Метрология, стандартизация и сертификация

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный

Университет

Кафедра ТКМ и метрологии

Реферат по дисциплине:

Метрология, стандартизация и сертификация

Работу выполнила :

Студентка гр.______

___________________

Работу проверил:

___________________

Санкт-Петербург

2011

Содержание работы:

1.    Метрология

1.1.       Назначение метрологии

Метрология — наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью. Средством метрологии является совокупность измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих требуемую точность.

Метрология состоит из 3 разделов:

        Теоретическая

Рассматривает общие теоретические проблемы (разработка теории и проблем измерений, физических величин, их единиц, методов измерений).

        Прикладная

Изучает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии. В её ведении находятся все вопросы метрологического обеспечения.

        Законодательная

Устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины, методов и средств измерений.

Цели и задачи метрологии

        Создание общей теории измерений;

        образование единиц физических величин и систем единиц;

        разработка и стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

        создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе физических констант.

Также метрология изучает развитие системы мер, денежных единиц и счёта в исторической перспективе.

Аксиомы метрологии

1. Любое измерение есть сравнение.
2. Любое измерение без априорной информации невозможно.
3. Результат любого измерения без округления значения является случайной величиной.

Термины и определения метрологии

        Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

        Физическая величина – одно из свойств физической системы,процесса или явления, общее в качественном отношении, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

        Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств и вычислений.

        Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормируемые метрологические характеристики.

        Погрешность измерения(абсолютная погрешность) — отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

        Погрешность средства измерения — разность между показанием средства измерений и истинным значением измеряемой физической величины.

        Точность средства измерений — характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.

Метрология и ее составляющие

Теоретическая (фундаментальная) метрология разрабатывает фундаментальные основы данной науки.

Прикладная (практическая) метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологий.

Для обеспечения единства измерений выполняются следующие условия:

• применяются только узаконенные правилами единицы измерений;

• устанавливается допустимые погрешности измерений и пределы, за которые они не должны выходить при заданной вероятности.

Основными документами метрологии являются Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» и стандарты государственной системы обеспечения единства измерений, которые объединены в следующие группы:

• стандартные справочные данные; стандартные образцы; эталоны единиц физических величин; методики и условия измерений; измерения геометрических, механических, электрических и других величин (например, объем, физико-химический состав и свойства материала);

• методы поверки, калибровки и аттестации. В настоящее время действует более 3 тысяч государственных стандартов на методы контроля и испытаний различных видов продукции.

Под метрологическим обеспечением понимается установление научных основ, применение технических средств, правил и норм, необходимых для достижения требуемой точности измерений.

Оценку качества продукции проводят при предпродажном контроле (оценка производителя — «первого лица»), при эксплуатации или после ремонта (оценка потребителя — «второго лица») и при сертификации (оценка, независимая от производителя и потребителя — «третьего лица»). Оценка качества необходима и при проведении технологических процессов различных отраслей экономики.

Метрологическое обеспечение необходимо при экспертизе технической документации, выборе средств измерений, разработке систем обслуживания и пр.

Метрологическое обеспечение присутствует на всех уровнях управления производством:

• нормативном (корпоративном), когда определяются основные принципы, цели, используемые инструменты и внутренние правила, относящиеся к системе менеджмента качества;

• стратегическом, когда принимаются решения по выбору направлений деятельности, будущей конкурентоспособности продукции и управлению предприятием;

• эксплуатационном (производственная деятельность), когда принимаются оперативные решения и дается оценка товаров и услуг, предлагаемых потребителю.

Законодательно установлено, что потребитель не обязан обладать профессиональными знаниями о потребляемых товарах и услугах, его компетенция ограничивается преимущественно правилами пользования ими. В этом заключается гуманитарная составляющая качества товара. Именно правила его использования позволяют определить возможности товара в конкретной потребительской ситуации. Например, безопасность является базовым свойством, допускающим товар на рынок, а надежность гарантирует исключение возникновения негативных ситуаций. Для потребителя эти параметры в системе потребительской ценности не являются синонимами качества, а служат лишь условиями, необходимыми и достаточными для его использования.

