Основные сведения из метрологии

1.1. Определение понятий метрология, стандартизация, сертификация

Метрология - наука об измерениях, о способах достижения требуемой точности и достоверности, корректной записи результатов, об обеспечении единства измерений.

Стандартизация - системная деятельность в любой области и на любом уровне, основанная на системе стандартов.

Сертификация - подтверждение соответствия требованиям, изложенным в нормативных документах, как правило, в стандартах.

В разделах "Стандартизация" и "Сертификация" приведены более полные определения, в соответствии с федеральным законом "О техническом регулировании".

1.2. Технические измерения

Измерения могут быть классифицированы по метрологическому назначению на три категории:

• ненормированные,
• технические,
• метрологические.

Ненормированные - измерения при ненормированных метрологических характеристиках.

Технические - измерения при помощи рабочих средств измерений.

Метрологические - измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений.

Ненормированные измерения наиболее простые. В них не нормируются точность и достоверность результата. Поэтому область их применения ограничена. Они не могут быть применены в области, на которую распространяется требование единства измерений. Каждый из нас выполнял ненормированные измерения длины, массы, времени, температуры не задумываясь о точности и достоверности результата. Как правило, результаты ненормированных измерений применяются индивидуально, т.е. используются субъектом в собственных целях.

Технические измерения удовлетворяют требованиям единства измерений, т.е. результат бывает получен с известной погрешностью и вероятностью, записывается в установленных единицах физических величин, с определенным количеством значащих цифр. Выполняются при помощи средств измерений с назначенным классом точности, прошедших поверку или калибровку в метрологической службе. В зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения, необходимо выполнение калибровки или поверки средств измерений. Средство измерений, прошедшее калибровку или поверку, называют рабочим средством измерений. Примером технических измерений является большинство производственных измерений, измерение квартирными счетчиками потребленной электроэнергии, измерения при взвешивании в торговых центрах, финансовые измерения в банковских терминалах. Средство измерений, применяемое для калибровки других средств измерений, называют образцовым средством измерений. Образцовое средство измерений имеет повышенный класс точности и хранится отдельно, для технических измерений не применяется.

Метрологические измерения не просто удовлетворяют требованиям единства измерений, а являются одним из средств обеспечения единства измерений. Выполняются с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Метрологические измерения выполняет метрологическая служба в стандартных условиях, сертифицированным персоналом.

В дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация" рассматриваются технические измерения.

1.3. Класс точности

Класс точности - обобщенная метрологическая характеристика средства измерения.

Класс точности определяется и обозначается по-разному. Наибольшее распространение получили три варианта, каждый представляет собой выраженное в процентах значение относительной погрешности:

• относительно измеренного значения (относительная погрешность),
• относительно максимального значения шкалы (приведенная погрешность),
• относительно участка шкалы (приведенная к участку шкалы погрешность).

Рассмотрим эти три варианта.

Вариант 1. Относительная погрешность

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, результат измерения умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: . Запись результата: , с вероятностью (эта вероятность по умолчанию назначается для технических измерений, исходя из этой вероятности определяется и класс точности). При нормировании по относительной погрешности, значение класса точности заключают в кружок. Как правило, обозначение класса точности размещают в правом нижнем углу на шкале средства измерений.

Вариант 2. Приведенная погрешность

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, максимальное значение шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В. Максимальное значение шкалы составляет 20,000 В.

Абсолютная погрешность составит: . Запись результата: , с вероятностью . При нормировании по приведенной погрешности, значение класса точности не сопровождают никакими знаками.

Вариант 3. Приведенная к участку шкалы погрешность

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, размер участка шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Рассмотрим два примера, для случая, когда вся шкала поделена на два участка.

Пример 1. Участок шкалы от 0,000 В до 12,000 В, отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: . Запись результата: , с вероятностью .

Пример 2. Участок шкалы от 12,000 В до 20,000 В, также отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 15,000 В.

Абсолютная погрешность составит: . Запись результата: , с вероятностью . При нормировании по приведенной к участку шкалы погрешности, значение класса точности помещают над галочкой. Участки шкалы, относительно которых нормируется погрешность, обозначают галочками.

Варианты классов точности обусловлены отличием конструктивных, системных и схемотехнических решений средств измерений.

1.4. Корректная запись результатов

Запись результатов измерений производится по следующим правилам.

1. Погрешность указывается двумя значащими цифрами, если первая равна 1 или 2. Погрешность указывается одной значащей цифрой, если первая равна 3 или более. Все остальные цифры должны быть не значащими.

