Роль метрологического обеспечения в управлении качеством продукции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Научно-технические основы метрологического обеспечения

Можно выделить следующие  основные определения в области  метрологии:

     - единица физической  величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1 (например, 1 метр, 1 килограмм и т.д.);

     - система единиц  физических величин – совокупность  основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами;

     - эталон единицы  – средство измерений (мера, прибор, измерительная система), обеспечивающее реализацию, хранение, воспроизведение и передачу единицы физической величины с известной точностью;

     - результат  измерения – значение, приписываемое  величине, полученной путем измерения. Необходимо сказать о том, что в действительности при измерениях получают «условно истинное значение измеряемой физической величины», которое приближается к истинному значению и поэтому может быть использовано вместо него. Условность истинности заключается в погрешностях, обусловленных прибором, методикой измерений, обработкой результатов измерений, а также в недостаточности наших знаний о физической природе исследуемых процессов.

     - погрешность  результата измерений – отклонение  результата измерений от условно истинного (действительного) значения измеряемой величины [4, с. 221].

Далее рассмотрим более подробно данные понятия.

Физической величиной  называется одно из свойств физического  объекта (явления, процесса), которое  является общим в качественном отношении  для многих физических объектов, отличаясь  при этом количественным значением.

Каждая физическая величина имеет свои качественную и количественную характеристики. Качественная характеристика определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство «прочность» в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как количественное значение прочности для каждого из них совершенно разное. Для выражения количественного содержания свойства конкретного объекта употребляется понятие «размер физической величины». Этот размер устанавливается в процессе измерения.

Целью измерений является определение значения физической величины - некоторого числа принятых для  нее единиц (например, результат  измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.).

Различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины. Истинное значение физической величины - это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению. Действительное значение физической величины - это значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Измеренное значение физической величины - это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений.

Для каждого параметра  продукции должны соблюдаться требования:

     - корректность  формулировки измеряемой величины, исключающая возможность различного толкования (например, необходимо четко определять, в каких случаях определяется «масса» или «вес» изделия, «объем» или «вместимость» сосуда и т.д.);

     - определенность  подлежащих измерению свойств объекта (например, температура в помещении не более ...°С  допускает возможность различного толкования. Необходимо так изменить формулировку требования, чтобы было ясно, установлено ли это требование к максимальной или к средней температуре помещения, что будет в дальнейшем учтено при выполнении измерений);

Существует несколько определений понятия «измерения», каждое из которых описывает какую-нибудь характерную особенность этого многогранного процесса. В соответствии с ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения» измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Измерения в зависимости  от способа получения числового  значения измеряемой величины делятся на прямые и косвенные. Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например, измерение длины линейкой, температуры термометром и т.п. Косвенные измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Например, площадь прямоугольника определяют по результатам измерения его сторон, плотность твердого тела определяют по результатам измерений его массы и объема и т.п.

Наибольшее распространение  в практической деятельности получили прямые измерения, т.к. они просты и могут быть быстро выполнены. Косвенные измерения применяют тогда, когда нет возможности получить значение величины непосредственно из опытных данных.

Физическая величина, которой  по определению присвоено числовое значение, равное единице, как уже отмечалось ранее, называется единицей физической величины. Разные единицы одной и той же величины отличаются друг от друга своим размером. Так, размер килограмма в тысячу раз больше размера грамма, размер минуты в шестьдесят раз больше размера секунды.

Для большинства величин  единицы получают по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами. В этом случае единицы величин будут выражаться через единицы других величин. Например, единица скорости - метр в секунду, единица плотности - килограмм на метр в квадрате. Единицы, образованные с помощью формул, называют производными единицами.

Единицы физических величин  объединяются по определенному принципу в системы единиц. Эти принципы заключаются в следующем: произвольно устанавливают единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и по формулам через основные получают все производные единицы для данной области измерений. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

Многообразие систем единиц для различных областей измерений  создавало трудности в научной и экономической деятельности, как в отдельных странах, так и в международном масштабе. Поэтому возникла необходимость в создании единой системы единиц, которая включала бы в себя единицы величин для всех разделов физики. В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная система единиц (СИ). В нашей стране Международная система единиц применяется с 1 января 1963 года.

Главными единицами физических величин в международной системе  единиц являются: единица длины - метр (м), единица массы - килограмм (кг), единица времени - секунда (с), единица силы электрического тока - ампер (А), единица термодинамической температуры - кельвин (К), единица силы света - кандела (кд), единица количества вещества - моль (моль) [4, с. 178].

