Метрологические обеспечения производства

 

Все вопросы, связанные с  хранением, применением и созданием  эталонов, а также контроль за их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки и утверждения, регистрации, хранения и применения». Классифицируются эталоны по принципу подчиненности. По этому параметру эталоны бывают первичные и вторичные.

 

Первичный эталон должен служить  целям обеспечения воспроизведения, хранения единицы и передачи размеров с максимальной точностью, которую  можно получить в данной сфере  измерений. В свою очередь, первичные  могут быть специальными первичными эталонами, которые предназначены  для воспроизведения единицы  в условиях, когда непосредственная передача размера единицы с необходимой  достоверностью практически не может  быть осуществлена например для малых и больших напряжений, СВЧ и ВЧ. Их утверждают в виде государственных эталонов. Поскольку налицо особая значимость государственных эталонов, на любой государственный эталон утверждается ГОСТом. Другой задачей этого утверждения становится придание данным эталонам силы закона. На Государственный комитет по стандартам возложена обязанность создавать, утверждать, хранить и применять государственные эталоны.

 

Вторичный эталон воспроизводит  единицу при особенных условиях, заменяя при этих условиях первичный  эталон. Он создается и утверждается для целей обеспечения минимального износа государственного эталона.

 

 

33. Классификация погрешностей  измерения

 

Вследствие погрешностей, присущих средству измерений, выбранному методу и методике измерений, отличия  внешних условий, в которых выполняется  измерений, от установленных, а также  из за других причин результат практически  каждого измерения отягощен погрешностью. Эта погрешность вычисляется или оценивается и приписывается полученному результату. Погрешность результата измерений - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

 

Пределы допускаемых погрешностей измерений регламентируют ГОСТ8.051-81 ГСИ «Погрешности, допускаемые при  измерении линейных размеров до 500 мм»  Погрешности разделяются на абсолютные, относительные и приведенные. Абсолютная погрешность ? измерений, выражаемая в единицах измеряемой величины, представляется разностью между измеренным и истинным значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность средства измерений соответствует указанному определению, но для меры и измерительного прибора имеет не одинаковый смысл. Абсолютная погрешность меры - разность между номинальным значением меры и истинным значением воспроизводимой ею величины. Абсолютная погрешность измерительного прибора представляется разностью между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.

 

Показание прибора - значение измеряемой величины, определяемое по отсчётному устройству. Относительная  погрешность представляется отношением абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины и выражается в процентах  или долях измеряемой величины. Приведённая  погрешность (измерительного прибора) - отношение абсолютной погрешности  к нормирующему значению.

 

Нормирующее значение в зависимости  от типа измерительного прибора принимается  равному пределу измерений (в  случае, если нижний предел - нулевое  значение односторонней шкалы прибора). В случае двузначного отсчётного устройства (в узком смысле - шкалы) прибора нормирующее значение отнесено к диапазону измерений.

 

В зависимости от условий  и режимов измерения различают  статическую и динамическую погрешности. Статической называют погрешность, не зависящую от скорости изменения  измеряемой величины во времени. Статическая  погрешность средства измерения  возникает при измерении с  его помощью постоянной величины. Если в паспорте на средство измерения  указывают предельные погрешности  измерений, определенные в статических  условиях, то они не могут характеризовать  точность его работы в динамических условиях. Динамической называют погрешность, зависящую от скорости изменения  измеряемой величины во времени. Возникновение  динамической погрешности обусловлено  инерционностью элементов измерительной  цепи средства измерений, т. е. тем, что  преобразования в измерительной  цепи не происходят мгновенно, а требуют  некоторого времени. Динамической погрешностью средства измерений является разность между погрешностью средства измерений  в динамических условиях и его  статической погрешностью, соответствующей  значению величины в данный момент времени. При разработке или проектировании средств измерений следует учитывать, что увеличение погрешности измерений  и запаздывание появления выходного  сигнала связаны с изменением условий.

 

34. Погрешность измерения  из-за воздействия внешней среды

 

Требования к точности, правильности и сходимости средств  измерений постоянно возрастают. Повышение требований обычно проводилось  путем перехода от используемого  к новому физическому принципу измерения, который и обеспечивал более  высокие качества измерений. Одновременно совершенствовались методика и техника  проведения измерений, ужесточались требования к комплексу нормальных условий, сопровождающих процесс измерений.

