Цели и задачи метрологического обеспечения

ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки и  техники, повышение требований к  качеству продукции и эффективности  производства привели к радикальному изменению требований к измерениям. На современном этапе развития метрологические проблемы и их решение приобретают еще более важное значение.

Остановимся на основных особенностях метрологических проблем, объясняющих их роль в современном обществе [5].

Массовость  измерений. Практически нет ни одной области человеческой деятельности, где бы все более интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля.

Значимость  измерений. Высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях управления технологическими процессами на всех уровнях управления и в проведении научных исследований. Велика роль измерений в проблеме повышения качества выпускаемой продукции [6].

Универсальность «языка» измерений. Высокое качество измерительной информации, ее точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений, имеют первостепенное техническое значение. Создание единого подхода к измерениям гарантирует взаимопонимание, возможность унификации и стандартизации методов и средств измерений, взаимного признания результатов измерений и испытаний продукции в международной системе товарообмена.

Из этого следует, что  не корректная оценка погрешности измерений чревата большими экономическими потерями, а иногда и техническими последствиями. Заниженная оценка погрешности измерений ведет к увеличению брака продукции, неэкономичному или неправильному учету расходования материальных ресурсов, неправильным выводам при научных исследованиях, ошибочным решениям при разработке и испытаниях образцов новой техники. Завышенная оценка погрешности измерений, следствием чего, как правило, является ошибочный вывод о необходимости применения более точных средств измерений, вызывает непроизводительные затраты на разработку, промышленный выпуск и эксплуатацию средств измерения. Стремление максимально приблизить оценку погрешности измерений к ее действительному значению так, чтобы она при этом оставалась в вероятностном смысле «оценку сверху», - одна из характерных тенденций развития современной практической метрологии. Эта тенденция приобретает особенно большое  практическое значение там, где требуемая точность измерений приближается к точности, которую могут обеспечивать образцовые средства измерений и где повышение корректности оценок точности измерений по существу является одним из резервов повышения точности измерений.

Огромное количество величин в процессе измерения преобразуется в величины электрические как наиболее удобные для передачи сравнения, точного воспроизведения измерения. Поэтому в развитии современной информационно-измерительной техники преобладающее значение приобрело развитие средств измерений электрических величин. В частности, благодаря современным быстродействующим и высокоточным цифровым вольтметрам электрическое напряжение теперь является одной из немногих величин, которые можно измерять в широком диапазоне значений как с очень высокой точностью, так и с очень высоким быстродействием. Большая роль в этом принадлежит и автоматическим измерительным системам и приборам, предназначенным для измерения, регистрации и обработки информации при все большем числе измеряемых величин.

Основой автоматических измерительных систем являются электроизмерительные приборы. Эти приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Наибольшее значение при этом приобретают цифровые приборы, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны.

Цифровые универсальные  измерительные приборы и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока.

Во всех цифровых измерительных  приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный, вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.

Все большее количество величин измеряется автоматическими  измерительными приборами (АИП) без участия оператора. АИП необходимы в местах, где невозможно или затруднено присутствие человека; при рассредоточении объектов измерения; при одновременных измерениях многих величин; при длительных измерениях; при измерениях по сложной программе; при измерении быстро изменяющихся величин. С помощью автоматических измерительных приборов существенно расширены пределы измерения, повышена точность измерения.

Во многих случаях — при измерении многих величин за малое время при косвенных и совокупных измерениях, при сложной обработке результатов измерения — исследователь не может выполнить свою задачу с помощью одного даже автоматического и быстродействующего прибора. Для указанных целей созданы измерительно-информационные системы (ИИС), которые автоматически измеряют одновременно много величин и обрабатывают результаты измерения.

Созданы измерительно-вычислительные комплексы, представляющие собой программно-управляемую совокупность измерительных и вычислительных устройств, предназначенных для выполнения группы родственных задач исследования сложных объектов. Функции оператора в системах управления технологическими процессами и объектами исследования все в большей степени выполняются автоматическими измерительными устройствами [4].

Измерительному преобразованию в процессе функционирования измерительно-вычислительного комплекса подвергается большое количество физических величин, при этом неизбежно возникают погрешности. Погрешность преобразования не может быть меньше используемой меры физической величины. В настоящее время наиболее высокую точность имеют меры основных физических величин: времени, частоты, массы, длины, постоянного тока; поэтому для измерения электрических величин наибольшее распространение получили измерительные устройства постоянного тока. Совершенные методы измерений предусматривают непосредственное сравнение с мерой и исключение погрешностей промежуточных преобразований [5]. 

