Метрологія і стандартизація

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

метрологія і стандартизація

Склала: Удовиченко З.В.

Макіївка, 2011 р.

Історія розвитку вітчизняної метрології

Оскільки метрологія зв'язана з вимірами, а виміри необхідні практично при усіх формах людської діяльності, то наука ця також древня, як і існування людства.

З глибини століть до нас дійшли одиниця ваги дорогоцінних каменів «карат» (що в перекладі з древньої мови південно-сходу означає «насіння бобу», «горошина»), одиниця аптекарської ваги - «гранів» (що в перекладі з латинської мови означає «зерно»).

У Київській Русі одиницями довжини були такі величини: «вершки» (верх перста, довжина фаланги вказівного пальця), «лікоть» - відстань від ліктя до кінця середнього пальця, сажень, косий сажень, верста й ін.

Помітимо, що ні в древні, ні в середні століття не існувало метрологічних служб, і народження окремих одиниць ваги, часу, довжини йшло стихійно, під тиском потреб життя людей.

Лише пізніше з'являються документи, які так чи інакше встановлюють одиниці вимірів. Так, у договорі Великого Новгорода з німецькими містами і Готландом (1269р.) поряд із взаємними зобов'язаннями, приведені співвідношення між різними мірами.

У Двинський грамоті Івана Грозного (1550р.) регламентовані правила збереження і передачі розміру нової міри сипучих речовин - осьмини. Її мідні екземпляри розсилалися на збереження виборним людям. З цих мір належало зробити тавровані дерев'яні копії для міських вимірників, а з тих, у свою чергу,- дерев'яні копії для використання в побуті. Зразкові міри, з яких знімалися перші копії, зберігалися централізовано в наказах Московської держави. Таким чином, можна говорити, що при Івані Грозному почала створюватися державна система забезпечення єдності вимірів і державна система метрологічної служби.

При Петрові I до обороту в Росії були допущені англійські міри, що особливо широко поширилися на флоті - фути і дюйми. Були видані таблиці мір і співвідношення між російськими й іноземними мірами. При Петрові I починають виділятися деякі метрологічні центри. Комерц-колегія зайнялася питаннями єдності мір і метрологічного забезпечення в області торгівлі. Адміралтейство-колегія піклувалася про правильне застосування кутомірних приладів, компасів і інших мір. Берг-колегія опікувала вимірювальне господарство гірських заводів, рудників, монетних дворів.

Такий розвиток метрологічної служби висувало необхідність створення єдиного керівного метрологічного центра. І такий центр був створений.

За рішенням Сенату в 1736р. була утворена Комісія мір і ваг. У її склад входив відомий учений Леонард Эйлер.

Як вихідні міри довжини комісія виготовила мідний аршин і дерев'яний сажень, за меру рідких речовин був прийнятий «цебро» Московського Кам'яномостового ливарного двору. Був створений російський еталонний фунт - як міра ваги. У 1747р. була виготовлена бронзова золочена гиря. Вона була узаконена як первинний зразок (росіянин еталон) міри ваги. Цей еталон (фунт) майже 100 років залишався єдиним еталоном у країні.

У Комісії мір і ваг розглядалися, але по фінансових причинах не були здійснені проекти створення системи мір, заснованих на фізичних постійним (визначення сажня через довжину меридіана Землі, фунта - через вагу визначеної кількості чистої води), уведення десяткової системи утворення кратних і часткових одиниць і ін. Ці прогресивні ідеї в ту пору одержували в Європі усе більше поширення. І вже в 1790р. Установчі збори Франції прийняло декрет про реформу системи мір і доручило Паризької академії наук розробити відповідні пропозиції.

Комісія академії, керована Лагранжем, рекомендувала десятковий підрозділ кратних і часткових одиниць, а інша комісія, до складу якої входив Лапласе, запропонувала прийняти як одиницю довжини одну сорокамільйонну частину земного меридіана - метр. За одиницю маси - кілограм - маса кубічного дециметра чистої води при температурі 4С. Така система називалася метричної, і задумувалася як міжнародна.

У виконання згаданого декрету про реформу системи мір і ваг були виготовлені платинові прототипи метра і кілограма і здані на збереження в Архів Франції. З тих пір вони іменуються архівними.

Незважаючи на очевидні переваги цієї системи мір, у Франції, як обов'язкова вона була введена лише з 1 січня 1840р. (через 50 років). До речі, Наполеон був супротивником нової системи мір.

У цей же період відбувається подальший розвиток і централізація метрологічної служби й у Росії.

У 1835р. указом «Про систему російських мір і ваг» були затверджені еталони довжини і маси - платиновий сажень, рівним 7 англійським футам, і платиновий фунт, що практично збігається по вазі з бронзовим золоченим фунтом 1747р.

У 1842р. на території Петропавлівський міцності в спеціально побудованому «неспаленому» будинку відкривається перша централізована метрологічна і перевірочна установа Росії - Депо зразкових мір і ваг, куди і містяться, на збереження, створені еталони, їхньої копії, а також зразки різних іноземних мір. У Депо не тільки зберігалися еталони і їхні копії, тут вироблялася перевірка і звірення зразкових мір з іноземними. Ця діяльність регламентувалася «Положенням про міри і ваги» (1842р.), що заклало основи державного підходу до забезпечення єдності вимірів.

Цей період так називаного «описового періоду» розвитку метрології завершився капітальною працею Ф.И. Петрушевського «Загальна метрологія», що вийшла в 1849р. і відзначеним імператорською Академією наук Демідовський премії.

У 1869р. петербурзькі академіки Б.С.Якобі, Г.И. Вільд, О.В. Струвє направили в Паризьку академію наук доповідь, у якому пропонувалося з метою забезпечення єдності вимірів у міжнародному масштабі, виготовити нові міжнародні прототипи метра і кілограма і розподілити їхні однотипні копії між зацікавленими державами.

Ця пропозиція була прийнята і результаті наступної роботи учених ряду країн 20 травня 1875р. підписана Метрична Конвенція. Відповідно до цієї конвенції Росія одержала платиноіридієві еталони одиниці маси № 12 і 26 і еталони довжини № 11 і 28, що були доставлені в новий будинок Депо зразкових мір і ваг (будинок № 19 на Московському проспекті в Ленінграді).

У 1892р. керуючим Депо зразкових мір і ваг був призначений Д.І. Менделєєв.

До цієї дати етап розвитку метрології називають етапом стихійного розвитку метрології. Менделеєвський етап розвитку метрології (з 1892 по 1918 р. р.) характеризується науковим становленням метрології, перекладу її в число точних природничонаукових дисциплін, узвишшя її до рівня «головного знаряддя пізнання» по образному вираженню Менделєєва.

У 1893р. Д.І. Менделєєв перетворить Депо зразкових мір і ваг у Головну палату мір і ваг - одне з перших у світі науково-дослідних установ метрологічного профілю. У США й Англії лише після 1900р. утворяться подібні установи.

Власні наукові праці Д.І. Менделєєва по метрології не утратили своєї значимості і дотепер. Його наукове кредо - «Наука починається з тих пір, як починають вимірювати, точна наука немислима без міри» - і зараз визначає роль і місце метрології в системі природних наук. Однак, незважаючи на наполегливу діяльність Д.І. Менделєєва, і йому не удалося впровадити метричну систему мір - з 1899 року вона застосовувалася лише факультативно поряд зі старої росіянки і британської (дюймової) системами.

І лише 14 вересня 1918 року був виданий декрет «Про введення міжнародної метричної системи мір і ваг». Видання декрету знаменує собою початок третього етапу - нормативного етапу в розвитку вітчизняної метрології.

Для реалізації задач цього етапу необхідно було:

- розробити, виготовити і замінити кілька десятків мільйонів гир і лінійних вір;

- забезпечити їхнє таврування і перевірку, для чого створити мережу перевірочних установ;

- створити еталони одиниць метричної системи і засобу для передачі інформації про розміри цих одиниць;

- переробити всю технічну документацію, реорганізувати усе вимірювальне господарство на промислових підприємствах, забезпечити виробництво вимірювального інструмента;

- забезпечити пропаганду метричної системи і навчання населення користування нею.

Якщо врахувати, що в країні в той час йшла громадянська війна, то ця робота просувалася з працею. Досить сказати, що тільки для виготовлення гир треба було 72 тис.тонн чавуна.

Метрична система була введена як обов'язкова з 1 січня 1927р.

У 1925р. створюється комітет зі Стандартизації.

У 1926р. затверджений перший загальносоюзний стандарт «Пшениця. Селекційні сорти зерна. Номенклатура». У наступні три роки затверджується понад 300 стандартів. Стандартизація стає нормативно-правовою основою метрологічної діяльності.

У 1930-1931р.р. був уперше розроблений і затверджений Державний план стандартизації, яким передбачався широкий розвиток робіт зі стандартизації промислової сировини і матеріалів, а також самих продуктів і вхідних у них компонентів.

У 1940р. постановою СНК СРСР був утворений Всерадянський Комітет зі стандартизації і введена категорія ДСТ (Державний загальносоюзний стандарт).

У 1965р. Рада Міністрів СРСР прийняв постанову «Про поліпшення роботи зі стандартизації в країні», у якому відзначалося, що стандартизація є засобом у рішенні задач підйому народного господарства. Цією постановою було доручено розробити єдині системи нормативно-технічної, проектно-конструкторської і технологічної документації, ввести в державний план показники робіт зі стандартизації.

Ця постанова була виконана й у 1970р. введена в дію Державна система стандартизації (ГСС), що встановлює єдиний порядок розробки, твердження, реєстрації, видання, звертання і впровадження стандартів усіх категорій на всіх рівнях керування народним господарством. Поряд із ГСС минулого створена ЕСТД - Єдина система технологічної документації й інші великі системи стандартів.

У 1973р. затверджена єдина система забезпечення єдності вимірів (ГСИ), що регламентує всі сторони метрологічної діяльності.

Метрологія, стандартизація, керування якістю продукції у своєму розвитку спираються як на фундаментальні закони природи, так і на правила, установлювані за згодою і закріплювані юридичними актами. До останніх, зокрема, відноситься вибір мір і систем вимірів.

Тема М-1. Об'єкти вимірів і їхньої міри

М-1.1 Роль вимірів у теорії пізнання

Матеріалістичне розуміння світу полягає в тім, що об'єкти і явища навколишнього нас світу існують незалежно від нас, від нашої свідомості і сприйняття. Ці об'єкти і явища служать предметами пізнання навколишнього нас світу. Саме пізнання полягає у визначенні якісних і кількісних характеристик об'єктів і явищ, а визначення цих характеристик виконується шляхом порівняння їх. І це порівняння якісних і кількісних характеристик об'єктів і явищ і є вимірювальні операції. Таким чином, вимір якісних і кількісних характеристик об'єктів і явищ є спосіб пізнання навколишнього нас світу. Звідси і випливає важлива роль метрології в пізнанні світу об'єктів і явищ.

М-1.2 Вимірювані величини

Одним із властивостей навколишнього нас світу є його протяжність в просторі. Вона може характеризуватися різними способами. Однієї з характеристик протяжності простору є довжина. Довжина - міра протяжності.

Довжина простору може мати й інші характеристики, тобто інші міри, наприклад, площа, обсяг, кут. Т.т., простір, що оточує, є багатомірним.

Навколишній простір володіє й іншою властивістю: усі явища і процеси мають деяку тривалість. Цю властивість також можна характеризувати по-різному, але загальноприйнятою характеристикою тривалості є час.

Властивість тіл зберігати під час відсутності зовнішніх сил стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху характеризується інертністю, а мірою цієї характеристики є маса.

При різної нагрітості тіл атоми чи молекули їх рухаються (коливаються) з різною швидкістю. Мірою нагрітості є термодинамічна температура.

З цього аналізу властивостей тіл можна сформулювати наступне визначення:

Загальноприйняті чи встановлені законодавчим шляхом характеристики (міри) різних властивостей, загальних у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальних для кожного з них, називаються фізичними величинами.

Крім довжини, часу, температури, маси до фізичних величин відносять: плоский і тілесний кути, силу, тиск, швидкість, прискорення, електричну напругу, силу електричного струму, індуктивність, напруженість і багато інші.

Одержання кількісних характеристик цих фізичних величин і є задачею вимірів.

Об'єктами вимірів можуть бути не тільки фізичні величини, але і ряд інших. Наприклад, в економіці - вартість, ціна - властивості загальні для усіх видів товарної продукції. Ці і ряд інших показників відносяться не до фізичних, а до економічних показників.

У сфері промислового виробництва й у різних видах людської діяльності виділяється поняття (як властивість матеріальних об'єктів) - якість продукції.

Якість продукції - це сукупність її властивостей, що забезпечують задоволення визначених потреб відповідно до призначення продукції.

Мірами цих властивостей служать показники якості. Розрізняють наступні види показників якості продукції:

1. Показники призначення, що характеризують властивості продукції, що визначають основні функції, для виконання яких вона призначена. Вони визначають область застосування продукції.

2. Показники надійності, що характеризують властивості безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і зберігаємості.

3. Показники ощадливого використання сировини, матеріалів, палива, енергії, трудових ресурсів.

4. Ергономічні показники, що характеризують систему «людина-виріб», «людина-машина» і враховуючі комплекс гігієнічних, антропометричних, фізіологічних, психологічних властивостей людини, що виявляються у виробничих і побутових процесах. Приклади.

5. Естетичні показники, що характеризують інформаційну виразність, раціональність форми, цілісність композиції і досконалість виробничого виконання.

6. Показники технологічності, що характеризують її пристосованість до досягнення мінімальних витрат при виробництві, експлуатації і відновленні заданих якостей продукції.

7. Показники транспортабельності, що характеризують пристосованість продукції до переміщення в просторі.

8. Показники стандартизації й уніфікації, що характеризують насиченість продукції стандартними, уніфікованими й оригінальними складовими частинами.

9. Патентно-правові показники, що характеризують ступінь відновлення технічних рішень, їхню патентну захищеність і можливість безперешкодної реалізації продукції в країні і за рубежем.

10. Екологічні показники, що характеризують рівень шкідливих впливів на навколишнє середовище.

11. Показники безпеки, що характеризують особливості продукції, що забезпечують безпеку обслуговуючого персоналу.

12. Узагальненим показником ефективності використання продукції є інтегральний показник якості, що визначають як відношення сумарного корисного ефекту від експлуатації чи споживання продукції до сумарних витрат на її створення і чи експлуатацію споживання.

Розділ метрології, присвячений виміру якості, називають кваліметрією.

Інтегральний показник якості визначається зі співвідношення:

Я_і = С/(В_с + В_сп),

де С - сумарний корисний ефект від споживання продукції;

В_с і В_сп - сумарні витрати на створення і споживання продукції.

Наявність цілого ряду показників якості говорить про те, що якість продукції, виробу також багатомірно, як і простір.

Як у кваліметрії, так і в технічних дисциплінах окремі фізичні величини зв'язані між собою аналітичними співвідношеннями. Наприклад, густина речовини може бути виражена через масу й обсяг:

= m/V,

сила може бути зв'язана з масою і прискоренням тіла, викликаного цією силою

F = ma.

Сила струму може бути виражена через напругу електричного струму й опір провідника:

I = U/R.

Для зручності користування, а також виходячи з можливості відтворення окремих фізичних величин, вони підрозділяються на основні і похідні.

В даний час до основних величин відносяться довжина, маса, час, сила електричного струму, термодинамічна температура, кількість речовини і сила світла. За допомогою цих і двох додаткових величин - плоского і тілесного кутів - утворюється все різноманіття інших фізичних величин.

М-1.3 Якісна і кількісна характеристики вимірюваних величин

Усякий вимір заснований на порівнянні розміру однієї величини з розміром іншої величини, прийнятої за одиницю. Наприклад, довжина відрізка l = 5 м, тобто довжина одного відрізка більше довжини іншого відрізка в 5 разів. При цьому довжина другого відрізка прийнята за одиницю, названу метром.

У цьому випадку говорять, що 1 м - це розмірність фізичної величини, а 5 - числове значення фізичної величини.

Розмірність фізичної величини є якісною характеристикою, а числове значення - її кількісною характеристикою.

Розмірність фізичної величини вибирається за згодою і закріплюється законодавчим актом.

Поряд з цим, довжину відрізка можна вимірити в сантиметрах (див). Тоді довжина згаданого вище відрізка позначається не як 5 м, а 500 см. Т.т., зі зміною розмірності фізичної величини змінюється і числове значення цієї величини. Останнє говорить про те, як важливо при проведенні практичних розрахунків проставляти не тільки числове значення, але і розмірність фізичної величини.

Розмірності похідних величин установлюються, виходячи з аналітичного співвідношення між основними і похідними величинами. При цьому керуються правилами:

1. Розмірності лівої і правої частин будь-якого рівняння не можуть не збігатися. Звідси випливає, що підсумовуватися можуть тільки величини, що мають однакові розмірності.

2. Алгебра розмірностей мультиплікативна. Так, якщо аналітична залежність між величинами А, В и С має вид Q = АВС, то

dim Q = dimА dimВ dimС,

де приставка dim - позначає розмірність.

Приклад. Необхідно установити розмірність похідної фізичної величини - сили F. Рівняння для сили F = ma, звідси

1 Н = кгм/с² = кгмс^-2.

Розмірність частки при розподілі дорівнює відношенню размірностей діленого і дільника.

Так, якщо Q = A/B, то

dim Q= dimА/dimВ.

Розмірність будь-якої величини, зведеної в якусь (цілу) ступінь, дорівнює розмірності в тім же ступені.

Так, якщо Q = Aⁿ, те dim Q= dimⁿА.

Тому що по визначенню всі похідні величини виражаються через основні, то розмірність будь-якої похідної величини в загальному випадку може бути виражена співвідношенням:

dim Q = LMT…,

де L - позначення розмірності довжини, dim l = L;

M - позначення розмірності маси, dim m = M;

T - позначення розмірності часу, dim t = T;

, , - показники ступеня розмірностей, що випливають з аналітичних співвідношень між окремими фізичними величинами.

Безрозмірною ФВ є величина, в розмірність якої основні фізичні величини входять в ступені, рівному 0.

М-1.4 Шкали вимірів

Кількісною характеристикою вимірюваної величини служить її розмір. Одержання інформації про розмір фізичної чи нефізичної величини є змістом будь-якого виміру.

Найпростіший спосіб одержання інформації про розмір вимірюваної величини складається в порівнянні величин і визначенні співвідношення за принципом: що більше (менше)? що краще (гірше)? хто сильніше? що наочніше? як простіше? і т.д.

Такого роду виміри характеризують як виміри по шкалі порядку. А розташування вимірюваних величин у порядку убування чи зростання утворять шкалу порядку.

Так, наприклад, на багатьох конкурсах чи змаганнях, майстерність виконавців визначається їхнім місцем, зайнятим у підсумковій таблиці. Сукупність цих місць утворить шкалу порядку.

А сама процедура розміщення розмірів (об'єктів) у порядку зростання чи убування вимірюваних величин називається ранжируванням.

Для полегшення виміру по шкалі порядку деякі точки на ній можна зафіксувати в якості опорних (реперних). Знання, наприклад, вимірюють по реперній шкалі порядку, що включає такі реперні точки: відмінно, добре, задовільно, незадовільно. В окремих випадках реперним точками шкали порядку привласнюють числа - бали.

По реперних точках шкали порядку вимірюють твердість мінералів, інтенсивність землетрусів, силу морського припливу й ін. Наприклад, сила землетрусу може оцінюватися числом балів по шкалі Ріхтера.

Недоліком реперних шкал є невизначеність інтервалів між реперними точками. Тому бали не можна складати, віднімати, перемножувати, поділяти.

Більш досконалими є шкали, складені зі строго визначених інтервалів. Так, наприклад, час вимірюється по шкалі інтервалів, у якій кожен інтервал, наприклад, дорівнює періоду обертання Землі навколо Сонця. Цей інтервал називається роком. Роки розбиваються на місяці, доби, години і т.д.

Така шкала вимірів називається шкалою інтервалів. По шкалі інтервалів можна судити не тільки про те, що один розмір більше іншого, але і наскільки більше чи менше. При використанні шкали інтервалів можна робити такі математичні дії, як додавання чи вирахування розмірів вимірюваних величин, але не можна робити множення чи розподіл їх.

