Основы метрологии стандартизации сертификации и контроля качества

Необходимые источники информации

Федеральный закон №102. Об обеспечении единства измерений.
Федеральный закон №184. О техническом регулировании.
Федеральный закон №162. О стандартизации в Российской Федерации.
Федеральный закон №384. Технический регламент. О безопасности зданий и сооружений.
РМГ 99-2013. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.

Лекция №1. Сущность качества

Сущность качества – совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные или предполагаемые для него потребности. (ИСО 8402-94. Качество. Словарь) Таким образом, в понятие сущности качества входят три элемента:

Объект качества.
Характеристики объекта.
Потребности качества.

Объект качества

Деятельность или процесс
Продукция
Услуги, организация, система или отдельное лицо
Любая комбинация из них

Примером такой комбинации является такое понятие, как качество жизни. За рубежом и в последнее время в России все чаще проблему защиты интересов и прав потребителей рассматривают именно с позиции качества жизни. Это понятие включает ряд аспектов процесса удовлетворения человеческих потребностей: качество товаров и услуг, охрана среды обитания, обеспечение физического и морального здоровья, качество образования и т.д.

В нашем случае качество можно рассматривать применительно к такой сфере деятельности, как коммерция (строительство), к основным ее объектам – продукции (объекты недвижимости, здания и сооружения) и услугам (связанным с различными операциями с ней).

Продукция

Результат деятельности или процессов (ИСО 8402-94)
Товар – любая вещь свободно отчуждаемая, переходящая от одного лица другому по договору купли – продажи (ГОСТ Р 5130399. Торговля. Термины и определения).

Услуги

Итоги непосредственного взаимодействия поставщика и потребителя и внутренней деятельности поставщика по удовлетворению потребностей потребителя (ИСО 8402-94)
Услуга – это набор функций, которые организация предлагает потребителю (МЭК 50/191/-90. Надежность и качество услуг. Термины и определения).

Потребности качества

Существует иерархия потребностей:

На низшем уровне – физиологические потребности, которые удовлетворяются продуктами питания, необходимостью безопасности (во всех видах деятельности) и которые должны быть гарантированы государством. Такие гарантии возможны при реализации процедур обязательного подтверждения соответствия в отношении производимой и обращаемой продукции (услуг, работ).
На более высоком уровне находятся эстетические потребности, потребности в творчестве, развитии личности. Чтобы успешно конкурировать на рынке, необходимо своевременно предвидеть, предугадывать изменения в предпочтениях потребителей, т.е. надо знать перспективные потребности.
Потребитель должен получить то, что хочет, когда он этого хочет и в той форме, в какой он хочет – это первый принцип качества, сформулированный Демингом (которого называют автором Японского чуда).

Качественные характеристики

К качественным характеристикам можно отнести:

Показатели цвета
Формы изделий и их комплексов
Количественные характеристики используются для установления области и условий использования товара и для оценки качества. Например, для строительного объекта это могут быть показатели микроклимата, площадей, объемов и т.д.
Показатель качества количественно характеризует способность товара удовлетворять те или иные потребности.

Классификация показателей качества

Универсальные свойства продукции

Применительно к разным объектам качества формируется конкретный перечень характеристик качества. В этот перечень, как правило, входят универсальные требования к качеству любого объекта. Наиболее универсальными свойствами являются:

Назначение
Безопасность
Надежность
Экологичность
Эргономичность
Ресурсосбережение
Технологичность
Эстетичность

Требования назначения

Требования, устанавливающие свойства продукции, определяющие ее основные функции, для выполнения которых она предназначена (производительность, точность, калорийность, быстрота исполнения услуги и др.).

Требования безопасности

Отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба.

Требования надежности

Сохранение во времени в установленных пределах всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях.

Требования экологичности

Отсутствие вредного воздействия продукции на окружающую среду при ее производстве, эксплуатации и утилизации.

Важность требований безопасности в нормативно-правовых документах

Важнейшей категорией требований при проектировании продукции являются требования безопасности. В Федеральном законе № 184-ФЗ О техническом регулировании отмечается, что безопасность продукции должна обеспечиваться на всех этапах ее жизненного цикла. Это включает в себя безопасность процессов производства и обращения объекта качества. Под безопасностью понимается отсутствие риска для жизни, здоровья людей, имущества физических и юридических лиц, окружающей среды, а также животных и растений.

Детальное изучение требований безопасности

Согласно законодательству, требования безопасности подразделяются на несколько типов:

Безопасность излучений;
Биологическая безопасность;
Взрывобезопасность;
Механическая безопасность;
Пожарная безопасность;
Промышленная безопасность;
Термическая безопасность;
Химическая безопасность;
Электрическая безопасность;
Ядерная и радиационная безопасность;
Электромагнитная совместимость.

Важные аспекты безопасности

Помимо перечисленных видов безопасности, также имеются обязательные требования:

Предотвращение действий, вводящих в заблуждение потребителей;
Соблюдение единства измерений.

