Метрология 1 1 Метрология как вид деятельности 1 Метрология как вид деятельности 1.1 Основные понятия в области метрологии. Метрология - область знаний и вид деятельности, связанные с измерениями. Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью. Физическая величина - свойство, общее в качественном отношении многим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. 2 1 Метрология как вид деятельности Единица физической величины - физическая величина, которой по определению придано значение, равное единице. Мера - носитель размера единицы физической величины, т. е. средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Средство измерения - техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени Погрешность измерения - разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. 3 1 Метрология как вид деятельности 1.2 Основополагающие законы и важнейшие события в истории метрологии (XIX-XXI вв.) XVIII век установление эталона метра; 1832 г. создание Карлом Гауссом абсолютных систем единиц; 1840 г. во Франции введена метрическая система мер. 1842 г. Учреждено первое государственное метрологическое и поверочное учреждение России - Депо образцовых мер и весов, сформулированы его функции и обязанности ученого хранителя. 1875 г. Создание Международной организации по мерам и весам (МОМВ) и Международного бюро мер и весов (МБМВ). 4 1 Метрология как вид деятельности 1893 г. Реорганизация Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов - первый научный метрологический центр страны. Определены основные функции Главной палаты и штаты. 1918 г. Создание Межведомственной комиссии для повсеместного внедрения в России метрической системы мер. 1921 г. Действие Метрической конвенции распространилось на область электрических измерений. 1927 г. Завершение перехода России на метрическую систему мер. 2008 г. Федеральный закон Российской Федерации № 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений". 5 1 Метрология как вид деятельности 1.3 Предмет метрологии • общая теория измерений; • единицы физических величин и их системы; • методы и средства измерений; • методы определения точности измерений; • основы обеспечения единства измерений; • эталоны единиц физических величин; • методы передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений 6 1 Метрология как вид деятельности 1.4 Виды метрологии Теоретическая метрология занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерения. Прикладная (практическая) метрология занимается вопросами практического применения в различных сферах деятельности результатов теоретических исследований в рамках метрологии. Законодательная метрология включает совокупность взаимообусловленных правил и норм, направленных на обеспечение единства измерений, которые возводятся в ранг правовых положений (уполномоченными на то органами государственной власти), имеют обязательную силу и находятся под контролем государства 7 2 Измерения величин 2 Измерения величин 2.1 Функции измерений • учет продукции народного хозяйства, исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии; • контроль и регулирование технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и обеспечение нормального функционирования транспорта и связи; • измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях народного хозяйства. 8 2 Измерения величин 2.2 Виды измерений • по характеристике точности: равноточные, неравноточные; • по числу измерений в ряду измерений: однократные, многократные; • по отношению к изменению измеряемой величины: статические, динамические; • по выражению результата измерений: абсолютные, относительные; • по общим приемам получения результатов измерений: прямые, косвенные, совокупные, совместные; 9 2 Измерения величин 2.3 Характеристики измерений Принцип измерений - физическое явление или их совокупность, положенные в основу измерений. Метод измерений - совокупность принципов и средств измерений. Погрешность измерений - разность между полученным при измерении значением величины и ее истинным значением. Точность измерений - характеристика измерения, отражающая близость их результатов X к истинному значению измеряемой величины Q. Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются в процессе измерения. Достоверность измерений - характеристика качества измерений, разделяющая все результаты на достоверные и недостоверные в зависимости оттого, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных 10 значений соответствующих величин. 2 Измерения величин 2.4 Методы измерений Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Классификация • по общим приемам получения результатов измерений: 1) прямой метод измерений; 2) косвенный метод измерений. • по условиям измерения: 1) контактный; 2) бесконтактный • по способу сравнения измеряемой величины с ее единицей: 1) метод непосредственной оценки; 2) метод сравнения с мерой: ‒ ‒ ‒ ‒ нулевой (компенсационный) метод (результирующий эффект воздействия обеих величин на измерительный прибор доводится до нуля); дифференциальный метод (образуют и измеряют разность измеряемой и известной величин); метод замещения (измеряемую величину замещают в процессе измерений известной величиной); метод совпадений (образуют разность измеряемой и известной величин и 11 оценивают ее по совпадениям или биениям). 2 Измерения величин 2.5 Шкалы измерений Шкалой измерений называют порядок определения и обозначения возможных значений конкретной величины или проявлений какого-либо свойства. Различают несколько типов шкал: 1. Шкала наименований (классификации) – это самая простая шкала, которая основана на приписывании объекту знаков или цифр для их идентификации или нумерации. Например, атлас цветов (шкала цветов) или шкала (классификация) растений Карла Линнея. • характеризуются только отношением эквивалентности (равенства), • в них отсутствуют понятия больше, меньше, • отсутствуют единицы измерения и нулевое значение. Шкала наименований отражает качественные свойства. 12 2 Измерения величин 2.5 Шкалы измерений 2. Шкала порядка (ранжирования) упорядочивает объекты относительно какого-либо их свойства в порядке убывания или возрастания. Например, землетрясений, силы ветра. • невозможно ввести единицу измерения (эти шкалы в принципе не линейны) • в ней можно говорить лишь о том, что больше или меньше, хуже или лучше • невозможно дать количественную оценку во сколько раз больше или меньше Шкала порядка описывает количественные свойства. Шкалы порядка и наименований называют неметрическими шкалами. 13 2 Измерения величин 2.5 Шкалы измерений 3. Шкала интервалов (разностей) содержит разность значений физической величины. Примером такой шкалы являются различные шкалы времени, начало которых выбрано по соглашению (от Рождества Христова, от переселения пророка Мухаммеда из Мекки в Медину). Другими примерами шкалы интервалов являются шкала расстояний и температурная шкала Цельсия. • для этих шкал имеют смысл соотношения эквивалентности, порядка, суммирования интервалов (разностей) между количественными проявлениями свойств. • состоит из одинаковых интервалов, • имеет условную (принятую по соглашению) единицу измерения и произвольно выбранное начало отсчета - нуль. 14 2 Измерения величин 2.5 Шкалы измерений 4. Шкала отношений - это шкала интервалов с естественным (не условным) нулевым значением и принятые по соглашению единицы измерений. В ней нуль характеризует естественное нулевое количество данного свойства. Например, абсолютный нуль температурной шкалы. • результаты измерений в ней можно вычитать, умножать и делить • в некоторых случаях возможна и операция суммирования для аддитивных величин Аддитивной называется величина, значения которой могут быть суммированы, умножены на числовой коэффициент и разделены друг на друга (например, длина, масса, сила и др.). Неаддитивной величиной называется величина, для которой эти операции не имеют физического смысла, например, термодинамическая температура. 