Московский государственный университет печати

Козлов М.Г.


         

Метрология и стандартизация

Учебник


Козлов М.Г.
Метрология и стандартизация
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Предисловие

Часть I. МЕТРОЛОГИЯ

1.

Введение в метрологию

1.1.

Исторические аспекты метрологии

1.2.

Основные понятия и категории метрологии

1.3.

Принципы построения систем единиц физических величин

1.4.

Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения

1.5.

Измерительные приборы и установки

1.6.

Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений

1.7.

Физические константы и стандартные справочные данные

1.8.

Стандартизация в обеспечении единства измерений. Метрологический словарь

2.

Основы построение систем единиц физических величин

2.1.

Системы единиц физических величин

2.2.

Формулы размерности

2.3.

Основные единицы системы СИ

2.4.

Единица длины системы СИ - метр

2.5.

Единица времени системы СИ - секунда

2.6.

Единица температуры системы СИ - Кельвин

2.7.

Единица силы электрического тока системы СИ - Ампера

2.8.

Реализация основной единицы системы СИ - единицы силы света - канделы

2.9.

Единица массы системы СИ - килограмм

2.10.

Единица количества вещества системы СИ - моль

3.

Оценка погрешностей результатов измерения

3.1.

Введение

3.2.

Систематические погрешности

3.3.

Случайные погрешности измерений

Часть II. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

4.

Введение в измерительную технику

5.

Измерения механических величин

5.1.

Линейные измерения

5.2.

Измерения шероховатости

5.3.

Измерения твердости

5.4.

Измерения давления

5.5.

Измерения массы и силы

5.6.

Измерения вязкости

5.7.

Измерение плотности

6.

Измерения температуры

6.1.

Методы измерения температуры

6.2.

Контактные термометры

6.3.

Неконтактные термометры

7.

Электрические и магнитные измерения

7.1.

Измерения электрических величин

7.2.

Принципы, лежащие в основе магнитных измерений

7.3.

Магнитные преобразователи

7.4.

Приборы для измерения параметров магнитных полей

7.5.

Квантовые магнитометрические и гальваномагнитные приборы

7.6.

Индукционные магнитометрические приборы

8.

Оптические измерения

8.1.

Общие положения

8.2.

Фотометрические приборы

8.3.

Спектральные измерительные приборы

8.4.

Фильтровые спектральные приборы

8.5.

Интерференционные спектральные приборы

9.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

9.1.

Особенности измерения состава веществ и материалов

9.2.

Измерения влажности веществ и материалов

9.3.

Анализ состава газовых смесей

9.4.

Измерения состава жидкостей и твердых тел

9.5.

Метрологическое обеспечение физико-химических измерений

Часть III. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

10.

Организационные и методические основы метрологии и стандартизации

10.1.

Введение

10.2.

Правовые основы метрологии и стандартизации

10.3.

Международные организации по стандартизации и метрологии

10.4.

Структура и функции органов Госстандарта РФ

10.5.

Государственные службы по метрологии и стандартизации РФ

10.6.

Функции метрологических служб предприятий и учреждений, являющихся юридическими лицами

11.

Основные положения государственной службы стандартизации РФ

11.1.

Научная база стандартизации РФ

11.2.

Органы и службы систем стандартизации РФ

11.3.

Характеристика стандартов разных категорий

11.4.

Каталоги и классификаторы продукции как объект стандартизации. Стандартизация услуг

12.

Сертификация измерительной техники

12.1.

Основные цели и задачи сертификации

12.2.

Термины и определения, специфические для cертификации

12.3.

12.3. Системы и схемы сертификации

12.4.

Обязательная и добровольная сертификация

12.5.

Правила и порядок проведения сертификации

12.6.

Аккредитация органов по сертификации

12.7.

Сертификация услуг

Заключение

Приложения

Указатели
12   именной указатель
583   предметный указатель
145   указатель иллюстраций

В начале книги упоминалось, что научно-техническое законодательство является одним из самых главных направлений деятельности метрологов-специалистов, занимающихся обеспечением единства измерений. Изложенные выше приемы и методы обеспечения единства измерений, как ни в одной другой науке зависят от того, насколько полно реализовано согласие участников процесса измерений пользоваться теми или иными представлениями о физических величинах и о размере их единиц. Известный произвол имеет место в выборе основных единиц, в определении производных величин и единиц, в способах построения различных шкал, в физическом представлении характеристик, определяемых органами чувств человека, например в акустике или в оптике. Практически любой вид измерения в каком-либо разделе требует консенсуса специалистов для того, чтобы измерения, проведенные в разных местах разными специалистами, были бы сопоставимы друг с другом.