Значение ветеринарно-санитарных и фитосанитарных мер

Для обеспечения безопасности продукции широко используются ветеринарно-санитарные и фитосанитарные нормы и меры. Фитосанитарные меры обязательны для продукции растительного происхождения, которая может создавать риск распространения вредных организмов. Ветеринарно-санитарные меры направлены на предотвращение заразных болезней животных и выпуск безопасных продуктов животноводства.

При проектировании продукции необходимо учитывать эти требования безопасности, чтобы обеспечить высокий уровень защиты населения и окружающей среды.

Оценка соответствия требованиям безопасности

Оценка соответствия требованиям безопасности не ограничивается сопоставлением фактического значения показателей безопасности с нормативами. Необходим анализ и оценка риска нарушения нормативов безопасности.

Согласно Закону РФ О защите прав потребителей товар (работа, услуга), на который нормативно-правовыми документами установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни, здоровья потребителя и охрану окружающей среды, подлежит обязательной сертификации.

При определении состава обязательных требований нужно иметь в виду два обстоятельства:

В соответствии с законодательством и стандартами перечень обязательных требований к объекту качества может расширяться за счет расширения требований функциональной пригодности объекта.
Для некоторых товаров требования надежности являются одновременно и требованием безопасности.

Положения стандарта, содержащие требования, которые должны быть удовлетворены, называются нормами. Если норма содержит количественную характеристику, то применяют термин норматив.

Оценка качества

Характеристики объекта качества могут соответствовать установленным (проектным или стандартным) требованиям или нет. Оценка качества – это систематическая проверка, насколько объект способен выполнять установленные требования. Невыполнение установленных требований является несоответствием.

Для устранения причин существующего несоответствия организации осуществляют корректирующие действия – это контроль качества продукции, испытания (измерения, анализ).

Контроль качества продукции – контроль количественных и (или) качественных характеристик продукции. В процедуру контроля качества могут входить операции измерения, анализа, испытания. Измерения, как самостоятельная процедура являются объектом метрологии.

Анализ продукции осуществляется аналитическими методами, такими как состав материала или сырья. Испытания представляют собой экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик объекта испытаний.

Основные требования к качеству испытаний

Основное требование к качеству проведения испытаний – точность и воспроизводимость результатов измерений. Выполнение этих требований зависит от соблюдения правил метрологии. Лаборатории, в которых проводятся измерения (испытания), проверяются на качество проведения испытаний посредством межлабораторных сравнительных испытаний стандартных образцов и проб продукции с известными характеристиками.

По отклонению значений параметров образца судят о точности и воспроизводимости результатов проведенных измерений.

Для подтверждения требуемого качества испытаний лаборатории должны пройти процедуру аккредитации. Аккредитация лабораторий – официальное признание того, что испытательные лаборатории правомочны осуществлять конкретные испытания или конкретные типы испытаний. В России действует Система аккредитации испытательных, измерительных и аналитических лабораторий. По правилам проведения сертификации в РФ к испытаниям конкретной продукции допускается только аккредитованная испытательная лаборатория на конкретный вид продукции. Учитывая требования к качеству и методы контроля, стандарт на продукцию разрабатывается в следующей последовательности: изучение потребности в стандартизируемом объекте – установление требований к качеству – установление характеристик – установление метода контроля характеристик.

Центральным разделам любых правил сертификации продукции или услуг является таблица следующей формы: Наименование объекта Код объекта (ОКП) Характеристики, подтверждаемые при сертификации Обозначение стандартов, по которым производится сертификация На объекты, по На методы которым контроля установлены (проверок) характеристики ААААААААА ХХХХХХ ББББББББББББ СССССС СССССС

СИСТЕМА КАЧЕСТВА Долголетний опыт борьбы за качество в нашей стране и за рубежом показал, что разрозненные мероприятия не могут обеспечить устойчивое улучшение качества. Эта проблема м.б. решена на основе четкой системы постоянно действующих мероприятий. На современном этапе принята система качества, установленная в международных стандартах ISO (в русском варианте – ИСО) серии 9000 второго поколения, которые основываются на процессном подходе к управлению качеством. Фундаментальным является следующий принцип такого подхода: управление качеством должно охватывать все стадии и этапы жизненного цикла продукции. Другими словами, управление качеством должно быть постоянным, а объект качества всегда должен быть «под вниманием» в процессе управления на всем протяжении его жизненного цикла.