15 2 Измерения величин 2.5 Шкалы измерений 5. Абсолютные шкалы - это шкалы отношений, в которых однозначно (а не по соглашению) присутствует определение единицы измерения. Абсолютные шкалы присущи относительным единицам (коэффициенты усиления, полезного действия и др.), единицы таких шкал являются безразмерными. 6. Условные шкалы шкалы, исходные значения которых выражены в условных единицах. К таким шкалам относятся шкалы наименований и порядка. Шкалы разностей, отношений и абсолютные называются метрическими (физическими) шкалами. 16 3 Средства измерений 3 Средства измерений 3.1 Классификация СИ По конструктивному исполнению СИ подразделяют на: • меры величины — СИ, предназначенные для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Различают меры: однозначные (гиря 1 кг, калибр, конденсатор постоянной емкости); многозначные (масштабная линейка, конденсатор переменной емкости); наборы мер (набор гирь, набор калибров). К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО). СО состава вещества (материала) — стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих содержание определенных компонентов в веществе (материале). СО свойств веществ (материалов) — стандартный образец с установленными значениями величин, характеризующих физические, химичес17 кие, биологические и другие свойства. 3 Средства измерений • Измерительные преобразователи (ИП) — СИ, служащие для преобразования измеряемой величины в другую величину или сигнал измерительной информации, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований. По характеру преобразования различают: • аналоговые (АП), • цифроаналоговые (ЦАП) • аналого-цифровые (АЦП). По месту в измерительной цепи различают: • первичные (ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина) • промежуточные (ИП, занимающий место в измерительной цепи после первичного ИП) преобразователи. 18 3 Средства измерений • Измерительный прибор — СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне и в форме, наиболее доступной для восприятия. • Измерительная установка — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких физических величин и расположенных в одном месте. Примером являются установка для измерения удельного сопротивления электротехнических материалов, установка для испытаний магнитных материалов. • Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого пространства с целью измерений физических величин, свойственных этому пространству. Примером может служить радионавигационная система для 19 определения местоположения судов 4 Системы единиц величин 4 Системы единиц величин Главный принцип выбора – удобство использования 4.1 Системы единиц, которые применялись до введения международной системы • Система Гаусса (1832, Германия) Впервые предложено понятие системы единиц физических величин. 1) Выбираются величины, не зависящие друг от друга (основные величины) 2) Основные величины выбираются так, чтобы, пользуясь формулами, выражающими связь между физическими величинами, можно было образовать единицы других величин (производные величины). Основные единицы системы: миллиметр, секунда, килограмм 20 4 Системы единиц величин • Система МКС (1901, Джорди, Италия) Основные единицы системы: метр, секунда, килограмм, кельвин, кандела • Система МТС(1919, Франция, СССР) Основные единицы системы: метр, секунда, тонна, градусы Цельсия Преимущества: 1) Единица «тонна» удобна в ряде отраслей производства 2) Численные значения плотности вещества совпадают с числовыми значениями этой величины при выражении ее в СГС 3) Единица работы «килоджоуль» имеет простое соотношение с единицей работы МКС (1 кДж = 1000 Дж) 21 4 Системы единиц величин • Система МКГСС Основные единицы системы: метр, килограмм-сила (единица силы), секунда Килограмм-сила – сила, равная весу тела массой в 1 кг при нормальном ускорении свободного падения 9.80665 м/с2 Преимущество: Удобно для применения в технике и механике Недостаток: 1) Ограниченные возможности применения в физике и исследованиях 2) Единица массы не имеет простого десятичного соотношения с единицами массы других систем 22 4 Системы единиц величин • Симметрическая система единиц СГС (1881, Франция) Основные единицы системы: сантиметр, грамм, секунда Для облегчения работы в СГС в электродинамике были приняты дополнительно системы СГСЭ (абсолютная электростатическая система) и СГСМ (абсолютная электромагнитная система) В СГСЭ электрическая постоянная ε0 безразмерна и равна 1, магнитная постоянная µ0 = 1/с2 (размерность: с2/см2), где c — скорость света в вакууме, фундаментальная физическая постоянная. В СГСМ магнитная постоянная µ0 безразмерна и равна 1, а электрическая постоянная ε0 = 1/с2 (размерность: с2/см2). В симметричной (смешанной) СГС магнитные единицы равны единицам системы СГСМ, электрические — единицам системы СГСЭ. Магнитная и электрическая постоянные в этой системе единичные и безразмерные: µ0 = 1, ε0 = 1. 23 4 Системы единиц величин • Симметрическая система единиц СГС (1881, Франция) 24 4 Системы единиц величин • Международная система единиц СИ (1960) Основные достоинства и преимущества: 1) Универсальность – охватывает все области науки и техники; 2) Унификация (оптимизация деятельности) всех областей и видов измерений 3) Когерентность величин (единицы измерения производных величин представляют собой произведения степеней единиц основных величин с коэффициентом пропорциональности, равным единице 4) Возможность воспроизведения единиц с высокой точностью 5) Упрощение записи формул в физике, химии, технических науках (отсутствуют переводные коэффициенты) 6) Уменьшение числа допускаемых единиц 7) Единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные названия (кило-, милли-, нано-, мега-) 8) Лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и 25 экономических связей между различными странами 4 Системы единиц величин • Международная система единиц СИ (1960) Величина Наименование Единица Обозначение Размерность Наименование русское международн. Длина Масса Время L M T метр килограмм секунда м кг с m kg s Электрический ток I ампер А A Термодинамическая температура кельвин К K Количество вещества N моль моль mol Сила света J кандела кд cd 26 5 Система воспроизведения единиц величин 5 Система воспроизведения единиц величин Воспроизведение единиц величин – это измерительная процедура, которая сводится к сравнению неизвестного размера с известным, в качестве которого выступает размер соответствующей единицы Международной системы. Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы величины с помощью эталонов (также могут применяться установки высшей точности (УВТ) и исходные образцовые средства измерений (ИОСИ)) и с помощью стандартных образцов. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения или воспроизведения (централизованный способ). 27 5 Система воспроизведения единиц величин Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным эталоном. Первичные эталоны - это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специальный эталоны называются государственными. 