   Значащей цифрой называется любая цифра числа, записанного в виде десятичной дроби, начиная слева с первой отличной от нуля цифры, независимо от того, где она находится - до запятой или после запятой.
2. Результат измерения округляется в соответствии с его погрешностью, т.е. записывается с той же точностью, что и погрешность.

Рассмотрим пример. Результат измерения: 10,645701, погрешность 0,012908.

1. Рассматриваем погрешность. Первая значащая цифра 1, поэтому оставляем две значащие цифры, округляя, записываем: 0,013.
2. Рассматриваем результат измерения. Погрешность записана с точностью до третьего знака после запятой, поэтому в результате также оставим три знака. Округляя, записываем: 10,646.

Корректная запись: .

Корректная запись обеспечивает адекватность и сопоставимость результатов различных измерений и является одним из элементов единства измерений. Как правило, отбрасывание избыточных цифр не приводит к дополнительной погрешности, поскольку избыточные цифры обусловлены точностью вычислений, а не точностью измерений.

1.5. Поверка

Общее определение поверки следующее.

Поверка - передача размеров единиц физических величин от эталонов высокого уровня к эталонам нижнего уровня и далее к образцовым и рабочим средствам измерений.

Законом об обеспечении единства измерений в Российской Федерации [1] даны более подробные определения.

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик, пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

Калибровка или поверка средств измерений выполняются в зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения.

Калибровка, как правило, выполняется метрологическими службами юридических лиц. Поверка и калибровка являются примерами метрологических измерений. Для выполнения этих измерений метрологическая служба должна быть аккредитована национальным органом по метрологии. Долгое время функции аккредитующего органа выполнялись Госстандартом России. После вступления в силу в 2003 году закона "О техническом регулировании" Госстандарт был упразднен и его функции выполняет федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование). В Татарстане уполномоченным аккредитующим органом является татарстанский центр по стандартизации и метрологии (ТатЦСМ), расположенный в Казани по адресу: ул. Журналистов, 24.

По результатам поверки выдается свидетельство о поверке. В формуляре средства измерений указывается дата поверки, дата следующей поверки, ставится личный штамп поверителя. Эти же сведения, по возможности, размещаются на этикетке, непосредственно на средстве измерений. При необходимости, поверенное средство измерений пломбируется личным клеймом поверителя.

По результатам калибровки, на средство измерений оформляется аттестат, с подписями уполномоченных согласно свидетельству об аккредитации.

1.6. Государственный реестр средств измерений

Все средства измерений, предназначенные для серийного производства, ввоза из-за рубежа и выпуска в обращение в России, подвергаются со стороны органов государственной метрологической службы обязательным государственным испытаниям, под которыми понимается экспертиза технической документации на средства измерений и их экспериментальные исследования для определения степени соответствия установленным нормам, потребностям народного хозяйства и современному уровню развития приборостроения, а также целесообразности их производства.

Государственные испытания средств измерений являются одним из элементов единства измерений. Испытания проводятся территориальными органами государственной метрологической службы (в Татарстане это ТатЦСМ).

Для проведения испытаний предприятие-производитель предоставляет партию приборов, а также сообщает необходимые сведения об условиях их производства и эксплуатации - сервисное обслуживание, заключенные договора с субпоставщиками на поставку материалов и комплектующих, сроки действия этих договоров, и т.п.

Выполнение таких мероприятий обеспечивает предсказуемость при эксплуатации прибора, т.е. выполнение с требуемой вероятностью определенных функций в определенном интервале времени, что предопределяет такие важные неметрологические характеристики, как ресурс, срок службы, наработка на отказ.

По результатам испытаний партии приборов, принимается решение о невозможности или о возможности включения всех приборов такого типа в Госреестр средств измерений. В случае включения в Госреестр, назначается класс точности средства измерений и назначается интервал периодической поверки.

Включение в Госреестр очень желательно, т.к. обеспечивает доступ к рынку сбыта, а также поднимает ценность прибора в глазах потребителя. Как показывает практика, один и тот же прибор, после внесения в Госреестр, может успешно продаваться по цене, в несколько раз превышающей цену, по которой он продавался до внесения в реестр.

Для того чтобы средство измерений продолжало оставаться в Госреестре, в течение всего времени производства проводят периодические контрольные испытания на базе предприятия - изготовителя. По окончании испытаний составляется акт о контрольных испытаниях, содержащий результаты испытаний, замечания, предложения и выводы.

Включение в Госреестр возможно не только на уровне типа средств измерений, но и на уровне отдельных экземпляров. В этом случае указывается серийный номер конкретного средства измерений, в отношении самого средства измерений выполняется весь комплекс работ по метрологической аттестации.