Наприклад, дати окремих подій можна віднімати, але не можна їх множити чи поділяти.

На шкалі інтервалів початок відліку вибирають довільно, саме з цієї причини не можна робити множення і розподіли результатів вимірів, по цій же причині не можна говорити про розмір вимірюваної величини.

Якщо ж на шкалі інтервалів за початок відліку прийняти точку, у якій фізична величина дорівнює нулю, тоді можна судити однозначно про розмір величини. По такій шкалі можна робити порівняння не тільки на скільки одна величина більше інший, але і в скільки разів більше чи менше. Наприклад, на температурній шкалі Кельвіна за початок відліку прийнята температура, при якій припиняється тепловий рух молекул.

Така шкала називається шкалою відносин, вона більш досконала в порівнянні з іншими шкалами.

Але шкалу відносин можна побудувати не завжди. Наприклад, обчислення часу не можна побудувати по шкалі відносин, тому що неможливо вказати початкову точку відліку (час нескінченний в обох напрямках - і в минуле й у майбутнє). Так що час можна вимірювати тільки по шкалі інтервалів.

М-1.5 Одиниці вимірів (практич. заняття)

Значення фізичної величини чи, що теж саме, її розмір, позначаються як добуток числового значення величини на її розмірність, а розмірність відповідає прийнятій одиниці виміру.

Розмірність фізичної величини в загальному випадку вибирається довільно, тоді той самий розмір може виражатися різним числовим значенням.

Наприклад, довжина, рівна 1 м, може бути виражена як 1000 мм, 0.001 км, 100 см і т.д.

У зв'язку з тим, що одиниці вимірів вибираються за визначеними правилами і закріплюються законодавчими актами, це вносить особливість у саму сутність метрології - вона ґрунтується не тільки на фізичних законах, але і на встановлених законодавчими актами деяких даних. До останнього відноситься встановлення одиниць вимірів.

Сукупність одиниць вимірів основних і похідних величин називається системою одиниць вимірів.

За свою історію люди використовували різні системи одиниць вимірів.

У 1960р. XI Генеральна конференція по мірах і вагах прийняла Міжнародну систему одиниць фізичних величин, називану СВ (СИ - рос.).

До обов'язкового використання в СРСР вона прийнята з 1 січня 1980р.

Основними одиницями в системі СВ є:

метр - одиниця довжини (міжнародне позначення - m, російське - м), рівна шляху, прохідному у вакуумі світлом за 1/29979245 частку секунди.

кілограм (kg, кг) - одиниця маси, рівна масі міжнародного прототипу кілограма.

секунда (s, с) - одиниця часу, рівна 9192631770 періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.

ампер (A, А) - одиниця сили електричного струму. Ампер дорівнює силі електричного струму, що, проходячи по двох рівнобіжних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і мізерно малої площі поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від іншого, викликав би на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, рівну 210^-7 Н.

кельвін (K, К) - одиниця термодинамічної температури, рівна 1/273.16 частини термодинамічної температури потрійної точки води.

кандела (cd, кд) - одиниця сили світла. Кандела дорівнює силі світла в заданому напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 5.4010¹² Гц, енергетична сила якого в цьому напрямку складає 1/683 Вт/ср.

моль (mol, моль) - одиниця кількості речовини. Моль дорівнює кількості речовини, що містить стільки ж структурних елементів (атомів, чи молекул інших часток), скільки атомів міститься в 0.012 кг (12 г) вуглецю С¹².

Додаткові одиниці:

радіан (rad, рад) - одиниця плоского кута, рівна центральному куту, що обмежує на окружності дугу, довжина якої дорівнює радіусу окружності.

стерадіан (sr, ср) - одиниця тілесного кута, рівна тілесному куту з вершиною в центрі сфери, що вирізує на поверхні цієї сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною, рівної радіусу сфери.

Розмірності одиниць довільних величин утворюєься відповідно до аналітичних залежностей між основними і похідними величинами.

Для вираження кратних і дольних одиниць використовуються множники і приставки.

Таблиця М.1

Незважаючи на обов'язкове застосування системи одиниць СВ, у літературі і на приладах ще зустрічаються старі одиниці, особливо це стосується іноземної літератури. Нижче приведені співвідношення між одиницями різних систем одиниць.

Довжина Маса

дюйм = 2.54 см; гран = 64.8 мг;

фут = 30.48 см; карат = 200 мг;

ярд = 91.44 см; унція = 28.35 м;

миля = 1609 м (суха) = 1800 м (мор); фунт = 454 м;

кабельтов = 183 м;

вершки = 4.45 см; Об'ємні міри рідини

п'ядь = 4 вершків = 17.78 см; пінта = 0.568 л = 0.551 л (Амер);

сажень = 3 аршини = 7 футів = 2.1336 м; барель = 163.6 л = 117.3 л (Амер);

косий сажень = 2.48 м; галон = 4.546 л = 3.758 л (Амер).

верста = 500 сажнів = 1066.8 м

Тема М-2. Методи і засоби вимірів

М-2.1 Види вимірів

Виміри по шкалі відносин, по шкалі інтервалів чи по шкалі порядку можуть здійснюватися як із застосуванням засобів вимірів, так і без їхнього застосування.

Наприклад, ми можемо досить точно сказати про ріст людини, штангіст досить упевнено судити про вагу штанги; лікар, наклавши долоню на чоло хворого, з точністю до десятих часток градуса може судити про температуру тіла хворого; артилерист на око визначає відстань до мети.

Виміри, засновані на використанні органів людини (дотику, нюху, зору, слуху, смаку) називаються органолептичними.

Виділимо ще кілька типів вимірів без використання засобів вимірів.

Виміри, засновані на відчуттях, без участі органів почуттів. Наприклад, вимір часу без яких-небудь годинних пристроїв.

Виміри, засновані на враженнях. Такий тип вимірів використовується на конкурсах майстрів мистецтв, змаганнях спортсменів по фігурному катанню на кониках і ін. Такі виміри можуть бути дуже тонкими, тобто досить точними.

Наступний тип вимірів - евристичні виміри, тобто виміри, засновані на інтуїції.

При евристичних вимірах часто використовується спосіб попарного зіставлення, коли вимірювані величини спочатку порівнюються між собою попарно і для кожної пари результат порівнюється у формі «менше», «гірше» і т.д.

Виміри, виконані за допомогою спеціальних технічних засобів, називаються інструментальними. Серед них можуть бути автоматизовані й автоматичні.

При автоматизованих вимірах роль людини цілком не виключена. Він може, наприклад, проводити знімання даних з вимірювального приладу, обробляти в розумі чи за допомогою обчислювальної техніки.

Таким чином, елемент суб'єктивізму при автоматизованих вимірах залишається.

Автоматичні виміри виконуються без участі людини. Результат їх представляється у формі документа і є зовсім об'єктивним.

М-2.2 Методи вимірів

Під методом вимірів розуміють сукупність прийомів використання фізичних явищ і засобів вимірів.

Зокрема, у будівельній справі використовують наступні методи вимірів

- метод безпосередньої оцінки, при якому значення величини визначають безпосередньо по відліковому пристрої (тиск - манометром, температуру - термометром, силу струму - амперметром і т.д.);

- метод порівняння з мірою, при якому вимірювану величину порівнюють з величиною, відтвореною тією чи іншою мірою (порівняння мас на вагах гирями, лінійні виміри за допомогою лінійки, плоского кута за допомогою транспортира і т.д.);

- метод збігів, при якому різниця між величиною вимірюваною і величиною, відтвореною мірою, вимірюють по збігу оцінок шкал; цим методом вимірюють усі лінійні величини вимірювальними приладами з ноніусами (штангенциркулі, мікрометри) і кутовими приладами з верньєрами (теодоліти).

Виміри бувають прямими і непрямими.

Прямим називають вимір, при якому шукане значення фізичної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних.

При непрямому вимірі результат виміру визначають на підставі прямих вимірів інших величин, зв'язаних з вимірюваною величиною відомою залежністю. Наприклад, швидкість руху автомобіля на деякій ділянці дороги може бути визначена шляхом прямих вимірів довжини ділянки і часу проходження цієї ділянки.

М-2.3 Засоби вимірів

До засобів вимірів відносять усі технічні засоби, які використовуються при вимірах і мають нормовані метрологічні характеристики (ГОСТ 16263-70).

До засобів вимірів відносять, зокрема, речовинні міри (гиря, лінійка і т.д.), вимірювальні перетворювачі, вимірювальні прилади, вимірювальні установки, вимірювальні системи.

Речовинні міри призначені для відтворення фізичної величини заданого розміру, що характеризується номінальним значенням із указівкою точності, з яким відтворюється номінальне значення фізичної величини.

Порівняння з мірою можуть виконуватися за допомогою спеціальних засобів - компараторів (рівноплечі ваги, вимірювальний міст).

Вимірювальні перетворювачі - це засоби вимірів, що переробляють вимірювальну інформацію у форму, зручну для подальшого перетворення, передачі, збереження й обробки. До них можна віднести, наприклад, термопари, вимірювальні підсилювачі, перетворювачі тиску і т.д.

Вимірювальний прилад являє собою сукупність перетворюючих елементів, що утворюють вимірювальний ланцюг, і відліковий пристрій. На відміну від речовинних мір, прилад не відтворює відоме значення фізичної величини.

Вимірювальні установки складаються з функціонально об'єднаних засобів вимірів і допоміжних пристроїв, зібраних в одному місці.

У вимірювальних системах ці засоби і пристрої територіально роз'єднані і з'єднані каналами зв'язку.

У вимірювальних приладах технічні пристрої, призначені для виявлення фізичних властивостей, називаються індикаторами. Наприклад, стрілка магнітного компаса - індикатор напруженості магнітного полюсу; лакмусовий папірець - індикатор активності іонів водню в розчині; електричний контур термопари - індикатор різниці температур між холодним і гарячим спаями.

Однієї з характеристик індикатора є його поріг реагування (поріг чутливості). Чим нижче поріг реагування, тим більше слабкий прояв властивості реєструється індикатором.

Іноді у вимірювальному приладі виділяють дві частини - первинний прилад і вторинний прилад. До первинного приладу відносять саме індикатори, до вторинного приладу відносять сукупність перетворювачів і відлікового пристрою.

М-2.4 Метрологічні характеристики засобів вимірів

Характеристики засобів вимірів, що здійснюють вплив на результат вимірів і їхня точність, називаються метрологічними характеристиками засобів вимірів.

При усій різноманітності засобів вимірів, вони мають загальні властивості і характеристики, що дозволяють, з одного боку, виділити групи схожих ЗВ, а з іншого боку, виявити відмінності між аналогічними ЗВ. Основними характеристиками ЗВ за ДСТ 16263-70 є:

1. Принцип дії - фізичний принцип, який покладено в основу побудови засобів виміру даного типу. Принцип дії часто буває відбитий в назві засобу вимірів, наприклад: важільний тензометр, термоелектричний термометр.

2. Діапазон вимірів - область значень вимірюваної величини, в межах якої вимірює прилад і для якої нормовані допустимі похибки приладу. Знання похибки ЗВ необхідно для отримання результату виміру.

3. Похибка - різниця між показанням ЗВ і істинним значенням вимірюваної величини. Оскільки істинне значення невідомо, на практиці розглядають відхилення показання від дійсного (дуже точно виміряного) значення.

4. Чутливість - це відношення зміни сигналу на виході вимірювального приладу до викликаючої його зміни вимірюваної величини :

,

З формули слідує, що чим меншу зміну вимірюваної величини відмічає прилад, тим вище його чутливість, тобто вона обернено пропорційна ціні поділу шкали.

5. Клас точності - узагальнена характеристика ЗВ, яка визначається межами похибок приладу, а також іншими властивостями ЗВ, що впливають на точність.

6. Нормовані метрологічні характеристики - комплекс характеристик, установлюваних в документації на ЗВ конкретного типу у відповідності до ДСТ 8.009-84.

7. Стабільність - якість ЗВ, що характеризує незмінність в часі його метрологічних властивостей і характеристик.

Метрологічні характеристики є показниками якості і технічного рівня усіх без винятку засобів вимірів. Однак, для визначення їх у конкретного екземпляра засобу вимірів, він повинний пройти метрологічну атестацію.

Метрологічною атестацією називається всебічне дослідження засобу вимірів, виконуване метрологічним органом для визначення метрологічних властивостей цього засобу вимірів, і видача документа з вказівкою отриманих даних. Як правило, дані для атестації засобу вимірів вибираються з нормативно-технічної документації на засіб вимірів. А після транспортування і збереження здійснюється перевірка засобу вимірів метрологічним органом чи уповноваженою особою метрологічних характеристик і встановлення на цій основі придатності засобу вимірів до застосування.

Застосування неповірених засобів вимірів заборонено.

М-2.5 Нормування метрологічних характеристик засобів вимірів

Для конкретних екземплярів засобів вимірів нормуються межі, у яких повинна знаходитися індивідуальна метрологічна характеристика при передбачених умовах застосування засобу вимірів.

Умови застосування засобів вимірів бувають нормальними і робочими.

Нормальними вважаються умови, при яких залежністю метрологічних характеристик від зміни значень величин, що впливають, можна зневажити.

Для багатьох типів ЗВ нормальними умовами вважаються: робоча температура - (20±5)°С, відносна вологість - (65+ 5)%, напруга -220В ± 10%. Для цих умов нормується основна похибка ЗВ.

Робочі умови відрізняються більш широкою зміною величин, що впливають (температури, вологості тощо). В усіх випадках представлення нормованих метрологічних характеристик у виді графіка допускається тільки при одночасному представленні їх у виді формули чи таблиці. Для цих умов нормується додаткова похибка ЗВ, яку ще називають поправкою.

У залежності від особливостей використання засобів вимірів виникає необхідність не в повному наборі, а лише в тім чи іншому наборі їхніх метрологічних характеристик.

У цілому, питання нормування метрологічних характеристик засобів вимірів регламентуються ДСТ 8.009-84.

Слід відрізняти норму метрологічних характеристик від нормованих метрологічних характеристик, установлених шляхом дослідження властивостей конкретного примірника ЗВ. Норма - це вимога до метрологічних властивостей ЗВ, вона встановлюється цілком певно і поняття «імовірність» до неї незастосовне. Нормована метрологічна характеристика - це характеристика ЗВ, знайдена експериментально і регламентована в її технічній документації, правильність якої виготовлювач ЗВ і метрологічна служба, що здійснила перевірку ЗВ, гарантують з деякою імовірністю (вірогідністю).

Тема М-3. Виконання вимірів

Всі виміри, що виконуються на практиці, володіють загальною особливістю - вони ніколи не дадуть істинне значення вимірюваної величини, а тільки деяке значення, що наближається до істинного. Тому при виконанні вимірів дуже важливо як оцінити майбутню (очікувану) похибку вимірів, так і уміти обробляти отримані при вимірі дані для визначення отриманої похибки. В залежності від очікуваної похибки і необхідної точності вимірів робиться вибір вимірювальних приладів. Основною характеристикою приладу, що впливає на його вибір для вимірів з необхідною точністю, є клас точності засобу вимірів. Для зниження похибки, що виникає в процесі вимірів, використовують спеціальні методики виконання вимірів і способи обробки вимірювальних даних. Тільки після цієї обробки одержують результат виміру, в якому завжди вказується похибка, з якою отримано значення вимірюваної величини.

М-3.1 Похибка вимірів

Похибка є кількісною характеристикою точності і однім з центральних понять метрології, як науки, метою якої є отримання точного результату вимірів. Тому для практичного здійснення цієї мети важливо розрізняти похибки по їх виду, причинам і методам винятку з результату вимірів.

М-3.1.1 Поняття похибки

В процесі виконання виміру одержують результат, який є випадковим значенням вимірюваної величини в силу недосконалості засобів виміру, застосування чинників, що впливають, і нестабільності вимірюваної величини, яка змінюється з часом. Тому зміряне значення має деяку похибку, яка завжди входить в результат виміру.

Похибка виміру - відхилення результату виміру від істинного значення величини, що вимірюється. Однак, оскільки істинне значення величини, що вимірюється залишається невідомим, а відомо тільки дійсне значення, на практиці можна знайти лише близьку оцінку похибки. Похибка виміру являє собою суму цілого ряду складових, кожна з яких має свою причину. В залежності від форми виразу розрізняють абсолютну і відносну похибки вимірів.

Абсолютною називають похибку вимірів (), висловлену в одиницях вимірюваної величини. Абсолютна похибка висловлюється формулою

,

де А-результат виміру;

- істинне значення величини, що вимірюється;

Х_д - дійсне значення величини, що вимірюється.

На підставі цього визначення оцінки істинного значення вимірюваної величини, яка одержується в результаті виміру, можна висловити наступним чином:

або .

Відносна похибка () - відношення абсолютної похибки виміру до істинного (дійсного) значення величини, що вимірюється. Відносна похибка в відсотках висловлюється формулою

.

Абсолютна похибка зручна для характеристики результатів виміру, оскільки по ній відразу можна визначити інтервал, в якому знаходиться істинне значення, а також вірогідні і невірогідні розряди в результаті вимірів. Відносна похибка зручніше для порівняння точності різноманітних засобів вимірів, оскільки не залежить від конкретних значень вимірюваної величини. Тому вона застосовується при позначці класу точності приладів.

М-3.1.2 Причини і характеристика похибок

Похибка результату виміру завжди складається з набору похибок, що називаються частковими похибками. Основними причинами виникнення часткових похибок є:

а. Методична похибка - виникає через недосконалість методів виміру іневідповідність прийнятої моделі об'єкту, що досліджується. Прикладом є вимір товщиниаби - якого виробу, коли в якості моделі об'єкту приймаються дві паралельні гладкі поверхні,хоча насправді вони не є гладкими і можуть бути непаралельними;

б. Інструментальна похибка залежить від властивостей ЗВ і зумовленаконструктивними або технічними недосконалостями засобів вимірів. Вона залежить відякості виготовлення і стабільності мір і вимірювальних приладів, від градуювання і похибкивідліку вимірювальних приладів, впливу зовнішніх умов і т.п. Наприклад, для приладів, щонайбільш часто використовуються, похибка відліку звичайно приймається рівною половиніціни поділки. Взагалі, кожна метрологічна характеристика ЗВ кількісно висловлюєтьсявеличиною похибки, яка вноситься в показання ЗВ. Ці часкові похибки об'єднуються в загальнуінструментальну похибку.

в. Суб'єктивна похибка виникає через недосконалості органів почуттівспостерігача, при його недостатній кваліфікації і неуважності при зніманні показаньприладу, через недодержання ергономічних вимог при вимірі і багато іншого.

В залежності від зміни в часі вимірювані величини похибки вимірів можуть мати статичну і динамічну складові. Статичною називається похибка, що виникає при статичних вимірах, коли величина, що вимірюється, не змінюється протягом часу, необхідного для зняття показань приладу. Вона характеризує ЗВ, що використовуються для виміру постійних величин. Динамічна складова похибки виникає при вимірі величин, що міняються в часі, і її значення залежить від швидкості цієї зміни. Вона виникає тому, що перетворення в вимірювальному ланцюзі не відбуваються миттєво, а вимагають деякого часу, тобто через інерційність приладів. Динамічна похибка вимірюється як різниця між показанням приладу в статичному і динамічному режимах.

Звичайно, засоби вимірів характеризуються основною і додатковою похибками. Основна похибка відповідає нормальним умовам застосування ЗВ, додаткова похибка виникає в робочих умовах.

В залежності від призначення і правил використання розрізняють наступні групи і характеристики похибок (за МИ 1317-2004):

Норми похибок вимірів, що задаються в якості необхідних або таких, що допускаються. Норми похибок, що допускаються, використовуються при масових технічних вимірах для контролю якості вимірів, тобто реальна похибка не повинна перевищувати норму. В якості необхідних вони використовуються при виборі і перевірках ЗВ.