Улучшить метрологические  характеристики ЦИП можно, сочетая  конструктивно-технологические и структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия. В зависимости от конкретных технических требований к ЦИП применяют различные методы повышения точности. Например, для реализации электронного милливольтметра эффективных значений напряжений класса точности 0,5 в диапазоне частот 20 Гц - 100 кГц без ручной калибровки применяют методы коррекции погрешностей. Но с появлением качественных интегральных усилителей постоянного тока их можно построить классическим способом, т.е. без применения коррекции погрешностей. Для реализации ЦИП более высокой точности обойтись без корректирующих устройств невозможно [7].

Все рассмотренные выше пути повышения эффективности процесса сбора информации,  ее обработки, повышения точности неразрывно связаны с задачей определения метрологических характеристик средств измерительной техники, основной из которых является погрешности измерений. Решение последней задачи для цифровых измерительных приборов имеет ряд специфических особенностей, обусловленных методом получения измерительной информации в этих приборах. Существует в настоящее время несколько классов методик решения указанной задачи [4]. Однако своего окончательного решения задача построения методики определения метрологических характеристик ЦИП еще не нашла. Ведутся исследования по разработке эффективных методик решения этой задачи, при этом возникает проблема аттестации новых методик определения метрологических характеристик ЦИП.

Аттестация методик  определения метрологических характеристик  представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу. В дипломном проекте рассматривается путь снижения сложности проведения аттестации методик на основе замены метрологического эксперимента с физическими измерительными приборами экспериментом над программной моделью ЦИП.

1 ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1 Цели и задачи метрологического обеспечения

Основной целью метрологического обеспечения является улучшение качества продукции, повышение эффективности производства, использования материальных ценностей и энергетических ресурсов, а также научных исследований.

Основными задачами метрологического обеспечения являются: установление единиц физических величин;

формирование системы государственных  эталонов единиц физических величин  и обеспечение ее функционирования для воспроизведения единиц с наивысшей в Украине точностью;

разработка методов и средств передачи размеров единиц физических величин от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений;

разработка научно-методических, правовых и организационных основ, норм и  правил, которые необходимы для достижения единства и требуемой точности измерений;

разработка и внедрение в  метрологическую практику норм и  правил законодательной метрологии, а также документов ГСИ;

выполнение анализа состояния  измерений во всех отраслях экономики  Украины;

государственный метрологический  надзор за разработкой, производством, состоянием, применением, ремонтом, прокатом, продажей, импортом и хранением средств измерений, соблюдением метрологических норм и правил, а также за деятельностью ведомственных метрологических служб;

государственный метрологический надзор за количеством фасованных товаров в упаковках при их продаже и расфасовке;

ведомственный метрологический  контроль за разработкой, производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений, соблюдением метрологических норм и правил;

проведение государственных  испытаний, поверки, калибровки и метрологической аттестации средств измерений;

сертификация средств  измерений;

выполнение работ по обеспечению единства и требуемой  точности измерений для нужд обороны;

разработка и аттестация методик выполнения измерений:

создание и аттестация стандартных образцов состава и  свойств веществ и материалов;

разработка и обеспечение  функционирования системы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

проведение экспертизы и аттестации данных о свойствах веществ и материалов;

проведение метрологической  экспертизы нормативной, проектной, конструкторской и технологической документации;

оценка соответствия научной, законодательной, нормативной, технической и организационной основ метрологического обеспечения потребностям экономики Украины и разработка программ их усовершенствования;

проведение аккредитации метрологических служб, измерительных, испытательных, аналитических и других лабораторий на право выполнения метрологических работ;

организация и осуществление  подготовки кадров в области метрологии и повышение их квалификации.

1.2 Административно–производственная структура метрологических служб

Сеть государственных  метрологических органов и их деятельность, направленная на обеспечение единства измерений в стране, называется государственной метрологической службой.

Возглавляет государственную  метрологическую службу Госстандарт  Украины.

К Государственной метрологической  службе относятся:

—специально уполномоченный центральный орган исполнительной власти в сфере метрологии;

— национальный научный метрологический центр, который относится к сфере управления ЦОВМ;

 —государственные  научные метрологические центры, относящиеся к сфере управления  ЦОВМ;

—территориальные (региональные) органы ЦОВМ в Автономной Республике Крым, в областях, городах Киеве и Севастополе, городах областного значения;

 — ГНПО «Метрология», Государственный научно-исследовательский институт «Система», Украинский, Днепропетровский, Ивано-Франковский, Харьковский и Белоцерковский центры стандартизации и метрологии;

— государственные службы единого времени и эталонных частот;

— государственные службы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов

— государственные службы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

К ведомственным метрологическим  службам относятся:

— подразделения министерств (ведомств), на которые возложены функции метрологической службы;

— метрологические службы объединений предприятий;

— метрологические службы, другие подразделения, должностные лица на предприятиях и в организациях, независимо от форм собственности, на которые в установленном порядке возложены работы по метрологическому обеспечению.