За жизненный цикл принимают совокупность взаимосвязанных процессов изменения состояния продукции при ее создании и использовании. Этапы жизненного цикла продукции – условно выделяемая часть, которая характеризуется спецификой направленности работ на этой стадии и законченными результатами. Можно выделить шесть основных стадий жизненного цикла любого объекта: 1. маркетинг 2. производство 3. хранение 4. транспортировка 5. реализация 6. утилизация Отдельные стадии процессов могут также делиться на этапы (подэтапы). Неразрывность стадий жизненного цикла (ЖЦ) продукции подсказала исследователям этой проблемы модель качества в виде непрерывной цепи. Эту модель называли петлей качества (спиралью качества), а в последней версии ИСО 9000 – «Типичные этапы жизненного цикла продукции» Важно для обеспечения возможности управления качеством объекта на всех этапах его ЖЦ создавать техническую документацию, сопровождающую объект и содержащую технологические требования прохождения объектом всех этапов ЖЦ.

1. МАРКЕТИНГ (АНАЛИЗ РЫНКА) 2. ПРОИЗВОДСТВО Процессы производства ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКЦИИ 6. УТИЛИЗАЦИЯ Процессы обращения 5. РЕАЛИЗАЦИЯ 3. ХРАНЕНИЕ 4. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ КАЧЕСТВА Необходимыми элементами системы управления качеством (СУК), создаваемой на предприятии являются: 1. Организационная структура предприятия 2. Методики видов деятельности 3. Ресурсы предприятия 4. Процессы, реализуемые на предприятии. Организационная структура системы качества устанавливается в рамках организационной структуры управления предприятием и представляет собой распределении прав, обязанностей и функций подразделения предприятия и персонала. Важным элементом организационной структуры является должностная инструкция отдельного работника предприятия. Методика – установленный способ осуществления деятельности предприятия (может быть от нескольких видов деятельности до нескольких десятков).

Ресурсы: финансы, персонал, технические и технологические средства (машины, оборудование, инструмент), производственные помещения. Процесс – совокупность взаимосвязанных ресурсов и методик деятельности, позволяющих преобразовывать входящие элементы (документацию, сырье, материалы, комплектующие изделия) в выходящие элементы (готовую продукцию). Наличие СУК, ее соответствие установленным требованиям м.б. доказаны лишь в том случае, если она представлена в документальном виде. Документация делает систему "видимой" для разработчиков, пользователей, контролирующих органов и органов по сертификации Таким образом, система управления качеством – совокупность организационной структуры, методов, процессов и ресурсов, необходимых для осуществления общего руководства качеством (ИСО 8402-94).

Лекция № 2. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ Метрология – наука об измерениях, методах и средствах достижения единства измерений и способах достижения требуемой точности. РМГ 29-2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения. Значение измерений велико: они служат основой научно-технических знаний; без них не возможен учет материальных ресурсов и планирование какой-либо деятельности. Они необходимы: для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости и совместимости сборочных узлов и отдельных деталей; для совершенствования технологий; для обеспечения безопасности труда и всех видов человеческой деятельности.

Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания человеком природы, научных открытий и практического применения точных знаний. Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, так как для каждой из них точность является основным путем их совершенствования. Метрология состоит из трех самостоятельных и взаимодополняющих разделов (направлений)– теоретическая, законодательная и прикладная.

Теоретическая метрология занимается: • общими фундаментальными вопросами теории измерений; • разработкой новых методов измерений; • созданием систем единиц физических величин и физических постоянных. Законодательная метрология устанавливает: обязательные технические и юридические требования по применению единиц физических величин (ЕФВ), эталонов (Э), методов (МИ) и средств измерений (СИ), направленные на обеспечение единства и точности измерений в интересах общества. Прикладная метрология изучает вопросы практического применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах предпринимательской деятельности.

Предметом метрологии является получение количественной информации о свойствах объектов или процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических правил и стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Главными задачами развития метрологии являются: обеспечение единства измерений; унификация единиц ФВ и признание их законности; разработка систем воспроизведения единиц ВФ и передача их размеров рабочим средствам измерений. Таким образом, основное понятие метрологии – измерение. Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Значимость измерений выражается в трех аспекта: философском, научном и техническом.

Философский аспект заключается в том, что измерения являются универсальным методом познания физических и нефизических явлений и процессов (т.е. методом познания окружающего мира). Научный аспект измерений состоит в том, что с их помощью осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки. Технический аспект измерений – это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение заданных условий технологического процесса, качества продукции и эффективного управления любым процессом (производства, обращения). На современном этапе измерения во всем мире соотносят с понятием единства измерений. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений. Термин «измерение» связан с физическими величинами (ФВ). Физическая величина – одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), в качественном отношении общее для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ВЕЛИЧИНЫ РЕАЛЬНЫЕ (ОТОБРАЖАЮТ РЕАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ОБЪЕКТОВ ОКРУЖ. МИРА) ФИЗИЧЕСКИЕ (ИЗМЕРЯЮТСЯ, ОЦЕНИВАЮТСЯ) НЕФИЗИЧЕСКИЕ ИДЕАЛЬНЫЕ (ПОЛУЧАЮТ МЕТОДАМИ РАСЧЕТОВ) (ОЦЕНИТВАЮТСЯ; СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ: ЭКОНОМИКА, МЕДИЦИНА, СОЦИОЛОГИЯ, ПОЛИТОЛОГИЯ, ИФОРМАТИКА И ДР.)

КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН I. По принадлежности к группам физических процессов: 1. Вещественные 2. Энергетические 3. Характеризующие процессы Величины, описывающие физические и физикохимические свойства веществ, материалов и изделий из них. Их называют пассивными т.к. для их измерения используется дополнительный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации. Величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии. Их называют активными т.к. они могут быть преобразованы в сигнал измерительной информации без дополнительных источников энергии. Характеризуют протекание физикохимических процессов (изменение физического и (или) химического состояния объекта) с течением времени.

II. Принято различать физические величины по группам (и видам) : 1. Геометрические: длины, отклонения формы поверхностей, параметры сложных поверхностей, углы. 2. Механические: массы, силы, крутящие моменты, прочность, пластичность, параметры движения, твердость. 3. Параметры потока, расхода, уровня, объема веществ: массовый и объемный расхода жидкостей в трубопроводах, расход газов, вместимость, параметры открытых потоков, уровень жидкости. 4. Давления, вакуумные измерения: избыточное давление, абсолютное давление, переменное давление, вакуум. 5. Физико-химические: вязкость, плотность, содержание(концентрации) компонентов в разных веществах, влажность газов, электрохимические. 6. Теплофизические и температурные: температура и теплофизические величины.

7. Времени и частоты: единицы шкал времени и частоты, измерения интервалов времени, измерения частоты периодических процессов, методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты. 8. Электрические и магнитные величины постоянного и переменного тока: сила тока, количество электричества, эдс, напряжение, мощность и энергия, углы сдвига фаз, электрическое сопротивление, проводимость, емкость, индуктивность контуров электрических цепей, параметры магнитных полей, магнитные характеристики материалов. 9. Радиоэлектронные : интенсивность радиосигналов, параметры формы и спектра сигналов, параметры трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными, свойства веществ и материалов радиотехническими, антенные измерения.

10. Акустические величины: акустические величины воздушной среды и газов, водной среды, твердых тел, аудиометрия и измерение уровня шума. 11. Оптические и оптико-физические : световые, оптические свойств материалов в видимой области спектра, спектральные, частотные характеристики, параметры оптических элементов, оптические характеристики материалов, характеристики фотоматериалов и оптической плотности. 12. Величины ионизирующих излучений и ядерных констант: дозиметрические характеристики ионизирующих измерений, спектральные характеристики ионизирующих измерений, активность радионуклидов.

III. По степени условной зависимости от других физических величин в системе единиц: 1. Основные ФВ (и их ЕФВ) 2. Производные ФВ (и их ЕФВ) 3. Внесистемные ЕФВ (в системе SI) IV. По наличию размерности: 1. Размерные 2. Безразмерные V. В зависимости от степени приближения объективности значения ФВ: 1. Истинные 2. Действительные

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. Объектом измерения является физическая система (объект, процесс, явление и т.д.), которая характеризуются одной или несколькими измеряемыми ФВ. Примером объекта измерения может быть вид продукции, (производимой или обращаемой), технологический процесс, во время которого необходимо измерять (контролировать) температуру, давление, энергию, расход веществ и материалов. Физическая величина (ФВ)– одно из свойств физического объекта (системы, явления, процесса), общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Количественное содержание этого свойства в объекте является размером физической величины, а числовую оценку ее размера называют значением физической величины. Например, разные вещества обладают разной плотностью, но каждое из них имеет определенное значение: у воды плотность при 20° С равна 0,998 г/см3, а у ртути – 13,54 г/см3. Отсюда следует, одна и та же ФВ, как определенная характеристика объектов, будет при равных единицах измерения для разных веществ (или систем) отличаться размером.

Единица физической величины – эта величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице. Различают истинное значение ФВ, идеально отражающее свойство объекта, и действительное – найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению, которое можно использовать вместо него. Одним из постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерений невозможно. Измерения ФВ производят путем ее сравнения (в ходе физического эксперимента) с величиной, принятой за единицу физической величины (ЕФВ). Результатом измерения будет число, показывающее соотношение измеряемой величины с ЕФВ.

Из вышеуказанного вытекает следующее определение измерения: Измерение – это процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной физической величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения. Важной задачей метрологии как науки в области практической деятельности является обеспечение единства измерений. Единство измерений – состояние измерений, при котором: их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин; показатели точности измерений не выходят за установленные границы. В первой части определения ЕИ говорится о ЕФВ, допущенных к применению в РФ. Межгосударственный стандарт (ГОСТ 8.417-2002. ГСИ. Единицы величин) вводит в действие на территории России единицы физических величин, разрешенные к применению в Российской Федерации и в странах, на территории которых этот стандарт действует.

