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

Согласно определению стандарта ИСО-МЭК-2 Стандартизациястандартизация - это деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного исследования в отношении реально существующих или потенциальных задач. В соответствии с определением этого понятия формируются основные понятия стандартизации:

  • Нормативный документ нормативный документ - документ, устанавливающий правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов;

  • Стандарт стандарт - нормативный документ по стандартизации, разработанный на основе согласия по существенным вопросам заинтересованных сторон и утвержденный признанным органом (предприятием);

  • Правило правило (ПР) - документ, устанавливающий обязательные для применения организационно-технические и общетехнические положения, порядки, методы выполнения работ;

  • Рекомендация рекомендации (Р) - документ, содержащий добровольные для применения организационно-технические или общетехнические положения, порядки, методы выполнения работ;

  • Норма норма - положение, устанавливающее количественные или качественные критерии, которые должны быть удовлетворены;

  • Регламент регламент - документ, содержащий правовые нормы и принятый органом власти;

  • Классификатор общероссийский технико-экономической и социальной информации (ОКТЭСИ) общероссийский классификатор технико-экономической и социальной информации (ОКТЭСИ) - официальный документ, представляющий собой систематизированный свод наименований и кодов классификационных группировок и (или) объектов классификации в области технико-экономической и социальной информации.

Стандарты различают в зависимости от сферы действия:

  • международный стандарт;

  • региональный стандарт;

  • государственный стандарт РФ (ГОСТ-Р);

  • межгосударственный стандарт (ГОСТ);

  • стандарт отрасли (ОСТ);

  • стандарт научно-технического или инженерного общества (СТО);

  • стандарт предприятия (СТП).

Термины Регламент«регламент» и Регламент технический«технический регламент» являются родовыми понятиями. К техническим регламентам относятся законодательные акты, постановления Правительства РФ, содержащие требования, нормы и технические характеристики; государственные стандарты в части устанавливаемых в них требований, нормы и правила федеральных органов исполнительной власти. Примером последнего могут служить Строительные нормы и правила, Санитарные нормы и правила, Правила по стандартизации, Метрологияметрологии и Сертификациясертификации Госстандарта РФ и пр.

СтандартизацияСтандартизация как вид человеческой деятельности является результатом стремления отбирать наиболее ценные достижения и использовать их в дальнейшей работе. В измерительной технике это проявляется в создании систем мер и весов, в промышленности - в унификации изделий, в агрегатировании узлов и механизмов, в расчетах - в использовании определенных (стандартных) рядов чисел, в экономике - в единообразии представления информации и т. д. Начиная с древних времен люди стремились отобрать наиболее удачно созданные орудия труда, самые удачные механизмы - от колеса до лазера,- самые ценные технологические процессы и т. д. В итоге были сформированы основные принципы стандартизации.

Можно выделить несколько основных принципов стандартизации.

  1. Сбалансированность интересов сторон, разрабатывающих, изготавливающих и потребляющих продукт деятельности человека. Очевидно, что консенсус в такой цели - проблема сложная хотя бы потому, что разработчик, например, стремится создать наиболее совершенное средство измерения, изготовитель больше заботится о технологичности и стоимости, а потребитель - об удовлетворении потребности в измерениях. То же самое относится и к промышленной продукции и к сфере услуг.

  2. Системность и комплексность стандартизации. Системность - это рассмотрение каждого объекта как части более сложной системы. Например, современный персональный компьютер состоит из узлов и стандартных программ, и при их разработке необходимо обращать внимание на определенные стандартные требования в комплексе.

  3. Динамичность и опережающее развитие стандартизации. Этот принцип сформирован в современных основополагающих законах о стандартизации и состоит в том, что необходимо учитывать возможность появления новых изделий и новых технологических процессов. Новые изделия, не соответствующие действующим стандартам, не смогут эффективно использоваться, если в последних не предусмотрена возможность их появления. В законе «О стандартизации» сформирован принцип опережающего развития стандартизации.

    Тем не менее к реализации этого принципа нужно подходить разумно. История знает случаи, когда в процессе реализации опережающего развития стандартизации опережающего развития стандартизации были созданы государственные эталоны, например эталоны давления, так и не востребованные на практике. Характерным является пример составления прогнозов развития науки и техники, выполненный учеными США незадолго до Второй мировой войны. Практика показала, что по очень многим направлениям прогноз оправдался блестяще. Но в число новых достижений человечества не попали атомная бомба, пенициллин и лазеры. В самом деле, как можно было предсказать появление лазерной техники и разрабатывать для нее эталоны и стандарты, если до 1960 г. считалось, что открытия в оптике «возможны лишь в пятом знаке», т. е. на уровне оптических эффектов, незначительных в сравнении с известными.

