Метрология. Основные понятия

4. Методы измерения

Точность  измерений зависит от точности применяемого средства, применяемого метода и от воздействия внешних факторов. Под  методикой выполнения измерений  понимают совокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки  результатов при выполнении конкретных измерений. Основной законодательной  базой является закон «Об обеспечении  единства измерений»: «Необходимо при  измерении пользоваться аттестованными в установленном порядке методиками».

Разработка  методик должна включать:

1. Анализ  технических требований к точности  измерений.

2. Определение  конкретных условий измерений.

3. Выбор  испытательного и вспомогательного  оборудования, а также средств  измерений.

4. Исследование  влияния условий проведения измерений  и подготовки объектов к измерению.

5. Определение  порядка подготовки средств измерения  к работе, последовательности и  количества измерений.

6. Разработку  или выбор алгоритма обработки  результатов и правил оформления  результатов.

Методики  измерений отражены в следующей  нормативно-технической документации: государственные стандарты или  методические указания, отраслевые методики (ОСТ), стандарты предприятий и  организаций (СТП, СТО). В нормативно-технической  документации на методики предусматриваются: нормы точности, специфика измеряемой величины, уровень автоматизации, правила  обработки данных и т. д. Методики выполнения измерений перед их вводом в действие должны быть аттестованы  или стандартизированы. При аттестации необходимо учитывать все факторы, влияющие на точность измерений, устанавливающие  достоверность результатов. Аттестацию проводят государственные или ведомственные службы.

Аттестация  включает в себя:

1. Разработку  и утверждение программы аттестации.

2. Выполнение  исследований в соответствии  с программой.

3. Составление  и оформление отчёта.

4. Оформление  аттестата методики выполнения  измерений.

5. Характеристики средств измерения

Метрологические характеристики - это технические  характеристики, описывающие свойства и оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.

В зависимости  от специфики и назначения средств  измерений нормируются различные  наборы метрологических характеристик, которые должны быть достаточными для  учёта свойств средств измерения  и погрешности измерения.

Набор метрологических  характеристик выбирают таким образом, чтобы обеспечить возможность их контроля при приемлемых затратах.

В эксплуатационной документации указывают рекомендуемые  методы расчёта инструментальной погрешности  измерений при использовании  средств измерений данного типа в реальных условиях измерения.

По ГОСТ 8.009 предусмотрена следующая номенклатура метрологических характеристик:

1. Характеристики, предназначенные для определения  результатов измерения:

1.1. Функция  преобразования измеряемого преобразователя.

1.2. Значение  однозначной или многозначной  меры.

1.3. Цена  деления шкалы измерительного  прибора или многозначной меры.

1.4. Вид  входного кода или число разрядов, или цена единицы наименьшего  разряда, предназначенных для  выдачи результатов в цифровом  коде.

2. Характеристики  погрешностей средств измерений:

2.1. Значение  погрешности самого прибора.

2.2. Систематическая  составляющая.

2.3. Случайная  составляющая.

2.4. Вариация.

3. Характеристики  чувствительности средств измерения:

3.1. Функция  влияния.

3.2. Измерения  значения метрологических характеристик.

3.3. Измерение  самих влияющих величин в установленных  пределах.

4. Динамические  характеристики - отражают инерционные  свойства средства измерения  при воздействии на него меняющихся  во времени величин, таких как  параметры входного сигнала, влияющие  величины (внешние) и различные  нагрузки. По степени полноты  описания свойств средства измерения  динамические характеристики делятся  на:

4.1. Полные (Дифференциальное уравнение, описывающее  работу средств измерения, передаточная  функция, амплитудно-фазовые и  амплитудно-частотные характеристики  и их совокупность).

4.2. Частичные  (Отдельные параметры полных динамических  характеристик, время реакции,  коэффициент деформирования, значение  амплитудных характеристик на  определённой частоте, собственные  частоты).

6. Классы точности средств измерения

Класс точности даёт обобщённую метрологическую характеристику.

Классы  точности присваиваются средствам  измерения с учётом результатов  государственных приёмочных испытаний. Обозначение классов точности наносится  на циферблаты, щитки и корпуса  средств измерения, а также приводятся в нормативно-технической документации. Классы точности обозначаются заглавными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. Обозначение классов точности осуществляется по ГОСТ 8.401 и может сопровождаться дополнительными условными знаками (например, 1.5, 0.6, 2.5). Приведённая погрешность для приборов составляет соответственно 1.5, 0.6, 2.5 % от нормируемого значения.

Виды  погрешности:

1. Абсолютная  погрешность (измеряется в тех  же единицах измерения, что  и измеряемая величина).

2. Относительная  погрешность.

3. Приведенная  погрешность (отношение абсолютной  погрешности к наибольшему значению  величины или длине шкалы).

Примеры:

(0.1)(0.2)(1.0) - приборы, у которых относительная  погрешность составляет соответственно 0.1, 0.2, 1.0 % непосредственно от полученного  значения измеряемой величины.