ОСНОВНЫЕ ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН СИСТЕМЫ СИ (ГОСТ 8.417-2002. ГСИ. Единицы величин., табл.1) Наименование Величина Размерность Рекомендуемое обозначение Единица ВФ Наименование Обозначение русское Международное Основные Длина Масса Время Сила электрического тока L M T I Термодинамическая температура l m t I метр килограмм секунда ампер м кг с А m kg s A T кельвин К K Количество вещества N n,v, моль моль mol Сила света J J канделла кд cd

ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ СИ, ИМЕЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ (ГОСТ 8.417-2002. ГСИ. Единицы величин, табл.3) Величина Наименование Единица Размерность Наименование Обозначение Выражение через единицы СИ Плоский угол 1 радиан рад м м-1=1 Телесный угол 1 стерадиан ср м2 м-2=1 Частота Т-1 герц Гц с-1 Сила, вес LMT-2 ньютон Н м кг с-2 Давление, механическое напряжение L-1MT-2 паскаль Па м-1 кг с-2 Энергия, работа, количество теплоты Мощность L2MT-2 джоуль Дж м2 кг с-2 L2MT-3 ватт Вт м2 кг с-3 Количество электричества TI кулон Кл сА L2MT-3 I-1 вольт В м2 кг с-3 А-1 Электрическое напряжение, потенциал, электродвижущая сила

ПРОИЗВОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ СИ, ИМЕЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЕ (продолжение табл.3) Электрическая емкость L-2M-1T4I2 фарад Ф м-2 кг-1 с4 А2 Электрическое сопротивление L2MT-3I-2 ом Ом м2 кг с -3 А2 Электрическая проводимость L-2M-1T3I2 сименс См м-2 кг-1 с3 А2 Поток магнитной индукции L2MT-2I-1 вебер Вб м2 кг с-2 А-1 Магнитная индукция MT-2I-1 тесла Тл кг с-2 А-1 Индуктивность L2MT-2I-2 генри Гн м2 кг с-2 А-2 Световой поток J люмен лм кд ср Освещенность L-2J люкс лк м-2 кд ср Активность радионуклида T-1 беккерель Бк С-1 Поглощенная доза ионизирующего излучения L2T-2 грей Гр м2 с-2 Эквивалентная доза ионизирующего излучения Активность катализатора L2T-2 зиверт Зв м2 с-2 NT-1 катал кат мол с-1

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Когерентная или согласованная Международная система единиц физических величин (СИ, SI) принята в 1960 Х1 Генеральной конференцией по мерам и весам. По этой системе предусмотрено 7 основных (независимых) единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела и моль) . Все остальные физические величины могут быть получены как производные от основных на основе известной функциональной зависимости. 1. В качестве эталона единицы длины утвержден метр (м), который равен длине пути проходимого светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды. 2. Эталон единицы массы – килограмм (кг) – представляет собой цилиндр из сплава платины (90%) и иридия (10%), у которого длина и высота одинаковы (около 30 мм). 3. За единицу времени принята секунда (с), равная 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия133.

4. Эталоном силы тока принят ампер (А) – сила не изменяющего во времени электрического тока, который протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади круглого поперечного сечения, расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2*10-7 Н. 5. Единицей термодинамической температуры является кельвин (К), составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. 6. За эталон количества вещества принят моль(N) – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12 г углерода-12 (1 моль углерода имеет массу 2 г, 1 моль кислорода – 32 г, а 1 моль воды – 18г). 7. Эталон единицы силы света – кандела (кд) – представляет собой силу света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Угловые единицы СИ используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и др. величин. Радиан (рад) равен углу между двумя радиусами окружности с вершиной в центре окружности, который отсекает дугу на окружности, равную длине радиуса . 1 рад составляет 57°17′44,8". Стерадиан (ср) равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы (Sо = r2). Измеряют телесные углы путем определения плоских углов и проведения расчетов по формуле Ω = 2 π(1-cos ά/2), где Ω – телесный угол; ά- плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом. Телесному углу соответствует плоский угол, равный 65°32′; углу π ср – плоский угол , равный 120°; углу 2 π ср – плоский угол, равный 180°.

ВНЕСИСТЕМНЫЕ ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, ДОПУСКАЕМЫЕ К ПРИМЕНЕНИЮ НАРАВНЕ С ЕДИНИЦАМИ СИ (ГОСТ 8.417-2002. ГСИ. Единицы величин, табл.5) ЕФВ Величина Длина Масса Время Наименование Обозначение Соотношение с основн. ЕФВ сист СИ астрономическая единица световой год парсек а.е. ≈1,5*10 11 м св.год пк 9,46*1015 м 3,09*1016 м тонна т 1*103 кг атомная единица массы а.е.м. ≈1,66*10 -27 кг минута час сутки мин ч сут 60 с 3600 с 86400 с Область применения астрономия с/х, строительство атомная физика все области