    Современным подходом к разрешению этой проблемы является составление обязательных стандартов так, чтобы имелась возможность охватить новые, неизвестные достижения науки и техники. Например, Поверочная схемаповерочные схемы сейчас рекомендуют составлять так, чтобы новой измерительной технике не был бы закрыт путь к потребителю. Для этого средства измерения в поверочной схеме не конкретизируют, а в ряде случаев придают ей не статус обязательного стандарта, а руководящего документа, которым предпочтительно следует пользоваться, не запрещая использование новых средств измерения.

  4. Эффективность стандартизации. Применение стандартов должно давать экономический или социальный эффект. Это достигается экономией ресурсов, повышением надежности, повышением технической и информационной совместимости. Под социальным эффектом понимают факторы, влияющие на экологию, на обеспечение безопасности и здоровья людей.

  5. Приоритетность разработки стандартов, способствующих безопасности, совместимости и взаимозаменяемости продукции и услуг.

  6. Принцип гармонизации. Этот принцип предусматривает разработку гармонизированных стандартов. Это означает, что стандарты всех уровней от международных до стандартов отдельных предприятий должны быть составлены единообразно и без противоречий. Только такой подход обеспечивает беспрепятственное взаимодействие предприятий, министерств, партнеров в международной торговле.

Реализация перечисленных принципов стандартизации базируется на общенаучных и специфических методах. Под методом стандартизации подразумевается совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации. Наиболее широко применяются следующие методы стандартизации:

  • упорядочение объектов стандартизации;

  • параметрическая стандартизация;

  • унификация продукции;

  • агрегатирование;

  • комплексная стандартизация;

  • опережающая стандартизация.

Упорядочение объектов стандартизации Упорядочение объектов стандартизации связано прежде всего с сокращением многообразия комплектующих изделий и готовой продукции. Упорядочение представляют как универсальный метод, состоящий из нескольких подходов: систематизации, селекции, симилификации, типизации и оптимизации. Систематизация заключается в научно обоснованном, последовательном классифицировании объектов стандартизации. Примером результата работ по систематизации может служить Общероссийский классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП), который систематизирует товарную продукцию в виде различных классификационных групп. ОКП представляет собой свод кодов и наименований продукции и состоит из классификационной (К-ОКП) и ассортиментной (А-ОКП) частей. Классификационная часть представляет собой свод кодов и наименований классификационных группировок (класс-подкласс-группа-подгруппа-вид), систематизирующих продукцию по определенным признакам. Ассортиментная часть - свод кодов и наименований, идентифицирующих конкретные марки, типы товаров. В классификационной части продукция разделена по общим признакам, в ассортиментной части - по частным признакам.

Селекция объектов стандартизации Селекция объектов стандартизации - деятельность, заключающаяся в отборе таких конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего применения в производстве.

Симилификация Симилификация -деятельность, заключающаяся в определении конкретных объектов, которые признаются нецелесообразными для использования в дальнейшем в производстве.

Типизация объектов стандартизации Типизация объектов стандартизации - деятельность по созданию типовых объектов - конструкций, технологий, форм документации.

Оптимизация объектов стандартизации Оптимизация объектов стандартизации заключается в нахождении оптимальных главных параметров, а также всех других показателей качества и экономичности.

Параметрическая стандартизация

Параметр продукции Параметр продукции - это количественная характеристика ее свойств. Наиболее важными параметрами являются размерные, весовые, энергетические характеристики продукции. Параметрические ряды измерительных приборов, машин рекомендуется строить согласно системе предпочтительных чисел - набору последовательных чисел, изменяющихся в геометрической прогрессии. Смысл этой параметризации состоит в том, что выбираются параметры, подчиняющиеся строго определенной математической последовательности, а не любых значений по произволу разработчика. В этой области существует ГОСТ 8032 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел». На базе этого документа утвержден ГОСТббЗб «Нормальные линейные размеры», устанавливающий ряды чисел для выбора линейных размеров. ГОСТ 8032 предусматривает четыре основных ряда предпочтительных чисел:

1-й ряд - R 5 - 1,00; 1,60; 2,5;... знаменатель прогрессии <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 1,6.
2-й ряд - R 10 - 1,00; 1,25; 1,60;... знаменатель прогрессии <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 1,25.
3-й ряд - R 20 -1,00; 1,12; 1,25; 1,40;... знаменатель прогрессии <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 1,12.
4-й ряд - R 40 - 1,00; 1,06; 1,12; 1,18;... знаменатель прогрессии <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 1,06.

Предпочтительные ряды чисел позволяют не только унифицировать параметры продукции, но и увязать по параметрам продукцию различных видов - детали машин, комплектующие изделия, транспортные средства, технологическое оборудование.