Естественно, что многие договоренности требовали общественного обсуждения для дальнейшего признания. Договоренности оформлялись в виде документов, которые в современном обществе получили название стандартов. Вообще слово Стандарт«стандарт» (в английской транскрипции «standard») имеет смысл не только законодательного документа. Стандартом, например, в США может считаться эталон или образцовое средство измерения, стандартом называют стандартный образец состава и свойств веществ и материалов. То же самое название в США применимо к стандартным справочным данным, а также к стандартным измерительным процедурам, которые у нас в стране называются методиками выполнения измерений. Именно поэтому понятия стандарта и Стандартизациястандартизации в настоящее время применяется не только и не столько в законодательной Метрологияметрологии, но и как единый для многих пользователей набор понятий, измерительной техники, приемов и методов обеспечения сопрягаемости и взаимозаменяемости деталей машин и т. д. В настоящее время стандартизация часто используется в оценке качества не только измерительной техники, но и товаров широкого потребления и даже в сфере услуг, в маркировке и упаковке товара.

На эту тему к настоящему моменту написано множество различных учебников и пособий. В большинстве из них метрология рассматривается как одна из сфер внимания служб стандартизации. Это связано, по-видимому, с тем, что наша страна сравнительно недавно (чуть более 10 лет назад) начала активное вхождение во многие международные организации по стандартизации. Например, наша страна являлась членом-учредителем Метрической конвенции, принятой в 1875 г. Одним из институтов Международного Бюро по Мерам и Весам (МБМВ) являлся Институт Метрологии (ВНИИМ) им. Д.И. Менделеева. В списке институтов МБМВ этот институт имеет узаконенное название - IMM - Institute Metrology Mendeleev. Все годы советской власти наша страна платила взносы в МБМВ, принимала участие в некоторых международных работах МБМВ, участвовала в заседаниях конференций МБМВ. Однако наряду с этим была создана система стандартизации стран Совета Экономической Взаимопомощи - система стандартизации СЭВ. Создавались эталоны СЭВ, стандарты СЭВ, проводились конференции и совещания по системе стандартов СЭВ. В стране появились более 10 научных центров по метрологии и около 150 центров стандартизации и метрологии, работающих в области обеспечения единства измерений на территории СССР. Было издано огромное количество документов - ГОСТов, регламентирующих очень многие процедуры и правила метрологического назначения. С международными стандартами ГОСТы СССР согласовывались очень редко.

В существовавшей в СССР системе стандартизации было несколько слабых моментов. Первый и самый главный из них - это попытка законодательного обеспечения качества промышленной продукции при отсутствии рыночных отношений. В результате законы, сформулированные в виде ГОСТов, практически не работали, поскольку подавляющее число производителей товарной продукции было монополистами. Товар любого качества находил сбыт по той простой причине, что другого не было.

Большое количество документов и центров стандартизации привело к тому, что для многих важных в метрологии моментов можно было найти противоречащие друг другу документы. Характерно в этом плане вспомнить приведенное в первом разделе определение понятий «эталон», «исходное образцовое средство» и «установка высшей точности». В разных метрологических центрах страны эти понятия толковались и применялись по-разному. Институты Москвы считали, что эталоном может быть только то, что создано в столице. ВНИИМ им. Менделеева считал, что эталоны должны создаваться только в центре, признанном в МБМВ, т. е. в Санкт-Петербурге. Другие институты считали, что должны учитываться другие критерии, например количество средств измерения данного типа или принадлежность эталона к воспроизведению основных единиц системы СИ.

В результате такого усложнения и практически децентрализации основных моментов в метрологии пользователю было трудно разобраться, какому центру или какому документу следует отдать предпочтение. Очевидно было, что одними законодательными актами проблему стандартизации и метрологии не решить.