Приписані характеристики похибки вимірів, приписуються сукупності вимірів, що виконуються по атестованій або стандартизованій методиці. Ці характеристики являються ймовірностними і визначаються на стадії розробки методики виміру шляхом аналізу всіх часткових складових похибки вимірів і їх ймовірностних характеристик. Результатом аналізу є значення загальної похибки за даною методикою для даного типу ЗВ. Для конкретних ЗВ значення приписаних характеристик похибки може уточнюватися шляхом виконання індивідуального градуювання або при перевірках ЗВ. Ці похибки використовують як оцінки реальних похибок вимірюваних величин.

Статистичні оцінки похибки вимірів, що віддзеркалюють близькість окремого, експериментально вже отриманого результату виміру до істинного значення вимірюваної величини. Вони застосовуються при проведенні наукових досліджень і метрологічних робіт (атестації засобів вимірів, визначенні ціни поділки і т.п.) і являють собою статистичні (вибіркові) характеристики випадкової величини - похибки вимірів, отриманої шляхом обробки експериментальних даних.

Знання значень і причин похибок направлене на отримання надійного значення величини, що вимірюється. Останнє також не є самоціллю, а служить проміжною ланкою в виробничій і науковій діяльності. Тому спосіб аналізу похибки або форми її подання і урахування в процесі виміру залежить від конкретної мети виміру і області його використання.

М-3.1.3 Види похибок

В залежності від закономірності прояву розрізняють випадкові (), грубі, систематичні похибки () і невиключені систематичні похибки (НСП) - . Загальна похибка вимірів, як і кожна з тих, що входять в неї часткових похибок, є сумою

.

Випадкова похибка - складова сумарної похибки, що змінюється випадковим образом при повторних вимірах і залежить від недосконалості методів і техніки вимірів.

Випадкова похибка виникає через одночасний вплив дуже багатьох чинників. Кожний з цих чинників виявляє незначний вплив, але сумарний їх вплив може виявитися достатньо сильним, і передбачити, яким буде результат цього загального впливу в кожному конкретному спостереженні, неможливо. Якщо при повторних спостереженнях одержують однакові результати, це свідчить тільки про недостатню чутливість вимірювальних приладів. Результати, що повністю співпадають, як і результати, що занадто відрізняються друг від друга, вказують на неточність вимірів. Тому необхідною умовою виміру є отримання результатів, що трохи відрізняються друг від друга. Випадкові похибки володіють наступними властивостями, що використовують при математичній обробці експериментальних даних:

середнє значення похибки з зростанням числа спостережень прагне до 0;

більші за абсолютною величиною похибки зустрічаються більш рідко, ніж малі, тобто імовірність появи похибки зменшується з ростом величини похибки.

Систематична похибка - складова похибки, що залишається постійною або закономірно змінюється в процесі виконання вимірів. Систематичні похибки накопичуються по певному функціональному закону в результаті однобічно діючих чинників. При багатократних спостереженнях систематична похибка характеризує зрушення отриманого середнього значення величини відносно істинного значення:

.

Постійні систематичні похибки зовні себе не виявляють. Виявити їх можна при перевірки шляхом порівняння показань засобу виміру з показаннями більш точного ЗВ.

Груба похибка - це похибка, що з'являється в процесі експерименту і істотно перевищує очікувані похибки при даних умовах експерименту, властивостях застосованих засобів виміру і методу, що використовується. Причиною появи таких похибок можуть бути невірні дії експериментатора, наприклад: невірний відлік по шкалі приладу, помилка при записі результату спостереження, використання невірної ціни поділки, або особливо несприятливий збіг обставин: різкий поштовх при проведенні експерименту, раптова відмова вимірювального приладу і т.п. Такі похибки не є систематичними, однак вони не можуть бути названі і випадковими, бо не викликані впливом різних численних чинників.

Невиключені систематичні похибки (НСП) залишаються після винятку з результатів спостереження систематичних похибок. Вони можуть виникати внаслідок наступних чинників:

а). Наявність відхилень в систематичних погрішностях від постійного значення або похибок їх визначення. Ці відхилення можуть носити випадковий характер і тому такі НСП враховуються в результаті вимірів наряду з випадковими похибками. Значення НСП оцінюють перед виконанням виміру шляхом аналізу всіх чинників, які впливають на результат виміру. Для звичайних вимірів такий аналіз не виконується, бо НСП характеризуються інструментальною похибкою ЗВ.

б). Наявність в результаті виміру невідомих систематичних похибок засобу вимірів, методу, моделі і т.п. Такі похибки тяжко виявити, тому вони враховуються при розробці методик виконання вимірів і не оцінюються в практичних вимірах.

Похибки, що виникають через різні причини (часткові похибки, см. вище), можуть мати як випадковий, так і систематичний характер. Це зумовлено не тільки об'єктивними властивостями причин, викликаючих похибки, але й прийнятою методикою вимірів.

Наприклад, температурна похибка при вимірі в інтервалі 10-30°С може вважатися випадковою, і тоді вона входить в інструментальну похибку. Але якщо ввести поправку на температуру вимірів в результат, то тоді вона буде систематичною похибкою від впливу зовнішніх умов. Дуже часто часткові похибки розглядаються як сума систематичної і випадкової складової.

М-3.1.4 Зменшення похибки вимірів

Зменшення похибки вимірів, а отже і підвищення точності вимірів, зводиться до винятку грубих і систематичних похибок і зниження впливу випадкових похибок і невиключених залишків систематичних похибок.

Спочатку, при обробці експериментальних даних, прагнуть виключити грубі похибки. Часто їх легко виділити через різке відхилення від даних інших спостережень. Однак при виконанні багатократних спостережень тяжко зробити висновок, зумовлені чи отримані екстремальні значення вимірюваної величини (найбільші і найменші) грубими помилками, або вони є результатом випадкового розкиду значень величини, що вимірюється. В цьому випадку використовують спеціальний математичний метод математичної статистики, що заснований на іншій властивості випадкових похибок. Обчислюють інтервал, в якому всі значення спостережень повинні знаходитися з високим ступенем імовірності, і якщо деякі з експериментальних даних виходять за нього, то вони вважаються грубими помилками, які не враховуються при отриманні результату вимірів.

Виявлення, оцінка і усунення відомих систематичних похибок з результату вимірів є важливою задачею. Звичайно систематичну похибку виявляють шляхом аналізу умов і методів вимірів, оскільки шляхом математичної обробки результатів вимірів їх виключити не можна. Систематичні похибки усувають наступним чином:

Передусім намагаються виключити джерела похибок до початку вимірів шляхом виявлення і усунення причин їх виникнення. Наприклад, систематичну складову додаткової похибки ЗВ зменшують збільшенням жорсткості вимог до умов вимірів (обмеженням діапазону температур, тисків і т.п.).

Підвищенням точності ЗВ або внесенням поправок в результат виміру. Підвищити точність можна шляхом індивідуального градуювання ЗВ - так зменшують систематичну складову основної похибки ЗВ. Поправка до результату визначається при виконанні перевірки ЗВ. Поправки розподіляються на адитивні, що додаються до результату, і мультиплікативні, на які множиться результат. Внесення поправки на додаткову похибку припускає проведення метрологічної атестації конкретного примірника ЗВ. Методика виконання вимірів в цьому випадку повинна передбачати допоміжні виміри величини, що впливає, і розрахунок поправки по номінальній функції впливу.

Результати, в яких виключені систематичні похибки, називаються виправленими. Звичайно поправки нормують окремо для нормальних і робочих умов використання ЗВ.

Якщо означеними способами виключити систематичну похибку не вдається, її намагаються виключити експериментально, тобто шляхом належної організації і проведення вимірів, що звичайно приводить до значного підвищення трудомісткості виконання вимірів. Для цього використовуються методи:

Метод заміщення є найбільш універсальним методом. Згідно цьому методу, виміри виконуються за два етапи. Спочатку за приладом роблять відлік величини, що вимірюється, після цього замість величини, що вимірюється, на вхід приладу подають відому величину, значення якої за допомогою регульованої міри встановлюють таким чином, щоб показання приладу було таким, як і при включенні величини, що вимірюється. За результат виміру приймають значення міри.

Метод компенсації похибок за знаком: два виміри виконуються так, щоб постійна систематична похибка входила в результати вимірів за різними знаками. Після цього береться середнє арифметичне двох вимірів.

Метод рандомізації - перекладу систематичної похибки в випадкову. Для цього змінюють умови і процедуру вимірів таким чином, щоб чинники, що впливають на його результат в кожному із спостережень, діяли неоднаково, причому результат їх дій носив випадковий характер. При цьому похибка зменшується, як і при багатократних спостереженнях в разів, де - число спостережень.

Метод симетричних спостережень: полягає в проведенні багатократних спостережень через рівні проміжки часу і усередненні результатів спостережень, симетрично розташованих відносно середнього спостереження. Цей метод використовують для усунення похибок через величини, що впливають, які змінюються за періодичним законом.

Всі ці методи розглядаються в залежності від конкретних задач виміру при розробці методик виконання вимірів.

Випадкові похибки повністю виключити неможливо. Тому на практиці намагаються знизити їх вплив на результат виміру. Для цього збільшують кількість спостережень , оскільки випадкова похибка обернено пропорційна , і за результат вимірів приймають середнє арифметичне отриманих результатів спостережень. Однак не завжди збільшення кількості спостережень підвищує точність результату. Якщо випадкова похибка виявляється значно менш похибки приладу (точніше, невиключеної систематичної похибки виміру), то немає сенсу намагатися зменшити величину випадкової похибки - все рівно точність результату буде визначатися похибкою приладу. Якщо при збільшенні числа спостережень середнє значення випадкової похибки залишається приблизно постійним, це вказує на наявність систематичної похибки, рівної цьому середньому.

Невиключена систематична похибка - це систематична похибка, яку не вдається усунути перерахованими вище способами. Оскільки в технічній літературі прийнято, що відома систематична похибка вже виключена з результату виміру, то за НСП приймається невідома систематична похибка і ці терміни змішуються.

Для винаходження НСП виконуються експериментальні дослідження на стадії розробки методики виконання вимірів. Для цього: проводять виміри іншим, максимально відмінним від використованого методом і порівнюють результати; різко змінюють умови спостережень (використовують інші примірники ЗВ, змінюють оператора, змінюють час спостережень); проводять порівняння результатів з даними, отриманими на більш точних ЗВ.

Часто НСП характеризується теоретичною оцінкою похибки , отриманої на підставі апріорної інформації про об'єкт вимірів, умови і метод виміру. Ця оцінка уточнюється при метрологічній атестації ЗВ і входить основною складовою в приладную похибку ЗВ, що визначається його класом точності. Тому для зменшення НСП використовують більш точні методи і засоби вимірів.

М-3.2 Точність засобів вимірів

М-3.2.1 Критерії якості вимірів

На підставі сформульованих вище видів похибок визначаються основні критерії якості вимірів, які виконуються за допомогою будь-яких вимірювальних приладів.

Відтвореність - якість вимірів, що віддзеркалює близькість друг до друга результатів вимірів, які виконуються в різноманітних умовах (в різний час, в різноманітних місцях, різними методами і засобами).

Правильність - якість вимірів, що віддзеркалює близькість до нуля систематичних похибок в їх результатах.

Сходимість - якість вимірів, що віддзеркалює близькість друг до друга результатів вимірів, що виконуються в однакових умовах. Це забезпечується нормуванням метрологічних характеристик засобів вимірів і перевірками ЗВ. Сходимість вимірів вказує на малу величину випадкових похибок.

Точність вимірів - якість вимірів, що віддзеркалює близькість їх результатів до істинного значення величини, що вимірюється. Точність є величиною, чисельно рівною оберненому модулю відносної похибки 1/,. Такий спосіб визначення точності в виді чисельного значення застосовують рідко. Це поняття вживають тільки для загальної характеристики вимірів при невеликому числі градацій (низька точність, більш висока точність і т.п.). Кількісну оцінку точності виміру звичайно виконують шляхом зазначення похибок результату вимірів. Висока точність вимірів відповідає малим похибкам всіх видів, як систематичних, так і випадкових. Точність вимірів забезпечується методиками вимірів, вибором відповідних ЗВ, обробкою даних для винятку різноманітного роду похибок.

На підставі означених критеріїв дається якісна оцінка результату вимірів, методики вимірів, моделі об'єкту, що вимірюється і т.д. Аналогічно критеріям якості вимірів, до засобів вимірів подаються вимоги правильності, збіжності, точності.

М-3.2.2 Класи точності засобів вимірів

Точність засобу вимірів - якість ЗВ, що віддзеркалює близькість нулю його похибок. Похибка ЗВ, а отже і його точність, визначається набором притаманних ЗВ нормованих метрологічних характеристик. Звичайно метрологічні характеристики всіх типів враховують тільки для ЗВ, призначених для вимірів дуже високої точності. В звичайному житті і на виробництві така точність, як правило не потрібна. Тому для ЗВ, що використовуються в повсякденній практиці, прийнято поділ на класи точності.

Клас точності - узагальнена характеристика всіх засобів виміру даного типу, що визначається межами основних (для нормальних умов застосування) і додаткових (для робочих умов) похибок, а також іншими властивостями засобів вимірів, що впливають на точність. В залежності від класу точності в стандартах на окремі види ЗВ встановлюються значення нормованих метрологічних характеристик, які в своїй сукупності і визначають приналежність приладу до даного класу точності. Однак деякі метрологічні характеристики, вимоги до яких доцільно встановлювати єдиними для ЗВ даного типу всіх класів точності, нормують незалежно від класу точності.

Позначки класів точності завдають на циферблати і корпуси ЗВ. При цьому в нормативно-технічній документації на ЗВ, що містить позначку класу точності, повинно бути посилання на стандарт або технічні умови, в яких встановлений клас точності цього типу засобів вимірів і приводяться значення метрологічних характеристик, відповідних до нього.

Позначки класу точності можуть бути наступних видів:

Умовні - які мають форму великих літер латинського алфавіту або римських цифр (І, II, III і т.д.) з доданням умовних знаків. Сенс таких позначок розкривається в нормативно-технічній літературі.

Арабськими цифрами, які показують відносну наведену похибку вимірювального приладу

,

де - абсолютна гранична похибка вимірів;

- нормований діапазон вимірювань приладу ().

Клас точності засобів вимірів характеризує їх властивості в відношенні точності, але не є безпосереднім показником точності вимірів, що виконуються за допомогою цих засобів. Це зумовлено тим, що точність вимірів окрім приладів залежить від кількості спостережень, виду вимірів (пряме або побічне) і інших їх чинників.

Цифри класу точності вибираються з ряду (1;1.5;1.6;2;2.5;3;4;5;6)10ⁿ, при цьому n = 1.0; 0; -1.0; -2; -3;…і т.д.

Клас точності проставляється на циферблаті, на щитку, на корпусі приладу.

Приклад: (рисунок вольтметра).

Рис. М.1. Характеристики шкали і показання приладу (N=28 В, N_діл=14 см., с_діл = 2В).

Нехай стрілка вольтметра показує 130 В. Клас точності приладу 0.5.

Питання: чому дорівнює обмірювана напруга?

Рішення. Цифра класу точності показує, що вимірювана напруга не може відрізнятися від того, що показує покажчик, більше чим на 0.5% від верхньої межі виміру.

Тоді можлива помилка вимірів складе: 0.5200/100 = 1 В. (де 200 - максимальне значення на шкалі приладу).

Отже, обмірюване напруга дорівнює:

129U131 В.

В окремих випадках під цифрою, що позначає клас точності, ставиться знак

Наприклад: 0.5; 1.6; 2.5 і т.д.

Цей знак означає, що значення вимірюваної величини не може відрізнятися від того, що показує покажчик (стрілка приладу, наприклад) більше, ніж на зазначене число відсотків від усієї довжини шкали чи її частині, що відповідає діапазону вимірів.

Якщо цифра класу точності укладена в кружок, наприклад: 0.02; 0.4; 1.0 і т.д., то це означає, що відсотки відхилення обчислюються безпосередньо від того значення, що показує покажчик (стрілка, наприклад).

Іноді позначення класу точності дається у виді дробу, наприклад: 0.02/0.01.

Це означає, що вимірювана величина не може відрізнятися від значення, показаного покажчиком, більше чим на

де c і d - відповідно чисельник і знаменник у позначенні класу точності;

x_k - більший (по модулі) межа виміру.

На циферблатах приладів приводиться, як правило, ще ряд позначень. Зміст цих позначень розкривається в нормативно-технічній документації.

Необхідно відзначити, що виходячи з поняття класу точності, знання його визначає не точність конкретного виміру, а лише вказує межі, у яких знаходиться значення вимірюваної величини.

М-3.3 Правила виконання вимірів

Всі виміри, здійснювані на виробництві, повинні здійснюватися в відповідності з методиками виконання вимірів, що заздалегідь розробляються в залежності від об'єкту вимірів, типу величини, що вимірюється, умов вимірів, а також від мети вимірів: отримання конкретного чисельного значення величини, що вимірюється, або перевірка граничних розмірів при виконанні контролю. Одним з основних питань при розробці робочих методик вимірів є питання вибору засобу вимірів, кількості спостережень в вимірі і правил проведення вимірів.

М-3.3.1 Методика виконання вимірів

Методика виконання вимірів (МВВ) - це нормативно-технічний документ, в якому встановлена сукупність операцій і правил, виконання яких гарантує отримання необхідного результату вимірів з необхідною точністю. МВВ може бути робочою і типовою. Робоча МВВ, яка застосовується безпосередньо, встановлює конкретні правила, якими повинен керуватися оператор, який підготовлює і виконує виміри. В типовій методиці містяться вхідні вимоги, якими повинні керуватися розробники робочих МВВ і що потребують подальшої конкретизації.

В склад робочої МВВ входять наступні розділи:

«Призначення і галузь застосування». Тут приводять чітке визначення вимірюваної величини, діапазон вимірів, незмінні властивості об'єкту, що обмежують галузь застосування даної МВВ.

«Метод вимірів, засоби вимірів». В цьому розділі вказують опис фізичних явищ, призначених в основу вимірів, повний перелік ЗВ і їх метрологічні характеристики.

«Вимоги до кваліфікації операторів». В цьому розділі вказують вимоги до професії, утворення і досвіду роботи осіб, що допускаються до виконання вимірів.

«Умови вимірів». Тут приводять перелік величин, що впливають на результати і похибку виміру, і які характеризують навколишню середу, постачальні мережі і об'єкт вимірів.

«Підготовка і виконання вимірів», який включає опис підготовчих робіт, порядок дій операторів при вимірі, форму запису результатів проміжних вимірів.

«Обчислення результатів вимірів і показників точності вимірів». Тут приводяться: алгоритм їх обчислення за результатами проміжних вимірів, розрахункові формули, правила округлення, межі похибок вимірів, які допускаються, або правила їх розрахунку.

«Оформлення результатів вимірів» - викладає вимоги до форми подання результатів вимірів і показників точності.

Найбільш широко методики виконання вимірів, які використовуються, закріплені у виді стандартів (або методичних вказівок) різної категорії (державні, відомчі, конкретних підприємств). Ці стандарти розповсюджуються на:

технологічні процеси;

методи іспитів і контролю якості продукції;

методи і засоби перевірки вимірювальних приладів;

програми метрологічної атестації засобів вимірів.

М-3.3.2 Вибір методу і засобів вимірів

Під методом вимірів розуміють сукупність прийомів порівняння вимірюваної величини з її одиницею або шкалою. Недосконалістю прийнятих моделей об'єкту, що вимірюється, і методу вимірів викликає появу похибки методу вимірів, яка є складовою систематичної похибки вимірів. При виборі методу вимірів намагаються досягнути того, щоб похибка методу вимірів не перевищувала 30% від результуючої похибки, тобто не робила істотного впливу на точність результату. При цьому зміни величин, що вимірюються, які є параметрами моделі, не повинні перевищувати 10% від результуючої похибки.

Правильний вибір засобу вимірів є основною умовою для отримання вірогідної вимірювальної інформації необхідної точності. Вибір ЗВ визначається наступними чинниками:

вид величини, що вимірюється, і прийнятий метод вимірів;

необхідна точність результату вимірів, яка вказується звичайно в виді гранично допустимої похибки;

умови вимірів: кліматичний вплив (температура, вологість, атмосферний тиск і т.п.), механічні навантаження (вібрація, удари), наявність або відсутність середи, що активно руйнує (агресивні гази, висока температура та ін.);

значення імовірностей хибного і невиявленого відказів, які допускаються. Хибним відказом називається випадок визнання бракованим в дійсності придатного зразка продукції; невиявленим відказом, навпаки, - випадок визнання придатним в дійсності бракованого зразка.