28 5 Система воспроизведения единиц величин Эталон должен отвечать трем основным требованиям: • неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); • воспроизводимость (воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); • сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений). Передача размера единицы величины - приведение размера единицы, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном. По размеру единицы, воспроизводимому государственным эталоном, устанавливаются значения величин, воспроизводимые вторичными эталонами. 29 5 Система воспроизведения единиц величин Различают: • Эталон-сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друге другом; • Эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты • Эталон-копия - вторичный эталон, предназначенный для передачи размера рабочим эталонам. Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде: • одиночного эталона (или одиночной меры), • группового эталона, • комплекса средств измерений, • эталонного набора. Пример одиночного эталона - эталон массы в виде платино-иридиевой гири. Пример группового эталона - эталон-копия вольта, состоящая из 20 30 нормальных элементов. 5 Система воспроизведения единиц величин Поверочные схемы СИ представляют собой документ, который устанавливает соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ, с указанием методов и погрешности при передаче. Различают государственные и локальные поверочные схемы. Государственные схемы регламентируют передачу информации о размере единицы всему парку СИ в стране. Во главе этой схемы находится государственный эталон. Государственные поверочные схемы закладываются в основу государственных стандартов. Локальные поверочные схемы распространяются на СИ, подлежащие поверке, организуемой МС министерства (ведомства) или МС юридического лица. 31 5 Система воспроизведения единиц величин Схематическое изображение системы передачи размера единицы величины 32 6 Точность методов и результатов измерений 6 Точность методов и результатов измерений 6.1 Термины и определения Истинное значение – значение, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую величину. Действительное значение –значение величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Выброс – элемент совокупности значений, который несовместим с остальными элементами данной совокупности. Точность – степень близости результата измерений к принятому опорному значению. Прецизионность – степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных 33 условиях. 6 Точность методов и результатов измерений Независимые результаты измерений (или испытаний) – результаты, полученные способом, на который не оказывает влияние никакой предшествующий результат, полученный при испытаниях того же самого или подобного объекта Правильность – степень близости к принятому опорному значению среднего значения серии результатов измерений. Повторяемость – прецизионность в условиях повторяемости. В отечественных нормативных документах наряду с термином «повторяемость» используют термин «сходимость». В качестве мер повторяемости (а также воспроизводимости) используются стандартные отклонения. Условия повторяемости (сходимости) – условия, при которых независимые результаты измерений (или испытаний) получаются одним и тем же методом на идентичных объектах испытаний, в одной и той же лаборатории, одним и тем же оператором, с использованием одного и того же оборудования, в пределах короткого промежутка времени. 34 6 Точность методов и результатов измерений Воспроизводимость – прецизионность в условиях воспроизводимости. Условия воспроизводимости – это условия, при которых результаты измерений (или испытаний) получают одним и тем же методом, на идентичных объектах испытаний, в разных лабораториях, разными операторами, с использованием различного оборудования. Признак Условия повторяемости Условия воспроизводимости Метод Один и тот же Один и тот же Объекты испытания Идентичны Идентичны Лаборатории Одни и те же Разные Операторы Одни и те же Разные Оборудование Одно и то же Разные Стандартные (среднеквадратические) отклонения воспроизводимости – стандартные (среднеквадратические) отклонения результатов измерений (испытаний), полученных в условиях воспроизводимости. Эта норма является мерой рассеяния результатов измерений (или испытаний) в условиях воспроизводимости. 35 6 Точность методов и результатов измерений 6.2 Источники погрешности измерений Погрешность результата измерения имеет много составляющих, каждая из которых обусловлена различными факторами и источниками. Определив количественные параметры всех составляющих погрешности и зная способы их суммирования, можно правильно оценить погрешность результата измерений и при возможности скорректировать его с помощью введения поправок. Суммарная (общей) погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного или действительного значения измеряемой величины. 36 6 Точность методов и результатов измерений • неполное соответствие объекта измерений принятой его модели; • неполное знание измеряемой величины; • неполное знание влияния условий окружающей среды на измерение; • несовершенное измерение параметров окружающей среды; • конечная разрешающая способность прибора или порог его чувствительности; • неточность передачи значения единицы величины от эталонов к рабочим средствам измерений; • неточные знания констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов измерения; • аппроксимации и предположения, реализуемые в методе измерений; • субъективная погрешность оператора при проведении измерений; • изменения в повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и другие. 37 6 Точность методов и результатов измерений Группы причин появления погрешностей • погрешности метода измерений; • погрешности средств измерений (инструмента); • погрешности оператора. В общем виде погрешность можно выразить следующей формулой: ∆𝑋 = ∆м + ∆и + ∆л М – методическая погрешность (погрешность метода); И – инструментальная погрешность (погрешность средств измерений); Л – личная (субъективная) погрешность. 38 6 Точность методов и результатов измерений 6.3 Виды погрешностей В зависимости от условий измерений выделяют: • основную погрешность средства измерений – погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях, т.е. в условиях, которые определены в научно-технической документации не него как нормальные. Нормальные значения влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями. • дополнительную погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения. 39 6 Точность методов и результатов измерений По своей природе (происхождению) погрешности могут быть: • систематические – составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся. В общем случае являются функциями измеряемой величины и влияющих величин (температуры, влажности, давления, напряжения питания и т.п.) • случайные – составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом. Обусловлены случайными изменениями параметров, составляющих эти средства измерений, элементов и случайными погрешностями отсчета показаний приборов. • грубые, как правило, допускаются самим исполнителем, который из-за неопытности или усталости неправильно считывает показания прибора или ошибается при обработке информации. Причиной могут стать и неисправность средств измерений, и резкое изменение условий измерения. 40 6 Точность методов и результатов измерений Ряд критериев для оценки грубых погрешностей: • Критерий Зσ (при количестве опытов N ≥ 20) Результат, возникающий с вероятностью Р < 0.003, малореален и его можно квалифицировать промахом, т. е. сомнительный результат Xi отбрасывается, если 𝑋ср − 𝑋𝑖 > 3𝜎 где Хi – результат измерения, Xср – среднее арифметическое результатов измерений, σ – среднее квадратическое отклонение результатов измерений. 