В радиотехнике давно применяются предпочтительные числа, построенные по рядам Е, принятые Международной электротехнической комиссией (МЭК). Ряды Е состоят из округленных чисел со знаменателем <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 2,2 для ряда Е 3, со знаменателем <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
= 1,5 для ряда Е6 и со знаменателем <?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
=1,2 для ряда Е12. По стандарту Е 6, например, выбираются номиналы резисторов и конденсаторов.

Унификация продукции. Деятельность по рациональному сокращению числа типов деталей, агрегатов одинакового функционального назначения называется унификацией продукции. Основными направлениями унификации являются:

  • разработка параметрических рядов изделий;

  • разработка типовых изделий;

  • разработка унифицированных технологических процессов;

  • ограничение целесообразным минимумом номенклатуры разрешаемых к применению изделий и материалов.

Результаты унификации оформляются по-разному. Это могут быть альбомы типовых конструкций, стандарты типов, параметров, конструкций, марок и т. д. В зависимости от области проведения унификация может быть межотраслевой, отраслевой и заводской. В зависимости от методических принципов осуществления, унификация может быть внутривидовой, межвидовой и межпроектной. Степень унификации характеризуется уровнем унификации продукции - насыщенностью изделия унифицированными и стандартизованными единицами. Коэффициент унификации - показатель уровня унификации определяется как

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16"?>
(11.1)

где n - общее число деталей в изделии, n0 - число оригинальных, разработанных впервые изделий. Коэффициент унификации может рассчитываться по отношению к общемашиностроительному уровню (ОИП), межотраслевому уровню (МП) и отраслевому уровню применения (ОП).

Агрегатирование Агрегатирование. Агрегатирование - это метод создания машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных унифицированных узлов, многократно используемых при создании различных изделий на основе геометрической и фундаментальной взаимозаменяемости. Агрегатирование широко применяется в машиностроении, в радиоэлектронике, в измерительной технике. Расчленение изделий на конструктивно законченные агрегаты явилось первой предпосылкой метода агрегатирования. В настоящее время имеется тенденция создания более крупных агрегатов-модулей.

Стандартизация комплексная Комплексная стандартизация. Комплексная стандартизация есть целенаправленное установление и применение системы взаимоувязанных требований как к объекту стандартизации в целом, так и к его основным элементам. Применительно к промышленной продукции это установление и применение взаимосвязанных по своему уровню требований к качеству готовых изделий и материалов для их изготовления.

Стандартизация опережающая Опережающая стандартизация. Этот метод в сути своей заключается в установлении повышенных по отношению к достигнутому на практике уровню норм и требований к объектам стандартизации, которые согласно прогнозам будут оптимальными в дальнейшее время. Повторим, что положительный эффект опережающей стандартизации может быть достигнут только при достоверных прогнозах. Поскольку риск составить недостоверный прогноз существует всегда, при реализации программ опережающего развития стандартизации нужно подходить к решению задач очень осторожно.

В соответствии с «Законом об обеспечении единства измерений» на территории РФ функционируют региональные органы Государственной метрологической службы, которые проводят работы по связи научных институтов по Стандартизациястандартизации и Метрологияметрологии с потребителем - пользователями измерительной техники. Основной функцией ЦСМ является поверка средств измерения. В связи с этим в ЦСМ сосредоточено большое количество образцовых приборов и образцовых установок. В ряде случаев, когда измерительная задача не требует наличия Государственного эталона, центры стандартизации создают исходные образцовые средства измерений. Практически такие средства измерения (ИОСИ) выполняют функции эталонов, поскольку позволяют воспроизводить, хранить и передавать рабочим приборам размер единицы физической величины с наивысшей возможной точностью. Если в каком-либо регионе имеется большое число измерительной техники, эталон которой находится достаточно далеко от потребителя, территориальные центры стандартизации и метрологии организуют у себя измерительные стенды на уровне точности, соответствующей эталонам-копиям.

На территориальные органы Госстандарта - центры стандартизации и метрологии - возлагается ответственность за осуществление государственного метрологического надзора и контроля на территориях республик в составе РФ, в автономных округах, краях, в областях, в Москве и в Санкт-Петербурге.

Государственный метрологический контроль включает в себя лицензированные деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений. Государственный метрологический надзор осуществляется за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, за соблюдением метрологических правил и норм. В функции территориальных органов входит также контроль за недопущением обмера и обвеса - фактов, на основе которых была создана вся система метрологического обеспечения измерений. В законе о единстве измерений эти функции территориальных органов обозначены как:

  • надзор за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;

  • надзор за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.