З урахуванням цих чинників, основну умову вибору ЗВ можна висловити так: імовірність Р того, що фактична похибка результату вимірів не перевищить похибки, що допускається, повинна бути більше заданої довірчої імовірності, або:

,

де - задане значення, що допускається, похибки результату вимірів параметру, яке вибирається так, щоб бути значно менш граничного допуску на зміну даного параметру, який вказується в документації на виготовлення виробу:

;

- фактична сумарна похибка результату вимірів вибраним засобом вимірів, яка складається з інструментальних, методичних і інших похибок і визначається за класом точності приладу;

Р_дов - задана довірча імовірність, яка залежить від небезпеки виникнення хибного і невиявленого відказів.

Імовірність Р підвищується шляхом зменшення А_Ф, що досягається ужорсточенням вимог до умов проведення вимірів або підвищенням класу точності засобу вимірів.

М-3.3.3 Вибір числа спостережень

Вибір числа спостережень п здійснюється при розробці методики виконання вимірів в залежності від необхідної точності вимірів. При виборі числа спостережень керуються наступним:

Якщо випадкова складова похибки вимірів перевищує невиключну систематичну похибку приладу або методу вимірів, тоді збільшення числа спостережень підвищує точність і зменшує загальну похибку вимірів, оскільки випадкова похибка обернено пропорційна кореню квадратному з числа спостережень п.

Якщо встановлена межа значення, що допускається, більше сумарної похибки вимірів А_д, то раціонально вибрати кількість спостережень так, щоб випадкова складова похибки мала зневажливо малий вплив на точність результату, тобто щоб виконувалася умова:

де S - середньоквадратичне відхилення результату спостережень.

Якщо випадкова похибка, отримана з даних вимірів, виявиться значно менш похибки, що визначається точністю приладу (невиключеною систематичною), то очевидно, що немає сенсу намагатися ще зменшити величину випадкової похибки, оскільки результати вимірів не стануть від цього точніше.

М-3.4 Забезпечення єдності вимірів

Під єдністю вимірів розуміється такий їхній стан, при якому забезпечується вірогідність вимірів, а значення обмірюваних величин виражаються в узаконених одиницях.

Єдність вимірів забезпечується комплексом правових, організаційних і технічних мір.

Правовою основою забезпечення єдності вимірів служить законодавча метрологія - звід державних актів і нормативно-технічних документів різного рівня, що регламентують метрологічні правила, вимоги і норми.

В організаційному плані єдність вимірів забезпечується Метрологічною Службою країни, що складає з державної і відомчих метрологічних служб.

Технічною базою забезпечення єдності вимірів є система відтворення одиниць фізичних величин і передачі інформації про їхні розміри усім без винятку засобам вимірів у країні.

На чолі системи відтворення одиниць вимірів і передачі інформації про їхні розміри іншим засобам вимірів коштують еталони.

Еталон - це засіб вимірів (чи комплекс засобів вимірів), що забезпечує відтворення і збереження одиниці з метою передачі її розміру нижчестоящим за перевірочною схемою засобам вимірів, виконаний по особливої специфікації й офіційно затверджене у встановленому порядку.

Рисунок М.2. Система передачі одиниць вимірів

1 - Державний первинний чи спеціальний еталон; 2 - Еталон свідок;

3 - Еталон-копія; 4 - Еталон порівняння; 5 - Робочі еталони;

6 - Зразкові засоби вимірів різних розрядів; 7 - Робочі засоби вимірів

Первинний еталон - еталон, який відтворює одиницю вимірів з найвищої в країні точністю.

Спеціальний еталон - це первинний еталон для специфічних умов погоди, температури, положення й ін.

Первинний і спеціальний еталони офіційно затверджуються Держстандартом у якості вихідних для країни.

Еталон копія - застосовується замість державного еталона, якщо часто використовувати первинний еталон недоцільно.

Еталон порівняння - служить для звірення еталонів, що з деяких причин не можуть бути безпосередньо звірені один з одним.

Еталон-свідок застосовується для випадку, якщо щось трапиться з державним еталоном.

Робочий еталон служить для збереження одиниці і передачі її розміру зразковим засобам вимірів.

Зразкові засоби вимірів, а їх кілька розрядів, служать для збереження і передачі одиниць вимірів робочим засобам вимірів.

М-3.5 Організація і порядок проведення ремонту і перевірок ЗВ

Ремонт і перевірка засобів вимірів здійснюється відповідно до вимог державних і галузевих стандартів.

Види ремонту (поточний, середній і капітальний) і їхній склад визначені ДСТ 2.602-68.

Поточний ремонт включає ремонт периферійних блоків і вузлів приладу з використанням чи заміною деталей без юстировки і регулювання інших вузлів і приладу в цілому. Поточний ремонт здійснюється в процесі експлуатації.

Середній ремонт містить у собі: чищення приладу з розбиранням по вузлах чи без розбирання, змащення тертьових поверхонь, заміну вузлів і дрібних другорядних деталей, підтяжку з'єднань, регулювання кінематики, настроювання електричних елементів і чищення контактних поверхонь. Після середнього ремонту прилад піддається відомчій перевірці.

Капітальний ремонт включає повне розбирання приладу, установку нової шкали, ремонт і фарбування корпуса, заміну зношених деталей і вузлів. Після капітального ремонту виробляється регулювання і випробування приладу на іспитовому стенді і первинній перевірці, у необхідних випадках - державна.

Перевірка засобів вимірів - це форма метрологічного нагляду за засобами вимірів, що здійснюється для встановлення їхньої придатності до застосування.

Обов'язковій, державній перевірці підлягають засоби вимірів:

- застосовувані в органах державної метрологічної служби;

- застосовувані підприємствами в якості зразкових;

- випускаються з виробництва як зразкові;

- засоби вимірів, результати яких використовуються для обліку матеріальних цінностей, палива й енергії, при взаємних розрахунках, у торгівлі, для захисту природного середовища, для забезпечення безпеки праці;

- застосовувані для реєстрації національних і міжнародних рекордів.

Не ввійшли в цей перелік засоби вимірів можуть повірятися відомчою метрологічною службою.

Засоби вимірів піддаються первинній, періодичній, позачерговій, інспекційній і експортній перевірці.

Первинна перевірка виконується при випуску засобів вимірів з виробництва чи ремонту, а також для імпортованого засобу виміру.

Первинній перевірці підлягає кожен екземпляр засобів вимірів.

Періодичній перевірці піддаються всі засоби вимірів, що знаходяться в експлуатації чи збереженні. Періодичні перевірки проводяться через визначені інтервали часу, називані міжповірочними інтервалами. Міжповірочні інтервали визначаються органами, що проводять перевірку, на основі статистичної обробки даних, накопичених у період експлуатації. При цьому використовуються числа 1; 1.5; 2; 3; 4; 5; 9; 12; 24; 36. Міжповірочні інтервали встановлюються в години наробітку чи в календарному часі (місяцях).

Позачергова перевірка проводиться при експлуатації і збереженні засобів вимірів незалежно від терміну експлуатації і періодичності перевірки, у випадках, коли виникає необхідність упевнитися в придатності засобів вимірів до застосування; коли ушкоджене повірочне клеймо чи пломба; коли втрачена документ про проведенняі перевірки; коли засоби вимірів вводяться в експлуатацію після збереження й ін.

Інспекційна перевірка проводиться вибірково при проведенні держ. нагляду чи відомчого нагляду за експлуатацією і збереженням засобів вимірів, а також за правильністю результатів останньої перевірки і відповідності міжповірочних інтервалів умовам експлуатації.

Експертна перевірка виконується при проведенні метрологічної експертизи засобів вимірів з метою виявлення їхньої придатності до застосування і правильності їхньої експлуатації.

Експертну перевірку проводять органи державної метрологічної служби.

Позитивні результати державної і відомчої перевірок засвідчуються за допомогою державного і відомчого клейм.

Державне повірочне клеймо містить емблему, де останні цифри року застосування клейма, шифр територіального органа Держстандарту й індивідуальний знак повірювача.

Відомче клеймо містить умовний знак міністерства, дві останніх цифри року застосування клейма й індивідуальний знак повірювача.

Тема М-4. Обробка результатів вимірів

М -4.1 Основний постулат вимірів

При вимірах по шкалі відносин будь-який вимір припускає порівняння невідомого розміру з відомим і вираження першого через другий у кратному чи дольному відношеннях.

При вимірах фізичних величин як відомий розмір вибирається одиниця системи СВ.

Ця процедура порівняння виражається відношенням:

де Q - вимірювана величина,

[Q] - одиниця виміру цієї величини.

Тоді розмір вимірюваної величини виразиться співвідношенням:

Q = A[Q],

де А - числове значення вимірюваної величини.

Основний постулат вимірів полягає в тім, що відлік Q при вимірах є випадковою величиною. Отже, розподіл різних значень відліків підкоряється законам теорії ймовірностей.

М-4.2 Основні зведення з теорії ймовірностей і математичної статистики

Теорія ймовірностей - це наука, що вивчає ймовірнісні закономірності у випадкових явищах.

Математична статистика - наука, що вивчає правила, відповідно до яких за результатами експериментів (спостережень, відліків) оцінюються ймовірністні характеристики.

Практичне застосування теорії ймовірностей і математичної статистики полягає в обробці дослідних даних (відліків), отриманих у результаті спостережень випадкових явищ і процесів. Оцінка шуканої величини здійснюється на підставі статистичної обробки результатів вимірів.

Величина, отримана при статистичній обробці результатів вимірів, не є істинним значенням величини, а деяким наближенням до неї.

При обробці результатів вимірів можуть зустрітися два варіанти:

1. Шукана величина в дійсності має визначене значення (наприклад, маса вантажу). Однак, у результаті вимірів виходить набір значень цієї величини, зумовлюваний помилками вимірів. Найчастіше в цьому випадку стоїть задача оцінки точного значення цієї величини.

2. Шукана величина по своїй природі є випадкової (наприклад, тиск у деякій точці газового потоку). Тоді при розгляді вибірки результатів вимірів вивчається розподіл цієї величини, і отримані результати вважаються адекватними для гіпотетичної великої групи відліків вимірюваної величини - генеральної сукупності. У цьому випадку вивчається закон розподілу вимірюваної величини, визначаються інтервали перебування випадкової величини.

Розглянемо далі деякі поняття з теорії ймовірностей і математичної статистики.

Імовірність події. Нехай при загальному числі рівноправних результатів досвіду (подій), рівному N, імовірність деякої події А дорівнює відношенню m/N, де m - число результатів, які сприяють події А. чисельним значенням імовірності є статистична частота, що і буде вважатися за міру імовірності.

Випадкова величина (в.в.) - це величина, що при її вимірі може приймати чи не приймати визначене значення, що знаходиться у виділеному інтервалі. Випадкова величина може бути дискретною чи нескінченною.

Дискретною випадковою величиною називається величина, що може приймати кінцеву чи нескінченну рахункову безліч значень, тобто можливі її значення можуть бути заздалегідь перераховані (наприклад, кількість бракованих деталей у партії).

Нескінченною випадковою величиною називається величина, що у межах відомого інтервалу може приймати різні значення (наприклад, температура в газовому потоці).

Кожна випадкова величина (дискретна і нескінченна) характеризується законом розподілу, тобто залежністю, що встановлює зв'язок між можливими значеннями випадкової величини і відповідною імовірністю.

Основними для будь-якого закону розподілу є показники, що характеризують: середнє значення угруповання випадкової величини, мінімальні і максимальні значення, ступінь розсіювання випадкової величини від центра угруповання.

Основні поняття:

Генеральна сукупність - уся безліч усіляких значень випадкової величини. Це поняття є гіпотетичним, оскільки реально, як правило, неможливо одержати всі існуючі в природі значення випадкової величини.

Вибірка - обмежене число вимірів N, обумовлене в кожному конкретному випадку.

Згаданий закон розподілу дискретної випадкової величини може бути заданий у виді таблиці, у якій перераховані всі можливі значення випадкової величини і відповідні їм імовірності. Для нескінченної випадкової величини скласти таку таблицю неможливо. Для неї вводяться поняття інтегрального і диференціального законів розподілу, що можуть бути застосовні і для розподілу дискретної випадкової величини.

Інтегральним законом розподілу випадкової величини називають функцію F(x), що визначає імовірність того, що випадкова величина Х прийме значення, менше х₁, т.т.,

F(x) = P(X<x₁), 0F(x)1.

Функція розподілу - сама універсальна характеристика випадкової величини. Як ми уже відзначали, вона існує як для нескінченних, так і для дискретних випадкових величин.

Графічно вони зображуються в такий спосіб:

для дискретної в.в. для нескінченної в.в.

Рисунок М.3. Функція розподілу випадкової величини

Т.ч., інтегральна функція розподілу F(x) відображає інтегральний закон розподілу в.в.

Виходячи з визначення поняття функції розподілу, їй притаманні наступні властивості:

1. F(x₂)>F(x₁) при x₂>x₁, т.т. F(x) - зростаюча функція.

2. F(-) = 0.

3. F() = 1.

4. Імовірність попадання в.в. на заданий інтервал дорівнює збільшенню функції розподілу на цьому інтервалі, тобто

P(x₁X<x₂) = F(x₂) - F(x₁).

Диференціальним законом розподілу в.в. є функція f(x), що визначається співвідношенням:

Диференціальному закону розподілу відповідає щільність розподілу імовірності.

Зображення функції щільності розподілу імовірності представлена на рис. М.4.

Рисунок М.4. Функція щільності розподілу імовірності

Властивості функції щільності розподілу імовірності

1. f(x)0, тому що F(x) - неубутна функція.

2. - дане співвідношення визначає імовірність попадання в.в. у нескінченний інтервал (уся числова вісь).

М-4.3 Основні характеристики випадкових величин, функції розподілу і щільності розподілу

Перша характеристика розподілу випадкової величини - центр групування випадкової величини. Ця величина зветься - математичне очікування. Будемо позначати цю величину МХ. У деяких джерелах ця величина може позначатися інакше, а саме: Е(х), mх.

Для емпіричного (отриманого експериментальним шляхом при обмеженій вибірці) розподілу характеристика, аналогічна МХ, зветься «середнє арифметичне» і позначається як х_сер.

Вираження математичного очікування мають вид:

- для дискретних випадкових величин;

- для нескінченних випадкових величин.

де x_i - обмірюване значення в.в.;

p_i - імовірність появи цього значення в.в.;

f(x) - функція щільності розподілу.

Вираження для середнього арифметичного:

,

де n_i - кількість вимірів з i-м результатом;

n - загальна кількість вимірів.

Математичне очікування характеризує тільки середнє значення в.в. Навколо цього середнього значення групуються всі можливі значення в.в., тому математичне очікування називають центром розподілу, чи центром угруповання. Ця величина не характеризує ступінь розсіювання в.в. біля її середнього значення.

Розкид в.в. характеризується величиною, що називається дисперсією. Дисперсія D(x) являє собою математичне очікування квадрата відхилення випадкової величини від центра угруповання:

Такий запис дисперсії має місце для дискретної в.в.

Для нескінченної в.в. вираження для дисперсії D(x) виражається трохи інакше:

Для обмеженої вибірки дисперсія визначається зі співвідношення:

Дисперсія має розмірність, рівну квадрату розмірності самої в.в.

Щоб характеристику розсіювання зробити такої ж розмірності, як і сама в.в., за оцінку розсіювання приймають корінь квадратний з дисперсії. І цю величину називають середньоквадратичним відхиленням. Чи інакше - «стандарт» випадкової величини, позначають як _х:

Для оцінки результатів спостережень звичайно досить двох величин: математичне очікування МХ, стандарт _х.

Перше визначає центр групування випадкової величини, друга - ступінь розсіювання випадкової величини щодо цього центра.

Для розподілу з великим числом параметрів уводиться додаткова характеристика розподілу випадкової величини - коефіцієнт варіації k = _х/МХ, тобто відношення стандарту до математичного очікування.

До характеристик розподілу випадкової величини відносяться поняття: початкові моменти, центральні моменти.

Початкові моменти позначаються m_k, і визначаються з виражень:

- для дискретної випадкової величини;

- для нескінченної випадкової величини.

Початкові моменти являють собою зважені середні в.в.

При k = 1 - буде мати місце перший початковий момент, і він буде відповідати математичному очікуванню випадкової величини.

Центральні моменти розподілу випадкової величини позначаються M_k і обчислюються з виражень:

- для дискретної випадкової величини;

- для нескінченної в.в.

При k = 2 - має місце другий центральний момент, що виражає собою дисперсію розподілу.

М-4.4 Найпростіші розподіли випадкової величини

Розподіл випадкової величини характеризується функцією розподілу F(x) чи щільністю розподілу імовірності в.в. f(x). Існує багато типів цих розподілів. Практично усі випадки розподілів, зв'язаних з помилками вимірів, описуються так називаним нормальним законом розподілу. Графік функції щільності імовірності має вид кривої, симетричної щодо центра розподілу (рис. М.5). Ця крива описується рівнянням:

Рисунок М.5. Графік функції щільності імовірності

Розтягнутість кривої залежить від величини середньоквадратичного відхилення _х. Чим більше _х, тим сильніше розтягнута крива.

Крива щільності розподілу імовірності в.в. називається «крива розподілу Гауса».

На практиці часто цікавить питання: яка імовірність попадання випадкової величини в інтервал x₁Xx₂? Відповідь на це питання дає інтеграл від щільності розподілу імовірності в.в.

Функція Ф^*(х) є функцією, що залежить від однієї величини t. Величину t називають «параметр t» чи «параметр нормованого розподілу».

Функція Ф^*(х) відповідно називається функцією нормованого розподілу, чи функція Лапласа, чи інтеграл імовірності.

Оскільки ця функція залежить від однієї величини t, то вона може бути представлена у виді графіка чи таблиці. Функція Лапласа для аргументу х дорівнює одиниці.

Використання функції Лапласа дозволяє, по-перше, оцінити імовірність того, що шукана величина знаходиться в інтервалі [x_сер-x₁; x₂-x_сер] за відомим значенням середньоквадратичного відхилення _х.

Для цього необхідно взяти інтеграл у тій формі, у якій ми вище записували.

По-друге, по заданій імовірності визначити інтервал, у якому знаходиться шукана величина Х.

Для цього необхідно знать середньоквадратичне відхилення _х і середнє значення функції x_сер.

Задача зважується в такий спосіб.

За допомогою таблиць (чи графіків) знаходять параметр нормування нормального розподілу t (за заданим значенням необхідної імовірності). Далі: зі співвідношення знаходимо величину . Тоді інтервал, у якому знаходиться шукана величина Х с заданою імовірністю р буде складати:

х_сер- Х х_сер+.

Але тому що з визначення параметра t випливає, що = t_х. Тоді вираження для інтервалу можна записати у виді:

х_сер-t_х Х х_сер+t_х.

Якщо тепер установлювати розмір інтервалу в частках середньоквадратичного відхилення, то за допомогою таблиць чи графіка функції Лапласа можна установити наступні співвідношення.

Для значення половини інтервалу, рівного _х, імовірність того, що шукана величина буде саме в цьому інтервалі, складе 0.6827. Для значення напівінтервалу, рівного 2_х, імовірність складе 0.9545; і для значення напівінтервалу, рівного 3_х імовірність складе 0.9973.

У стиснутому виді сказане можна виразити співвідношеннями:

У теорії математичної статистики приймається, що всі відліки з відхиленням від середнього значення на величину, більшу, ніж 3_х, вважається результатом грубих помилок, і ці дані виключаються з отриманої вибірки відліків, і по частині, що залишилася, відліків знову визначають х_ср і середньоквадратичне відхилення.

Така операція по виключенню грубих помилок називається правилом 3.

Розглянуті вище співвідношення відносяться до нормального розподілу випадкової величини. Існує, однак, цілий ряд інших розподілів. При цьому нормальний розподіл вважається граничним для кожного з них.

