Метрологическое обеспечение эксперимента единство измерений ошибки шкалы единицы измерения

1. Метрологическое обеспечение эксперимента

В
экспериментальных исследованиях важное
значение имеют измере­ния.

Измерение
— это
нахождение физической величины опытным
путем с помощью специальных технических
средств. Суть измерения — сравнение
измеряемой величины с известной
величиной, принятой за единицу (эталон).

Метрология
—
наука об измерениях, методах и средствах
обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности.

К
основным проблемам метрологии относятся:

1) общая
теория измерений;

2) единицы
физических величин (величины, которым
по определению присвоено числовое
значение, равное единице) и их системы
(совокупность основных
и производных единиц, образованная в
соответствии с некоторыми принципами,
например Международная система единиц
— СИ);

3) методы
и средства измерений (к методам относят
совокупность приемов использования
принципов и технических средств,
применяемых при измерениях и имеющих
нормирование метрологических свойств);

4) методы
определения точности измерений;

5) основы
обеспечения единства измерений, при
которых результаты измерения выражены
в узаконенных единицах, а погрешности
измерений известны с заданной вероятностью,
что возможно при единообразии средств
измерения (средства измерения должны
быть проградуированы в узаконенных
единицах и их метрологические свойства
соответствовать нормам).

Важнейшее
место в метрологии отводится эталонам
и образцовым средствам измерений.

К
эталонам
относятся
средства измерений (или комплекс средств
измерений), обеспечивающие воспроизведение
и хранение единицы с целью передачи
ее размера нижестоящим средствам
измерения.

Образцовые
средства измерений
служат для проверки но ним рабочих
(технических) средств измерения,
постоянно
используемых непосредственно в
исследованиях.

Методы
измерений можно подразделить на прямые
и косвенные.
При
прямых
измерениях
искомую величину устанавливают
непосредственно из опыта, при косвенных
—
функционально от других величин,
определенных прямыми измерениями,
например, b
= f(a),
где
b
—
величина, найденная с помощью косвенных
измерений.

Различают
также абсолютные
и относительные
измерения.

Абсолют­ные
—
это прямые
измерения в единицах измеряемой величины.

Относитель­ные
измерения
представляют собой отношение измеряемой
величины к од­ноименной величине,
играющей роль единицы или измерения
этой величины по отношению к одноименной,
принимаемой за исходную. Например,
влаж­ность воздуха измеряют в
относительных единицах (процентах) по
отноше­нию к полному его водонасыщению.

В
исследованиях применяют совокупные
и совместные
измерения. При совокупных
измерениях
одновременно измеряют несколько
одноименных величин, а искомую величину
при этом находят путем решения системы
уравнений. При совместных
измерениях
одновременно проводят измерения
неодноименных величин для нахождения
зависимости между ними.

Выделяют
несколько основных методов измерения.

Метод
непосредственной оценки
соответствует
определению значения величины
непосредственно по отсчетному устройству
измерительного при­бора прямого
действия (например, измерение массы на
циферблатных весах).

При
использовании метода
сравнивания
с
мерой
измеряемую величину сравнивают
с величиной, воспроизводимой мерой
(например, измерение мас­сы на рычажных
весах с уравновешиванием гирями).

Применяя
метод
противопоставления,
осуществляют
сравнивание с мерой (измеряемая величина
и величина, воспроизводимая мерой,
одновременно воздействуют на прибор,
с помощью которого устанавливают
со­отношение между этими величинами,
как, например, при измерении массы на
равноплечных весах с помещением
измеряемой массы и гирь на двух
противоположных чашках весов).

При
дифференциальном
методе
на
измерительный прибор воздейству­ет
разность измеряемой и известной величины,
воспроизводимой мерой (на­пример,
измерения, выполняемые при проверке
мер длины сравниванием с образцовой
мерой на компараторе).

При
нулевом
методе
результирующий
эффект воздействия величины на прибор
доводят до нуля (например, измерение
электрического сопротивления с полным
его уравновешиванием).

При
методе
замещения
измеряемую
величину замещают известной ве­личиной,
воспроизводимой мерой (например,
взвешивание с поочередным помещением
измеряемой массы и гири на одну и ту же
чашку весов).

