Стандартизація118-11A

У метрологічній практиці розрізняють чотири основних типи шкал вимірювання.

1)Шкала найменувань - це свого роду якісна, а не кількісна шкала, вона не містить нуля й одиниць вимірювання. Прикладом може служити атлас кольорів (шкала кольорів). Процес вимірювання полягає у візуальному порівнянні пофарбованого предмета зі зразками кольорів(еталонними зразками атласу кольорів). Оскільки кожен колір має чимало варіантів, таке порівняння під силу досвідченому експертові, що володіє не тільки практичним досвідом, але і відповідними особливими характеристиками зорових можливостей.

2)Шкала порядку характеризує значення вимірюваної величини в балах

(сейсмічна шкала, сили вітру тощо). Вона є монотонно зростаючою або спадаючою і дає змогу більш-менш встановити відношення між величинами, що характеризують вказані властивості. Ця шкала основана наранжуванні – розміщення розмірів в порядку їх збільшення або зменшення з метою отримання вимірювальної інформації.

Недолік шкали порядку – це невизначеність реперних точок, що не дозволяє проводити з ними математичні дії.

Реперні точки – це деякі точки, зафіксовані як опорні.

Шкала

порядку

Рівень знань у навчальних закладах

Успіхи

спортсменів

Сейсмічна

шкала

Шкала

Бофорта

Краще – гірше Менше - більше

Командне місце тощо

Інтенсивність

землетрусів

Сила

вітру

3) Шкала інтервалів (різниці). Вона складається з однакових чітко визначених інтервалів, має одиницю вимірювання і довільно вибраний початок– нульову точку. До таких шкал відноситься літочислення за різними календарями, в яких за початок відліку прийнято або створення світу, або Різдво Христове. Вимірювання часу здійснюється роками (період обертання Землі навколо Сонця), добами (період обертання Землі навколо своєї осі), годинами, хвилинами.

На шкалі інтервалів визначені математичні дії додавання і віднімання інтервалів. Дійсно, за шкалою часу інтервали можна додавати чи віднімати і порівнювати, у скільки разів один інтервал більший від іншого, але складати дати будь-яких подій – просто нісенітниця.

31

Температурні шкали Цельсія, Фаренгейта і Реомюра також є шкалами інтервалів.

В шкалі Цельсія один градус є сотою частиною інтервалу між температурами плавлення льоду та кипіння води. Температурний інтервал між плавленням льоду та кипінням води дляшкали Реомюра становить 80°R, для шкали Фаренгейта - 180°F, причому відлік зміщено на 32°F в бік низових температур.

4) Шкала відносин має природне нульове значення, а одиниця вимірювання встановлюється за узгодженням. Наприклад, шкала маси (звичайно ми говоримо «ваги»), починаючи від нуля, може бути градуйована по-різному в залежності від необхідної точності зважування (технічні й аналітичні ваги).

Це найбільш досконала шкала, так як над отриманими результатами можна виконувати всі алгебраїчні дії.

4. ЗАСОБИ ТА МЕТОДИ ВИМІРЮВАНЬ, ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ

Для практичного вимірюванняодиниці величини застосовують технічні засоби, що називаються засобами вимірювань.

Залежно від конструктивного виконаннязасоби вимірювання поділяють

на:

Міри фізичних величин

Вимірювальні

прилади

засоби вимірювання, розраховані на відтворення фізичної величини заданого розміру (міра довжини – метр, міра маси – гиря)

засоби вимірювання, призначені для отримання значень фізичної величини в установ леному діапазоні у формі, доступній для безпосереднього спостереження

Вимірювальні

перетворювачі

засоби вимірювань, призначенні для перетворення сигналу вимірювальної інформації у форму зручну для обробки, зберігання чи подальших використань (перетворювач для посилення напруги)

Вимірювальні установки і системи

сукупність засобів вимірювань, об’єднаних за функціональною ознакою з допоміжними пристроями, для вимірювання однієї або декількох фізичних величин об’єкта вимірювання

	Вимірювальні	засоби вимірювань, призначені для автома-
		тичного представлення інформації у вигля-
	інформаційні системи
		ді, зручному для використання в системах

управління і регулювання Залежно від призначення, будови, принципу дії, засоби вимірювань мають

різні метрологічні характеристики.