Розглянемо одне з них - експонентний розподіл.

Щільність розподілу імовірності f(x) і функція розподілу F(x) для експонентного розподілу мають вид (рис. М.6).

Рисунок М.6. Щільність розподілу імовірності f(x) і функція розподілу F(x) для експонентного розподілу

Цим розподілом описують інтенсивність відмовлень, час наробітку на відмовлення й ін.

При експонентному розподілі випадкової величини МХ характеризує середній час життя (експлуатації), - інтенсивність відмовлень.

Якщо х - це час, то імовірність того, що час безвідмовної експлуатації буде не більш годин, складе:

Р(х<) = 1 - e^-.

М-4.5 Залежні випадкові величини

Попередні викладення і розуміння відносилися до розподілів однієї величини. Зв'язок з іншими величинами визначалася поняттям випадкової величини. Т.т., що впливають величин (причин чи появи події) було нескінченно багато, але кожна з них робила мізерно малий вплив.

Якщо ж деяка випадкова величина зв'язана з іншими величинами деяким відомим співвідношенням, наприклад,

U = (x₁;x₂;x₃;…;x_n),

і якщо є можливість вивчити параметри розподілу величин x_i, то виявляється, через параметри функцій x_i можна визначити і параметри розподілу функції U.

Висновок цих співвідношень досить складний, тому запишемо їх відразу в кінцевому вираженні.

Математичне очікування залежної функції U приблизно дорівнює функції від математичних очікувань x_i:

M(U) = M[(x₁;x₂;x₃;…;x_n)](Mx₁;Mx₂;Mx₃;…;Mx_n)...

Для дисперсії відповідні рівняння мають вид:

Відповідно, середньоквадратичне відхилення, чи стандарт, визначається по формулі:

М-4.6 Застосування методів теорії ймовірностей і математичної статистики при обробці результатів вимірів

Обробка результатів вимірів здійснюється з метою визначення шуканої величини й оцінки її вірогідності.

Послідовність дій при цьому залежить від обсягу вибірки, а також від наявності інформації про те, підкоряється випадкова величина нормальному закону розподілу чи ні.

Розглянемо випадок, коли обсяг вибірки досить великий (n > 40...50),а також свідомо відомо, що розподіл випадкової величини підкоряється нормальному закону розподілу.

Послідовність дій при обробці результатів вимірів:

1. Визначається середньоарифметична величина

2. Визначається середньоквадратичне відхилення в.в.

3. Відкидаються елементи вибірки за правилом 3.

4. Знову визначаються х_сер і _х.

5. Визначається середньоквадратичне відхилення середньоарифметичного.

Постановка саме цього питання зв'язана з тим, що середньоарифметичне значення в.в. не збігається з математичним очікуванням цієї величини, і що саме значення середньоарифметичного значення є випадкова величина.

Виходячи з цього середньоквадратичне відхилення середньоарифметичного визначається по формулі

6. Задаються довірчою імовірністю того, що знайдене значення середньоарифметичного не буде відрізнятися від математичного очікування на деяку величину і буде знаходитися з заданою імовірністю у визначеному інтервалі, що і необхідно знайти. Звичайно значення довірчої імовірності вибирають у межах від 0.9 до 0.95.

7. За допомогою таблиць чи графіків по величині заданої імовірності знаходять параметр нормованого розподілу t.

Приведемо деякі співвідношення між довірчою імовірністю і значенням параметра t.

Так, для заданої імовірності 0.95 параметр t2.

8. Визначається довірчий інтервал, у якому з заданою імовірністю знаходиться середньоарифметичне значення обумовленої величини:

Така методика обробки застосовується при досить великому числі вимірів.

При числі вимірів менш 40 методика обробки інша. Відмінність полягає в тім, що використовується інший закон розподілу імовірності, при якому імовірність попадання випадкової величини в деякий інтервал залежить не тільки від ширини інтервалу, але і від числа вимірів n.

Такий розподіл імовірності називається розподілом Ст'юдента (псевдонім математика В.С.Госсета).

Слід зазначити, що якщо вибірка не перевищує 10-15 вимірів (відліків), то при цьому визначення грубих помилок за правилом 3 не здійснюється.

На практиці не завжди є впевненість, що розподіл випадкової величини апріорі підкоряється закону нормального розподілу імовірності. У цьому випадку обробка результатів вимірів починається з перевірки нормальності закону розподілу імовірності результатів вимірів.

Послідовність виконання робіт наступна:

1. Визначається середньоарифметична величина х_сер.

2. Визначається середньоквадратичне відхилення _х.

3. За правилом 3 виключаються виміри, відхилення яких від середнього значення перевищує 3.

4. Визначаються нові значення середньоарифметичного х_сер і середньоквадратичного відхилення _х.

5. Будується гістограма емпіричного розподілу, для цього:

масив даних розбивається на інтервали у відповідності з наступними рекомендаціями:

- масштаб гістограми вибирається так, щоб її висота і ширина відносилися як 5:8;

- для кожного інтервалу визначається відносна частота попадання в.в. в інтервал:

де m_i - число вимірів, що потрапили в i-тий інтервал;

n - загальне число вимірів;

х - величина інтервалу.

Помітимо, що визначена відносна частота є оцінкою щільності розподілу імовірності.

Можливий вид гістограми розподілу в.в. (рис. М.7).

Рисунок М.7. Гістограма емпіричного розподілу

По виду гістограми попередньо судять про відповідність емпіричного розподілу щільності імовірності теоретичному.

6. За критерієм згоди робиться висновок про відповідність емпіричного розподілу теоретичному.

Для цієї мети використовують один із критеріїв згоди: критерій згоди ² К.Пірсона, критерій згоди Колмогорова чи за іншими критеріями.

Найчастіше користаються критерієм К.Пірсона.

Критерій ² К. Пірсона визначають по формулі:

де k - число інтервалів;

p_i - теоретична імовірність попадання до i-того інтервалу.

Розподіл випадкової величини вважається відповідним нормальному закону розподілу щільності імовірності, якщо виконується умова:

де - аргумент теоретичного розподілу К.Пірсона, що знаходиться по заданій імовірності з таблиць чи графіків.

Тема ТВ-1. Вимір температури в системах теплогазопостачання і вентиляції

Вимір температур потрібно при обслуговуванні практично всіх систем теплогазопостачання і вентиляції.

При обслуговуванні теплогенеруючих установок необхідно вимірювати температуру газів майже по всьому тракті їхнього руху, необхідно контролювати температуру теплоносіїв. Такий контроль необхідний як для забезпечення ефективного (ощадливого) використання палива, так і для забезпечення безпеки і безаварійності роботи котлоагрегатів.

У системах теплопостачання, опалення і вентиляції вимір температур необхідно для контролю відпустки теплоти, зниження теплових утрат при транспортуванні теплоносія, для контролю і забезпечення заданих параметрів атмосфери в приміщеннях, що обслуговуються.

Межі вимірюваних температур складають від -30єС и нижче і до 1000єС и вище.

Середовища, у яких виміряються температури: повітря, продукти згоряння, вода, пара, температура твердих тел.

Така розмаїтість умов і меж виміру температур визначає використання цілого ряду способів виміру і типів і типорозмірів термометрів.

ТВ-1.1 Вимір температури термометрами

ТВ-1.1.1 Рідинні скляні термометри

У рідинних скляних термометрах для визначення температури використовується теплове розширення спеціальної термометричної рідини (табл. ТВ.1), у якості якої може використовуватися ртуть, спирт і ін. Термометрична рідина укладена в скляний резервуар, з'єднаний з капіляром, з яким зв'язана температурна шкала.

Таблиця ТВ.1. Термометричні рідини

Примітка: Під видимим коефіцієнтом об'ємного теплового розширення розуміють різницю між коефіцієнтами об'ємного теплового розширення термометричної рідини та скла.

Рисунок ТВ.1. Термометри

а) палочний: 1 - резервуар; 2 - товстостінний капіляр; 3 - шкала, яка нанесена на зовнішню поверховість капіляра;

б) зі вкладеною шкалою: 1 - резервуар; 2 - капіляр; 3 - шкала, яка нанесена на пластинку з молочного скла; 4 - захисна скляна оболонка.

Рисунок ТВ.2. Технічний термометр

1 - резервуар; 2 - капіляр; 3 - шкала; 4 - оболонка; 5 - нижня частина термометра (l).

Температура визначається по положенню меніска щодо шкали. Шкала може бути нанесена на спеціальну пластину, міцно скріплену з капіляром. Або шкала наноситься фарбами на самому капілярі.

Для різних умов виробляються термометри з різними межами виміру і з різною ціною розподілу (0.01-5.0З). У СРСР вироблялося більш 650 типів рідинно-скляних термометрів.

Достоїнства рідинно-скляних термометрів - простота в звертанні, дешевина, сталість характеристик, висока точність вимірів.

Недоліки: крихкість, і як наслідок - небезпека розливу ртуті - пари ртуті отрутні, інертність (для одержання точного значення вимірюваної температури потрібно досить тривалий час витримувати термометр у точці виміру - до декількох хвилин).

Інший недолік - труднощі безпосереднього сполучення їх з електричними системами подальшої переробки первинної інформації.

Разом з тим, промисловістю випускаються електроконтактні термометри (у капіляр вводяться електричні проводи, що можуть замикатися ртуттю при підвищенні температури до заданого рівня). Електроконтактні ртутні термометри можуть випускатися з рухливим чи нерухомим електричним контактом.

Ртутні термометри використовуються для вимірів температур у діапазоні від -35 до 600єС.

Для інших діапазонів негативних температур як термометричну рідину можуть використовуватися спирт етиловий, толуол, петролейний ефір, пентан.

Рідинні скляні термометри по їхній точності можна розділити на лабораторні типів ТЛ-2, ТЛ-3, ТЛ-4, ТЛ-5, ТЛ-6, ТЛ-15 (зразковий), ТР-I, ТР-II, ТР-III (зразковий), ТКР, ТКРУ, ТН і на промислові: ТТ, ТТЖ, ТП-21, СП.4 (5, 14, 40), ТБ-2М, ТБ-37 (38, 45 і ін.).

Лабораторні термометри - це термометри повного занурення.

Промислові термометри - термометри часткового занурення. По зовнішньому вигляді їхня відмінність у тім, що нижня частина термометра, що занурюється у вимірюване середовище, має менший діаметр, чим верхня частина термометра.

Причини, що викликають погрішність виміру температури рідинними термометрами:

- неповнота занурення у вимірювану рідину;

- вплив тиску навколишнього середовища, t = 110^-6С/Па;

- старіння скла - результат його температурних деформацій (розширення, стиск при зміні температури). На лабораторних термометрах наноситься напис - зістарене;

- явище паралакса - площина спостереження не перпендикулярна капіляру.

ТВ-1.1.2 Манометричні термометри

Принцип дії манометричних термометрів заснований на залежності від температури тиску манометричної речовини в герметично закритому обсязі.

Вони підрозділяються на газові, рідинні, конденсаційні.

Манометричні термометри характеризуються можливістю дистанційного виміру температури без використання додаткової енергії, простотою конструкції, надійністю, наявністю рівномірної шкали, вибухобезпечністю, нечутливістю до зовнішніх магнітних полів.

Рисунок ТВ. 3. Схема манометричного термометра 1 - термобалон;

2 - капіляр;

3 - манометрична пружина;

4 - утримувач;

5 - повідець;

6 - компенсатор;

7 - спіральний волосок;

8 - вказівна стрілка;

9 - сектор;

10 - манометрична пружина.

Пристрій термобалону.

При зміні температури термобалону змінюється тиск усередині системи, відбувається деформація пружини. Переміщення її кінця через сполучний механізм передається на вказівну стрілку і її положення змінюється.

Капіляри виготовляють з латуні і стали з зовнішнім діаметром 2.5 мм і внутрішнім діаметром 0.35 мм.

Відповідно до ДСТ 8-624-80 (з доп.) довжина капіляра може складати: 0.6, 1.0, 1.6, 2.5, 4, 6, 10, 12, 16, 25, 40 і 60 м.

Термобалон є чуттєвим елементом, його довжина - не більш 400 мм.

Манометричні термометри застосовують для виміру, записи і регулювання температури газів, пар, рідин у діапазоні від -200 до 1000(С. Класи точності: 1.0, 1.5, 2.5 (газові і рідинні); 1.5, 2.5, 4.0 (конденсаційні).

У конденсаційних манометричних термометрах термобалон лише частково заповнений рідиною. Температура кипіння рідини відповідає діапазону виміру температур. Такими рідинами можуть бути: фреон-22, пропиллен, хлористий мітив, ацетон, этилбензол.

У газових термометрах термобалон заповнюється азотом, аргоном.

У рідинних манометричних термометрах робочою рідиною є: поліметілсілоксанова рідина, пропіловий спирт, метаксілол.

Манометричні термометри можуть бути що показують, самописні і комбіновані.

Типи манометричних термометрів: ТПГУ, ТПГУ-V, ТПГУ VI, ТГС-711, ТГС-712, ТГ2С-711, ТГ2С-712, ТПГ-СК, ТКП-160, ТГП-160, ТДГ-П, ТДГ-Э, ТДТ-IX і ін.

Манометричні термометри володіють досить великою інерційністю: від 3...6 до 500...800 с.

Фактори, що викликають погрішність вимірів манометричними термометрами:

- відхилення температури від умов, для яких градуйований термометр;

- відхилення зовнішнього тиску;

- різні рівні термобалона і пристрою, що показує;

- відсутність температурної рівноваги термобалону із середовищем.

ТВ-1.1.3 Дилатометричні і біметалічні термометри

У дилатометричних і біметалічних термометрах вимір температури заснований на розходженні температурних коефіцієнтів лінійного розширення двох речовин.

У дилатометричному термометрі два стрижні з матеріалів з різними коефіцієнтами розширення на одному кінці скріплені один з одним. Різниця переміщень вільних кінців служить мірою температури.

Рисунок ТВ.4. Схема дилатометричного термометра

1 - металічна труба (чутливого елемента);

2 - стрижень;

3 - штуцер;

4 - головка;

5 - важіль;

Межі виміру температур від -60 до 3000єС. Вони надійні в роботі, однак, безпосередньо для виміру температур використовуються вкрай рідко, а найчастіше - як терморегулятори, наприклад, у кондиціонерах.

Датчики мають довжину порядку 300 мм. Дилатометричні термометри мають позначення ТУДЭ і ТДЭ.

Біметалічні термометри складаються з міцно з'єднаних між собою двох металевих пластин, здійснених у виді плоскої чи циліндричної спіралі. Матеріали пластин: інвар-латунь, інвар-сталь.

Рисунок ТВ.5. Схема пристрою біметалічного реле температури

1. термобіметалічна пластина;

2. контакти;

3. гвинт;

4. ізолятор;

5. гільза.

При збільшенні температури біметалічні пластини згинаються убік шаруючи матеріалу з меншим тепловим розширенням.

Таблиця ТВ.2. Середні коефіцієнти лінійного розширення матеріалів

За допомогою біметалів можна вимірювати температури від -50 до 500єС.

Біметалічні термометри використовуються найчастіше в якості термореле. Погрішність спрацьовування таких реле складає приблизно 1єС.

Типи біметалічних реле температури від ДТКБ-42 до ДТКБ-57.

Біметалічні термометри дешеві, надійні, розвивають великі перестановочні зусилля, але мають низьку точність.

ТВ-1.2 Термоелектричний метод виміру температур

ТВ-1.2.1 Основні положення теорії термоелектричних термометрів

Принцип виміру температур за допомогою термоелектричних термометрів заснований на тім, що якщо два різнорідних електричних провідники згуртувати по кінцях, і спай помістити в середовища з різною температурою, то в контурі провідників виникне електричний струм.

ЭДС струму буде тим більше, чим більше різниця температур між спаями. Такий пристрій для виміру температур називається термопарою:

Рисунок ТВ.6. Схема термоелектричного термометра

А, В - термоелектроди;

С - провідник; 1-4 - спаї.

До термоелектродних матеріалів, призначених для виготовлення термопари пред'являють ряд вимог: жаростійкість, механічна міцність, хімічна інертність, термоелектрична однорідність, стабільність і відтворюваність термоелектричної характеристики.

Стандартні термоелектричні термопари мають наступні характеристики:

Термоелектричні термометри платинової групи добре використовуються в нейтральних або окислювальних середовищах і швидко гинуть у відтворюючому середовищі і у вакуумі.

Термоелектричні термометри на основі вольфраму, молібдену, ренію та їх сплавів надійно працюють у вакуумі, у нейтральному та відтворюючому середовищі, але порівняно швидко виходять зі строю в окислювальному середовищі. Стабільність термо Е.Д.С. монокристалів вольфраму, молібдену та ренію значно вище, ніж у відповідних полікристалічних металів.

Крім зазначених у таблиці на практиці (в інших галузях) використовуються термопари типу: платинородій- платинові (використовуються для вимірювання температур від 300 до 1600єС), мідь-константан.

ТВ-1.2.2 Схеми включення вимірювальних приладів у ланцюг термопари (тобто термоелектричного термометра

Для того, щоб вимірити температуру в деякій точці газоподібного, рідкого чи твердого тіла, у цю точку необхідно помістити один зі спаїв термопари, що, як правило, називають гарячим, інший спай помістити в інше середовище, температура якого відома.

Цей другий спай називають холодним спаєм чи «вільні кінці термопари». Далі в контур термопари необхідно включити прилад, що вимірював би ЕДС в електричному контурі термопари.

Для виключення виникнення паразитного термо ЕДС, що подовжують проводи повинні мати ту ж градуювальну характеристику, що і проводи самої термопари.

У цілому ряді випадків для підвищення точності виміру малих різниць температур холодного і гарячого спаїв використовують кілька термопар, з'єднаних послідовно. Такий пристрій називають «термобатареєю» чи « батареєю термопар».

Термопара, як вимірник температури ідеальним образом пристосована для виміру різниці температур у двох точках. Термопара, що виконує саме цю функцію, називається диференціальною термопарою, чи диференціальним термоелектричним термометром.

Рисунок ТВ.7. Конструктивна схема термоелектричного термометру

1 - захисна гільза;

2 - штуцер зі сальниковим ущільненням;

3 - головка;

4 - розетка;

5 - патрубок;

6 - трубка;

7 - термоелектроди.

ТВ-1.2.3 Вимір температур за допомогою термопари

1. Холодний спай (чи вільні кінці ТП) поміщають у середовище з відомою температурою t_x чи в судину з льодом (тоді t_x = 0).

2. Гарячий спай поміщають у середовище, де необхідно вимірити температуру. При цьому необхідно, щоб термоелектродні проводи ніде не стикалися (тобто щоб не було замикання проводів).

3. Вимірюють ЕДС термопари за допомогою того чи іншого гальванометра чи мікрогальванометра. При цьому необхідно знати, що гальванометр для виміру термоЕДС необхідно вибирати з урахуванням співвідношення між електричним опором термопари (разом зі сполучними проводами) і внутрішнім опором гальванометра. Рішення цього питання необхідно робити з використанням спеціальної літератури.

4. По градуйовальних таблицях для кожного значення термоЕДС визначають відповідне значення t = t_г - t_х.

Температура в місці установки гарячого спаю визначиться зі співвідношення:

t_г = t_х + t.

5. При вимірі температури в рідких середовищах провідник з гарячим і холодним спаями повинні заглублятися на 100-150 мм.

При вимірі температури поверхні твердого тіла спай термопари і частина провідника (100-150 мм) повинні укладатися в борозенку, а спай термопари повинний мати надійний контакт із твердим тілом, тому спай термопари нерідко запаюють на поверхні тіла.

6. Визначення температури по п.4 є наближеним. Більш точне визначення температур здійснюється в такий спосіб:

- по температурі холодного спаю t_х по градуйовальній таблиці визначають термоЕДС Е₀;

- визначають загальну термоЕДС термопари

Е = Е_ізм + Е₀,

де Е_ізм - показання гальванометра;

- за значенням загальної термоЕДС Е визначають по градуйовальній таблиці значення температури t_г без обліку температури холодного спаю (тобто, гадаючи, що t_х = 0С).