При
методе
совпадений
разность
между измеряемой величиной и вели­чиной,
воспроизводимой мерой, измеряется с
использованием совпадения отметок шкал
или периодических сигналов.

Неотъемлемой
частью экспериментальных исследований
являются средства
измерений,
т.
е. совокупность технических средств,
имеющих нормированные погрешности,
которые дают необходимую информацию
для экспе­риментатора.

Измерительным
прибором
называют
средство измерения, предназначенное
для получения определенной информации
об изучаемой величине в удобной для
экспериментатора форме. В этих приборах
измеряемая величина преобразуется в
показание или сигнал.

Измерительная
установка (стенд)
представляет
собой систему, состоящую из основных и
вспомогательных средств измерений,
предназначен­ных для измерения одной
или нескольких величин. Установки
включают в себя различные средства
измерений и преобразователи, предназначенные
для одной или многоступенчатого
преобразования сигнала до такого уровня,
что­бы можно было зафиксировать его
измерительным механизмом.

Измерительные
приборы характеризуются величиной
погрешности и точности, стабильности
измерений и чувствительностью. Погрешности
приборов бывают абсолютными и
относительными.

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)

В.Д. Гвоздев.  

(опубликовано в журнале «Законодательная и прикладная метрология» №4 за 2013)

Аннотация

Объектом анализа  являются концепция и проект стандарта по метрологическому обеспечению. Выявлены и обоснованы терминологические, концептуальные, логические недостатки рассматриваемых документов.

 Ключевые слова:  метрологическое обеспечение, метрологическое обеспечение измерений, концепция, обеспечение измерений, обеспечение единства измерений, предмет метрологического обеспечения, объект метрологического обеспечения

В течение нескольких лет на страницах метрологических журналов и в интернете обсуждается вопрос о необходимости разработки нормативного документа по метрологическому обеспечению. «Абсолютное большинство метрологов-практиков считает, что настало время разработать национальный стандарт, регламентирующий на современном уровне вопросы метрологического обеспечения различных видов практической деятельности и уточняющий ряд терминологических формулировок» [1].

В качестве обоснования выдвинуты следующие аргументы:

1. Термин метрологическое обеспечение незаслуженно выведен из употребления в правовых документах («выброшен из законодательной метрологии» [2]).

2. «Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений» не содержит (в отличие от предшествующего Закона РФ от 27.04.1993 г. с аналогичным названием) никаких формулировок, поддерживающих существование и деятельность метрологических служб предприятий и организаций [1].

3. Отмена ранее действовавшего ГОСТ 1.25 привела к утрате позиций работ по метрологическому обеспечению в различных сферах и снижению роли и статуса метрологических служб на предприятиях и организациях [1,3]

4. «Обобщающих документов, устанавливающих рекомендации по составу и содержанию работ по метрологическому обеспечению, организации их проведения и формам представления в настоящее время явно недостаточно» [2].

5. «Необходимо сформулировать новые, адекватные сегодняшним экономическим условиям организационные основы метрологического обеспечения» [1].

Утверждение, что термин «метрологическое обеспечение» выброшен из законодательной метрологии, не вполне соответствует истине. В стандарте ГОСТ Р  8.000-2000 «ГСИ. Основные положения» находим определение:

Обеспечение единства измерений — деятельность, направленная на установление и применение научных, правовых, организационных и технических основ, правил, норм и средств, необходимых для достижения заданного уровня единства измерений.

Для сравнения, согласно ГОСТ 1.25-76, «метрологическое обеспечение — установление и применение научных и  организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений».

Поскольку единство измерений предполагает и обеспечение точности измерений, можно считать определения обеспечения единства измерений и метрологического обеспечения идентичными (с учетом того, что ГОСТ 1.25-76 являлся правовым документом).

Следовательно, согласно мнению разработчиков ГОСТ Р 8.000 (ВНИИМС, ВНИИ им. Менделеева, ВНИИФТРИ), термин « обеспечение единства измерений» является синонимом термина «метрологическое обеспечение» в определении ГОСТ 1.25-76  .

Исходя из тождества приведенных определений терминов « обеспечение единства измерений» и «метрологическое обеспечение», следует вывод, что  Закон  РФ «Об обеспечении единства измерений» является правовым актом  государственного уровня по вопросам  метрологического обеспечения в РФ.