ВНЕСИСТЕМНЫЕ ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, ДОПУСКАЕМЫЕ К ПРИМЕНЕНИЮ НАРАВНЕ С ЕДИНИЦАМИ СИ (продолжение табл.5) Площадь гектар га 1*104 м2 сельское и лесное хозяйство, строительство Объем, вместимость литр л 1*10-3 м3 все области Оптическая сила диоптрия дптр 1* м-1 оптика Энергия киловаттчас кВтּч – для электрических счетчиков Полная мощность вольт-ампер Вּ А электротехника вар вар электротехника ампер-час Аּч электротехника Реактивная мощность Электрический заряд, количество электричества

Лекция № 3. РАЗМЕРНОСТЬ И РАЗМЕР ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЫ Размерность измеряемой величины является ее качественной характеристикой и обозначается символом dim, происходящим от символа dimension. Размерность основных физических величин обозначается соответствующими заглавными буквами. Например, для длины, массы и времени: dim l = L; dim m = M; dim t = T. При определении размерности производных величин руководствуются следующими правилами: 1. Размерности левой и правой частей уравнений не могут не совпадать, т.к. сравниваться между собой могут только одинаковые свойства объектов. Объединяя левые и правые части уравнений, можно прийти к выводу, что алгебраически суммироваться могут только величины, имеющие одинаковые размерности. 2. Aлгебра размерностей мультипликативна, т.е. состоит из единственного действия – умножения.

Размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей. Так, если зависимость между значениями величин Q, A, B, C имеет вид Q = A*B*C, то dim Q = dim A * dim B * dim C. Размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей, т.е. если Q=A/B, то dim Q = dim A/dim B. Размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна такой же степени ее размерности. Так, если Q=An , то dim Q = П dim A = dimn A. Например, если скорость определять по формуле v= l/t, то dim v= dim l/ dim t = L/T=LT-1. Если сила по второму закону Ньютона F = ma, где a= V/t – ускорение тела, то dim F = dim m* dim a = ML/T2 = MLT-2.

Размер измеряемой величины является ее количественной характеристикой. Получение информации о размере физической величины является содержанием любого измерения. Разнообразные проявления (количественные или качественные) любого свойства образуют множества, отображения элементов которых на упорядоченное множество условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств. Шкалы измерений Термин «шкала» в метрологической практике имеет два различных значения: 1. Шкала измерений (по РМГ 83-2007. ГСИ. Шкалы измерений. Термины и определения) это отображение множества различных проявлений количественного или качественного свойства на принятое по соглашению упорядоченное множество чисел или другую систему логически связанных знаков (обозначений). Здесь шкалы классифицируют по признаку «тип шкалы». 2. Шкалой также называют отсчетные устройства аналоговых средств измерений. В этом случае можно говорит о понятии и разновидностях «видов шкал».

Тип шкалы – специфический набор знаков, классифицирующий данную шкалу измерений и характеризующий совокупность присущих ей логических соотношений между различными проявлениями измеряемого свойства. Шкала измерений количественного свойства является шкалой ФВ. Шкала физической величины – это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений. По РМГ 29-2013. ГСИ. Метрология. Основные термины и определения: Шкала физической(значений) величины – упорядоченная совокупность значений ФВ, служащая исходной основой для измерений данной величины. Классификация шкал измерений была предложена в 1946 году Стэнли Смитом Стивенсом в медицине, позднее она была применена и в метрологии. Современная теория измерений пользуется набором из пяти типов шкал: наименований, порядка, разностей (интервалов), отношений и абсолютные.

ШКАЛА НАИМЕНОВАНИЙ Шкала наименований (шкала классификаций) – шкала измерений качественного свойства, характеризующаяся только соотношениями эквивалентности (равенства) или отличиями проявлений этого свойства. В шкалах наименований нельзя ввести понятие единицы измерений, следовательно и размерности, в них отсутствует нулевой элемент. Шкала основана на приписывании объекту цифр (знаков), играющих роль простых имен: это приписывание служит для нумерации объектов только с целью их идентификации в какой-либо классификации (массиве) или для нумерации классов, причем такой нумерации, что каждому из элементов соответствующего класса приписывается одна и та же цифра. Такое приписывание цифр выполняет на практике ту же функцию, что и наименование объекта, поэтому с ними нельзя проводить математических операций. Например, в схеме два резистора – R6 и R18, из этого нельзя сделать заключение, что их сопротивления отличаются втрое, можно лишь установить, что они относятся к классу резисторов.