41 6 Точность методов и результатов измерений • Критерий Романовского (при количестве опытов N < 20) Используют уровень значимости β, который определяется равенством 𝑋ср − 𝑋𝑖 𝛽= > 𝛽т 𝜎 Полученное значение сравнивают со значением, полученным теоретически (βт) в зависимости от числа измерений (N) и выбираемой вероятности (Р). Обычно Р находится в пределах 0.01-0.05 Если β >βт, то результат отбрасывают. 42 6 Точность методов и результатов измерений • Критерий Шовине (при количестве опытов N < 10) Промахом считается результат Хi, при котором разность Хср-Хi в зависимости от числа измерений (N) превышает значения k × σ. 𝑋ср − 𝑋𝑖 > 𝑘 × 𝜎 Количество измерений (N) 3 6 Произведение k × σ 1.6 × σ 1.7 × σ 8 10 1.9 × σ 2.0 × σ 43 6 Точность методов и результатов измерений полностью исключить погрешности практически невозможно установить пределы возможных погрешностей измерения и, следовательно, точность их выполнения необходимо. 44 6 Точность методов и результатов измерений В зависимости от представления результата измерений погрешность может быть представлена в абсолютной, относительной и приведенной форме. • Абсолютная погрешность измерения () представляет собой разность между измеренной величиной и истинным или действительным значением этой величины (размерность погрешности такая как и у измеряемой величины), т. е. ∆= ± 𝑋и − 𝑋изм , Х ∆= ± 𝑋д − 𝑋изм , Х 45 6 Точность методов и результатов измерений • Относительная погрешность () представляет собой отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины. = ± , доли 𝑋д = ± × 100 %, % 𝑋д Если максимальные значения относительных погрешностей совокупности исправных средств измерений зависят от размера измеряемой величины (относительная погрешность, возрастающая с уменьшением измеряемой величины), то пределы погрешностей устанавливают в соответствии в формулой: 𝑋макс δ=± 𝑎+𝑏 −1 𝑋и , % где Хи – значения измеряемой величины; a, b – отвлеченные положительные числа; Хмакс – верхний предел диапазона измерений прибора или диапазона измерения входной величины измерительного преобразователя. 46 6 Точность методов и результатов измерений • Приведенная погрешность измерения (γ) представляет собой отношение абсолютной погрешности к нормированному значению величины (Хн), например, к максимальному значению, т. е. 𝛾 = ± , доли 𝑋н 𝛾 = ± × 100 %, % 𝑋н 47 6 Точность методов и результатов измерений Нормирующее значение (Хн) для измерительных приборов с равномерной или степенной шкалой принимают равным: • конечному значению диапазона измерений, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы; • большему из пределов диапазона измерений (без учета знака), если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений; Для электроизмерительных приборов применять правило о том, что нормирующее значение равно арифметической сумме значений обоих пределов диапазона измерений по ту или по другую сторону от нуля, без учета знака. 48 6 Точность методов и результатов измерений • для измерительных приборов с существенно неравномерной шкалой – всей длине шкалы; • для средств измерений с градуировкой в единицах величины, для которой принята шкала с условным нулем (например, в oС) – диапазону измерений; • для средств измерений, для которых установлено номинальное значение – этому номинальному значению; • в особых случаях, нормирующее значение устанавливается в НД, относящихся к соответствующим видам средств измерении 49 6 Точность методов и результатов измерений 6.4 Класс точности средств измерений Класс точности СИ – обобщенная характеристика данного типа СИ, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемой основной, а в некоторых случаях и дополнительных погрешностей (они рассмотрены выше), а также другими характеристиками, влияющими на точность. Класс точности применяется для средств измерений, используемых в технических измерениях, когда нет необходимости или возможности: • выделить отдельно систематические и случайные погрешности, • оценить вклад влияющих величин с помощью дополнительных погрешностей. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность средств измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. 50 6 Точность методов и результатов измерений Ряды классов точности: 1 × 10n; 1.5 × 10n; 1.6 × 10n; 2 × 10n; 2.5 × 10n; 3 × 10n; 4 × 10n; 5 × 10n; 6 × 10n, где n = 1; 0; -1; -2 и т.д. Примечание: • одновременно применять ряды классов точности 1.5 × 10n и 1.6 × 10n не допускается. • класс точности 3 × 10n допускается применять в виде исключения в технически обоснованных случаях 51 6 Точность методов и результатов измерений Обозначения, применяемые в документации: • Классы точности средств измерений, пределы погрешностей, нормы которых выражены в форме абсолютных погрешностей обозначают заглавными буквами латинского алфавита, которые допускается сопровождать индексом или римскими цифрами. Пример Плоскопараллельная концевая мера длины класса точности А. 52 6 Точность методов и результатов измерений • Классы точности средств измерений, пределы погрешностей, нормы которых выражены в форме относительной погрешности или в форме приведенной погрешности, обозначают числами, совпадающими со значением предела основной погрешности, выраженным в процентах. Пример Амперметр класса точности 1.5 53 6 Точность методов и результатов измерений • Классы точности средств измерений, пределы погрешностей которых представлены в форме относительной погрешности, обозначают двумя числами, разделенными косой чертой. Первое из этих чисел совпадает со значением слагаемого a, а второе – коэффициента b, которые определяют предел погрешности, выраженный в процентах. • В документации, относящейся к изготовлению и применению средств измерений (в национальных нормативных документах, технических условиях, технических описаниях и т.д.), обозначение класса точности рекомендуется сопровождать указанием нормативного документа, которым установлен данный класс точности. 54 6 Точность методов и результатов измерений Форма выражения погрешности Класс точности или предел погрешности (примеры) Обозначение класса точности (для данного примера) Абсолютная Класс М M Приведенная, если нормирующее значение выражено в единицах измеряемой величины g = ±1.5 % 1.5 Приведенная, если нормирующее значение принято равным длине шкалы g = ±0.5 % 0.5 Относительная постоянная = ±0.5 % 0.5 Относительная, возрастающая с уменьшением измеряемой величины (x – результат измерения, xк – конечное значение шкалы прибора) = ±[0.02+0.01(xк/x-1)] % 0.02/0.01 55 6 Точность методов и результатов измерений 6.5 Однократные измерения Результат однократного измерения включает в себя все присущие ему погрешности (инструментальную, методическую, субъективную), в каждой из которых могут быть как систематические, так и случайные составляющие. При этом необходимо точно оценить погрешность результата измерений, то следует выявить и оценить все составляющие погрешностей и просуммировать их. Случайная составляющая погрешности не может быть рассчитана по результатам измерения, хотя она неявно присутствует в нем. Оценку систематических погрешностей можно получить по характеристикам используемого прибора (по паспортным данным или из свидетельства о поверке) и метода измерения (путем его анализа). Из документации на прибор можно оценить и учесть дополнительные систематические погрешности. 