Одной из попыток решить проблему качества промышленной продукции, в том числе и измерительной техники, было введение в 80-х г. государственной приемки. Эта функция служб стандартизации СССР состояла в том, что на многие (но не на все!) предприятия были направлены государственные контролеры. Их работа оплачивалась из государственного бюджета, территориально они находились на предприятиях, но руководству предприятий не подчинялись. Такая система просуществовала всего несколько лет и с гибелью своей уничтожила многие предприятия, которые сами по себе работали достаточно хорошо, но в своей работе использовали некачественные комплектующие изделия и материалы с других предприятий. С гибелью предприятий без работы оказалась и госприемка.

Наступившая «перестройка» в 90-х г. широко открыла возможности интеграции с международными организациями и центрами стандартизации и метрологии. Стали налаживаться контакты с центрами стандартизации США и Европы, Российская Федерация резко усилила активность деятельности в международных организациях по стандартизации и метрологии. Система стандартов СЭВ потеряла свою актуальность, а российская система стандартизации избавилась от совершенно ненужной структуры. Отпала необходимость законодательно регулировать качество продукции -большую часть этой проблемы решили продекларированные руководством РФ рыночные отношения. Тем не менее, при такой серьезной трансформации системы стандартизации и метрологии не обошлись без отрицательных моментов. Распахнув двери для международной торговли, мы практически разрешили импорт некачественных товаров, поскольку службы стандартизации были не готовы к очень многим процедурам, которые в настоящее время вылились в понятие сертификации, т. е. государственной проверке соответствия качества товаров международным стандартам и стандартам РФ.

Документы и законы последних лет направлены на то, чтобы все отрасли национального хозяйства развивались бы в соответствии с международными требованиями и правилами. Широко развитая структура институтов и центров Госстандарта РФ позволяет эту проблему решить. Нужно надеяться на то, что функционирующая в настоящее время система стандартизации и метрологии не утонет в огромном количестве документов, регламентирующих деятельность производителей во всех мелочах. Рыночные отношения позволяют большое число проблем решить способом, реализованным во многих странах, где некачественную продукцию просто невозможно продать, поскольку есть конкурирующие производители. В этом случае службы стандартизации и метрологии будут иметь возможность сосредоточить свои усилия на наиболее важных документах при тесном контакте с международными организациями по стандартизации и метрологии. В данном разделе будут рассмотрены существо понятий стандартизации и сертификации применительно к проблемам обеспечения единства измерений физических величин. Логика изложения требует, чтобы традиционные для метрологии вопросы, связанные с торговлей, с обмером и обвесом, рассматривались отдельно. По этой причине законы о стандартизации и о других связанных с нею вопросах, ниже рассматриваются в применении к измерительной технике.

В связи с распадом СССР и образованием нескольких самостоятельных государств большие изменения произошли в структуре и функциях системы стандартизации Российской Федерации. За границей нашего государства оказались институты и центры стандартизации Украины и Прибалтики. За пределами страны оказался и крупный метрологический институт Госстандарта СССР, за которым была закреплена область метрологии по измерению состава и свойств материалов - Научно-производственное объединение ИСАРИ (Тбилиси).

Государственная система стандартизации Российской Федерации (ГСС РФ) начала переформирование в 1992 г. В первую очередь изменения коснулись тех видов измерения, которые были закреплены за организациями, расположенными вне пределов РФ. Это, во-первых, Измерения физико-химическиефизико-химические измерения, головная роль в которых окончательно перешла в Санкт-Петербург во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Во-вторых, это проблема Метрологияметрологии и Стандартизациястандартизации, имеющие отношения к газодобывающей и топливной промышленности.

На данный момент можно считать, что процесс взаимораспределений обязанностей по метрологическому обеспечению измерительной техники в нашей стране в общих чертах завершился. Основой современной системы стандартизации являются следующие моменты:

  1. Техническое законодательство.

  2. Государственные стандарты, общегосударственные классификаторы технической информации.

  3. Международные и региональные стандарты, правила, нормы и рекомендации по стандартизации.

  4. Стандарты отраслей и стандарты научно-технических и инженерных обществ.

  5. Стандарты предприятий и технические условия. Основополагающих законов, регламентирующих деятельность органов системы стандартизации можно указать несколько.

В первую очередь это закон РФ «О стандартизации». Закон определяет меру государственной защиты интересов потребителей государства посредством разработки нормативных документов по стандартизации. В законе разъясняются сущность и цели стандартизации. Определены основные положения по организации работы по стандартизации, согласно которым государственное управление стандартизацией осуществляет Госстандарт РФ. Другие государственные органы участвуют в работах по стандартизации в меру их компетенции. Для разработки некоторых документов по стандартизации могут привлекаться субъекты хозяйственной деятельности.