Примерами значений качественных признаков являются: -геодезические шкалы для обозначения местоположения на Земле в установленных системах координат (геодезические координаты, астрономические координаты, геоцентрические координаты и др.); -шкалы имен; -шкалы запахов; -шкалы цветов; -шкалы колеров; -шкалы групп крови человека с учетом резус-фактора и т.п. Важную роль шкалы наименований играют в процессе создания Общероссийских классификаторов технико-экономической и социальной информации (ОКТЭСИ), создающихся благодаря развитию единой системы классификации и кодирования России (ЕСКК России). Объектами классификации этих документов является информация разных видов (техническая, экономическая, социальная). Классификаторы имеют межотраслевое назначение, т.е. должны применяться на всех предприятиях всех отраслей России (как и национальные стандарты ГОСТ Р), их применение обязательно в деятельности юридических лиц. Примеры ОКТЭСИ: ОКСО, ОКП, ОКУН, ОКПО, ОКВ, ОКС, ОКЗ, ОКИСЗН, ОКСВНК и др.

Результаты оценивания по шкале порядка также не могут подвергаться математическим операциям. Однако небольшое усовершенствование шкалы порядка позволяет применять ее для числового (рангового) оценивания величин в тех случаях, когда отсутствует единица измерения (ЕФВ). Для возможности «измерений» по шкале порядка некоторые точки на ней можно зафиксировать в качестве опорных (реперных). Совокупность реперных точек образует «лестницу» – шкалу возможных проявлений соответствующего свойства какого-либо объекта. Реперным точкам шкалы могут быть присвоены цифры, часто называемыми баллами, и появляется возможность оценивания данного свойства в баллах по натуральной шкале. Знания, например, могут оцениваются по 4-х-балльной реперной шкале, имеющей вид: неуд., удовл., хорошо, отлично. По реперным шкалам измеряется твердость минералов и др. величины (интенсивность землетрясений измеряется по 12-ти-балльной шкале, называемой международной сейсмической шкалой (шкала Рихтера), скорость ветра (шкала Бофорта).

ШКАЛА БОФОРТА (шкала силы ветра)

Недостатком реперных шкал является неопределенность интервалов между реперными точками, следовательно, невозможно вычленить единицу величины и оценить погрешность полученной оценки. Например, по шкале твердости, в которой одна крайняя точка соответствует наиболее твердому минералу – алмазу, а другая наиболее мягкому – тальку, нельзя сделать заключение о соотношении эталонных материалов по твердости. Так, если твердость алмаза по шкале 10, а кварца –7,то это не означает, что первый тверже второго в 1,4 раза. Определение твердости путем вдавливания алмазной пирамиды (метод М.М. Хрущева) показывает, что твердость алмаза 10060, а кварца – 1120, т.е. в 9 раз больше.

ШКАЛА ИНТЕРВАЛОВ Более совершенна в этом отношении шкала интервалов, отличается от шкал порядка тем, что для ее построения вначале устанавливают ЕФВ. На шкале интервалов откладывается разность значений ФВ, сами же значения остаются неизвестными. Примером ее может служить шкала измерения времени (летоисчисления), которая разбита на крупные интервалы (годы), равные периоду обращения Земли вокруг Солнца; на более мелкие (сутки), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. За начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово.

По шкале Цельсия температурный интервал между таянием льда и кипением воды разделен на 100 частей, по шкале Фаренгейта этот же интервал разбит на 180 частей, кроме этого, начало отсчета интервалов сдвинуто на 32 град. в сторону низких температур. Деление шкалы интервалов на равные части – градации – устанавливает единицу ФВ, это позволяет выразить результат измерения в числовой мере и оценить погрешность измерения. По шкале интервалов можно судить не только о том, что один размер больше другого, но и о том, на сколько больше. Однако по шкале интервалов нельзя судить во сколько раз один размер больше (меньше) другого. Это обусловлено тем, что на шкале интервалов известен только масштаб, а начало отсчета может быть выбрано произвольно.

ШКАЛА ОТНОШЕНИЙ Наиболее Представляет началом. совершенной является шкала отношений. собой интервальную шкалу с естественным Примером ее может служить температурная шкала Кельвина. В ней за начало отсчета принят абсолютный нуль температуры, при котором прекращается тепловое движение молекул; более низкой температуры быть не может. Второй реперной точкой служит температура таяния льда. По шкале Цельсия интервал межу этими реперами равен 273,16 °С. По шкале отношений можно определить не только, на сколько один размер больше или меньше другого, но и во сколько раз один размер больше или меньше другого.

АБСОЛЮТНЫЕ ШКАЛЫ Абсолютные шкалы – это шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие определение единицы измерения (числовое); они не зависят от системы единиц измерения (соответствуют относительным величинам). Примером может быть шкала ослабления, КПД, шкала вероятностей. коэффициентов усиления или Шкалы наименования и шкалы порядка называют неметрическими (концептуальными ), а шкалы интервалов и отношений – метрическими (материальными). Абсолютные и метрические шкалы относятся к разряду линейных. Практическая реализация шкал измерений осуществляется путем стандартизации самих шкал и единиц измерений.