В условиях рыночных отношений и разработчик, и производитель продукции вынуждены с максимальной приближенностью прогнозировать реальные условия ее эксплуатации и с их учетом назначать набор необходимых для этой продукции функций. Итоговой оценкой продукции служит соотношение «цена качество», характеризующее потребительский эффект товара.

1.2.       Физические величины

Физические величины делятся на геометрические, кинематические, динамические и пр.

К геометрически величинам относятся линейный размер объем, угол.

К кинематическими величинам относятся скорость, ускореннее, частота вращения.

К динамическим — масса, расход какого-либо вещества, давление и т. д.

К другим величинам можно отнести время, температуру, цвет освещенность.

Измерением называют совокупность действий, выполняемых с помощью специальных средств, с целью нахождения численных значений измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Целью измерения является получение значения физической величины, характеризующей контролируемый объект. Существует множество видов измерений (рис. 1.1).

С помощью измерения сопоставляют измеряемую величину с. единицей измерения, т. е. если имеется некоторая физическая величина Х, а принятая для нее единица измерения Щ, то значение физической величины определяется как

где q — числовое значение физической величины в приняты единицах измерения.

Данное уравнение называют основным уравнением измерений.

Объектом измерений являются физические величины, которыми делятся на основные и производные.

Основные физические величины входят в систему величин и не зависят друг от друга. Они используются для установления связей с другими физическими величинами.

Производные физические величины входят в систему величин и определяются через уравнения, связывающие их с основными физическими величинами.

Основным величинам соответствуют основные единицы измерений, а производным — производные единицы измерений.

Совокупность основных и производных единиц называют системой единиц физических величин.

Первой системой единиц считается метрическая система, где за основную единицу длины был принят метр, за единицу массы — грамм, т. е. масса 1 см химически чистой воды при температуре плюс 4 'С. В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих единиц метрическая система в своем первоначальном варианте включала еще единицу площади — ар (площадь квадрата со стороной 10 м), единицу объема — стер (куб с ребром 10 м) и единицу емкости — литр (куб с ребром 0,1 м).

В 1832 г. было введено понятие системы единиц (совокупность основных и производных единиц). В качестве основных единиц были приняты: единица длины — миллиметр, единица массы — миллиграмм, единица времени — секунда. Эту систему единиц назвали абсолютной.

В 1881 г. была принята система единиц физических величин СГС, названная по начальным буквам основных величин: сантиметр, грамм, секунда.

В начале ХХ в. была предложена еще одна система единиц, получившая название МЯСА (в русской транскрипции). Основные единицы этой системы: метр, килограмм, секунда, ампер; производные: единица силы — ньютон, единица энергии — джоуль, единица мощности — ватт.

Необходимость в единстве измерений появилась давно, но даже сейчас некоторые страны не отказались от исторически сложившихся у них единиц измерения. Так в Великобритании, США, Канаде основной единицей массы считается фунт, причем его величина в Системе британских имперских мер и старой Системе винчестерских мер различна.

Сегодня широкое распространение получила Международная система единиц СИ, основными единицами которой являются:

• единица длины — метр, равен длине пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

• единица массы — килограмм, равен массе международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия;

• единица времени — секунда, равен продолжительности 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

• единица силы электрического тока — ампер, равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 " Н;

• единица термодинамической температуры — кельвин, равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды (допускается также применение шкалы Цельсия);

• единица количества вещества — моль, количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в углероде-12 массой 0,012 кг;

• единица силы света — кандела, сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540. 10" Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ватт на стерадиан).

Кроме основных единиц в системе СИ есть дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов — радиан и стерадиан соответственно, а также большое число производных единиц пространства и времени, физических величин в механике, электронике, акустике и т. д. (см. приложение А). Используются также и внесистемные единицы, например, тонна, сутки, литр, гектар и др.