В сегодняшних реалиях  термин «метрологическое обеспечение» не тождественен термину «обеспечение единства измерений».

В статье [3] подчеркивается, что «деятельность по обеспечению единства измерений является составной частью метрологического обеспечения измерений». 

Данное утверждение было справедливо при централизованном управлении экономикой. В то время в области метрологического обеспечения выделяли две группы задач: «обеспечения единства измерений и дополнительные, специфичные для деятельности по метрологическому обеспечению задачи» [4]. Первую группу задач решали «органы метрологической службы», в решении  второй группы задач участвовали все ведомственные органы и технические службы, связанные с «производством и потреблением» измерительной информации, с нормативным и приборным  обеспечением процессов её получения» [4].

В 1993 году с принятием Закона  РФ «Об обеспечении единства измерений» задача обеспечения единства измерений стала самостоятельной. Закон определил степень и формы участия государства в деле обеспечения качества измерений и предоставил в большой мере свободу предприятиям и организациям в решении вопросов, связанных с измерениями.  Термин «метрологическое обеспечение» остался не задействованным и фактически не определенным для новых экономических условий.

В этой ситуации под  метрологическим обеспечением  логично было бы понимать решение задач, которые ФЗ не регламентирует, относя их к компетенции юридических лиц и индивидуальных предпринимателей.

Для понятия «метрологическое обеспечение» автор статьи [1] предлагает использовать определение, установленное ГОСТ 1.25-76, полагая, что «оно носит сугубо «заземленный» характер и явно адресовано промышленным предприятиям».  Согласиться с этими доводами не позволяют  следующие обстоятельства:

— «установление и применение научных и  организационных основ, технических средств, правил и норм» присутствуют практически в любой сфере деятельности

— содержание перечисленных основ требует основательных и долгих разъяснений

— достижение единства измерений (в части соблюдения правовых норм) не связано с  обеспечением

— слово «обеспечивать» плохо согласуется со словами «устанавливать и применять».

В журнале «Советник метролога» № 4/2012  была опубликована «Концепция метрологического обеспечения измерений», и, следом, в №5/2012 появился проект  национального стандарта «ГСИ. Метрологическое обеспечение. Основные положения». Авторы указанных документов предложили вместо термина «метрологическое обеспечение» использовать термин «метрологическое обеспечение измерений».  По поводу этого нововведения в статье [1], справедливо отмечено: «Прикладывать измерения к измерениям? Это явно звучит плохо». Вместо того чтобы вникнуть в суть этого замечания и, следуя здравому смыслу и нормам русского языка, отказаться от предлагаемой «диверсификации» термина,  авторы проекта стандарта стали его защищать [3], считая введение понятия «метрологическое обеспечение измерений» одним из основных достижений предлагаемого проекта стандарта [5].

Метрологическое обеспечение – это обобщающее понятие, включающее нормативное обеспечение измерений, методическое обеспечение измерений, техническое обеспечение измерений, организационное обеспечение измерений, кадровое обеспечение измерений и др.

Отсюда получаем:  метрологическое обеспечение – ….  обеспечение измерений (но не обеспечение измерениями).

Согласно [5], «метрологическое обеспечение измерений (МОИ) — совокупность элементов и процессов, направленных на получение измерительной информации, обладающей свойствами, необходимыми и достаточными для выработки решений». По мнению авторов концепции [6], следует думать, что такое определение устраняет проблему «неоднозначного понимания сути и содержания» термина и будет «содействовать эффективному его использованию метрологами в привычных для них ситуациях».

Обеспечение (и не только метрологическое) — это совокупность действий (процессов), но никак не совокупность элементов. Процесс,  направленный на получение измерительной информации, называют измерением. Свойства, необходимые и достаточные для выработки решений (полнота, точность, достоверность, своевременность, актуальность),  как характеристики качества измерений – «новая страница» в метрологии. С точностью – все понятно. А как количественно оценить остальные свойства – требуются разъяснения.

Термины «элемент МОИ» и «процесс МОИ» являются нововведениями авторов проекта стандарта.

«Под элементами метрологического обеспечения измерений имеются в виду материальные объекты, например, средства измерений, стандартные образцы, эталоны, методики измерений и др.»