ТВ-1.2.4 Приклад використання термопари для визначення температур у системах ТГВ

Так, автоматика захисту автоматичного газового нагрівача АГВ складається з електромагнітного клапана і термоелектричного термометра, омиваного полум'ям запальника. При загасанні запальника ЕДС не надходить на обмотку електромагнітного клапана, і останній під дією пружини прикриває надходження газу в головний пальник АГВ. Такий захист працює без використання сторонньої енергії.

ТВ-1.3 Термометри опору

Принцип дії термометрів опору заснований на здатності різних матеріалів змінювати свій електричний опір зі зміною температури.

Термометри опору застосовуються для автоматичного регулювання температури газоподібних і рідких середовищ у терморегуляторах; у системах опалення і кондиціювання повітря приміщень побутового і промислового призначення, температури теплоносіїв у системах опалення й ін.

Напівпровідникові термометри опору використовуються в термоанемометрах для виміру швидкості повітря.

Прилад для виміру температури з використанням термоопорів складається в загальному випадку з трьох елементів: датчик температури чи, іншими словами, первинний прилад - це термоопір; вторинний прилад - це пристрій, що виробляє електричний струм, пропускає його через термоопір, перетворює сигнал від датчика в показання температури, і третій елемент - це електричний провід, що з'єднує датчик із вторинним приладом.

Як матеріал для термометрів опору можуть використовуватися метали: мідь, платина і напівпровідники.

Платинові термометри опору вимірюють температуру в межах від -260 до 1100єС.

Достоїнства платинових термометрів опору:

- сталість температурного коефіцієнта розширення;

- гарні механічні властивості (міцність, пластичність), що дозволяє одержувати дріт малих діаметрів;

- порівняно легкий спосіб одержання металу без домішок;

- корозійна стійкість.

Мідні термометри опору використовуються для виміру температур у межах від -200 до 200єС. Верхня межа обмежується окислювальністю металу.

Платинові термометри опору виготовляються I, II і III класів точності, мідні - II і III класів. Позначення платинового термометра опору - ТСП, мідного - ТСМ.

Датчики приладів на термоопорах, використовуваних у різних галузях, мають саме різноманітне виконання.

Термометри опору, використовувані в системах ТГВ, виготовляються в спеціальних футлярах, за формою дуже нагадують технічні термопари. Так що їх з першого погляду не відрізниш - це термопара чи термометр опору.

Напівпровідникові термометри опору відрізняються від металевих тим, що мають велику залежність опору від температури, тому вони більш чуттєві до зміни температури.

Опір металів від температури змінюється приблизно по лінійному закону, а напівпровідникових - по більш складній залежності:

R = Ае^В/Т,

де А і В - постійні, залежні від матеріалу напівпровідника.

Завдяки високій чутливості терморезисторні термометри опору застосовуються для вимірів температур у діапазоні від -100 до +300єС.

Для виміру температури поверхні застосовують терморезистори у виді шайб, тонкого диска чи бусинки невеликого діаметру.

Рисунок ТВ. 8. Вимірювальний механізм мілівольтметра.

1 - полюсні наконечники;

2 - постійний магніт;

3 - алюмінієва стрілка;

4 - повідець коректора нуля;

5 - опорні гвинти;

6 - керни;

7 - спіральні пружинки;

8 - рухома рамка;

9 - сердечник;

10 - важелі;

11 - магнітний шунт (стальна пластина);

12 - обойма з мостиком;

Поряд з відзначеними достоїнствами: висока чутливість, мініатюрність виконання датчика, достатня довговічність, терморезисторні термометри володіють і низкою недоліків:

- технологія виробництва терморезисторів не дозволяє виготовляти їх з ідентичними характеристиками, тобто вони не відповідають цілком вимозі відтворюваності;

- низька стабільність у часі, з цієї причини термін їхньої експлуатації обмежений.

Однак останнім часом для підвищення стабільності в часі розробляються технології «старіння» терморезисторів, а для взаємозамінності датчиків використовують цифрові вторинні прилади разом з ЕОМ, у пам'яті яких зберігаються індивідуальні характеристики окремих терморезисторів.

Напівпровідникові термометри опору широко поширені в різних галузях техніки.

Вимір температури за допомогою терморезисторів

Вимір температури за допомогою терморезисторів (напівпровідникових термометрів опору) засновано на фіксації зміни величини електричного струму, що протікає через терморезистор. Ця операція виконується у вторинному приладі за допомогою різних мостових схем електричних з'єднань, у яких зміна опору приводить до перерозподілу сили струму, а останнє використовується для градуювання шкали термометра в градуси (наприклад, Цельсія).

Погрішності вимірів термометрами опору:

- шунтування струму через порушення електричних провідників, що з'єднують датчик із вторинним приладом;

- неправильне припасування опору сполучної лінії і через вплив температури під час експлуатації;

- розігрів терморезистора при пропущенні через нього електричного струму;

- коливання напруги в мережі при використанні неврівноваженого моста;

- наведення струму при прокладці сполучних проводів приладу разом з мережними проводами.

Вторинні прилади

Як вторинні прилади при вимірі температури за допомогою терморезисторів використовуються:

- потенціометри типів КСП-1, КСП-2, КСП-4;

- мілівольтметри МВУ6;

- пірометричний, що показує, вузькопрофільний мілівольтметр (для роботи як з термопарами, так і з термометрами опору);

- стрілочний мілівольтметр, що показує, Ш4500;

- і ряд інших приладів.

Тема ТВ-2. Вимір тиску

Вимір тисків є однією з найбільш часто зустрічаємих операцій по регулюванню режимів роботи систем теплогазопостачання будинків і споруджень.

Межі вимірюваних тисків дуже широкі: від тисків, нижче атмосферного, до надлишкових тисків більш 1 МПа. Це визначає велике число методів і типів засобів вимірів тиску.

Одиницею тиску в Міжнародній Системі одиниць СИ є 1 Па = 1 Н/м².

На практиці часто використовуються кратні одиниці: 1 МПа = 110⁶ Па, 1 бар = 10⁵ Па.

Ще часто, особливо в старій літературі і на шкалах манометрів зустрічаються такі одиниці тиску:

1 кГс/см² = 98066.5 Па; 1 мм.рт.ст. = 133.32 Па;

1 мм.вод.ст. = 9.80665 Па; 1 кГс/м² = 9.80665 Па.

Розрізняють поняття тисків: атмосферний (барометричний), абсолютний, надлишковий, вакуумметричний.

Атмосферний (барометричний) тиск - це тиск повітряного стовпа в даній точці. Атмосферний тиск різний в різних місцях земної кулі. Зі збільшенням висоти над рівнем моря атмосферний тиск зменшується.

У техніці за 1 атмосферу приймають тиск, рівний 98066.5 Па; фізична атмосфера дорівнює 101325 Па (1 тех.атмосф. = 735.5 мм.рт.ст., 1 фіз.атмосф. = 760 мм.рт.ст.).

Абсолютний тиск - це сила, що здійснюється молекулами рухомого газу чи рідини, віднесена до 1 м² деякій поверхні.

Надлишковий тиск - це різниця між абсолютним тиском у деякому обсязі, судині, трубопроводі і тиском за межами цього обсягу.

Вакуумметричний тиск - це той же надлишковий тиск, але для випадку, коли тиск у судині менше тиску за його межами.

Співвідношення між цими тисками:

Р_н = Р_абс - Р_б,

де Р_н, Р_абс і Р_б - відповідно надлишковий, абсолютний й атмосферний (барометричний) тиски.

«барометричний тиск» - це тиск за межами судини. Якщо судина знаходиться у вільному повітряному просторі, то барометричний тиск дорівнює атмосферному.

Якщо тиск у судині менше барометричного, то має місце співвідношення:

Р_вак = Р_б - Р_абс,

де Р_вак - вакуумметричний тиск.

Рисунок ТВ.9. Схема Рисунок ТВ.10. Схема чашкового (одно-

U - подібного (двотрубного манометра) трубного) манометра

Рисунок ТВ.11. Схема мікроманометра типу ММН.

1 - вимірювальна трубка; 2 - гвинт; 3 - рівень; 4 - основа; 5 - гвинт; 6 - витиснювач; 7 - широкий сосуд; 8 - засіб для фіксації кута нахилу вимірювальної трубки.

Рисунок ТВ.12. Чашковий ртутний барометр

1,8 - металічна оправа; 2 - кільце; 3 - наскрізна щілина; 4 - візир; 5 - гвинт; 6 - оправа; 7 - термометр.

Тема ТВ-3. Вимір витрати і швидкості руху

Рисунок ТВ .13. Стандартна діафрагма з Рисунок ТВ .14. Стандартне сопло з кільцевими камерами в патрубках зі камерами в патрубках зі зварним з'єднанням

зварним з'єднанням (m>0,444)

Рисунок ТВ.15. Диференціальна трубка Піто.

Рисунок ТВ.16. Ротаметр зі скляною Рисунок ТВ.17. Ротаметри з диференційно трансконусною трубкою форматорним перетворювачем, який передає 1 - скляна конусна трубка; 2,3 - патрубки; 4 - тяга; 5 - ребра; 6 - поплавок; 7 - обмежник ходу поплавка.

Рисунок ТВ.18. Схема пристрою швидкісного однострумінного водолічильника з вертикальною крильчаткою («сухохід»)

1 - сітка; 2 - струміневипрямлювач; 3 - крильчата вертушка; 4 - опорний шип; 5 - передаточний механізм; 6 - сальник; 7 - рахунковий механізм; 8 - вісь крильчатої вертушки.

Тема СТ-1. Основи стандартизації

Державна система стандартизації - це встановлення і застосування єдиних норм і правил у визначеній області діяльності.

Мета і задачі стандартизації:

- удосконалювання якості продукції;

- виробництво товарів світового рівня;

- установлення норм і правил в області проектування, виробництва й експлуатації об'єктів;

- визначення єдиної системи показників якості продукції;

- розвиток і встановлення єдиних термінів і позначень;

- забезпечення єдності і вірогідності вимірів.

Методи стандартизації.

Методами стандартизації є уніфікація, агрегатування і типізація.

Уніфікація - це метод стандартизації, що полягає в раціональному скороченні видів, типів і розмірів виробів, вузлів і деталей, що дозволяють збирати нові вироби з додаванням визначеної кількості оригінальних елементів. Чим більше уніфікованих вузлів і деталей у машині, тим коротше терміни її проектування і виготовлення.

Найбільш простим видом уніфікації є «симпліфікація» - простої скорочення найменш вживаних елементів до доцільного мінімуму.

Типоразмерна уніфікація здійснюється у виробах однакового функціонального призначення, що відрізняються друг від друга числовим значенням головного параметра.

Внутрішньотипова і міжтипова уніфікація.

Внутрішньотипова уніфікація здійснюється у виробах того самого функціонального призначення, що мають однакове числове значення головного параметра, але складених частин, що відрізняються конструктивним виконанням.

Міжтипова уніфікація здійснюється у виробах різного типу і різного конструктивного виконання.

Агрегатування - це метод створення машин, приладів і устаткування з окремих стандартних, уніфікованих вузлів, багаторазово використовуваних при створенні різних виробів на основі геометричної і функціональної взаємозамінності.

Агрегатування забезпечує розширення області застосування машин шляхом заміни їхніх окремих вузлів і блоків.

Агрегатування дає можливість застосування пристосувань і складного технологічного механізованого й автоматизованого оснащення.

Агрегатування устаткування має конструктивну оборотність. Т.т., в агрегатного устаткування найбільшою мірою розвита конструктивна наступність, спрощений ремонт, знижена номенклатура запасних частин.

Принципи агрегатування широко використовуються при створенні стандартного переналагоджуваного оснащення.

Типізація - метод стандартизації, що полягає у встановленні типових об'єктів для даної сукупності, прийнятих за основу (базу) при створенні інших об'єктів, близьких за функціональним призначенням. Цей метод називають іноді методом базових конструкцій, тому що в процесі типізації вибирається об'єкт, найбільш характерний для даної сукупності, з оптимальними властивостями, а при одержанні конкретного об'єкта ( чи виробу технологічного процесу) обраний об'єкт (типовий) може перетерплювати лише деякі часткові зміни чи доробки. Прикладом типізації може служити створення серії піднімальних кранів з висувною стрілою на автомобільному ходу, створення плит перекриття для будинків і споруджень, створення типорозмірів віконних блоків і т.д.

Типізація, як ефективний метод стандартизації розвивається в трьох напрямках:

- стандартизація типових технологічних процесів;

- стандартизація типових виробів загального призначення;

- створення нормативно-технічних документів, що встановлюють порядок проведення яких-небудь робіт, розрахунків, іспитів і т.д.

Тема СТ-2. Система стандартизації та основні нормативні документи в Україні

Основні нормативно-технічні документи в області стандартизації в Україні

Питання нормативно-технічної документації в області стандартизації є частиною законодавчої метрології і відносяться до компетенції Держстандарту України. До складу нормативно-технічних документів входять стандарти, технічні умови, методичні вказівки, положення, інструкції, правила й ін.

Стандарт -нормативно-технічний документ, що установлює вимоги до груп конкретної продукції, а також правила, що забезпечують її розробку, виробництво і застосування.

Стандарти підрозділяються на категорії:

- державні (ДСТ);

- галузеві (ОСТ);

- стандарти науково-технічних та інженерних товариств і спілок

- стандарти підприємств

- технічні умови (ТУ) установлюють вимоги до конкретних видів продукції, її виготовленню, упакуванню, маркіруванню, прийманню, контролю, іспитам, транспортуванню і збереженню.

Державні стандарти затверджує Держстандарт.

Стандарти обов'язкові для всіх міністерств і відомств, підприємств, організацій і установ.

В даний час на території України діють ГОСТи, розроблені і введені в дію в Радянському Союзі, і ДСТ, підготовлені за роки незалежності України.

Галузеві стандарти затверджують міністерства (відомства), що є головними по видах продукції, що випускається. Ці стандарти є обов'язковими для підприємств, установ і організацій, незалежно від їхньої відомчої підпорядкованості.

Міжнародні, регіональні та національні стандарти інших країн застосовуються в Україні відповідно до укладених міжнародних договорів.

Як державні стандарти України використовуються також міждержавні стандарти, передбачені Угодою про проведення погодженої політики в сфері стандартизації, метрології та сертифікації, що підписано у Москві 13 березня 1992 року.

Республіканські стандарти Української РСР (РСТ УРСР) застосовуються як державні до їх заміни чи скасування. Правила застосування стандартів, передбачених цією статтею, на території України встановлює Державний комітет України по стандартизації, метрології та сертифікації.

Технічні умови затверджуються по галузевому принципі.

ДСТ (ДСТ - державний стандарт) і ТУ в області будівництва затверджуються Мінбудархітектури України.

У будівництві важливим і широко розповсюдженим документом є СНіП (будівельні норми і правила) і ДБН (Державні будівельні норми). Ці документи розробляються на продукцію, процеси і послуги в сфері містобудування, на організацію, технологію, керування й економіку будівництва.

Відомчі будівельні норми (ВБН) розробляються при відсутності ДБН і СНіП і при необхідності установлення вимог, що доповнюють ДБН і СНіП з урахуванням специфіки діяльності організацій і підприємств даного відомства.

У будівельній справі використовуються й інші нормативно-технічні документи:

а) ЕСКД - єдина система конструкторської документації - це комплекс державних стандартів, що містять правила і вказівки один по одному розробки, оформлення і звертання конструкторської документації;

б) типові проекти будинків і споруджень, робочі креслення будівельних виробів і конструкцій;

в) НТД - науково-технічна документація - звіти про НДР, рекомендації, інструкції, вказівки й ін. документи, розроблювальні на основі НДР.

НТД в області будівництва включає обов'язкові і вимоги, що рекомендуються. До обов'язкових вимог відносяться:

- вимоги до якості продукції, робіт і послуг, що забезпечують безпеку для життя, здоров'я і майна населення, охорону навколишнього середовища;

- вимоги до техніки безпеки і виробничої санітарії;

- вимоги, що забезпечують вірогідність і єдність вимірів, методів контролю якості продукції;

- положення, що забезпечують технічну єдність при розробці, виготовленні продукції; правила оформлення технічної документації, допуски і посадки, терміни, визначення, позначення.

Відповідно до ДБН А.1.1-1.-93 в Україні прийнята наступна схема класифікації нормативних документів в області будівництва (рис. СТ.1).

У цій класифікації:

А, Б, В, Г - класи документів.

Кл. А - організаційно-методичні норми, правила і стандарти;

Кл. Б - містобудування;

Кл. В - технічні норми, правила і стандарти;

Наприклад: В.2.6 - Конструкції будинків і споруджень.

Кл. Г - норми, що рекомендуються, правила, стандарти, довідково-інформаційні матеріали.

А.1 … Р.1 - підкласи.

А.1.1... … В.3.2 - комплекси нормативних документів.

Рисунок СТ.1. Схема класифікації нормативних документів в області будівництва України

Таблиця СТ.1. Класифікація нормативних документів України в галузі будівництва.

Тема СТ-3. Стандартизація і контроль якості за кордоном

СТ-3.1 Міжнародна організація зі стандартизації (ISO)

СТ-3.1.1 Основні цілі та задачі

Міжнародна організація з стандартизації була створена в 1946 році 25 національними організаціями по стандартизації. СРСР був одним із засновників, постійним членом керівних органів. Україна зараз також є членом ISO, але правонаступником колишнього СРСР стала Росія.

Коли організацію було створено, враховувалась необхідність того, щоб абревіатура була однаковою на всіх мовах. Для цього було вирішено використовувати грецьке слово isos - рівний, тому ця організація має кратку назву - ISO.

Сфера діяльності ISO розповсюджується на стандартизацію в усіх галузях, крім електротехніки та електроніки, ці питання надходять до Міжнародної електротехнічної комісії - МЕК. Крім стандартизації, ISO займається ще й проблемами сертифікації.

ISO визначає свої цілі наступним чином: сприяння розвитку стандартизації та суміжних видів діяльності в світі з ціллю забезпечення міжнародного обміну товарами та послугами, а також розвитку співробітництва в інтелектуальній, науково-технічній та економічних галузях.

Близько 4% від всього обсягу стандартів, що розроблені під егідою ISO належать до будівельної галузі (машинобудівництво - 24%, хімія - 13%, неметаличні матеріали - 12%, інформаційна техніка - 8%, сільське господарство - 8% тощо).

Сьогодні в складі ISO налічується близько 120 країн, що представляють свої національні організації по стандартизації. Крім комітетів-членів в ISO країна може бути членом-кореспондентом або членом-абонентом (для країн, які розвиваються). Комітети-члени мають право приймати участь в роботі будь-якої комісії або технічного комітету ISO, голосувати по проектам стандартів. Інші члени ISO мають певні пільги при сплачуванні членських внесків, при цьому вони повністю інформуються про стан подій у міжнародній стандартизації у рамках ISO.

Сильні національні організації є опорою ISO. Тому ISO визнає тільки ті організації по стандартизації, які мають належний досвід і компетентність, що є необхідною підставою при розробці міжнародних стандартів. Одночасно, національні організації втілюють в життя своєї країни всі досягнення ISO, відстоюючи в цій організації інтереси своєї країни в відповідних технічних комітетах.

СТ-3.1.2 Порядок розробки міжнародних стандартів

Організаційно ISO складається з керівних та робочих органів. Керівними органами є: Генеральна асамблея (вищий орган), Рада, Технічне керівне бюро. Робочі органи: технічні комітети (ТК), підкомітети (ПК), технічні консультативні групи (ТКГ). Раді ISO підпорядковано сім комітетів, діяльність яких спрямована на методичну, інформаційну, наукову та практичну допомогу членам ISO щодо розвитку стандартизації, захисту прав споживачів, видання періодичних видань у галузі стандартів.

Безпосередньо роботу по створенню стандартів виконують технічні комітети, підкомітети та робочі групи за конкретними напрямками діяльності. За даними на 1996 рік міжнародну стандартизацію у рамках ISO виконували 2832 робочі групи, в тому числі 185 ТК, 636 ПК, 1975 РГ та 36 цільових групи. Ведення всіх секретаріатів ТК та ПК забезпечують 35 комітетів-членів.