32

Метрологічні характеристики засобу вимірювання- це характеристики властивостей засобу вимірювання, які впливають на результат вимірювання та їх точність.

Метрологічні характеристики, що встановлюються нормативними документами, називаються нормованими метрологічними характеристиками, а ті, що визначаються експериментально - дійсними метрологічними характеристиками.

Основними метрологічними характеристиками є:

-діапазон показань шкали - це область значень шкали приладу, обмежена кінцевим і початковим значеннями шкали;

-діапазон вимірювання - це область значень вимірюваної величини, для якої нормуються припустимі помилки приладу;

-межа вимірювання - це найбільше і найменше значення діапазону вимірювання;

-точність засобу вимірювань – характеристика засобу вимірювань, яка визначається за близькістю його результатів до істинного значення вимірюваної величини;

-чутливість вимірювального засобу – відношення зміни вихідної величи-

ни засобу вимірювання до зміни вхідної величини, яка спричинила цю зміну;

-стабільність засобу вимірювань – це здатність засобу вимірювань зберігати свої метрологічні характеристики в заданих межах протягом заданого -ін тервалу часу. Наприклад, іономер (прилад для виміру pН);

-правильністю засобу вимірювань називається характеристика, яка показує близькість до нуля його систематичних похибок;

-збіжність засобу вимірювань - характеристика якості, яка відображає близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини у однакових умовах;

-відтворюваність засобу вимірювань - характеристика якості, яка відображає близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини, виконаних у різних умовах, різних місцях, різними методами і засобами вимірювань;

-швидкодія засобу вимірювань характеризується часом реагування засобу вимірювання на зміну вхідної вимірюваної величини;

-надійність засобу вимірювань характеризується збереженням безвідмовної роботи протягом заданого достатнього часу.

Узагальненою характеристикою засобу вимірювань є клас точності, який характеризує властивості засобу вимірювань, але не є показником точності виконаних вимірів, оскільки при визначенні погрішності виміру необхідно враховувати погрішності методу, настроювання тощо.

Для точних вимірювань фізичних величин у метрології розроблені способи використання принципів і засобів вимірювальної техніки, застосування яких дозволяє вилучити із результатів вимірювань ряд систематичних і випадкових похибок і позбавити експериментатора необхідності вводити поправки для їх компенсації, а в деяких випадках взагалі одержувати вірогідні результати. Багато способів використання так і залишаються лише способами, їх застосовують лише в окремих, небагатьох випадках. Проте є й такі способи використання, які необхідні при численних вимірюваннях багатьох величин. Коли вони стають загальними, їх називають ме-

тодами вимірювань.

33

Метод вимірювання - сукупність способів використання засобів вимірювальної техніки та принципів вимірювань для створення вимірювальної інформації.

Принцип вимірювання - фізичне явище або сукупність фізичних явищ, які покладені в основу вимірювання певної величини. Наприклад, вимірювання температури за допомогою використання термоелектричного ефекту, зміни електричного опору терморезисторного перетворювача чи зміни тиску термометричної речовини газового термометра тощо.

Вимірювальна інформація - інформація про вимірювані величини та залежності між ними у вигляді сукупності їх значень.

В метрології в процесі вимірювань найширше застосовуютьсяпрямі методи вимірювання, що забезпечують визначення шуканої величини за експериментальними даними.

До прямих методів вимірювання відносяться: метод безпосередньої оцінки, метод порівняння з мірою, метод протиставлення, нульовий (компенсаційний), диференційний та інші.

Метод безпосередньої оцінки полягає в тому, що вимірювальна величина визначається безпосередньо за показниками шкали вимірювального приладу (наприклад, зважування на циферблатних вагах, вимірювання тиску пружинним манометром).