 

Любые измерительные прибор, система, канал «реагируют» не только на измеряемую величину, но и на внешнюю  среду, т.к. неизбежно связаны с  нею. Хорошей иллюстрацией этого  теоретического тезиса может быть влияние  приливных волн, вызванных Луной  в земной коре, на изменение энергии  заряженных частиц, полученных на большом  кольцевом ускорителе в Центре европейских ядерных исследований. Метрологическое обеспечение радиоэлектронных измерений может быть охарактеризовано следующей типичной проблематикой. Использование теоретических методов анализа влияния факторов внешней среды на погрешности средств измерений затруднительно. Характер влияния сложен, нестабилен, трудно интерпретируем с позиций логически-профессионального анализа специалистом; изменчив при переходе от экземпляра к экземпляру одного и того же типа средств измерений.

 

Отмечается методологическая сложность получения зависимостей неизвестного вида от нескольких переменных что «...возможности исследования зависимостей погрешности от факторов внешней среды весьма ограничены и мало достоверны, особенно в отношении совместных влияний факторов и динамических изменений их значений».

 

В результате приведенных  причин и значительного разнообразия их проявления делается вывод, что для  группы средств измерений одного типа наиболее адекватным описанием  погрешностей средств измерений  от влияющих факторов внешней среды  следует признать зону неопределенности, границы которой определяются крайними зависимостями экземпляров. Указанные  трудности в решении проблемы уменьшения погрешностей средств измерений есть следствие системных свойств этих средств: эмергентности, целостности, неопределенности, сложности, стохастичности и др. Попытки теоретического описания на уровне номографических наук в рассматриваемых ситуациях часто не эффективны.

 

Для дальнейшего повышения  качества проводимых измерений необходимо использовать не только физические - конструкторские, технологические, эксплуатационные - возможности, но и информационные. Они заключаются  в реализации системного подхода  в получении информации о всех видах погрешностей: инструментальных, методических, дополнительных, систематических, прогрессирующих, модельных.

 

35. Международная концепция  представления результатов измерений

 

Разделение погрешности  измерения на случайную и систематическую  и построенные на таком разделении методы ее описания к началу 80-х годов  стали подвергаться определенной критике: эти представления перестали  удовлетворять требованиям, предъявляемым  решаемым и в метрологии задачами. Сложившаяся ситуация затрудняла развитие отдельных теоретических и прикладных вопросов метрологии, что привело  к возникновению различных инициатив, направленных на разрешение возникшей  проблемы. Одной из них была новая  концепция представления результатов  измерений, развиваемая по инициативе международных метрологических  организаций. Ее суть в следующем. Обработка  результатов измерений во всех странах  проводится с использованием аппарата теории вероятностей и математической статистики. Практически везде погрешности  разделяются на случайные и систематические. Однако модели погрешностей, значения доверительных вероятностей и формирование доверительных интервалов в разных странах мира отличаются друг от друга. Это приводит к определенным трудностям пере числичение результатов измерений, полученных в лабораториях разных стран. Для устранения этих сложностей к началу 90-хгодов с участием ряда международных организаций - международной организации законодательной метрологии (ОЗ), международного комитета мер и весов (КМВ), международного бюро мер и весов (БМВ), между народной организации по стандартизации (ИСО) и международной электротехнической комиссии (ЭК) - был разработан документ, содержащий новую концепцию описания результатов измерений. Документ, названный “Руководством для выражения неопределенности в измерении” (Guide to the expression of uncertainty in measurement, ISO/TAG -/WG3, Geneva, June, 1992), содержит правила для стандартизации, калибровки, аккредитации лабораторий метрологических служб. Эти нововведения должны быть, по мнению БМВ, распространены на практическую деятельность метрологов. Единое мнение метрологов на этот документ к настоящему времени еще не сформировано.

 

36. Средства и методы  измерения.

 

Измерить какой-либо размер -- значит сравнить его с другим определенным размером, принятым за единицу измерения. В процессе измерения мы узнаем, во сколько раз измеряемая величина больше (или меньше) соответствующей величины, принятой за единицу. Средства измерения, дающие численную величину размера, носят название измерительных инструментов и приборов. Все средства измерения и контроля можно разделить на три основные группы: меры; калибры; универсальные инструменты и приборы. Мерами называются инструменты, при помощи которых воспроизводят единицы измерения либо их кратные значения. К мерам относятся концевые и угловые плитки, образцовые штриховые меры, рулетки, масштабные линейки, метры-компараторы, лимбы и пр.