В настоящее время применение единиц физических величин в России узаконено Конституцией РФ и Законом РФ «Об обеспечении единства измерений». В практической деятельности следует руководствоваться единицами физических величин, регламентированными ГОСТ 8.417-81 «Единицы физических величин». В этом стандарте наряду с единицами Международной системы единиц представлены допущенные к применению другие единицы. В стандарте приведены правила написания и обозначения единиц. Эти правила следует использовать при оформлении требований к измерительной информации. Например, обозначения единиц, наименования которых образованы по фамилиям ученых, должны записываться с прописной буквы (220 В, 25 А и др.); при перечислении нескольких измеряемых значений обозначение единиц ставят после последней цифры: 4, 6, 8 мм; помещение обозначений единиц рядом с формулой, выражающей зависимость между величинами, не допускается (пояснения единиц даются отдельно).

Одно из условий обеспечения  единства измерений - выражение результата в узаконенных единицах. Это предполагает не только применение допущенных ГОСТ 8.417-81 единиц, но и обеспечение равенства их размеров. А для этого необходимо обеспечить воспроизведение, хранение единиц физических величин и передачу их размеров всем применяемым средствам измерений, проградуированных в этих единицах.

Средство измерений, предназначенное  для воспроизведения и хранения единицы величины  с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке, называется эталоном. Эталон, утвержденный в качестве исходного для страны, называют государственным эталоном.

В основе создания эталонов лежат фундаментальные исследования. В эталонах воплощены новейшие достижения науки и техники для воспроизведения единиц с максимально возможной точностью. Эталонную базу страны составляет государственные эталоны, которые хранятся в Государственных научных метрологических центрах. Для различных метрологических работ создают вторичные эталоны, значения которых устанавливают по государственному эталону.

Для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим  средствам измерений создана система эталонов, которые по точности подразделяются на разряды, которые показаны на рисунке 1 [4, с. 179]. Передача размеров единиц осуществляется путем поверки или калибровки средств измерений.

Государственные эталоны

Рабочие эталоны

Образцовые средства измерений 

1-го разряда

Образцовые средства измерений 

2-го разряда

Образцовые средства измерений 

3-го разряда

Образцовые средства измерений 

4-го разряда

Рабочие средства измерений

Рисунок 1 - Принципиальная поверочная схема средств измерений

 

Соподчинение Государственного эталона, вторичных, а также системы  разрядных эталонов и рабочих средств измерений установлено государственной поверочной схемой. Поверочная схема - утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений.   Поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части. На чертеже указывают: наименование средств измерений, диапазоны значений физических величин, обозначения и значения погрешностей, наименования методов поверки. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы.

Средство измерений  представляет собой техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики. К средствам измерений относятся: меры, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы.

Мера - это средство измерения, предназначенное для воспроизведения  физической величины заданного размера. К мерам относят, например, гири, концевые меры длины. Меры, воспроизводящие физическую величину одного размера, называются однозначными. Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера (например, линейка с миллиметровыми делениями), называются многозначными

Особую категорию средств  измерений составляют стандартные  образцы состава и свойств  веществ и материалов. Например, образцы свойств: образец твердости, образец цвета и др., и образцы состава: чистые металлы, образцы марки стали, газовые смеси и др. Стандартный образец - средство измерений в виде вещества (материала), состав и свойства которого установлены при метрологической аттестации.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для  выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы по способу получения результата измерений подразделяют на показывающие (аналоговые и цифровые) и регистрирующие (самопишущие и печатающие).

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств  измерений (мер, измерительных приборов) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте.

Измерительная система - совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связей, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки передачи и (или) использования в автоматических системах управления [8, с. 166].

По метрологическому назначению средства измерений подразделяют на два вида: рабочие средства измерений, которые предназначены для получения результатов измерений при решении различных производственных задач; эталоны, которые предназначены для воспроизведения, хранения и передачи размеров единиц рабочим средствам измерений. Государственные и рабочие эталоны хранят и применяют Государственные научные метрологические центры. Эталоны (бывшие образцовые средства измерений) предназначены только для передачи размеров единиц, их хранят и применяют органы государственной метрологической службы и метрологические службы юридических лиц. Поэтому увязка рабочих средств измерений с Государственным эталоном является исключительно метрологической задачей и выполняют эту задачу аттестованные в установленном порядке специалисты.