Отдельным разделом в законе «О стандартизации» определены требования к нормативным документам, регламентирующим деятельность служб стандартизации различных уровней. Определено содержание, порядок разработки и порядок внедрения государственных стандартов (ГОСТ, ГОСТ Р), отраслевых стандартов (ОСТ), стандартов предприятий (СТП), стандартов общественных объединений. Основное требование к Стандарт отраслевойотраслевым стандартам и Стандарт предприятийстандартам предприятий - они не должны нарушать обязательные требования Стандарт государственныйгосударственных стандартов.

В законе «О стандартизации» определены понятия и роль органов государственного контроля и надзора за соблюдением требований государственных стандартов. В функции органов надзора и контроля входят такие важные в метрологии процедуры, как поверка средств измерений, лицензирование выпуска продукции, утверждение типа средств измерений.

Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» является более детальным документом, определяющим роль метрологии в системе стандартизации РФ. Закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений и направлен на защиту населения от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

В законе определены термины, специфические для обеспечения единства измерений, например:

  • Единство измерений единство измерений - состояние измерении, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью;

  • Эталон единицы величины эталон единицы величины - средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы с целью передачи ее размера другим средствам измерения;

  • Нормативный документ нормативные документы - государственные стандарты, применяемые в установленном порядке международные стандарты, правила, положения, инструкции и рекомендации;

  • Метрологическая служба метрологическая служба - совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений;

  • Метрологический контроль и надзор метрологический контроль и надзор - деятельность, осуществляемая органом метрологической службы в целях проверки соблюдения метрологических правил и норм;

  • Поверка средств измерений поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых метрологической службой с целью определения и подтверждения соответствия средства измерения установленным техническим требованиям;

  • Калибровка средств измерения калибровка средств измерения - совокупность операций, выполняемых с целью определения или подтверждения метрологических характеристик и пригодности к применению средства, не подлежащего метрологическому контролю и надзору;

  • Сертификат об утверждении типа средства измерения сертификат об утверждении типа средства измерения - документ, выдаваемый уполномоченным на то государственным органом и удостоверяющий, что данный тип средства измерения утвержден в порядке, предусмотренным действующим законодательством;

  • Аккредитация на право поверки средств измерений аккредитация на право поверки средств измерений - официальное признание уполномоченным на то государственным органом полномочий на выполнение поверочных работ;

  • Лицензия на изготовление (ремонт, продажу, прокат) средства измерения лицензия на изготовление (ремонт, продажу, прокат) средства измерения - документ, удостоверяющий право заниматься указанными видами деятельности, выдаваемый юридическим и физическим лицам органом государственной метрологической службы;

  • Сертификат о калибровке сертификат о калибровке - документ, удостоверяющий факт и результаты калибровки средства измерения.

В первом разделе закона установлено, что государственным управлением обеспечения единства измерения занимается Госстандарт России. Дан перечень задач по обеспечению единства измерений, решаемых Госстандартом РФ. Среди них межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений в стране, определение общих требований и правил, применяемых к средствам измерений и к результатам измерений. Госстандарт осуществляет государственный метрологический надзор и контроль, руководит деятельностью Государственной метрологической службы, контролирует соблюдение условий международных работ, участвует в международных работах по вопросам обеспечения единства измерений. Госстандарт утверждает нормативные документы по обеспечению единства измерений.

Закон «Об обеспечении единства измерений» предписывает использование величин и единиц, рекомендованных Международной организацией законодательной метрологии (МОЗМ). Допускается по разрешению правительства РФ применять внесистемные единицы величин. Аппаратурной и методической основой обеспечения единства измерений являются эталоны единиц величин, средства измерения и методики выполнения измерений.

В законе «Об обеспечении единства измерений» определены функции государственных научных центров (институтов) Госстандарта и территориальных органов Госстандарта в составе РФ, определены основные направления деятельности Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), государственной службы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО), государственной службы стандартных справочных данных (ГССД). Для осуществления единства измерений предусмотрена возможность организации метрологической службы на предприятиях и в учреждениях, являющихся юридическими лицами. Метрологический контроль и надзор осуществляется службами юридических лиц путем калибровки средств измерений, надзора за применением средств измерений, используемых при калибровке, проверки своевременности представления средств измерений на испытания в целях утверждения типа средств измерения, а также на поверку и калибровку.