С целью повышения эффективности функционирования метрологических служб предприятий и организаций подразделения метрологической службы могут быть подчинены должностному лицу, которое руководит технической политикой предприятия (организации). Работы по метрологическому обеспечению на предприятиях и в организациях относятся к основным видам работ.

Права и обязанности  метрологических служб министерств (ведомств), предприятий и учреждений, главных и базовых организаций метрологических служб определяются положениями, утвержденными их руководителями по согласованию с соответствующими органами государственной метрологической службы.

Госстандарт Украины  осуществляет:

— Организация проведения фундаментальных исследований в сфере метрологии;

— организация создания и функционирования эталонной базы Украины;

— установления порядка создания, утверждения, регистрации, хранения и применения эталонов, а также сличение их с эталонами других государств и международными эталонами;

— координация деятельности метрологической службы Украины;

— разработка и утверждение  нормативно-правовых актов в сфере  мерологии и метрологической  деятельности;

— утверждение типов средств измерительной техники и установление порядка ведения Государственного реестра средств измерительной техники;

— установление требований к разработке и аттестации методик выполнения измерений и порядка ведения Государственного реестра методик выполнения измерений, которые применяются в сфере распространения государственного метрологического надзора;

—установление требований к государственным поверителям  метрологических центров и территориальных  органов, поверителям поверочных лабораторий предприятий и организаций, аудиторов по метрологии, государственным инспекторам по метрологическому надзору и порядку их аттестации;

— установление порядка ведения учета предприятий , организаций и физических лиц-субъектов предпринимательской деятельности, которые проводят деятельность, связанную с производством, ремонтом, продажей и прокатом средств измерительной техники;

— организация и проведение государственного метрологического контроля и надзора;

— определение порядка установления принадлежности технических средств к средствам измерительной техники;

— разработку и утверждение государственных стандартов и других нормативных документов по обеспечению единства измерений;

— утверждение норм времени на поверку средств измерительной техники;

— разработка или участие в разработке государственных научных и научно-технических программ, касающихся обеспечения единства измерений;

— организацию разработки и аттестации методик выполнения измерений;

— представительство  и участие от Украины в международных, европейских и других региональных организациях по метрологии.

Головная организация  по обеспечению единства измерений  в Украине осуществляет:

— разработку концепции обеспечения единства измерении в Украине;

— разработку научных, методических, организационных и законодательных основ обеспечения единства измерений;

координацию и проведение фундаментальных исследовании по теоретическим основам метрология, исследованию новых физических эффектов и уточнение фундаментальных физических констант с целью усовершенствования эталонной базы;

— создание и усовершенствование в закрепленных видах измерений государственных и вторичных эталонов, образцовых средств измерений с учетом потребностей экономики, в т.ч. и интересов обороны;

— разработку долгосрочных программ создания и обеспечения функционирования государственной эталонной базы;

— воспроизведение и хранение в закрепленных видах измерений единиц физических величин, передача их размеров средствам измерений, принадлежащих государственной и ведомственной метрологическим службам;

— согласование положений о головных организациях ведомственных метрологических служб;

— научно-методическое руководство территориальными органами государственной метрологической службы и головными организациями по видам измерений;

— разработку законодательных и нормативных документов, регламентирующих нормы и правила метрологического обеспечения;

— анализ состояния метрологического обеспечения закрепленных видов измерений;

— сертификацию, государственные испытания и метрологическую аттестацию средств измерений в закрепленных видах измерений;

— научно-методическое руководство разработкой комплексных программ метрологического обеспечения;

— метрологическую экспертизу нормативных документов ГСИ;

— подготовку специалистов-метрологов высшей квалификации;

— выполнение других работ, направленных на совершенствование метрологического обеспечения закрепленных видов измерений или видов метрологической деятельности;

— участие, по согласованию с Госстандартом Украины, в работе международных организаций по метрологии;

— выполнение совместных научно-исследовательских работ с метрологическими организациями других стран.

Головные организации  по видам измерений и видам  метрологической деятельности осуществляют в закрепленных видах измерений и метрологической деятельности:

— выполнение фундаментальных исследований новых физических эффектов с целью создания и усовершенствования методов и средств измерений высшей точности;

— разработку и усовершенствование государственных и вторичных эталонов и исходных образцовых средств измерений;

— воспроизведение и хранение в закрепленных видах измерений единиц физических величин и передачу их размеров средствам измерений, принадлежащих государственным и ведомственным метрологическим службам;

— сертификацию, государственные испытания и метрологическую аттестацию средств измерений;

— разработку нормативных документов на методы и средства поверки средств измерений;

— метрологическую экспертизу нормативных документов по обеспечению единства измерений;

— работы по метрологическому обеспечению измерительных каналов, измерительных и программных компонентов измерительно-информационных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами;

— выполнение других работ, направленных на совершенствование метрологического обеспечения закрепленных видов измерений или видов метрологической деятельности.