Лекция № 4. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ. ВИДЫ КОНТРОЛЯ Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения отношения одной величины (ИФВ) к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве измерений (СИ). Объект измерения – физическое тело (система, процесс, явление), которое характеризуется одной или несколькими физическими величинами. Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Средства измерительной техники – обобщающее понятие, охватывающее технические средства, предназначенные для измерений. Измерительный сигнал – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой величине.

Область измерений – совокупность измерений ФВ, свойственных какой-либо области науки или техники, выделяющихся своей спецификой. Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. В метрологии существует множество видов и методов измерений и число их постоянно увеличивается (в связи с развитием естественных наук). Под понятием «вид измерений» можно представить способ нахождения значения ИФВ, т.е. путь «подхода» к ФВ с целью измерения (или вычисления) ее значения. Виды и методы измерений следующим образом. могут быть классифицированы

КЛАССИФИКАЦИИ ИЗВЕСТНЫХ ВИДОВ ИЗМЕРЕНИЙ 1. По способу получения значения измеряемой величины. • Наиболее часто используются прямые (измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно от средства измерений, например измерение массы на весах, длины детали микрометром, температуру термометром), уравнение прямого измерения: y=Cx, где С – цена деления СИ.

• Косвенные (измерение, при котором искомое значение определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функциональной связанных с искомой величиной. Например, определение твердости (НВ) металлов по методу Бриннеля путем вдавливания стального шарика определенного диаметра с определенной усилием (Р) и получения при этом определенной глубины отпечатка (h): НВ = Р/(πD х h). Уравнение косвенного измерения: y=f(x1, x2, xn) где хi – результат прямого измерения величин, входящих в функциональную зависимость с ИФВ.

Совместные – одновременные измерения двух или нескольких разноименных величин для установления функциональной зависимости между ними (или ее уточнения). Например, измерение сопротивление проводника R1 проводника при фиксированной температуре t по формуле R1 = R0 (1+α Δ t), где R0 и α – сопротивление при известной температуре t0 (взятой за 200С) и температурный коэффициент – величины постоянные (справочные в зависимости от материала проводника); Δ t = t- t0 – разность температур; t – заданное значение температуры, полученное прямым измерением. Совокупные измерения – производятся путем измерения нескольких одноименных физических величин. Результаты измерений находят решением системы уравнений, получаемых прямыми измерениями различных сочетаний мер и этих величин. Например, нахождение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь: сравнивая массы различных сочетаний гирь, получают систему уравнений, решая которую находят массу каждой гири, входящей в набор.

2. По условиям, определяющим точность результатов измерений (РИ), измерения делят на три вида: Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. К ним относят: а) эталонные измерения, связанные с максимальной возможной точностью воспроизведения ЕФВ; б) измерения физических констант, прежде всего универсальных (УСП и др.). Контрольно-поверочные измерения – их погрешность не должна превышать заданное значение с определенной вероятностью. К ним относят: а) измерения, выполняемые лабораториями государственного надзора за соблюдением обязательных требований технических регламентов (Тр.ТР), б) за состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заданного значения. Технические измерения, в которых погрешность результата измерений определяется погрешностью применяемых средств измерений. К ним относят измерения, выполняемые в процессах производства и обращения объектов.

3. По характеру изменения измеряемой величины • Статистические – связаны с определением характеристик случайных процессов (звуковых сигналов, уровня шумов и т.д.); • Статические – измерение неизменной во времени физической величины. Например, измерение длины детали при нормальной температуре или измерение параметров земельного участка; Динамические – измерение изменяющейся по размеру физической величины. Например, измерение переменного напряжения электрического тока, измерение расстояния до уровня земли со снижающегося самолета. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

4. По числу измерений в ряду измерений – однократные, многократные. Однократные измерения – это одно измерение одной ФВ, т.е. число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений связано с большими погрешностями, поэтому на практике (в технических измерениях) следует проводить не менее 3-х однократных измерений в ряду и находить конечный результат как среднее арифметическое значение. Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин, обычно больше 3-х. Преимущество многократных измерений – в значительном снижении влияния случайных факторов на погрешность измерения, как следствие и на результат измерений. Многократные измерения в принято классифицировать по числу измерений и значимости измерений. Например, измерения от 2-х до 20ти – применяются в технических измерениях, измерения от 20-ти до 50-ти – в контрольно-поверочных измерениях, от 50-ти до 100 и более –в измерениях эталонных и связанных с НИР.

5. По выражению результата измерений – абсолютные и относительные. Абсолютные измерения – измерение, основанное на прямых измерениях величин и (или) использовании значений физических констант, например измерение силы F основано на измерении основной величины массы m и использовании физической постоянной – ускорения свободного падения q); Относительные измерения – измерение отношения величины к одноименной величине, выполняющей роль единицы. Приведенные виды измерений включают различные методы, т.е. способы решения измерительных задач с теоретическим обоснованием и разработкой использования СИ по принятой методике выполнения измерений (МВИ). Методика выполнения измерений – это документ, содержащий описание технологии выполнения измерений с целью наилучшей реализации метода.