В законе сформулирована сущность государственного метрологического надзора и контроля. Метрологический контроль включает в себя утверждение типа средств измерения, поверку средств измерений, лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту и прокату средств измерений. Государственный надзор осуществляется за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками измерений, соблюдением метрологических правил и норм. К функциям Государственного надзора относится то, что традиционно совершали метрологические службы - борьба с обмером и обвесом. На современном официальном языке это называется контролем за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций, и контроль фасованных товаров в упаковке.

Кроме указания общих функций Госнадзора закон регламентирует порядок работ при утверждении типа средств измерений, при поверке, при лицензировании. Определены права и обязанности государственных инспекторов по обеспечению единства измерений. Определена также и ответственность государственных инспекторов за невыполнение или за ненадлежащее выполнение должностных обязанностей.

Последние разделы закона «Об обеспечении единства измерений» регламентируют ту часть системы обеспечения единства измерений, которая может выполняться на территории РФ без участия государственных служб. Речь идете калибровке- метрологической аттестации средств измерений, не подлежащих государственной поверке. Законом определен порядок аккредитации метрологических служб предприятий, являющихся юридическими лицами, на право калибровочных работ с выдачей соответствующих сертификатов.

Законом предусмотрено государственное финансирование деятельности в области обеспечения единства измерений, разработка, совершенствование и хранение государственных эталонов. Государственное финансирование распространяется на фундаментальные исследования в метрологии, на работы, связанные с деятельностью ГСВЧ, ГССО, ГССД. Из федерального бюджета законом предусмотрено финансирование разработки нормативных документов, утверждаемых Госстандартом РФ, а также работы по оснащению территориальных органов Госстандарта и работы по государственному надзору.

Еще одним Законом РФ, определяющим некоторые направления деятельности органов Госстандарта РФ, является «Закон об охране прав потребителей», принятый в 1992 г. за год до принятия закона «Об обеспечении единства измерений», который был подписан президентом РФ в 1993 г. Если рассмотреть содержание закона об охране прав потребителей с точки зрения применения в области метрологии и измерительной техники, то можно выделить несколько основополагающих моментов.

Первый момент - сделан акцент на безопасность услуг и товаров, к которым, безусловно, принадлежит измерительная техника. Во многих, если не в большинстве, измерительных приборах возможно использование электрического напряжения, опасного для здоровья и жизни людей. Многие виды современной вычислительной техники могут представлять опасность для пользователя в силу наличия, например, рентгеновского излучения мониторов компьютеров или ультрафиолетового излучения их экранов. Многие специальные приборы, например ВЧ или СВЧ генераторы, могут представлять опасность для здоровья людей. Список измерительной техники, небезопасной для потребителя, можно продолжать. По этой причине закон об охране прав потребителей предусматривает обязательную сертификацию многих средств измерений на безопасность использования.

Второй важный момент закона об охране прав потребителей касается измерительной техники, поступающей в нашу страну по импорту. В целях качественного использования такой измерительной техники закон предписывает Госстандарту РФ, Министерству экономики и природных ресурсов РФ осуществлять контроль за соответствием импортной техники законам РФ. В первую очередь это касается того, что вся документация должна представляться на русском языке. Для всех импортных средств измерения устанавливается наличие в РФ образцовых средств, т. е. возможность поверки и ремонта. Кроме того, должны быть определены сроки использования измерительной техники, периодичность поверки. Контроль за выполнением указанных требований закона осуществляется при выполнении органами Госстандарта РФ испытаний средства измерения по утвержденной программе, где указанные моменты являются обязательными. При отсутствии каких-либо документов или средств поверки предприятия Госстандарта РФ выполняют эти работы по контрактам с предприятием или фирмой-продавцом. По результатам испытаний средство измерения после утверждения на НТК Госстандарта заносится в Госреестр средств измерений и сопровождается кратким описанием типа со ссылкой на фирму-изготовитель.

Контроль за соблюдением законодательства РФ о защите прав потребителей возложен на Государственный комитет по антимонопольной политике и поддержке новых экономических структур (ГКАП России).

© Центр дистанционного образования МГУП