0.02/0.01 - приборы,  у которых измеряемая величина  не может отличаться от значения x, показанного прибором на величину, равную

[c + d(xk/x - 1)],

где c - числитель (0.02), d - знаменатель (0.01), а xk/x - предел измерений  прибора.

7. Проверка средств измерений

Под проверкой средства измерений понимают контроль его метрологической исправности (соответствие установленным требованиям) и (или) определение конкретных значений метрологических характеристик средства измерений (обычно диапазона и погрешности измерения).

Проверка различают первичные - при выпуске средства измерений из производства или ремонта, и периодические - осуществляемые через определенные промежутки времени.

Проверки  состоят из метода, средства и операции.

При этом под методом проверки понимают совокупность правил и приемов проведения проверки, а под средством проверки - технические средства (рабочие эталоны, образцовые средства измерений, аппаратура, устройства), необходимые для осуществления поверки. Операция поверки - отдельный самостоятельный этап, в результате, которого определяют фактическое значение метрологической характеристики (чаще всего погрешность измерения) поверяемого средства измерений.

Следующим видом контроля средств измерений  является метрологическая аттестация, представляющая исследование средства измерений, выполняемого метрологическими органами, для установления его соответствия своему назначению. На основании аттестации выдается официальный документ с указанием полученных данных.

Метрологический надзор - контроль за производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений. Проверка или аттестация средств измерения сводится к сличению рабочих средств измерений с эталоном или образцовыми средствами измерений на основе применяемые средства измерений различают государственные ведомственные и локальные поверочные схемы.

8. Государственный контроль за средствами измерений

Закон "Об обеспечении единства измерений" устанавливает следующие виды государственного метрологического контроля:

* утверждение  типа средств измерений;

* поверка  средств измерений, в том числе  эталонов;

* лицензирование  деятельности юридических и физических  лиц на право изготовления, ремонта,  продажи и проката средств  измерений. Государственный метрологический  контроль и надзор (ГМК и Н)  осуществляются только в сферах, установленных Законом. Поэтому  разрабатываемые, производимые, поступающие  по импорту и находящиеся в  эксплуатации средства измерений  делятся на две группы:

* предназначенные  для применения и применяемые  в сферах распространения ГМК  и Н. Эти средства измерений  признаются годными для применения  после их испытаний и утверждения  типа и последующих первичной  и периодической поверок;

* не предназначенные  для применения и не применяемые  в сферах распространения ГМК  и Н. За этими средствами  измерений надзор со стороны  государства (Госстандарта России) не проводится.

Юридические и физические лица -- владельцы такого рода средств измерений сами должны устанавливать систему поддержания  их в работоспособном состоянии (в соответствии с условиями эксплуатации и установленными требованиями), в  том числе в рамках Российской системы калибровки и добровольной сертификации средств измерений.

Данное  обстоятельство говорит об отмене деления  парка средств измерений на выпускаемые  серийно и единичными экземплярами, но если последние применяются в  сферах ГМК и Н, то они подлежат испытаниям (по сокращенной программе) с последующим утверждением типа.

Аналогом  регистрации на право поверки  выступает аккредитация метрологических  служб юридических лиц на право  поверки средств измерений.

Анализ  сфер распространения ГМК и З  показывает, что достаточно трудно разделить четко весь парк средств  измерений на две указанные группы. Так, ГМК и З распространяются на:

* здравоохранение,  ветеринарию, охрану окружающей  среды, обеспечение безопасности  труда; торговые операции и  взаимные расчеты; обеспечение  обороны государства;

* производство  продукции, поставляемой по контрактам  для государственных нужд в  соответствии с законодательством  Российской Федерации;

* испытания  и контроль качества продукции  в целях определения соответствия  обязательным требованиям государственных  стандартов Российской Федерации;  обязательную сертификацию продукции,  услуг и т.д.

* к защитным  устройствам, к характеристикам  детских игрушек, одежды и обуви,  к прочностным характеристикам  элементов изделий и т.п.;

* к уровню  и времени вредных воздействий  (уровню шума, вибрации, радиационных  и электромагнитных излучений,  допустимым нормам давления на  почву, величине предельно допустимых  выбросов и концентраций вредных  веществ и другим опасным и  вредным свойствам);

* к материалам, используемым при изготовлении  продукции (ограничений по химическому  составу, ограничений на допустимый  уровень содержания вредных и  опасных веществ, микробиологических  критериев безопасности, требований  к воздухонепроницаемости, гигроскопичности, электролизуемости и др.);

* к правилам  эксплуатации (применения) продукции,  ее технического обслуживания  и ремонта, невыполнение которых  может угрожать безопасности.

На основании  сказанного выше можно сделать вывод, что для всех сфер измерений, предназначенных  для серийного производства, целесообразно  проводить испытания с целью  утверждения типа. Надо также учесть, что пред приятию-изготовителю практически  неизвестно, где будут использоваться выпускаемые им средства измерений. Априори можно говорить о большой  вероятности применения их в тех  случаях, на которые распространяется государственный метрологический  контроль. В связи с чем предприятиям-изготовителям  целесообразно проводить первичную  поверку, если они имеют надлежащие условия.

Система испытаний и утверждения типа средств измерений (далее Система) включает: