спеціальних дисциплін, насамперед дисципліни «Економіка метрологічного забезпечення». Матеріали курсу у підручнику розподілено у семи розділах. Кожен розділ присвячений певному видуметрологічної діяльності. У першому розділі розглядаються питання організації та проведення Державного метрологічного контролю та нагляду, а також метрологічного контролю та контролю, що здійснюється метрологічними службами юридичних осіб. Проведенню випробувань та затвердженню типу засобів вимірювань, включаючи розробку програм випробувань засобів вимірювань та акредитацію Державних центрів випробувань засобів вимірювань, присвячено другий розділ. Роботи з перевірки засобів вимірювань, включаючи розробку методик перевірки, атестацію повірителів та акредитацію метрологічних служб юридичних осіб на право перевірки засобів вимірювань, розглядаються в третьому розділі. Четвертий розділ присвячено вивченню робіт, пов'язаних з ліцензуванням діяльності юридичних та фізичних осіб з виготовлення, ремонту, продажу та прокату засобів вимірювань. Розробка, атестація та стандартизація методик виконання вимірювань, а також акредитація метрологічних служб юридичних осіб на право атестації методик виконання вимірювань розглядаються у п'ятому розділі. Шостий розділ присвячений вивченню питань організації та проведення калібрування засобів вимірювань. У сьомому розділі розглядаються питання аналізу стану вимірювань, контролю та випробувань на підприємстві (в організації), включаючи розробку пропозицій щодо вдосконалення метрологічного забезпечення. У додатках наведено: форми подання вихідних матеріалів аналізу стану вимірювань, контролю, випробувань на підприємстві (в організації) – Додаток 1; класифікатори видів вимірювань та видів стандартних зразків складу та властивостей речовин та матеріалів - Додаток 2; форма свідоцтва про стан метрологічного забезпечення на підприємстві (в організації) - Додаток 3; Список нормативної документації - Додаток 4.