Вимірювання цим методом проводяться дуже швидко, просто і не вимагають високої кваліфікації, оскільки не потрібно ускладнювати вимірювальний прилад і виконувати складні обчислення. Проте точність таких вимірювань невисока через вплив зовнішнього середовища та розмірів шкали приладу.

При проведенні точніших вимірювань слід користуватисяметодом порівняння з мірою, який полягає в тому, що вимірювана величина порівнюється з величиною, відтвореною мірою. Результат вимірювання визначається як сума значень порівняльної міри та показів вимірювального приладу або приймається рівним значенню міри (наприклад, аналітичної ваги).

Метод протиставлення - це метод порівняння з мірою, коли вимірювана і відтворена мірою величини одночасно діють на прилад порівняння, за допомогою якого визначається співвідношення між цими величинами. Значення шуканої величини визначається після досягнення рівноваги за значенням зрівноважуючої величини. Наприклад, на важільних вагах маса зваженого вантажу визначається за масою поставлених ваг.

Нульовий (компенсаційний) метод полягає у порівнянні вимірюваної величини з мірою, а результуючий ефект дії величин на прилад доводиться до нуля. Цей метод широко використовується в автоматичних вимірювальних приладах: автоматичних мостах, потенціометрах, аналізаторах рідин, газів та ін. На результати вимірювань, як правило, майже не впливають зовнішні чинники і джерело живлення вимірювальних електричних схем.

Диференціальний (різницевий) метод полягає в тому, що вимірювальним приладом визначається різниця між вимірюваною величиною і величиноюмірою. Наприклад, вимірювання надмірного тиску в апаратах відносно атмосферного тиску за допомогою диференціального манометра типу ДМ.

34

Метод збіжності є різновидом методу порівняння з мірою і полягає в тому, що різниця між шуканою і відтвореною мірою величинами вимірюється за збігом шкал або періодичних сигналів. Цей метод використовується при вимірюванні точних сигналів часу, частоти обертання тощо.

Крім перелічених методів, у метрологічній практиці використовуються багато інших: інтерферентний - для точних вимірювань лінійних величин, фотоелектричний - у машинобудуванні та інші.

Внаслідок недосконалості методів і засобів вимірювання, впливу умов вимірювання і недосконалості органів почуттів спостерігача, а також багатьох інших факторів виникають погрішності (похибки) вимірювання.

Під похибками вимірювань мають на увазі відхилення результату вимірів від дійсного значення вимірюваної величини.

За способом вираження вони бувають:

-абсолютні;

-відносні.

За характером прояву:

-систематичні;

-випадкові.

За способом обробки вимірювань:

-середньоарифметичні;

-середньоквадратичні.

Випадкові погрішності змінюються випадково при повторних вимірах однієї і тієї ж величини. Систематичні погрішності залишаються постійними або закономірно змінюються при повторних вимірах однієї і тієї ж величини.

Випадкова погрішність не може бути виключена з результатів вимірювання, однак її вплив можу бути зменшений за рахунок повторних вимірювань однієї і тієї ж величини й обробки експериментальних даних.

5. ЕТАЛОНИ

Відтворення, збереження та передача розмірів одиниць проводиться за допомогою еталонів та зразкових засобів вимірювань. Вищою ланкою у метрологічному колі передачі розмірів одиниць вимірювання фізичних величин є

еталони.

Основне призначення еталонів – бути матеріальною базою для відтворення та збереження одиниць фізичних величин.

Міжнародні та національні еталони поділяються на первинні та вторинні еталони.

Первинним називається еталон, за допомогою якого відтворюється одиниця фізичної величини з найвищою точністю відповідно у світі й державі. За точністю відтворення одиниці він є найточнішим. Первинні еталони одиниць основних фізичних величин відтворюють одиниці відповідно до їх визначення, прийнятого Міжнародною конференцією з мір та ваги.

Для відтворення одиниць в особливих умовах, в яких пряма передача розміру одиниці від еталонів технічно неможлива із заданою точністю(високий тиск, температура, частота тощо), розробляються та затверджуються спеціальні еталони.