1.3.       Международная система единиц

СИ (SI, фр. Le Système International d'Unités), (Система Интернациональная) — международная система единиц, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. Тем не менее, в большинстве научных работ по электродинамике используется Гауссова система единиц, из-за ряда недостатков системы СИ. В частности, в системе СИ напряжённость (В/м) и смещение (Кл/м² (L−2TI)) имеют разную размерность; возникает т. н. диэлектрическая проницаемость вакуума, лишённая физического смысла[1]. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены — они стали определяться через единицы СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Международные и русские обозначения

В России действует ГОСТ 8.417—2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ. В нём перечислены единицы физических величин, разрешённые к применению, приведены их международные и русские обозначения и установлены правила их использования.

По этим правилам, при договорно-правовых отношениях в области сотрудничества с зарубежными странами, а также в поставляемых за границу вместе с экспортной продукцией технических и других документах разрешается применять только международные обозначения единиц. Применение международных обозначений обязательно также на шкалах и табличках измерительных приборов. В остальных случаях, например, во внутренних документах и обычных публикациях можно использовать либо международные, либо русские обозначения. Не допускается одновременно применять международные и русские обозначения, за исключением публикаций по единицам величин.

СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. во Франции были изготовлены два эталона — для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм)[2].

В 1874 г. была представлена система СГС, основанная на трёх единицах — сантиметр, грамм и секунда — и десятичных приставках от микро до мега[2].

В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.

В 1889 г. 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, так как эти единицы были признаны более удобными для практического использования[2].

В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).

Единицы СИ

Названия единиц СИ пишутся со строчной буквы, после обозначений единиц СИ точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.

Основные единицы

Производные единицы

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций: умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).

Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц (см., например, последнюю колонку в таблице Производные единицы с собственными названиями). Однако на практике используются установленные (или просто общепринятые) выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины. Например, для записи значения момента силы следует использовать Н·м, и не следует использовать м·Н или Дж.

• Шкалы Кельвина и Цельсия связаны между собой следующим образом: °C = K − 273,15

Единицы, не входящие в СИ

Некоторые единицы, не входящие в СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».

Кроме того, ГОСТ 8.417-2002 разрешает применение следующих единиц: град, световой год, парсек, диоптрия, киловатт-час, вольт-ампер, вар, ампер-час, карат, текс, гал, оборот в секунду, оборот в минуту. Разрешается применять единицы относительных и логарифмических величин, такие как процент, промилле, миллионная доля, фон, октава, декада. Допускается также применять единицы времени, получившие широкое распространение, например, неделя, месяц, год, век, тысячелетие.

Другие единицы применять не разрешается.

Тем не менее, в различных областях иногда используются и другие единицы.

        Единицы системы СГС: эрг, гаусс, эрстед и др.

        Внесистемные единицы, широко распространённые до принятия СИ: кюри, калория, ферми, микрон и др.

Некоторые страны не приняли систему СИ, или приняли её лишь частично и продолжают использовать английскую систему мер или сходные единицы.

1.4.       Виды измерений

Измерения различают по способу получения и характеру результата, условиям, методам, степени достаточности, связи с объектом, числу и точности оценки погрешности (см. рис. 1.1).

По способу получения результата измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные, совместные и динамические.

Прямые измерения — это непосредственное сравнение физической величины с ее единицей. Например, при определении длины предмета с помощью линейки происходит сравнение искомой величины (количественного выражения значения длины) с мерой, т. е. единицей измерения.

Различают шесть методов прямых измерений:

• метод непосредственной оценки, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора, например, давление — пружинным манометром, массу — на весах, электрический ток — амперметром;

• метод сравнения с мерой, где измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, например, измерение массы с помощью рычажных весов уравновешиванием гирей; измерение напряжения постоянного тока компенсатором, сравнивая с ЭДС параллельного элемента;

• метод дополнения, где значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению;  

• дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Данный метод позволяет получать результат высокой точности даже при использовании относительно примитивных средств;

• нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой величиной и мерой сводится к нулю;

• метод замещения — метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, например, взвешивание с поочередным размещением измеряемого объекта и гирь на одну и ту же чашу весов.