 

Калибры -- бесшкальные измерительные инструменты, предназначенные для контроля размеров, форм и взаимного расположения частей изделия. В основу конструирования калибров положен принцип подобия, согласно которому калибры должны быть прототипом сопрорягаемой детали.

 

Универсальные измерительные  средства по конструктивным признакам  делятся на: штриховые инструменты, оснащенные нониусом (штанген инструменты, универсальные угломеры и т. д.); микрометрические инструменты и приборы; рычажно-механические приборы (миниметры, индикаторы часового типа, рычажные микрометры и т.д.) и некоторые другие. Метод измерения определяется совокупностью используемых измерительных средств и условий измерения. Различают следующие методы измерения: абсолютный -- определение измеряемой величины (ее оценка) с помощью мерительного инструмента, например измерение размеров изделия с помощью штангенциркуля; относительный (сравнительный) -- определение величины (ее оценка) отклонения замеряемого размера от требуемой установленной меры или образца.

 

Приборы для измерения  относительным методом не так  удобны, потому что их необходимо предварительно настраивать, но они дают высокую  точность измерения. Как правило, каждое измерение может быть произведено  как абсолютным, так и относительным  методом; прямой -- непосредственная оценка значения искомой величины или отклонений от нее путем прикладывания специальных измерительных приспособлений или приборов.

 

Прямой метод измерения  наиболее удобен среди других, поэтому  на производстве предпочитают там, где  это возможно, пользоваться им; косвенный -- оценка искомой величины или отклонений от нее по результатам измерения другой величины, связанной с искомой определенной зависимостью. Примерами косвенного метода измерения могут служить определение величины дуги по результатам измерения длины хорды, определение диаметра малого отверстия в труднодоступном для измерения месте замером диаметра цилиндрического пальца (втулки), входящего в данное отверстие.

 

На практике часто приходится сопоставлять точность прямых и косвенных  измерений. Следует сказать, что  в некоторых случаях косвенные  измерения оказываются более  точными, чем прямые. Например, в  случае измерения межцентрового  расстояния отверстий замеряют кратчайшее расстояние между отверстиями по их образующим, а затем к этому  числовому значению добавляют величины радиусов одного и другого отверстий.

 

37. Метрологическая экспертиза  и метрологическая проработка  технической документации

 

Метрологическая экспертиза технической документации - это анализ и оценивание технических решений  в части метрологического обеспечения (технических решений по выбору измеряемых параметров, установлению требований к точности измерений, выбору методов  и средств измерений, их метрологическому обслуживанию).

 

При метрологической экспертизе выявляются ошибочные или недостаточно обоснованные решения, вырабатываются рекомендуемые, наиболее рациональные решения по конкретным вопросам метрологического обеспечения. Не следует считать  метрологическую экспертизу только контрольной операцией. В современных  условиях метрологическая экспертиза решает технико-экономические задачи. Часто реализация тех или иных компонентов метрологического обеспечения  может быть осуществлена несколькими  вариантами. Рациональный выбор из них, а также ряд других оценок может потребовать научного подхода и выполнения небольшой исследовательской работы.

 

Метрологическая экспертиза - часть комплекса работ по метрологическому обеспечению и может быть частью технической экспертизы нормативной, конструкторской, технологической  и проектной документации. Необходимость  в метрологической экспертизе может  отпасть, если в процессе разработки технической документации осуществлялась ее метрологическая проработка силами привлекаемых специалистов метрологической  службы.

 

Конкретные цели метрологической  экспертизы определяются назначением  и содержанием технической документации. Наиболее простой формой фиксации результатов  метрологической экспертизы могут  быть замечания эксперта в виде пометок  на полях документа. После учета  разработчиком таких замечаний  эксперт визирует оригиналы или  подлинники документов. Метрологическая  проработка (МП) - это поиск технических  решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлением етрологически обеспеченных норм точности на эти параметры и выбор методов и средств измерений для обеспечения процессов разработки, производства, испытаний и эксплуатации изделий. Из сопоставления понятий МЭ и МП следует, что принципиальная разница заключается, прежде всего, во времени проведения работ. Если Мэ проводится после окончания разработки документации, то МП проводится в процессе разработки документации.