56 6 Точность методов и результатов измерений 6.6 Многократные измерения. Определение случайной составляющей погрешности Среднее арифметическое значение: σ𝑁 𝑋𝑖 𝑖=1 𝑋ср = 𝑋ത = 𝑁 где Хi – результат измерения, N – общее количество измерений. Оценка значения средней квадратического отклонения: 𝑆= 𝑋ത − 𝑋1 2 + 𝑋ത − 𝑋2 2 + ⋯ + 𝑋ത − 𝑋𝑁 𝑁−1 2 = ത σ𝑁 𝑖=1 𝑋 − 𝑋𝑖 𝑁−1 2 57 6 Точность методов и результатов измерений Среднеквадратическое отклонение среднего арифметического значения: 𝜎ср = 𝜎 𝑁 ≈ 𝑆 𝑁 = ത σ𝑁 𝑖=1 𝑋 − 𝑋𝑖 𝑁 𝑁−1 2 Значение σср характеризует степень разброса среднего значения, называют также средней квадратической погрешностью результата измерений. Значением σ пользуются, если необходимо дать характеристику точности применяемого метода измерения: если метод точен, то разброс результатов отдельных измерений мал, т.е. мало значение σ. Значение σср используется для характеристики точности результата измерений некоторой величины, т.е. результата, полученного посредством математической обработки итогов ряда отдельных прямых измерений. 58 6 Точность методов и результатов измерений Случайная погрешность многократных измерений: 𝑁 ത σ 𝑖=1 𝑋 − 𝑋𝑖 𝑁 𝑁 ∆сл = ±𝑡𝑃д × 𝜎ср = ±𝑡𝑃д × 𝑁 𝑁−1 2 Применение правомерно при условии постоянства измеряемой величины в процессе измерения. Если при измерении величина изменяется, как, например, при измерении потенциала проводника через равные отрезки длины, то в данных формулах в качестве Хср следует брать какую-то постоянную величину, например, начало отсчета. 59 6 Точность методов и результатов измерений 6.7 Определение систематической составляющей погрешности Общая погрешность: ∆= ∆сл + ∆сист Через среднеквадратическое отклонение: 𝜎Σ = 2 + 𝜎2 𝜎сл сист Обнаружение и исключение систематических погрешностей - сложная задача, требующая глубокого анализа всей совокупности результатов наблюдений, используемых средств, методов и условий измерений. Устранение систематических погрешностей осуществляется не путем математической обработки результатов наблюдений, а применением соответствующих методов измерений. 60 6 Точность методов и результатов измерений Приемы проведения измерений, которые позволяют исключить части систематических погрешностей: • Исключение самого источника погрешностей. • Замещение измеряемой величины равновеликой ей известной величиной так, чтобы при этом в состоянии и действии всех используемых средств измерений не происходило никаких изменений. Таким путем может быть исключена погрешность компаратора. • Компенсация погрешности по знаку путем проведения измерений в прямом и обратных направлениях одним и тем же прибором. Например, определяя значение измеряемой величины при подходе к определенной точке шкалы слева и справа от нее и вычисляя среднее значение. • Наблюдения через период изменения влияющей величины. Это позволяет исключить погрешности, изменяющиеся по периодическому закону. • Измерения одной величины несколькими независимыми методами с последующим вычислением среднего взвешенного значения измеряемой величины. • Измерения одной величины несколькими приборами с последующим вычислением среднего арифметического из показаний всех приборов. 61 6 Точность методов и результатов измерений В реальных условиях полностью исключить систематическую составляющую погрешности невозможно. Необнаруженная систематическая составляющая погрешности опаснее случайной: если случайная составляющая вызывает вариацию (разброс) результатов, то систематическая – устойчиво их искажает (смещает) Для уменьшения случайной погрешности есть два пути: • повышать точность измерений (уменьшение σХ) • увеличивать число измерений (N) Уменьшать случайную составляющую погрешности целесообразно лишь до тех пор, пока общая погрешность измерений не будет полностью определяться систематической составляющей Δс. 62 6 Точность методов и результатов измерений Пример: Если взять два ряда измерений одной и той же величины, то средние результаты этих рядов, как правило, будут различны. Это расхождение может быть определено случайной или систематической составляющей. Последовательность выявления характера погрешности следующая: 1. Из двух рядов N1 и N2 независимых измерений находят средние арифметические значения 𝑋ത1 и 𝑋ത2 . 2. Определяют значение 𝑁1 𝑆= 1 ∙ 𝑋ത1 − 𝑋𝑖 𝑁1 + 𝑁2 − 2 𝑁2 2 𝑖=1 + 𝑋ത2 − 𝑋𝑗 2 𝑗=1 3. Вычисляют 1 1 𝜎=𝑆∙ + 𝑁1 𝑁2 63 6 Точность методов и результатов измерений 4. Является или нет разность 𝑋ത1 − 𝑋ത2 > 𝜀 случайной величиной устанавливают из выражения 𝑃 𝑋ത1 − 𝑋ത2 > 𝜀 = 1 − 𝑃𝑡𝑝 ;𝑁 𝑋ത1 − 𝑋ത2 𝜎 где 𝑡𝑝 = ; N=N1+N2-2; Р – доверительная вероятность того, что результат измерения 𝑋ത отличается от истинного на величину не более чем сл, т. е. 𝑋ത − ∆сл < 𝑋 < 𝑋ത + ∆сл (величина Р определяется по таблице Стьюдента) Если Р>0.95, то разность 𝑋ത1 − 𝑋ത2 носит систематический характер. 64 6 Точность методов и результатов измерений 6.8 Оценка погрешностей результатов косвенных измерений При косвенных измерениях искомая величина А функционально связана с одной или несколькими непосредственно измеряемыми величинами (х, y, ... ,t): A = f(x,y,…, t) При косвенных измерениях среднее значение измеряемой величины находят по формуле: 𝐴ҧ = 𝑓(𝑥,ҧ 𝑦, ത … , 𝑡 ҧሻ где Dx ; Dy ;…; Dt — так называемые частные погрешности косвенного измерения 𝐷𝑥 = 𝜕𝐴 𝜎 ; 𝜕𝑥 𝑥 𝐷𝑦 = 𝜕𝐴 𝜎 ;… 𝜕𝑦 𝑦 𝐷𝑡 = 𝜕𝐴 𝜕𝐴 𝜕𝐴 𝜕𝐴 𝜎𝑡 , ; ; … 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑡 — частные производные А по x, y,…, t; x; y ,…, t , …— средние квадратические отклонения результатов измерений величин x, y,…, t . 65 6 Точность методов и результатов измерений Определение погрешности при одной переменной, когда А = F(x). Обозначив абсолютную погрешность измерения величины х через ±Δx , получим A+ΔA = F(x±Δx). Из разложения Тейлора: 𝑑𝐹(𝑥ሻ 𝐴 + ∆𝐴 ≈ 𝐹(𝑥ሻ ± ∙ ∆𝑥 𝑑𝑥 𝑑𝐹(𝑥ሻ ∆𝐴 ≈ ± ∙ ∆𝑥 𝑑𝑥 Относительная погрешность измерения функции: ∆𝐴 ∆𝑥 𝑑𝐹(𝑥ሻ 𝛿= =± 𝐴 𝐹(𝑥ሻ 𝑑𝑥 66 6 Точность методов и результатов измерений Величина А является функцией нескольких переменных: A=F(x, y,...,t) Абсолютная погрешность результата косвенных измерений: ∆𝐴 = 𝑑𝐹 𝑑𝑥 2 ∙ ∆𝑥 2 𝑑𝐹 + 𝑑𝑦 2 ∙ ∆𝑦 2 𝑑𝐹 + ⋯+ 𝑑𝑡 2 ∙ ∆𝑡 2 Частные относительные погрешности косвенного измерения: 𝛿𝑥 = ∆𝑥 𝑑𝐹(𝑥ሻ ± ; 𝐴 𝑑𝑥 𝛿𝑦 = ∆𝑦 𝑑𝐹(𝑦ሻ ± 𝐴 𝑑𝑦 и т. д. Относительная погрешность результата измерений: ∆𝐴 𝛿= = 𝐴 𝛿𝑥2 + 𝛿𝑦2 + ⋯ + 𝛿𝑡2 = 𝑑𝐹 𝑑𝑥 2 ∆𝑥 ∙ 𝐴 2 𝑑𝐹 + 𝑑𝑦 2 ∆𝑦 ∙ 𝐴 2 𝑑𝐹 + ⋯+ 𝑑𝑡 2 ∆𝑡 ∙ 𝐴 67 2 6 Точность методов и результатов измерений 6.9 Правила суммирования случайных и систематических погрешностей Погрешность сложных измерительных приборов зависит от погрешностей отдельных его узлов (блоков). Погрешности суммируются по определенным правилам. Пусть измерительный прибор состоит из m блоков, каждый из которых обладает независимыми друг от друга случайными погрешностями. При этом известны абсолютные значения k или Мk погрешностей каждого блока. 𝑚 𝜎𝑘2 𝑘=1 𝑚 → ∆= 𝑚𝑎𝑥при этом 𝑃 = 𝑚𝑖𝑛 𝑀𝑘 𝑘=1 68 6 Точность методов и результатов измерений Согласно теории ошибок, целесообразнее использовать сложение по квадратическому закону: 𝜎рез = 𝑀рез = 𝑚 𝜎𝑘2 𝑘=1 𝑚 𝑀𝑘 𝑘=1 Относительная погрешность измерений: 𝛿рез = 𝑚 𝛿𝑘2 𝑘=1 69 6 Точность методов и результатов измерений Если существует несколько источников погрешностей, которые на конечный результат измерения влияют неодинаково (или прибор состоит из нескольких блоков с разными погрешностями), в формулу следует ввести весовые коэффициенты ki : 𝛿рез = 𝑘1 ∙ 𝛿1 2 + 𝑘2 ∙ 𝛿2 2 + ⋯ + 𝑘𝑚 ∙ 𝛿𝑚 2 где 1, 2, … , m – относительные погрешности отдельных узлов (блоков) измерительного прибора; k1, k2, … , km - коэффициенты, учитывающие степень влияния случайной погрешности данного блока на результат измерения. При наличии у измерительного прибора (или его блоков) также и систематических погрешностей общая погрешность определяется их суммой: 𝛿общ = 𝛿𝑐(𝑖𝜇ሻ + 𝛿𝑖2 где с(i) – систематическая погрешность от воздействия на i-й блок -го фактора; i - случайные погрешности для i-го блока. 