«Под процессами метрологического обеспечения измерений   подразумеваются действия, связанные с подтверждением соответствия элементов метрологического обеспечения измерений (обеспечения единства измерений): испытания средств измерений в целях утверждения типа; утверждение типа средств измерений, передача единицы величин (поверка, калибровка); аттестация эталонов; метрологическая экспертиза; аттестация методик измерений и др.»

Отметим, что процедуры, перечисленные в качестве примеров подтверждения соответствия, являются формами государственного регулирования обеспечения единства измерений (калибровка, в определении ФЗ, не является подтверждением соответствия) и не следует их относить к метрологическому обеспечению.

Для формулирования определения «метрологическое обеспечение» можно использовать целевую направленность действий (работ, деятельности, организационно – технических мероприятий и т.д.), составляющих его суть: метрологическое обеспечение — создание условий для выполнения измерений с требуемой точностью  (для получения достоверной информации, для достижения требуемого качества измерений и т.п.). Просто, понятно, лаконично  и по существу.

К основным достижениям  проекта стандарта разработчики относят также следующие положения [5]:

-даются логически обоснованные определения понятий «объекта» и «субъекта» метрологического обеспечения измерений;

-приводится структура метрологического обеспечения измерений;

-формулируются основные задачи субъектов метрологического обеспечения измерений;

-приводятся основные этапы метрологического обеспечения измерений.

Авторы проекта стандарта ввели новые термины:  «предмет метрологического обеспечения измерений», «объект метрологического обеспечения измерений» и «субъект метрологического обеспечения измерений».

 «Предмет метрологического обеспечения измерений составляют измерения», выполняемые на определенном объекте.

«Объектом метрологического обеспечения измерений является любой материальный объект или процесс… Пример. Технологический процесс изготовления изделия…»[5].

В словаре русского языка (Ожегов С.И., 1985 г.) «предмет – то, на что направлено какое-нибудь действие»,  «объект – явление, предмет, на который направлена какая-нибудь деятельность». МОИ не является действием, направленным на измерения, но является, по мнению самих же авторов проекта стандарта,  «созданием условий для выполнения измерений» [2]. Таким образом  «предмет МОИ»  — условия измерений (в расширенном толковании), измерения – «объект МОИ», любой материальный объект или процесс – это объекты измерений.

К «субъектам  МОИ» отнесены федеральные органы исполнительной власти, юридические лица и индивидуальные предприниматели. В проекте стандарта приведены перечни задач, решаемых Федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим  функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений, Федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим  функции по оказанию государственных услуг в сфере обеспечения единства измерений, федеральными органами исполнительной власти, юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями.  Почему то в документе речь идет не о задачах метрологического обеспечения,  а о функциях, выполняемых перечисленными субъектами в рамках их полномочий. Например, какое отношение к метрологическому обеспечению имеют установление «формы знака непригодности средств измерений» или «выдача свидетельств об утверждении типа», «определение и классификация перечня измерительных величин и параметров» [5]? Главные метрологи ждут появления нормативного документа о метрологическом обеспечении.

Вызывает сомнения целесообразность упоминания среди субъектов МОИ Минпромторга и Росстандарта и необходимость изложения задач, решаемых этими органами – они отражены в Положении о Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии и Положении о Министерстве промышленности и торговли РФ и доступны в интернете. Приведенный перечень мероприятий и работ, выполняемых юридическими лицами и предпринимателями, не связан с обеспечением измерений.

Содержание основных этапов работ по МОИ, изложенное применительно к отдельным стадиям производства продукции, также не имеет отношения к обеспечению измерений, и включает задачи, относящиеся к организации производства (к контролю качества продукции).

Оценивая проект стандарта, можно сделать вывод, что он вряд ли соответствует ожиданиям метрологов по следующим причинам:

-не указано место и не отражена роль метрологических служб в обеспечении качества продукции

-неоправданное введение новых терминов затрудняет понимание текста и переводит разговор от конкретных предметов к некоторым абстракциям

-задачи метрологического обеспечения  не сформулированы

-присутствует смешение понятий «обеспечение единства измерений» и «метрологическое обеспечение», «обеспечение измерений» и «обеспечение измерениями»

-авторы не предложили приемлемое определение термина «метрологическое обеспечение»

-проект стандарта не является «обобщающим документом, устанавливающим рекомендации по составу и содержанию работ по метрологическому обеспечению, организации их проведения и формам представления» [2].