35

Первинні та спеціальні еталони офіційно затверджуються для держави як первинні і називаютьсядержавними еталонами. Державні еталони затверджуються Держспоживстандартом, і на кожний з них ухвалюється державний стандарт. Державні еталони зберігаються у метрологічних інститутах або центрах держави, а для проведення робіт з ними призначаються відповідальні вчені, зберігачі еталонів.

У метрологічній практиці широко використовуютьвторинні еталони, значення яких встановлюється за найточнішими первинними еталонами.

За своїм метрологічним призначеннямвторинні еталони поділяються на еталони-копії, еталони передавання, еталони-свідки та робочі еталони.

Еталон-копія є вторинним еталоном, призначеним для зберігання одиниці та передачі її розміру робочим еталонам. Він не завжди може бути фізичною копією державного еталону.

Еталон передавання — вторинний еталон, який призначений для звіряння еталонів, котрі з тих чи інших причин не можуть безпосередньо звірятися один з одним.

Еталон-свідок — вторинний еталон, призначений для повірки збереження державного еталона та для заміни його у разі псування або втра. Еталонисвідок має найвищу серед вторинних еталонів точність та використовується лише тоді, коли державний еталон не можна відтворити.

Робочий еталон — вторинний еталон, призначений для збереження одиниці й передачі її розміру зразковим засобам вимірювальної техніки, а в окремих випадках — робочим засобом вимірювальної техніки найвищої точності.

Вторинні еталони можуть подаватися у вигляді комплексу засобів вимірю-

вань, поодиноких і групових еталонів та еталонних приладів.

Поодинокий еталон складається з одного вимірювального засобу(міри, приладу), який забезпечує відтворення та збереження одиниці самостійно, без участі інших засобів вимірювання того самого типу. Прикладом поодинокого еталона є вторинний еталон одиниці маси— кілограм у вигляді платиноіридієвої та сталевої гирі.

Груповий еталон складається із сукупності однотипних засобів вимірювань, що використовуються як одне ціле для підвищення надійності збереження одиниці. Прикладом групового еталона є еталон-копія вольта у вигляді20 нормальних елементів.

Вторинні еталони (робочі) використовуються у метрологічних інститутах, метрологічних територіальних органах Держспоживстандарту України, а з дозволу Держспоживстандарту України, допускається їх зберігання та використання в органах відомчої метрологічної служби.

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1.Розкрийте сутність сучасної метрології.

2.Надайте характеристику основним етапам розвитку вітчизняної метрології.

3.Наведіть основні поняття, терміни та визначення метрології.

4.Що таке вимірювання і за якими ознаками яких класифікують?

5.Які основні типи шкал вимірювання Ви знаєте?

36

6.Охарактеризуйте відомі Вам засоби вимірювань.

7.Які метрологічні характеристики мають засоби вимірювань?

8.Які основні методи вимірювань найширше використовуються в метрології?

9.Які похибки вимірювання Ви знаєте?

10.Що таке еталони і якими вони бувають?

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА Основна: 1, с.194; 3, с.46-48, 61-67; 4, с.10-39; 9, с.15-22, 154-156, 201-206, 224226; 15, с.11-16, 36-44, 49-62, 70-84.

ТЕМА 5. МЕТРОЛОГІЧНА ДІЯЛЬНІСТЬ В УКРАЇНІ

План

1.Задачі метрологічної служби України.

2.Структура і функції метрологічної служби України.

3.Державний метрологічний контроль та нагляд.

4.Державні випробування та повірка засобів вимірювальної техніки.

5.Метрологічне забезпечення виробництва та експертиза.

1. ЗАДАЧІ МЕТРОЛОГІЧНОЇ СЛУЖБИ УКРАЇНИ

Законом України №113/98-ВР від 11 лютого 1998 року «Про метрологію та метрологічну діяльність» визначені правові основи забезпечення єдності вимірювань в Україні, врегульовано суспільні відносини в сфері метрологічної діяльності. Цей закон спрямований на захист громадян і національної економіки від наслідків недостовірних результатів вимірювань.