70 6 Точность методов и результатов измерений 6.10 Запись погрешностей и правила округления Установлены следующие правила округления результатов и погрешностей измерений: 1. Результат измерения округляется так, чтобы он оканчивался цифрой того же разряда, что и значение его погрешности. Если десятичная дробь в числовом значении результата измерений оканчивается нулями, то их отбрасывают только до того разряда, который соответствует разряду числового значения погрешности. Например, результат 3.2800 при погрешности 0.001 округляют до 3.280. 2. Если цифра старшего из отбрасываемых разрядов меньше 5, то остающиеся цифры числа не изменяют, лишние цифры в целых числах заменяют нулями, а в десятичных дробях отбрасывают. Например, число 267 245 при сохранении четырех значащих цифр должно быть округлено до 267 200; число 165.245 до165.2. 3. Если цифра старшего отбрасываемого разряда больше или равна 5, но за ней следуют отличные от нуля цифры, то последнюю оставляемую цифру увеличивают на единицу: 1459714600; 123.58124; 4. Если отбрасываемая цифра равна 5, а следующие за ней цифры неизвестны или равны нулю, то последнюю сохраняемую цифру не изменяют, если она четная, и увеличивают, если она нечетная: 10.510; 11.512. 71 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Деятельность по обеспечению единства измерений (ОЕИ) осуществляется в соответствии с: • Конституцией РФ (ст. 71р); • Законом РФ «Об обеспечении единства измерений»; • Постановлением Правительства РФ от 12.02.94 №100 «Об организации работ по стандартизации, обеспечению единства измерений, сертификации продукции и услуг»; • ГОСТ Р 8.000-2000 «Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения»; • другие нормативные акты 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7.1 Основные положения Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» Цели Закона: • защита от недостоверных результатов измерений; • содействие научно-техническому и экономическому прогрессу на основе использования эталонов и результатов измерений гарантированной точности; • создание благоприятных условий для международных и межфирменных связей; • адаптации российской системы измерений к мировой практике. В отличие от зарубежных стран, где федеральные органы устанавливают только основы законодательства об ОЕИ, в РФ эти отношения регулируются лишь федеральными законодательными актами. 73 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Государственное управление ОЕИ Статья 4 Закона определяет орган, осуществляющий государственное управление деятельностью по ОЕИ – Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Единицы величин, средства измерений и выполнение измерений Статьи 6-8 Закона посвящены единицам величин и средствам и методикам выполнения измерений. В статье 9 указано, что измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками выполнения измерений (МВИ) 74 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7.2 Цель и задачи государственной системы обеспечения единства измерений Цель государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) в соответствии с ФЗ № 102 «Об обеспечении единства измерений» — создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений и предоставление всем субъектам деятельности возможности оценивать правильность выполняемых измерений. 75 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Основные задачи ГСИ: • • • • • • • • • • разработка оптимальных принципов управления деятельностью по ОЕИ; организация и проведение фундаментальных научных исследований с целью создания более совершенных и точных методов и средств воспроизведения единиц и передачи их размеров; установление системы единиц величин и шкал измерений, допускаемых к применению; установление основных понятий метрологии, унификация их терминов и определений; установление экономически рациональной системы государственных эталонов; создание, утверждение, применение и совершенствование государственных эталонов; установление систем (по видам измерений) передачи размеров единиц величин от государственных эталонов средствам измерений, применяемым в стране; создание и совершенствование вторичных и рабочих эталонов, комплексных поверочных установок и лабораторий; установление общих метрологических требований к эталонам, средствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений и других требований, соблюдение которых является необходимым условием ОЕИ; разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной техники; 76 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Основные задачи ГСИ: • • • • • • • • • • • осуществление государственного метрологического контроля и надзора; разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов Государственной метрологической службы; аттестация методик выполнения измерений; калибровка и сертификация средств измерений, не входящих в сферы государственного метрологического контроля и надзора; аккредитация метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности; аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля в составе действующих в Российской Федерации систем аккредитации; участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с ОЕИ, и в подготовке к вступлению России в ВТО; разработка совместно с уполномоченными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости (цены) метрологических работ и регулирования тарифов на эти работы; организация подготовки и подготовка кадров метрологов; информационное обеспечение по вопросам ОЕИ; 77 совершенствование и развитие ГСИ. 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Состав государственной системы обеспечения единства измерений ГСИ 78 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Правовая подсистема - комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконных актов, объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к следующим взаимосвязанным объектам деятельности по ОЕИ: • • • • • • • • совокупности узаконенных единиц величин и шкал измерений; терминологии в области метрологии; воспроизведению и передаче размеров единиц величин и шкал; способам и формам представления результатов измерений и характеристик их погрешности; методам оценивания погрешности и неопределенности измерений; порядку разработки и аттестации методик выполнения измерений; комплексам нормируемых метрологических характеристик СИ; методам установления и корректировки межповерочных (рекомендуемых межкалибровочных) интервалов; 79 7 Законодательные и нормативные основы метрологии • порядку проведения испытаний в целях утверждения типа СИ и сертификации СИ; • порядку проведения поверки и калибровки СИ; • порядку осуществления метрологического контроля и надзора; • типовым задачам, правам и обязанностям метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц; • порядку аккредитации метрологических служб; • порядку аккредитации лабораторий; • терминам и определениям по видам измерений; • государственным поверочным схемам; • методикам поверки (калибровки) СИ; • методикам выполнения измерений. 80 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Техническая подсистема представлена совокупностью: • межгосударственных, государственных эталонов, эталонов единиц величин и шкал измерений; • стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; • стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов; • средств измерений и испытательного оборудования, необходимых для осуществления метрологического контроля и надзора; • специальных зданий и сооружений для проведения высокоточных измерений в метрологических целях; • научно-исследовательских, эталонных, испытательных, калибровочных и измерительных лабораторий. Организационная подсистема представлена метрологическими службами. 