Схема розробки міжнародного стандарту проходить наступним чином:

зацікавлена сторона в особі комітету - члена, технічного комітету, комітету Генеральної асамблеї (або організації, яка не є членом ISO) направляє до ISO заявку на розробку стандарту;

Генеральний секретар по узгодженню із комітетами-членами надає пропозицію в Технічне керівне бюро о створенні відповідного ТК. Цей ТК буде створено тільки за умовами: якщо більшість комітетів-членів голосує позитивно, та не менш, ніж п'ять із них мають намір стати членами цього ТК, а Технічне керівне бюро переконано в необхідності розробки цього міжнародного стандарту. Всі питання, що виникають в процесі роботи вирішуються на підставі консенсусу комітетів-членів, що активно приймають участь в діяльності ТК.

Розробляється проект стандарту. Розробка проекту стандарту в технічних органах ISO завжди пов'язана із необхідністю подолання відповідного тиску представників деяких країн (часто це великі виробники та експортери товарів) за технічними вимогами до норм, які повинні увійти до змісту майбутнього міжнародного стандарту. Найвищим досягненням для національного комітету - члена є прийняття національного стандарту в якості міжнародного. Але, потрібно відзначити, що при плануванні робіт в ISO для включення в програму стандартизації враховуються наступні критерії: вплив стандарту на розширення міжнародної торгівлі, забезпечення безпеки людей, захист навколишнього середовища. На цих підставах і повинно бути надано обґрунтування пропозиції.

Після досягнення консенсусу в відношенні проекту стандарту ТК передає його до Центрального секретаріату для реєстрації та розсилки всім комітетам-членам на голосування. Якщо з проектом погоджуються 75% членів, що голосували, він друкується як міжнародний стандарт.

Міжнародні стандарти ISO не мають статуту обов'язкових для всіх країн-учасниць. Кожна країна має право приймати чи не приймати ці стандарти. Рішення питання щодо прийняття міжнародного стандарту ISO пов'язано із участю відповідної країни в світовому розподілі труда та станом її міжнародної торгівлі. Стандарт ISO у випадку його використання впроваджується в національну систему стандартизації, може бути прийнятий в двох - та багатосторонніх торгівельних відношеннях.

За своїм змістом стандарти ISO відрізняються тим, що тільки близько 20% з них містять вимоги до конкретної продукції. Значна кількість нормативних документів торкається вимог безпеки, взаємозаміни, технічного сумісництва, методів випитування продукції, а також інших загальних та методичних питань. Таким чином, використання більшості міжнародних стандартів ISO передбачає те, що конкретні технічні вимоги до товару встановлюються в договірних відносинах.

В технічній роботі ISO приймають участь більш, ніж 30 тисяч експертів з різних країн світа. ISO має дуже великий світовий авторитет, як чесна та безстороння організація із відповідною вагою серед інших значних міжнародних організацій.

СТ-3.2 Діяльність європейської спільноти (ЄС) зі стандартизації

Діяльність ЄС в галузі стандартизації спрямована на виконання положень Римського договору 1957 року о створенні єдиного європейського ринку. Договір передбачає зближення законодавчих, розпоряджувальних та адміністративних рішень країн-членів. Для започаткувати робіт по зближенню національних стандартів в рамках подолання технічних перешкод в торгівлі була характерна спроба їхньої гармонізації. Але, дуже скоро визначилась неспроможність рішення проблеми таким чином, що призвело до здійснення переходу на створення єдиних європейських норм - євронорм. Головною дією, що реально подолала всі технічні перешкоди в торгівлі, було визнано прийняття Директив ЄС прямої дії, що встановлювали законодавчі положення і вимоги до параметрів конкретних видів товарів та процесів (процедур). Якщо вони мають посилання на євронорму або технічний регламент, це призводить вказані нормативні документи в чин обов'язкових до виконання.

Таким чином, було створено перехід від гармонізації окремих національних стандартів і технічних регламентів до гармонізації законодавчих положень (технічного законодавства). Рада ЄС визначила головний принцип гармонізації стандартів і сертифікації - гармонізація законоположень обмежується встановленням вимог безпеки в рамках директив. Це означає, що для певної продукції повинні бути забезпечені умови вільної торгівлі в межах ЄС; на органи, що відповідні за стандартизацію промислових товарів, полягає задача по розробці таких технічних регламентів, які б примушували виробників виробляти продукцію, що відповідає загальним вимогам директив. Примітно, що самі по собі технічні регламенти і євронорми не зобов'язують виробників чітко виконувати їх вимоги. Але, на адміністрацію підприємств покладено обов'язок підтверджувати відповідність продукту загальним вимогам директив. Тому, якщо підприємство на виконує вимог євронорм (технічного регламенту) і не може декларувати відповідність продукції їх вимогам, на нього покладена необхідність доказів відповідності виробу загальним вимогам директив через сертифікацію.

Для упорядкування та прискорення розробки директив по стандартизації встановлені наступні вимоги:

гармонізація законодавств країн-членів ЄС, походячи з вимог безпеки, охорони здоров'я та захисту навколишнього середовища;

передача визначення технічних норм, що забезпечують ці параметри Європейському комітету по стандартизації та Європейському комітету по стандартизації в електротехніці;

визнання національними урядовими органами відповідності загальним вимогам директив тих виробів, що виготовлені за Європейським (євронорми) або національним стандартом (технічним регламентом).

Якщо виробник випускає продукцію по будь-якому іншому нормативному документу, то він повинен доказувати відповідність свого товару вимогам директив сертифікатом відповідності, що затверджені в ЄС, або шляхом сертифікаційних випробувань в відповідних організаціях.

Після того, як комісія ЄС прийшла до висновку, що в багатьох випадках труднощі в товарообміні виникають через те, що немає знань щодо існування або розробках відповідного стандарту в інших країнах ЄС, було прийнято Директиву ЄС 'Методи і процеси інформування в галузі стандартів та технічних регламентів'. Після її доробки та введення в дію створилась процедура щодо взаємного інформування, основні принципи якої наступні:

кожна країна-учасник ЄС повинна інформувань відповідну інстанцію о програмах підготовки проектів нормативних документів. При цьому по питанням регламентів необхідно звертатися в Комісію Європейського Союзу, по стандартам - в центральні секретаріати Європейського комітету по стандартизації (СЄН) та Європейського комітету по стандартизації в електротехніці (СЄНЛЕК);

кожна з вказаних центральних інстанцій накопичує та обробляє інформацію та доводе її до національних органів по стандартизації країн - членів та регіональних органів по стандартизації;

- кожна країна - член ЄС зобов'язана повідомляти отриману інформацію особам, щозацікавлені.

Крім Євронорм СЄН розробляє документи по гармонізації (НЕ>) та попередні стандарти (ENV), направлені як на подолання технічних перешкод в торгівлі, так і на прискорення втілення прогресивних технічних вимог в виробництві нових товарів.

Документи по гармонізації пояснюють зміст тих адміністративних та правових норм, які порушують одноманітність використання міжнародних стандартів в країнах - членах ЄС.

Попередні стандарти - це тимчасові документи, які доводяться до широкого кола його потенціальних споживачів, а також тих, хто спроможний їх використовувати. Інформація, що надійшла в процесі використання попереднього стандарту, відгуки на нього є підставою, для подальшого рішення о доцільності прийняття стандарту.

Так, зараз країни, як члени ЄС, так і ні, дуже активно використовують наступні попередні стандарти в галузі будівництва. Це:

ENV 1991 - Eurocode 1 - Підстави для розрахунку навантажень та впливів;

ENV 1992 - Eurocode 2 - Розрахунок бетонних конструкцій;

ENV 1993 - Eurocode 3 - Розрахунок сталевих конструкцій;

ENV 1994 - Eurocode 4 - Розрахунок сталево-бетонних (композитних) конструкцій;

ENV 1995 - Eurocode 5 - Розрахунок дерев'яних конструкцій;

ENV 1996 - Eurocode 6 - Розрахунок конструкцій з цегли та каменю;

ENV 1997 - Eurocode 7 - Розрахунок геотехнічний;

ENV 1998 - Eurocode 8 - Опір споруд сейсмічним навантаженням;

ENV 1999 - Eurocode 9 - Розрахунок конструкцій з алюмінію (проект);

Для деяких країн - членів ЄС частина Єврокодів вже зараз є національними нормами. Багато країн, що не є зараз членами ЄС фактично прийняли необхідні для себе Єврокоди, як нормативні документи у галузі будівництва, багато країн дуже активно спробують гармонізувати їх із своїми власними національними нормами.

Прийнятий СЄН європейський стандарт видається в двох варіантах: як євронорма та як національний стандарт у країнах - членах СЄН. В другому варіанті стандарт може вміщувати додатка у вигляді рекомендацій та пояснень, що допомагають його розуміти та використовувати.

СТ-3.3 Стандартизація у рамках співдружності незалежних держав (СНД)

Стандартизація, сертифікація та метрологія в межах СНД здійснюється у відповідальності із 'Угодою о проведенні домовленої політики в галузі стандартизації, метрології та сертифікації', яка є міжурядовою і набрала чинності з 1992 року. Створена Міждержавна Рада країн-членів СНД (МДР), в якій представлені всі національні організації з стандартизації. Крім галузі будівництва, яка входить до компетенції Міждержавної науково-технічної комісії по стандартизації і технічному нормуванню в будівництві (МНТК), МДР приймає міждержавні стандарти. В 1995 році Рада ISO визнала МДР регіональною організацією по стандартизації у країнах СНД.

Робота з стандартизації виконується у відповідності із програмами, які МДС та МНТК складають на підставах пропозицій, що надходять з національних органів по стандартизації. Перероблено та прийнято більш, ніж 2500 нових міждержавних стандартів.

В сфері метрології реалізуються програми спільних робіт з наступних напрямків: передача розмірів одиниць фізичних величин; розробка та перегляд основних міждержавних нормативних документів з метрології; створення та використання стандартних зразків складу та властивостей речовин та матеріалів; методи незруйнованого контролю.

Серед першочергових перспективних задач можна відзначити: розвиток співробітництва із ISO, СЄН, іншими міжнародними та регіональними організаціями по стандартизації, сертифікації! та метрології; створення Євро-Азиатської регіональної організації з акредитації випробувальних лабораторії; рішення проблем, пов'язаних із уніфікацією навчальних дисциплін, що викладаються майбутнім спеціалістам з сертифікації, стандартизації та метрології із урахуванням їх діяльності в 'спільному просторі' по цим видам робіт.

Також на порядку денному стає питання о спроможності участі в роботі МДР та МНТК національних організацій з стандартизації тих країн, що не є членами СНД. Мова, в першу чергу, йде про країни колишньої Ради Економічної Взаємодопомоги (РЕВ), які проявляють до цього певний інтерес.

СТ-3.4 Міжнародні стандарти на системи забезпечення якості продукції

Стандарти ISO - найбільш широко використовуються в світі, їх понад 11 тисяч, крім цього кожен рік приймається 500...600 нових стандартів. Стандарти ISO являють собою старанно розроблений варіант технічних вимог до продукції (послуг), що значною мірою полегшують обмін товарами, послугами та ідеями між більшою частиною країн світу. Дуже великі ділові контакти ISO: з нею підтримують стосунки близько 500 міжнародних організацій, в тому числі агенції ООН, що працюють в суміжних напрямках.

Світовий досвід управління якістю сконцентровано в пакеті міжнародних стандартів ISO 9000-9004, що прийняті ISO в березні 1987 року, та поновлені у 1994 році.

Стандарт ISO 9000 містить в собі керівні вказівки щодо вибору та використанню стандартів у відповідності до конкретної ситуації в діяльності фірми. Стандарт ISO 9004 - це методичні вказівки для загального керівництва якістю на підприємстві, а стандарти ISO 9001.. .9003 - це моделі систем забезпечення якістю на різних етапах виробничого процесу.

В ISO 9000 підкреслюється, що усередині фірми або підприємства забезпечення якості -предмет загального керівництва. Але, якщо мова йде об укладанні контракту, то стан системи забезпечення якістю у експортера служить мірою довіри до нього з боку контрагента та мірою впевненості в надійності партнера. Міжнародні стандарти ISO 9000 встановлюють ступінь відповідальності керівництва за якість. Керівництво фірми відповідає за розробку політики у галузі якості, за створення, впровадження та функціонування системи управління якістю. Що повинно бути чітко визначено та оформлено документально.

Як і ISO, крім розробки стандартів на продукцію, послуги та процеси, СЄН займається стандартизацією систем забезпечення якості продукції, методів випробувань та акредитації випробувальних лабораторій. В цьому напрямку створені та затверджені європейські стандарти -євронорми серії 29000 (EN 29000), які становлять прийняті міжнародні стандарти ISO серії 9000 'методом обкладинки'. До комплексу цих нормативних документів надходять п'ять європейських стандартів:

EN 29000 'Загальне керівництво якістю і стандарти по забезпеченню якості, керівні вказівки по вибору та використанню';

EN 29001 'Системи якості. Модель для забезпечення якості при проектуванні і (або) розробці, монтажу та обслуговуванню';

EN 29002 'Системи якості. Модель для забезпечення якості при виробництві і монтажу'.

EN 29003 'Системи якості. Модель для забезпечення якості при остаточнім контролі та випитуваннях';

EN 29004 'Загальне керівництво якістю та елементи системи якості. Керівні вказівки'.

У галузі випробувань, сертифікації та акредитації прийнято комплекс нормативних документів з основоположних європейських стандартів - євронорми серії 45000 (EN 45000):

EN 45001 'Загальні критерії, стосовно роботи випробувальних лабораторій';

EN 45002 'Загальні критерії для оцінювання (атестації) випробувальних лабораторій';

EN 45003 'Загальні критерії для органів по акредитації лабораторій';

EN 450011 'Загальні критерії для органів з сертифікації, що проводять сертифікацію продукції'

EN 450012 'Загальні критерії для органів з сертифікації, що відповідні за сертифікацію систем якості';

EN 450013 'Загальні критерії, стосовно органів з сертифікації, що займаються атестацією персоналу';

EN 450013 'Загальні критерії для замовлення постачальника о відповідності вироба стандарту.

Сучасні проблеми СЄН пов'язані із підготовкою стандартів, що відносяться до виникнення потреб ринку та своєчасного їх видання; ліквідування відставання прийняття стандарту від видання відповідних європейських директив; прискорення строків прийняття стандартів, кількість яких відстає від числа їх проектів.

Тема С-1. Види та порядок сертифікації

Сертифікація в перекладі з латині означає «зроблено вірно». Для того, щоб бути впевненим, що продукт «зроблено вірно», необхідно знати, яким вимогам він повинен відповідати і яким чином існує можливість отримати достовірні докази цієї відповідальність Загальновизнаним способом такого доказу є сертифікація відповідності.

Сертифікація продукції здійснюється уповноваженими на те органами з сертифікації - підприємствами, установами і організаціями з метою:

- запобігання реалізації продукції, небезпечної для життя, здоров'я та майна громадян і навколишнього природного середовища;

сприяння споживачеві в компетентному виборі продукції;

створення умов для участі суб'єктів підприємницької діяльності в міжнародному економічному, науково-технічному співробітництві та міжнародній торгівлі.

Вимоги до органів з сертифікації надані у [5]. Встановлення відповідності вимогам безумовно пов'язано з випробуванням.

Під випробуванням розуміється технічна операція, за допомогою якої можливо визначити одну або декілька характеристик продукції за зазначеною процедурою та правилами. Випробування здійснюються в випробувальних лабораторіях (центрах).

С-1.1 Види сертифікації

Сертифікація може бути обов'язковою або добровільною.

Сертифікація на відповідність обов'язковим вимогам нормативних документів проводиться виключно в державній системі сертифікації. В усіх випадках вона повинна включати перевірку та випробування продукції для визначення її характеристик і подальший державний технічний нагляд за сертифікованою продукцією.

Обов'язкова сертифікація здійснюється на підставі законів та їх положень і забезпечує докази відповідності товару (процесу або послуги) вимогам технічних регламентів та обов'язковим вимогам стандартів. Завжди обов'язкові вимоги цих стандартів належать до безпеки, охороні здоров'я людей та навколишнього середовища. Таким чином основним аспектом обов'язкової сертифікації є безпека і екологічність. В зарубіжних країнах діють прямі закони по безпеці виробів (наприклад, Директиви ЕС). Тому, обов'язкова сертифікація проводиться на відповідність їх вимог (безпосередньо або як посилання на стандарт).

Обов'язкову сертифікацію продукції орган з сертифікації згідно з галуззю своєї акредитації проводить на відповідність до обов'язкових вимог нормативних документів, зареєстрованих у встановленому порядку, а також аналогічних вимог міжнародних та національних стандартів інших держав, введених в дію в Україні. Обов'язкова сертифікація проводиться на відповідність щодо вимог чинних законодавчих актів України та обов'язкових вимог нормативних документів, міжнародних та національних стандартів інших держав, що діють в Україні. Перелік продукції, що підлягає обов'язковій сертифікації, затверджується Держстандартом України.

Добровільна сертифікація в Системі проводиться на відповідність вимогам, що не внесені до обов'язкових. При цьому сертифікація на відповідність всім обов'язковим вимогам, якщо вони встановлені для цієї продукції, виконується неодмінно. Добровільна сертифікація проводиться за ініціативою юридичних або фізичних осіб на договірних підставах міх заявником та органом з сертифікації.

Добровільну сертифікацію мають право проводити підприємства, організації, інші юридичні особи, що взяли на себе функції органу з добровільної сертифікації, а також органи, що акредитовані в державній системі сертифікації.

Добровільну сертифікацію орган з сертифікації проводить на відповідність до вимог нормативних документів, які узгоджені з постачальником та/або споживачем продукції.

Правила добровільної сертифікації встановлюються органами з добровільної сертифікації, які подають Державному комітетові України по стандартизації, метрології та сертифікації інформацію для іх реєстрації у встановленому порядку.

С-1.2 Порядок проведення сертифікації

Порядок проведення сертифікації продукції містить відомості про:

продукцію, що сертифікується, та перелік нормативних документів, на відповідність яким проводиться сертифікація;

випробувальні лабораторії (центри), організації, що взаємодіють з органом з сертифікації;

підприємства, продукція яких сертифікується органом з сертифікації;

Орган з сертифікації має у своєму розпорядженні:

- перелік випробувальних лабораторій (центрів), організацій, що взаємодіють з органом зсертифікації;

перелік підприємств, продукція яких сертифікується;

копії атестатів акредитації та паспортів випробувальних лабораторій (центрів), зайнятих в проведенні випробувань продукції;

копії атестатів акредитації субпідрядників та інші документи, що підтверджують їх компетентність.

Порядок проведення сертифікації продукції відбувається у послідовності:

Подання та розгляд заявки на сертифікацію продукції;

Аналіз наданої документації;

Прийняття рішення за заявкою із зазначенням схеми (моделі) сертифікації;

Обстеження виробництва;

Атестація виробництва продукції, що сертифікується, або сертифікація систем якості;

Відбирання, ідентифікація зразків продукції та їх випробування;

Аналіз одержаних результатів і прийняття рішення про можливість надання сертифікату відповідності;

Видача сертифіката відповідності, надання ліцензії та занесення сертифікованої продукції до Реєстру Системи;

Визнання сертифікату відповідності, виданого закордонним або міжнародним органом;

Технічний нагляд за виробництвом сертифікованої продукції;

Надання інформації щодо результатів робіт з сертифікації;

Тема С-2. Система УкрСЕПРО

Державна система сертифікації УкрСЕПРО (далі - Система) призначена для проведення обов'язкової та добровільної сертифікації продукції (процесів, послуг), проведення атестації виробництва та сертифікація систем якості. Процес сертифікації передбачає підтвердження третьою стороною показників, характеристик та властивостей продукції, процесів та послуг на підставі випробувань, атестації виробництва та сертифікації систем якості.

Система є відкритою для вступу до неї органів з сертифікації та випробувальних лабораторій інших держав і вступу до неї будь-яких підприємств та організацій. Обов'язкова вимога при цьому - визнання та виконання правил Системи.