Метрологам нужен «национальный стандарт, регламентирующий основные положения метрологического обеспечения различных видов практической деятельности, который побудит руководителей предприятий и организаций более внимательно, с большим пониманием относиться к решению задач метрологического обеспечения различных видов практической деятельности и тем самым будет способствовать укреплению метрологических служб» [1].

Утрата позиций работ по метрологическому обеспечению и снижение роли и статуса метрологических служб никак не связаны с отсутствием  или наличием нормативных документов.  Там где метрологические службы (отделы, подразделения, метрологи и пр.) четко формулируют цели и задачи метрологического обеспечения,  могут грамотно объяснить взаимосвязь между состоянием измерений и экономическими показателями производства, добросовестно выполняют свои обязанности, там проблем не должно возникать. И это понятно из материалов – отчетов метрологов, опубликованных в журналах.

Для метрологов  было бы не плохо, чтобы в законе РФ или постановлении Правительства РФ была бы прописана обязательность создания метрологических служб. Руководителям организаций, хочешь – не хочешь, пришлось бы их содержать. Другие времена: необходимость и состоятельность требуется доказывать работой, а не правовым документом. И, если руководитель негосударственного бизнеса не понимает значимости измерений, то это его проблема, а не государства.

В публикациях [5,7] выдвигается требование «о назначении федерального органа исполнительной власти, ответственного за организацию метрологического обеспечения в стране». Руководить этот орган, по мнению авторов публикации [7], должен разработанной им же, но пока абстрактной, «функционально-структурной основой организации метрологического обеспечения в стране». По сути, предлагается восстановить Государственную метрологическую службу с подчинением от федерального органа до метрологических служб юридических лиц и индивидуальных предпринимателей. Если это не так, то кем же будет руководить создаваемый орган? И чем будут заниматься Минпромторг и Росстандарт? Исходя из концепции содержания различных аспектов деятельности по метрологическому обеспечению измерений [7], новый орган должен организовать (и только) разработку нормативных документов (национальных стандартов и рекомендаций, примерно 15 документов). Но эта задача вполне по силам и Федеральному агентству по техническому регулированию и метрологии.

Применительно к метрологическому обеспечению должен быть основополагающий стандарт, устанавливающий определение термина, цели и задачи, а также максимально полный перечень работ, который мог бы выборочно использоваться для подготовки к решению измерительных задач в конкретных ситуациях. Содержание некоторых (типовых) видов работ следует отразить в дополнительных стандартах или рекомендациях.

Следует иметь в виду, что метрологическое обеспечение является лишь одной из функций метрологических служб и отнюдь не  главной. Поэтому выдвигать его на первые роли в деле повышения качества продукции и услуг, неоправданно повышать статус метрологических служб в производственном процессе не продуктивно.

Список литературы

1. Брюханов В.А.    Новации с понятием «метрологическое обеспечение» могут принизить его и обесценить! // Главный метролог. – 2012. — № 5. – С. 15-20.

2. Лукашов Ю.Е., Сковородников В.А. Диверсификация понятия «метрологическое определение // Главный метролог. – 2012. — № 2. – С.25-33.

3. Лукашов Ю.Е., Сковородников В.А. Ещё раз о диверсификации понятия «метрологическое обеспечение» // Главный метролог. – 2012. — № 5. – С. 21-24

4. Рейх Н.Н., Тупиченков А.А, Цейтлин В.Г. Метрологическое обеспечение производства / Под ред. Исаева Л.К. – М.: Изд-во стандартов, 1987. — 248 с.

5. ГОСТ Р 8 …ГСИ. Метрологическое обеспечение. Основные положения (проект) // Советник метролога.- 2012. —  № 5. – С. 7-15.

6. Проект — концепция метрологического обеспечения измерений (1-я редакция) // Советник метролога.- 2012. —  № 4. – С. 15 – 25.

7. Лукашов Ю.Е., Маликова Х.О., Сковородников В.А. Концептуальный подход к проблемам совершенствования метрологического обеспечения в РФ // Законодательная и прикладная метрология. – 2013. —  №3. – С. 21-24.