Метрологічна служба України– одна з ланок державного керування, основними задачами якої є:

•реалізація єдиної технічної політики в галузі метрології;

•захист громадян і національної економіки від наслідків недостовірних результатів вимірювань;

•економія усіх видів матеріальних ресурсів;

•підвищення рівня фундаментальних досліджень і наукових розробок;

•забезпечення якості конкурентоспроможності вітчизняної продукції;

•створення науково-технічних, нормативних та організаційних основ забезпечення єдності вимірювань у державі;

•європейське і міжнародне співробітництво.

Діяльність щодо забезпечення функціонування та розвитку державної метрологічної системи координує Держспоживстандарт України - центральний орган виконавчої влади.

2. СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ МЕТРОЛОГІЧНОЇ СЛУЖБИ УКРАЇНИ

37

Метрологічна служба України в залежності від виконуваних функцій складається з Державної метрологічної служби (ДМС) і метрологічних служб центральних органів виконавчої влади, підприємств і організацій.

Державна метрологічна служба організовує, провадить та координує діяльність, спрямовану на забезпечення єдності вимірювань у державі, також здійснює державний метрологічний контроль і нагляд за додержанням вимог Закону України “Про метрологію та метрологічну діяльність”, інших нормати- вно-правових актів України і нормативних документів з метрології.

До Державної метрологічної служби належать (рис.6):

·спеціально уповноважений центральний орган виконавчої влади у сфері метрології - Держспоживстандарт України (Департамент стандартизації та метрології;

·Державні наукові метрологічні центри;

·територіальні органи Держспоживстандарту в сфері метрології;

·Державна служба єдиного часу та еталонних частот (ДСЧЧ);

·Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів (ДССЗ);

·Державна служба стандартних довідкових даних України про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів (ДССДД).

Структура Державної метрологічної служби України

Держспоживстандарт
Держспоживстандарт
України
України
Департамент
Департамент
стандартизації		Державна		Державна		Державна
стандартизації		служба		служба		служба
та метрології
та метрології		стандартних		єдиного часу		стандартних
		зразків		та		довідкових
		(ДССЗ)		еталонних		даних
				частот (ДСЧЧ)		(ДССДД)
Територіальні	Державні
органи в сфері	наукові
метрології	метрологічні
		центри

Національний	ДП	ДП "НДІ
науковий	“Укрметр	Система"
центр ННЦ	тест
“Інститут
метрології”	стандарт”
(м. Харків)

Рис.6 – Структура Державної метрологічної служби України

До Державних науково метрологічних центрів відносяться:

v Національний науковий центр“Інститут метрології” (ННЦ

“Інститут метрології”) – який є Головним центром із забезпечення єдності вимірювань в Україні, Українським метрологічним центром ДСЧЧ, Головним

38

центром ДССЗ. Він веде державні реєстри державних та вторинних еталонів, а також розділ "Стандартні зразки" Державного реєстру засобів вимірювальної техніки, допущених до застосування в Україні.

vДержавне підприємство “Всеукраїнський державний наукововиробничий центр стандартизації, метрології, сертифікації та захисту прав споживачів” (ДП “Укрметртестстандарт”) – яке є Головним центром мет-

рологічної служби України, Головним центром ДССДД. Воно веде Державний реєстр засобів вимірювальної техніки, допущених до застосування в Україні; національний фонд стандартних довідкових даних; реєстр методичних документів з метрології та реєстр акредитованих організацій на право проведення державних випробувань і повірки засобів вимірювальної техніки.

vДержавне підприємство «Науково-дослідний інститут метро-

логії вимірювальних і управляючих систем» (ДП "НДІ Система"), яке спеціалі-

зується в галузі метрологічного забезпечення вимірювальних інформаційних систем. Це головна організація в галузі вимірювань акустичних величин.