81 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7.3 Органы и службы по метрологии Российской Федерации Государственная политика и нормативноправовое регулирование в сфере обеспечения единства измерений осуществляется федеральным органом по техническому регулированию — Министерством промышленности и энергетики РФ (Минпромэнерго России). Указанный федеральный орган принимает в области метрологии следующие нормативные правовые акты: • правила создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин; • метрологические правила и нормы; • порядок представления средств измерений на поверку и испытания, а также установления интервалов между поверками. 82 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) Осуществляет: • руководство деятельностью Государственной метрологической службы и государственных справочных метрологических служб; • определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений; • ведение государственного реестра утвержденных типов средств измерений; • государственный метрологический надзор. 83 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Службы по метрологии Закон определяет состав и компетенцию Государственной метрологической службы и иные государственные службы ОЕИ (ст.10). Государственная метрологическая служба выполняет работы по ОЕИ в масштабах страны и включает: • государственные научные метрологические центры (ВНИИМ, ВНИИФТРИ, СНИИМ, УНИИМ и др.); • территориальные органы ГМС. К иным государственным службам ОЕИ относятся: • Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ); • Государственная служба стандартных образцов состава и свойств вещества и материалов (ГССО); • Государственная служба стандартных справочных данных и физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД). 84 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Службы по метрологии Государственная метрологическая служба подчиняется по вертикали только Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии, в рамках которого она существует обособленно и независимо. Метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц (ст. 11 Закона) создаются в необходимых случаях для выполнения работ по ОЕИ. При выполнении работ в некоторых сферах деятельности в соответствии со ст.13 Закона (здравоохранение, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности труда, торговые операции, оборона и др.) создания метрологических служб является обязательным. 85 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7.4 Государственный метрологический контроль и надзор Цель, объекты и сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) осуществляется ГМС с целью проверки соблюдения правил законодательной метрологии: закона об обеспечении единства измерений, государственных стандартов, правил по метрологии и других НД. 86 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Структура деятельности ГМКиН ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ Государственные научные метрологические центры и органы ГМС НАДЗОР КОНТРОЛЬ за количеством товаров, фасованных в упаковки любого вида УТВЕРЖДЕНИЕ ТИПА за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций за выпуском, состоянием и применением СИ, аттестованными МВИ, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм ПОВЕРКА ЛИЦЕНЗИРОВАНИЕ НАРОДНОЕ ХОЯЙСТВО (экология, здравоохранение, безопасность, торговля и т.д.) 87 7 Законодательные и нормативные основы метрологии В соответствии со ст. 13 вышеназванного Закона ГМКиН распространяется на строго ограниченные сферы (их 23), объединенные в 10 направлений: 1. здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, обеспечение безопасности; 2. торговые операции и взаимные расчеты между покупателем и продавцом, в том числе операции с применением игровых автоматов и устройств; 3. государственные учетные операции; 4. обеспечение обороны государства; 5. геодезические и гидрометеорологические работы; 6. банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции; 7. продукция, поставляемая по государственным контрактам в соответствии с Федеральным законом от 13.12.1994 № 60-ФЗ «О поставках продукции для федеральных государственных нужд»; 8. испытания и контроль качества продукции на соответствие обязательным требованиям ГОСТов; 9. измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитража, других органов государственного управления; 10. регистрация национальных и международных спортивных рекордов. 88 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Согласно ФЗ «Об обеспечении единства измерений» условно можно обобщить три сферы действия ГМКиН : 1. области с повышенной социальной и экономической значимостью (обеспечение обороноспособности и безопасности государства, безопасность труда, продукции, услуг, процессов, здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды); 2. области, в которых возможно столкновение интересов двух и более сторон (торговля, транспортирование, регистрация рекордов); 3. области, связанные с так называемыми измерениями (государственные учетные операции, налоговые, таможенные, почтовые операции, измерения, проводимые по поручению судов). 89 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Государственный метрологический контроль включает: • утверждение типа средств измерений; • поверку средств измерений, в том числе эталонов; • лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению и ремонту средств измерений. Утверждение типа СИ – решение (уполномоченного на это государственного органа управления) о признании типа СИ узаконенным для применения на основании их испытаний государственным научным метрологическим центром или другой организацией, аккредитованной на этот вид деятельности Решение утверждается и удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип СИ вносится в Государственный реестр СИ. 90 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Поверка СИ – установление органом ГМС (или другим официально уполномоченным на то органом, организацией) пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Перечни групп СИ, подлежащих поверке, утверждаются в установленном порядке. Право поверки СИ может быть предоставлено аккредитованным метрологическим службам юридических лиц. Положительные результаты поверки СИ удостоверяются поверительным клеймом или свидетельством о поверке. 91 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Поверительное клеймо может наноситься как на приборы, так и на сопроводительные документы на приборы (паспорта, технические описания и т.п.). Поверительные клейма должны содержать следующую информацию: • знак федерального органа по метрологии РФ — Росстандарта России; • условный шифр органа ГМС (например, функционирующая под контролем Ростест — Москва МС ООО «Научно-производственное предприятие КИПКонтроль» имеет шифр «БНК»); • две последние цифры года применения клейма; • индивидуальный знак поверителя (одна из букв, взятых из русского, латинского или греческого алфавита). 92 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Пример поверительного клейма 93 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Поверительное клеймо может наноситься как на приборы, так и на сопроводительные документы на приборы (паспорта, технические описания и т.