Рассматривая функции территориальных органов Госстандарта РФ, имеет смысл рассмотреть организацию системы стандартизации в нашей стране в более широком понимании проблемы, включив в круг рассмотрения всю промышленную продукцию и сферу услуг. Для этого более подробно рассмотрим организацию службы стандартизации и ее функции на территории РФ, выходящие за рамки проблемы обеспечения единства измерений.

Важнейшими структурными элементами Государственной системы стандартизации (ГСС) являются органы и службы стандартизации, комплекс стандартов и система контроля за внедрением и соблюдением стандартов. ГСС РФ начала формироваться в 1992 г. в связи с распадом системы стандартизации стран Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ) и с установлением государственной самостоятельности РФ. Основой ГСС является фонд законов, подзаконных актов и нормативных документов по стандартизации. Этот фонд представляет собой четырехуровневую систему.

    I уровень - Техническое законодательство РФ.

    II уровень - Государственные стандарты и общероссийские классификаторы технико-экономической информации.

    III уровень - Стандарты отрасли и стандарты научно-технических обществ.

    IV уровень - Стандарты предприятий и технические условия.

Правовую основу ГСС представляют законы РФ:

«О стандартизации», «Об обеспечении единства измерений», «О сертификации продукции и услуг».

Ряд положений, регламентирующих деятельность ГСС, изложена в «Законе об охране прав потребителей».

Следует отметить, что законодательная база ГСС РФ находится в стадии становления. Для сравнения: в США только на защиту интересов потребителей принято более 150 законов, в Японии - более 50 общенациональных законов. Существуют, например, законы о питании, о маркировке товаров, о безопасности и т. п. В Европейском Союзе техническое законодательство также очень развито.

Как уже указывалось, государственное управление системой стандартизации в РФ осуществляет Госстандарт РФ. Работы по стандартизации в области строительства организует Государственный комитет по строительной, архитектурной и жилищной политике России (Госстрой РФ). Ряд основополагающих документов по стандартизации вводят Минздрав РФ (санитарные нормы и правила), Госстрой РФ (строительные нормы и правила), Министерство образования РФ и т. д. Руководит и координирует всю эту деятельность Госстандарт РФ через свои территориальные органы (ЦСМ), метрологическая деятельность которых рассмотрена в предыдущей главе. В области общей стандартизации территориальные органы осуществляют надзор и контроль за выполнением требований действующих стандартов, организуют работы по стандартизации и контролю качества продукции на подведомственной им территории.

Государственный контроль и надзор за исполнением требований государственных стандартов осуществляется территориальными органами (ЦСМ). Объектами ГКиН являются продукция, услуги, техническая документация, технологические процессы. Сущность категорий надзора и контроля одна и та же. Отличие имеет место толь ко в полномочиях субъектов, их осуществляющих. Надзор осуществляется в отношении к объектам, не находящимся в ведомственном подчинении органам, которые его осуществляют. Например, должностные лица Госстандарта могут осуществлять в пределах своей компетенции надзор на любом предприятии. Те же действия в отношении к предприятиям Госстандарта являются контролем. То же самое относится к другим государственным органам, которым дано право контролировать выполнение требований стандартов, например комитеты, службы экологии, противопожарной безопасности, охраны труда, охраны здоровья, горного дела, транспорта, торговли, архитектуры и строительств а и т. д.

В тех областях деятельности, где требуется соблюдение Стандарт государственныйгосударственных стандартов, функции контроля и надзора осуществляет Госстандарт РФ. От имени Госстандарта эта работа проводится должностными лицами - государственными инспекторами по надзору за исполнением требований государственных стандартов. Государственные инспекторы осуществляют координацию работ по надзору, которым занимаются в общей сложности 20 различных министерств и ведомств. Эта координация должна обеспечивать согласование планов проверок, проведение комплексных совместных проверок, обмен информацией о результатах проверок, выпуск совместных информационных материалов. Осуществление Государственного контроля и надзора регулируется правилами ПР 50.1.003 и Рекомендациями по стандартизации Р 50.1.005, Р 50.1.006, Р 50.1.013.

Основная форма деятельности ГКиН - выборочная проверка, в процессе которой проверяются основные требования стандартов. При наличии нарушений составляется акт проверки установленной формы, который является основанием для выдачи предписаний о наложении штрафов. Госинспектор при этом выдает субъекту хозяйственной деятельности предписание и направляет информацию о нарушениях соответствующим органам исполнительной власти, другим органам ГКиН, общественным организациям потребителей. В связи с предстоящим широким внедрением в практику сертификации продукции и услуг, т. е. подтверждения их соответствия требованиям стандартов, на органы ГКиН возлагаются функции соблюдения правил подтверждения соответствия путем составления декларации о соответствии качества продукции стандартам на нее.

© Центр дистанционного образования МГУП