Государственная служба единого времени и эталонных  частот осуществляет:

— воспроизведение и хранение размеров единиц времени и частоты;

— формирование и хранение национальных шкал атомного и координированного времени;

— определение параметров вращения Земли и передачу потребителям данных об этих параметрах;

— передачу с заданной точностью эталонных сигналов частоты и времени по каналам электросвязи и обеспечения потребителей этих сигналов официальной информацией справочного характера;

— осуществление метрологического контроля за соответствием передаваемой частотно-временной информации установленным нормам и принятие необходимых мер по поддержанию параметров эталонных сигналов частоты и времени в заданных пределах.

Государственная служба стандартных образцов веществ  и материалов осуществляет:

— разработку основных направлений метрологического обеспечения измерений состава и свойств веществ и материалов на базе применения стандартных образцов;

— координацию работ по разработке и изготовлению государственных стандартных образцов;

— организацию работ по метрологической оценке и аттестации методик выполнения измерений состава и свойств веществ и материалов с применением стандартных образцов;

— проведение научно-исследовательских работ в области создания и применения стандартных образцов;

разработку нормативных  и методических документов по вопросам стандартных образцов;

— аккредитации головных базовых организаций по разработке стандартных образцов;

— экспертизу, аттестацию я утверждение стандартных образцов;

— информационное обеспечение предприятий и организаций но вопросам стандартных образцов;

— ведение реестра государственных стандартных образцов;

участие в сотрудничестве с зарубежными службами стандартных образцов.

Государственная служба стандартных справочных данных о  физических константах, свойствах веществ  и материалов осуществляет:

— установление и прогнозирование потребности экономики Украины в справочной информации о свойствах веществ и материалов;

— подготовку справочной информации о физических константах и свойствах веществ и материалов;

— проведение научно-технической экспертизы и аттестации стандартных справочных данных;

— разработку методических и других нормативных документов, регламентирующих функционирование службы стандартных справочных данных;

— проведение метрологической экспертизы нормативных документов по вопросам, имеющим отношение к стандартным справочным данным;

— координацию, научно-методическое и метрологическое обеспечение научно-исследовательских работ по определению свойств веществ и материалов, по систематизации и оценке достоверности данных о свойствах веществ и материалов, публикуемых в технической литературе;

— проведение научных исследований в области совершенствования методов получения, оценки достоверности, систематизации, обобщения и применения данных о свойствах веществ и материалов;

— информационное обеспечение предприятий и организаций Украины достоверными справочными данными о физических константах и свойствах веществ и материалов;

— участие в сотрудничестве с зарубежными центрами данных и службами стандартных справочных данных.

Территориальные органы государственной  метрологической службы осуществляют на закрепленной за ними территории:

— хранение и поддержание на надлежащем уровне рабочих эталонов и исходных образцовых средств измерений и передачу размеров единиц физических величин образцовым и рабочим средствам измерений;

— государственный метрологический надзор за разработкой, производством, состоянием, применением, поверкой, калибровкой, ремонтом, хранением, прокатом, продажей, импортом средств измерений и соблюдением метрологических норм и правил, а также за деятельностью ведомственных метрологических служб;

— государственный метрологический надзор за количеством фасованных товаров в упаковках при их продаже и расфасовке;

— государственные испытания средств измерений;

— государственную поверку и метрологическую аттестацию средств измерений;

— согласование положений о базовых организациях метрологических служб и метрологических службах предприятий и организаций;

— выполнение особо точных измерений;

— подготовку и повышение квалификации метрологов;

— анализ состояния измерений в регионе;

— участие в аттестации измерительных, испытательных, аналитических и других лабораторий;

— аккредитацию метрологических служб и подразделений предприятий и организаций независимо от форм собственности на право выполнения метрологических работ;

— лицензирование деятельности предприятий и организаций независимо от форм собственности, а также граждан-субъектов предпринимательской деятельности на право ремонта, проката, продажи, ведомственной поверки и калибровки средств измерений;

— информационное обеспечение ведомственных метрологических служб региона по вопросам метрологического обеспечения;

— выполнение других работ по метрологическому обеспечению.

Функции ведомственных  метрологических служб:

— определение основных направлений развития работ по метрологическому обеспечению разработки, производства, испытаний и эксплуатации продукции на подчиненных предприятиях и в организациях;

—анализ состояния измерений на подчиненных предприятиях (организациях);

— установление рациональной номенклатуры применяемых средств измерений;

— разработку и внедрение государственных и отраслевых стандартов по вопросам метрологического обеспечения;

— развитие ведомственной метрологической службы, координацию деятельности головных и базовых организаций метрологических служб;

— организацию разработки и выпуска образцовых средств измерений, необходимых для выполнения поверки выпускаемых средств измерений;