п.). Различают несколько видов поверки: • первичная поверка (подвергаются СИ, изготовленные и отремонтированные в РФ или ввезенные по импорту); • периодическая поверка (приборы, находящиеся в эксплуатации); • внеочередная поверка (проводится в некоторых случаях); • инспекционная поверка – это поверка при осуществлении ГМН. 94 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Внеочередную поверку производят при эксплуатации (хранении) средства измерения в следующих случаях: • повреждение знака поверительного клейма, а также утрата свидетельства о поверке; • ввод в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); • неудовлетворительная работа прибора или проведение повторной настройки после ударного воздействия на СИ. 95 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика видов государственного метрологического контроля Лицензирование – выполняемая в обязательном порядке процедура выдачи лицензии на осуществление деятельности на какой-либо вид деятельности. Деятельность по изготовлению, ремонту, продаже и прокату СИ, применяемых в сферах распространения ГМКиН, может осуществляться юридическими и физическими лицами лишь при наличии лицензии. Основанием для выдачи лицензии служит заявление юридического или физического лица и положительные результаты проверки условий осуществления лицензируемого вида деятельности. 96 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика государственного метрологического надзора Государственный метрологический надзор осуществляется за: • выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм; • соблюдением метрологических правил и норм; • количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций; • количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. 97 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика государственного метрологического надзора Общая характеристика ГМН: Государственный метрологический надзор осуществляется на предприятиях независимо от их подчиненности и форм собственности в виде проверок соблюдения метрологических правил и норм в соответствии с Законом и действующими НД. Деятельность по надзору базируется на следующих принципах: • административная и финансовая независимость органов госнадзора от контролируемых субъектов хозяйственной деятельности; • соблюдение законности при проведении проверок; • компетентность, честность, беспристрастность и ответственность госинспекторов; • объективность выводов и принимаемых решений по итогам госнадзора (неотвратимость наказания юридических и физических лиц за выявленные нарушения); • гласность проводимых проверок и их результатов с сохранением коммерческой тайны и ноу-хау проверяемых субъектов; • выборочность проводимых проверок. 98 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Характеристика государственного метрологического надзора Проверки проводят должностные лица Росстандарта — государственные инспекторы по обеспечению единства измерений РФ. Согласно ст. 20 вышеназванного Закона, государственные инспекторы вправе беспрепятственно при предъявлении служебного удостоверения посещать объекты метрологической деятельности предприятия, относящиеся к сфере распространения государственного надзора. Проверки могут быть самостоятельными, т.е. только органами ГМС, и совместными — с участием другого контрольно-надзорного органа. Проверки могут быть плановыми (периодическими), внеплановыми (внеочередными) и повторными. Результаты каждой проверки оформляются актом, который подписывают все участники проверки. Содержание акта доводят до сведения руководителя предприятия, который его подписывает. При обнаружении нарушений госинспектор составляет предписание об их устранении. 99 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Пример проведения проверки органом ГМС Орган ГМС, осуществляющий проверку не позднее чем за пять дней до ее начала, информирует предприятие, на котором предполагается осуществить проверку, о календарных сроках ее проведения, а также приглашает в случае необходимости представителей других контрольно-надзорных органов. Госинспекторы проверяют: • наличие и полноту перечня СИ, подлежащих ГМКиН; • соответствие состояния СИ и условий их эксплуатации установленным техническим требованиям; • наличие сертификата об утверждении типа СИ; • наличие поверительного клейма или свидетельства о поверке, а также соблюдение межповерочного интервала; • наличие документов, подтверждающих аттестацию методик выполнения измерений; • наличие лицензии на изготовление и ремонт СИ предприятием, занимающимся указанными видами деятельности; • наличие документа, подтверждающего право проведения поверки СИ силами МС данного юридического лица; • наличие документов, подтверждающих органами ГМС аттестацию лиц, осуществляющих поверку СИ, в качестве поверителей; • правильность хранения и применения эталонов, используемых для поверки СИ в соответствии с НД. 100 7 Законодательные и нормативные основы метрологии 7.5 Федеральная служба по аккредитации (Росаккредитация) Является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции национального органа Российской Федерации по аккредитации. Была создана в 2011 году в соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 24 января 2011 г. № 86 «О единой национальной системе аккредитации» Действует на основании Положения о Федеральной службе по аккредитации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 17.10.2011 № 845. 101 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Сфера деятельности 7.5 Федеральная служба по аккредитации (Росаккредитация) формирование единой национальной системы аккредитации осуществление контроля деятельности аккредитованных лиц (Росаккредитация является уполномоченным федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции национального органа Российской Федерации по аккредитации) 102 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Полномочия Росаккредитации 1) проведение аккредитации юридических лиц и индивидуальных предпринимателей в национальной системе аккредитации; 2) федеральный государственный контроль за деятельностью аккредитованных лиц; 3) выдача изготовленных по единой форме бланков сертификатов соответствия; 4) контроль за соблюдением испытательными лабораториями (центрами) принципов надлежащей лабораторной практики, соответствующих принципам надлежащей лабораторной практики Организации экономического сотрудничества и развития; 5) формирование, ведение и предоставление сведений из указанных реестров: - единого реестра сертификатов соответствия; - единого реестра деклараций о соответствии; - реестра деклараций о соответствии продукции, включенной в единый перечень продукции, подлежащей декларированию соответствия; - реестра выданных сертификатов соответствия на продукцию, включенную в единый перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации; - национальной части Единого реестра выданных сертификатов соответствия, оформленных по единой форме; 103 7 Законодательные и нормативные основы метрологии Полномочия Росаккредитации - национальной части Единого реестра зарегистрированных деклараций о соответствии, оформленный по единой форме; - национальной части Единого реестра органов по сертификации и испытательных лабораторий (центров) Таможенного союза; - реестра аккредитованных лиц; - реестра экспертов по аккредитации; - реестра технических экспертов; - реестра экспертных организаций; - реестра испытательных лабораторий (центров), соответствующих принципам надлежащей лабораторной практики, соответствующим принципам надлежащей лабораторной практики Организации экономического сотрудничества и развития. 6) иные полномочия в установленной сфере деятельности. 104