Право проведення робіт з сертифікації продукції надається органам з сертифікації, випробувальним лабораторіям (центрам) та аудиторам, що акредитовані в Системі та занесені до Реєстру Системи. Органами з сертифікації можуть бути акредитовані організації та підприємства державної форми власності. Випробувальними лабораторіями (центрами) можуть бути акредитовані організації та підприємства будь-якої форми власності.

На сертифіковану в Системі продукцію видається сертифікат відповідності та наноситься знак відповідності. Система встановлює такий розподіл відповідальностей:

виробник (виконавець, постачальник) несе відповідальність за невідповідність сертифікованої продукції вимогам нормативних документів та застосування сертифікатів і знаків відповідності з порушенням правил Системи;

продавець несе відповідальність за відсутність сертифікату або знаку відповідності на продукцію, що реалізується, якщо вона підлягає обов'язковій сертифікації;

випробувальна лабораторія (центр) несе відповідальність за недостовірність та необ'єктивність результатів випробувань сертифікованої продукції;

орган з сертифікації несе відповідальність за необґрунтовану чи неправомірну видачу сертифікатів відповідності, атестатів виробництва та підтвердження їх дії, а також за порушення правил Системи.

С-2.1 Структура системи УкрСЕПРО

Організаційну структуру Системи утворюють:

національний орган з сертифікації - Держстандарт України;

науково-технічна комісія;

органи з сертифікації продукції;

органи з сертифікації систем якості;

випробувальні лабораторії (центри);

аудитори;

науково-методичний та інформаційний центр;

територіальні центри стандартизації, метрології та сертифікації Держстандарту України;

Український учбово-науковий центр з стандартизації, метрології та якості продукції.

Структурна схема Системи наведена на рис. С.1.

Рис. С.1. Структурна схема Системи УкрСЕПРО

Національний орган з сертифікації виконує такі основні функції:

розробляє стратегію розвитку сертифікації в Україні;

організує, веде та координує роботи щодо забезпечення функціонування Системи;

взаємодіє з національними органами з сертифікації інших держав та міжнародними організаціями, що здійснюють діяльність з сертифікації;

організує розробку та удосконалення організаційно-методичних документів Системи;

приймає рішення щодо приєднання до міжнародних систем та угод з сертифікації; встановлює основні принципи, правила та структуру Системи, а також знак відповідальності та правила його застосування;

встановлює правові та економічні основи функціонування Системи;

формує та затверджує склад науково-технічної комісії;

акредитує органи з сертифікації та випробувальні лабораторії (центри), атестує аудиторів, здійснює інспекційний контроль за діяльністю цих органів та осіб;

веде Реєстр Системи;

організує роботи з сертифікації продукції в разі відсутності органу з сертифікації певного виду продукції;

затверджує переліки продукції, що підлягає обов'язковій сертифікації;

розглядає апеляції щодо виконання правил Системи;

організує інформаційне забезпечення діяльності з сертифікації в Системі;

несе відповідальність від імені держави за дотримання правил та порядку сертифікації продукції, що встановлені в Системі.

Науково-технічна комісія з питань сертифікації розглядає пропозиції щодо:

принципів проведення єдиної політики в галузі сертифікації;

проектів основополагаючих організаційно-методичних документів з сертифікації продукції, атестації виробництва та інших у галузі робіт Системи;

основних напрямків досліджень;

напрямків міжнародного співробітництва в тому числі у рамках БО, ІЕС та інших;

приєднання до міжнародних систем та угод з сертифікації;

питань взаємодії з національними органами з сертифікаціє інших держав;

переліку продукції, що буде підлягати обов'язковій сертифікації.

Орган з сертифікації продукції виконує такі основні функції:

здійснює сертифікацію закріпленої за ним номенклатури продукції та несе відповідальність за дотримання правил Системи;

розробляє організаційно-методичні документи з сертифікації закріпленої продукції;

визначає схему та порядок проведення сертифікації закріпленої продукції;

організує та проводить обстеження та атестацію виробництва;

здійснює технічний нагляд за сертифікованою продукцією та атестованим виробництвом;

видає сертифікати відповідності на продукцію та атестати виробництв;

Орган з сертифікації систем якості виконує такі основні функції:

розробляє організаційно-методичні документи з сертифікації систем якості;

організує та проводить сертифікацію систем якості;

організує та проводить за пропозицією органу з сертифікації продукції атестацію виробництв;

здійснює технічний нагляд за сертифікованою системами якості та атестованими виробництвами;

видає сертифікати на системи якості;

Випробувальні лабораторії (центри) виконують:

випробування продукції, що сертифікується, відповідно до галузі акредитації, та видають протоколи випробувань;

беруть участь в проведений технічного нагляду за виробництвом сертифікованої продукції, та проведенні інспекційного контролю;

беруть участь за дорученням органу з сертифікації в атестації виробництва продукції, що сертифікується.

Аудитори виконують роботи, пов'язані з сертифікацією продукції. Аудитор з сертифікації - особа, що має відповідну кваліфікацію, теоретичну і практичну підготовку, необхідну для проведення одного або декількох видів робіт у галузі сертифікації, атестована і занесена до Реєстру Системи з сертифікації. Аудитори: виконують перевірку заяв, та приймають рішення за ними; встановлюють схеми (моделі) сертифікації; вибирають для випробувань зразки продукції; виконують технічний нагляд за сертифікованою продукцією; підготовлюють рішення щодо визнання сертифікатів відповідності; приймають рішення щодо визнання сертифікатів відповідності.

Аудитори залучаються до виконання таких функцій:

попереднє оцінювання систем якості;

розробка програми та методики перевірки і оцінки стану виробництва;

остаточна перевірка систем якості;

оформлення результатів перевірки;

попередня експертиза технічної документації.

Науково-методичний та інформаційний центр виконує такі основні функції:

розробка та удосконалення організаційно-методичних документів Системи;

готує і надає до Національного органу пропозиції та проекти законодавчих актів;

проводить аналіз можливостей підприємств щодо їх акредитації;

бере участь в підготовці органів з сертифікації та випробувальних лабораторій до сертифікації продукції та систем якості;

здійснює інформаційне забезпечення та надає інформаційні послуги в галузі сертифікації.

Територіальні центри стандартизації, метрології та сертифікації проводять технічний нагляд за стабільністю показників сертифікованої продукції під час її виробництва; надають інформаційні послуги в галузі сертифікації і акредитації; надають методичну допомогу підприємствам у іх підготовці до сертифікації, акредитації тощо.

Український учбово-науковий центр з стандартизації, метрології та якості проводить навчання та підвищення кваліфікації фахівців у галузі сертифікації, здійснює підготовку аудиторів.

С-2.2 Види діяльності системи УкрСЕПРО

В Системі УкрСЕПРО здійснюються такі взаємопов'язані види діяльності:

сертифікація продукції (процесів, послуг);

сертифікація систем якості;

атестація виробництва;

акредитація випробувальних лабораторій (центрів);

акредитація органів з сертифікації продукції;

акредитація органів з сертифікації систем якості;

атестація аудиторів за переліченими видами діяльності.

Порядок виконання робіт, пов'язаний із проведенням сертифікації продукції та систем якості, а також атестація виробництва надані у розділі А2. Проблеми щодо акредитації органів з сертифікації та аудиторів у зв'язку із специфікою у даному курсі не розглядаються.

Загальне керівництво Системою, організація та координація робіт з сертифікації продукції здійснюється Національним органом з сертифікації - Держстандартом України.

У Системі передбачається сертифікація продукції, що імпортується.

Сертифікат та (або) національний знак відповідності Системі свідчить про те, що контроль за відповідністю продукції вимогам діючих нормативних документів здійснюється в цій системі. Правила надання Сертифіката відповідності наведені у розділі А2.

Національний знак відповідності (ДСТУ 2296-93) підприємство може використовувати тільки після одержання зареєстрованого сертифіката відповідності на продукцію. Знак відповідності для сертифікованої продукції наносять на нез'ємну частину виробу і (або) тару, упаковку, експлуатаційну та товаросупровідну документацію. Місце нанесення знаку відповідності встановлює підприємство.

У разі, якщо дію сертифіката відповідності тимчасово припинено, на цей період забороняється маркувати продукцію, тару, упаковку, супровідну документації, рекламні матеріали знаком відповідності. Конкретні правила, порядок, а також особливості застосування знаку відповідності, які не відображені у цьому стандарті, встановлюються стосовно до специфічних умов виробництва та поставки продукції у організаційно-методичних та керівних документах системи сертифікації даної продукції та ліцензійних угодах.

Маркірування товару знаком відповідності необхідна виготовлювач продукції, споживачу, страховим компаніям. Виготовлювач зацікавлений в цьому для переконання споживача у відповідній якості товару. Позитивний імпульс знак відповідності передає рекламі сертифікованого товару. Споживачеві знак відповідності допомагає вибрати найбільш безпечний товар серед аналогів. Страхові компанії можуть вважати знак відповідності однією з гарантій щодо якості та надійності цього товару.

Тема С-3. Атестація виробництва

Атестація виробництва здійснюється з метою оцінки технічних можливостей підприємства-виготовлювача щодо забезпечення стабільного випуску продукції, яка відповідає вимогам нормативних документів.

Атестація виробництва в Системі проводиться органом з сертифікації продукції, а за його відсутністю - організацією, що виконує функції органу з сертифікації продукції за дорученням Держстандарту України. Також за дорученням органу з сертифікації продукції атестацію виробництва може проводити орган з сертифікації систем якості. При цьому, вся відповідальність за обґрунтованість видачі сертифікату відповідності на продукцію, що випускається атестованим виробництвом, залишається за органом з сертифікації продукції.

Атестація виробництва передбачає отримання кількісної оцінки стабільності відтворення показників продукції згідно з вимогами нормативних документів. При цьому для показників, що підтверджуються сертифікацією, передбачається надання рекомендацій щодо оптимальної кількості зразків, що випробуються з метою сертифікації, правил їх відбору, правила і порядок проведення технічного нагляду за виробництвом сертифікованої продукції.

Атестація виробництва проводиться за ініціативою підприємства-виготовлювача продукції або за рішенням органу з сертифікації продукції. Порядок проведення атестації виробництва встановлюється органом з сертифікації продукції на підставі ДСТУ 3414-96 з урахуванням специфіки продукції та підприємства, що її виготовляє.

Підприємство, що має намір атестувати виробництво продукції в Системі, повинно мати повний комплект технічної документації на продукцію та її виробництво.

Для проведення робіт з атестації на підприємстві призначається Головний контролер та його заступник. Головний контролер повинен гарантувати, що вимоги, які ставляться органом з сертифікації (атестації) розуміються вірно і виконуються в разі пред'явлення виготовленої продукції на сертифікацію. Пред'явлення виготовленої продукції на сертифікацію санкціонується виключно Головним контролером або його заступником. Головний контролер повинен підтверджувати представникам органу, що здійснюють технічний нагляд, достатність заходів щодо контролю якості. Через нього здійснюється зв'язок підприємства з органом, який виконує технічний нагляд. Головний контролер повинен бути незалежним від керівництва та мати великі повноваження для виконання ефективного контролю якості вихідної сировини, матеріалів та комплектуючих виробів, що надходять, контролю якості в процесі виготовлення та контролю продукції, що сертифікується. Головний контролер несе персональну відповідальність за якість продукції, що постачається з сертифікатом відповідності.

Основні етапи робіт з атестації виробництва:

Подання заявки (якщо атестація запроваджується за ініціативою підприємства);

Попереднє оцінювання;

Складання програми та методики атестації;

Перевірка виробництва і атестація його технічних можливостей;

Технічний нагляд за атестованим виробництвом.

Розглянемо детальніше основні етапи атестації.

1. Подання заявки.

Заявка надається за встановленою формою і направляється до органу з сертифікації разом із двома примірниками інструкції з атестації технічних можливостей та відомостей про виробництво. У випадку, коли атестація виробництва запроваджується за вимогою органу з сертифікації (а не підприємства), два примірники інструкції з атестації технічних можливостей та відомостей про виробництво надаються до органу з сертифікації на його запит.

2. Попередня оцінка.

Виконується комісією експертів органу з сертифікації продукції і вміщує:

експертизу вихідних матеріалів, наданих підприємством;

складання висновку щодо готовності підприємства до проведення атестації виробництва

За результатами попередньої оцінки складається висновок, у якому показується готовність підприємства до атестації виробництва та доцільність проведення подальших етапів робіт. У разі негативного висновку підприємство може направити заявку вдруге.

3. Складання програми та методики атестації.

Програма та методика атестації розробляються комісією експертів, що виконували попередню оцінку і затверджуються керівником органу з сертифікації. Програма та методика повинні вміщувати об'єкти перевірки, процедури перевірки та правила прийняття рішень.

4. Перевірка виробництва і атестація його технічних можливостей.

Основним завданням перевірки виробництва є оцінка відповідності інформації, що наведена у вихідних матеріалах, фактичному стану безпосередньо на підприємстві, а також проведення необхідних випробувань для атестації технічних можливостей виробництва. Перевірка здійснюється комісією експертів, яка призначається керівником органу з сертифікації продукції, вона виконується відповідно до затвердженої програми та методики атестації

За результатами перевірки комісія складає акт, який містить аналіз результатів перевірки та обґрунтовані висновки. На підставі позитивних висновків комісії орган з сертифікації оформлює атестат виробництва за відповідною формою. Термін дії такого сертифіката встановлюється органом з сертифікації, але не може бути більшим, ніж два роки. Термін дії атестату не поновлюється. Для отримання атестата на новий термін організація направляє відповідні матеріали, орган з сертифікації проводить необхідні роботи з урахуванням результатів технічного нагляду за період дії попереднього сертифікату.

5. Технічний нагляд за атестованим виробництвом

Протягом дії атестату орган з сертифікації здійснює нагляд за стабільністю якості виготовлення продукції. Процедури технічного нагляду обираються відповідно до методів атестації виробництва, регламентуються програмою технічного нагляду за атестованим виробництвом. В програмі викладається методика проведення кожної процедури, періодичність, виконавці та правила прийняття рішень. За результатами нагляду орган з сертифікації може припинити або зупинити дію сертифікату. Це може трапитись коли:

виявлена невідповідність випущеної продукції рівню якості виготовлення, що вимагається;

до конструкції або технології внесені зміни (без погодження з органом по сертифікації), які можуть привести до зниження рівня якості виготовлення продукції;

під час виконання технічного нагляду виявлені невідповідності виробництва атестованим технічним можливостям;

термін дії атестату закінчився, а підприємство не направило матеріали для отримання атестата на новий термін.

Тема С-4. Система управління якістю продукції

Система управління якістю продукції представляє собою сукупність органів, що управляють, та об'єктів управління, що взаємодіють за допомогою матеріально-технічних та інформаційних засобів при управлінні якістю продукції на рівні виробничих об'єднань, організацій та підприємств.

Сертифікація систем забезпечення якості на відповідність стандартам 180 серії 9000 дуже поширена за кордоном, але в Україні практично тільки протягом останнього року ця проблема пригорнула серйозну увагу. Вірогідно що причинами такого відставання є криза вітчизняного товаровиробника та дуже слабка орієнтація діючих підприємств на експорт своїх товарів.

Закордонні спеціалісти вважають, що сертифікат відповідності на систему забезпечення якості надає підприємству багато переваг. Він доказує надійність партнера по бізнесу, в тому числі у відношеннях із банком, які охочіше надають кредити фірмам, чия система якості має сертифікат. Страхові компанії також дають перевагу таким фірмам.

Західні експерти вважають, що найближчим часом на єдиному європейському ринку близько 95% контрактів будуть укладатись тільки при наявності у фірми-постачальника сертифіката на систему якості.

Сертифікована система якості характеризує спроможність підприємства стабільно випускати продукцію гарантованої якості, та взагалі може вважатись одним із серйозних факторів конкурентоспроможності фірми, як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринках.

Основні принципи сертифікації систем якості мають бути:

добровільність;

виключення дискримінації при доступі к системі;

об'єктивність та відтворення їх результатів;

конфіденційність;

інформованість;

чітка визначеність галузі акредитації органів з сертифікації;

перевірка виконання обов'язкових вимог до продукції (послуги) у сфері законодавчого регулювання;

достовірність документованих доказів заявника о відповідності діючої системи якості встановленим вимогам.

Сертифікація систем якості проводиться з метою забезпечення впевненості органу з сертифікації в тому, що продукція відповідає обов'язковим вимогам нормативних документів. Діюча на підприємстві система якості повинна забезпечувати виробництво якісної продукції. При цьому всі технічні, адміністративні та кадрові чинники, що впливають на якість продукції мають знаходитись під контролем. Продукція незадовільної якості своєчасно виявляється і підприємство вживає заходи, щоб запобігти виготовленню неякісної продукції.

Сертифікація систем якості проводиться за ініціативою виробника продукції, або за рішенням органу з сертифікації продукції, якщо це передбачено схемою (моделлю) сертифікації, або за вимогою інших незалежних організацій (відомств), яким надано державою повноваження на оцінку систем управління якістю продукції, що постачається.

У загальному вигляді сертифікація систем якості містить:

. оцінку відповідності документально оформленої системи якості вимогам нормативних документів на системи якості;

. оцінку діяльності з забезпечення та управління якістю;

. оцінку процесу виробництва з позицій відповідності його вимогам нормативних документів і технологічної документації; . оцінку відповідності якості продукції вимогам нормативних документів.

Процес сертифікації систем якості складається з таких етапів: попередня (заочна) оцінка систем якості;

остаточна перевірка і оцінка систем якості;

оформлення результатів перевірки;

технічний нагляд за сертифікованою системою якості протягом терміну дії сертифіката.

Сертифікація систем якості виконується органами з сертифікації систем якості або іншими органами, акредитованими в Системі на право проведення цих робіт.

Оцінка здатності виробництва забезпечувати стабільний випуск продукції необхідного рівня якості здійснюється на підставі аналізу відповідної інформації про якість продукції та спостережень за станом виробництва згідно з програмою та методикою, що розроблені комісією для даного підприємства або діють на підприємстві та погоджені з органом з сертифікації продукції чи систем якості.

Порядок проведення робіт з сертифікації систем якості встановлюються органом з сертифікації систем якості продукції. У разі позитивного висновку комісії під час проведення робіт по сертифікації, орган з сертифікації оформлює сертифікат установленого зразку, реєструє його в Реєстрі системи. Термін дії сертифіката визначає орган з сертифікації, але він не може перевішувати три роки. Термін дії сертифіката на систему якості не продовжується . Для отримання сертифіката на новий термін підприємство не пізніше як за три місяці до закінчення терміну дії надсилає до органу з сертифікації нову заяву.

При негативних наслідках сертифікації системи якості орган з сертифікації систем якості приймає рішення щодо продовження або припинення робіт. Заявник та орган з сертифікації продукції інформуються відносно прийнятого рішення.

Нагляд за системою якості здійснюється органом з сертифікації систем якості, який встановлює правила та періодичність здійснення нагляду. Внесення змін до системи якості, зупинка або припинення дії сертифікату на систему якості здійснюється згідно з процедурами, розробленими органом з сертифікації систем якості.

Рекомендована література

метрологія стандартизація вимір якість

Основна

1. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. ? М.: Стандарты, 1985.

2. Сергеев А.Г. Метрология: Учебник. - М.: Логос, 2005. - 272 с. ил.

3. Иванов Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. ? М.: Энергоатомиздат, 1984. ? 232 с.

4. Измерение параметров газообразных и жидкостных сред при эксплуатации инженерного оборудования зданий: справ. пособие / А.А. Поляков и др. ? М.: Стройиздат, 1987. ? 352 с.

5. Кардаш В.Я. Стандартизация и управление качеством продукции. ? К.: Вища школа, 1985. ? 129 с.

Допоміжна:

6. Тюрин Н.И. Введение в метрологию. ? М.: Стандарты, 1985.

7. Ушаков И.Е., Шишкин И.Ф. Прикладная метрология: Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб.: СЗТУ, 2002.

8. Государственная система стандартизации. Сборник ГОСТов. ? М.: Стандарты, 1986.

9. Горчаков Г.И., Мурадов Э.Г. Основы стандартизации и управления качеством продукции промышленности строительных материалов. ? М.: Высшая школа, 1987. - 335 с.