Стосовно Державної служби єдиного часу і еталонних частот(ДСЧЧ),

то до її основних функцій відноситься:

–відтворення і зберігання національної шкали часу, проведення звірень державного еталона з еталонами інших країн;

–передавання еталонних сигналів часу і частоти каналами радіо, телебачення та зв’язку, управління та контроль їх відповідності заданим параметрам;

–визначення всесвітнього часу та параметрів обертання Землі і забезпечення споживачів відповідною інформацією;

–збирання та обробка частотно-часової інформації і даних визначення параметрів обертання Землі, аналіз метрологічного забезпечення вимірювань часу і частоти в Україні та за кордоном;

–забезпечення зацікавлених організацій та споживачів частотно-часової інформації необхідними довідковими даними, шляхом видання офіційних бюлетенів з питань діяльності ДСЧЧ і розміщення відповідної оперативної інформації на веб-порталі ННЦ “Інститут метрології” тощо;

–забезпечення дотримання встановленого на території України порядку обчислення часу.

Основними завданнями Державної служби стандартних довідкових да- них (ДССДД) є:

- міжрегіональна та міжгалузева координація та науково-методичне керівництво роботами з розроблення та впровадження стандартних довідкових даних;

- визначення та прогнозування потреб економіки в стандартних довідкових даних;

- визначення пріоритетних напрямів розроблення та встановлення необхідної точності стандартних довідкових даних, які використовуються в економіці;

- здійснення міжнародного співробітництва з питань розроблення та впровадження стандартних довідкових даних.

Основними завданнями Державної служби стандартних зразків(ДССЗ)

є:

39

-міжрегіональна і міжгалузева координація та науково-методичне керівництво роботами з розроблення та впровадження стандартних зразків ;

-визначення та прогнозування потреб економіки у стандартних зразках;

-визначення пріоритетних напрямів розроблення та встановлення потрібної точності стандартних зразків, які застосовуються в економіці;

-здійснення наукових досліджень щодо створення нових типів стандартних зразків;

-розроблення, випуск та впровадження стандартних зразків;

-здійснення міжнародного співробітництва з питань розроблення та впровадження стандартних зразків.

До територіальних органів в сфері метрологіївідносяться регіональні державні підприємства «Стандартметрологія» Держспоживстандарту України, які розміщені в Автономній Республіці Крим, в обласних центрах, містах Києві, Севастополі, Кривому Розі і Білій Церкві. На них покладено виконання наступних

функцій:

♦ проведення державних випробувань і повірок засобів вимірювання; ♦ метрологічна атестація вимірювальних, аналітичних лабораторій. випробу-

вальних центрів і служб, вимірювальних і випробувальних стендів, систем і устаткування;

♦ державний нагляд і контроль за станом метрологічного забезпечення в кра-

їні;

♦ методичне керівництво діяльністю відомчої служби і її координація.

До складу метрологічних служб центральних органів виконавчої влади,

підприємств і організацій входять метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, міністерств (відомств), об'єднань, підприємств і організацій, а також головні та базові організації відповідних відомств (рис.7).

Метрологічні служби створюються:

• у центральних органах виконавчої влади — для координації робіт, пов'я- заних із забезпеченням єдності вимірювань і здійснення метрологічного контролю та нагляду;

• у міністерствах (відомствах) — для забезпечення єдності вимірювань та здійснення метрологічного контролю і нагляду на підприємствах галузі, а також організації робіт щодо розробки нових засобів вимірювань їх випробувань і впровадження в виробництво;

• в органах управління об'єднань підприємств— для виконання функцій щодо забезпечення єдності вимірювань, делегованих підприємствами, що входять до складу об'єднань;

• на підприємствах і організаціях — для забезпечення єдності вимірювань та здійснення метрологічного контролю і нагляду.

Метрологічні служби організують та виконують роботи, пов'язані із забезпеченням єдності вимірювань у сфері своєї діяльності, основними з яких є:

• організація і здійснення метрологічного контролю і нагляду;

• розроблення методик виконання вимірювань;

• проведення метрологічної атестації, повірки та калібрування засобів вимірювальної техніки;

40