Что влияет на выбор средств измерений
Выбор средств измерений: виды, классификация, методика и основные принципы
На сегодняшний день имеется большое количество средств, с помощью которых можно совершать измерения разных видов: линейные, весовые, температурные, силовые и т. д. Приборы различаются по точности, принципу работы, назначению, а также цене.
Для того чтобы правильно выполнить необходимую работу, следует внимательно подойти к выбору средств измерений. Они, в свою очередь, также подразделяются на несколько видов в зависимости от рассматриваемых критериев.
Классификация инструментов
Вам будет интересно: Колледж на Авиаконструкторов, 28: специальности, преподаватели, отзывы. Политехнический колледж городского хозяйства в Санкт-Петербурге
Средства измерений – это инструменты и приборы, которые применяют для выполнения измерений физических величин. Для каждого из них определены погрешности, указанные в нормативных документах и техническом регламенте.
Вам будет интересно: Центростремительное ускорение при движении по окружности: понятие и формулы. Центробежная и центростремительная силы
Средства измерений разделяют на различные типы согласно следующим критериям:
Виды инструментов
К наиболее распространенным видам средств измерений относятся перечисленные ниже.
Мера – средство измерений, используемое для воспроизведения нужного размера рассматриваемой физической величины. Например, для воспроизведения необходимой массы применяют гирю. Бывают однозначные и многозначные меры, а в некоторых случаях и целые магазины мер. Однозначная мера необходима для воспроизведения величины только одного размера. Многозначные меры применяют для определения нескольких размеров физических значений (например, осуществляют выбор средств измерений линейных размеров, с помощью которых можно узнать как сантиметры, так и миллиметры).
Вам будет интересно: Прилагательные к слову «работа»: список примеров
Эталон – меры с очень высоким уровнем точности. Их применяют для контроля правильности средств измерений.
Измерительный преобразователь – средство измерений, которое трансформирует сигнал информации об измерениях в другую форму. Так удобнее передавать сигнал для последующей обработки и хранения. Но преобразованный сигнал не может быть воспринят наблюдателем без использования специального инструмента. Для визуализации сигнал необходимо передать в показывающее устройство. Поэтому преобразователь обычно входит в полную конструкцию измерительного инструмента или применяется вместе с ним.
Измерительный прибор – средство для выполнения измерений, которое используется для выработки сигнала в такой форме, которая доступна для последующей визуализации наблюдателем. Имеются различные классификации данных приборов в зависимости от группы факторов. По назначению они делятся на универсальные, специальные, и контрольные. По конструктивному устройству могут быть механические, оптические, электрические и пневматические. По степени автоматизации подразделяются на механизированные, приборы ручного действия, автоматические и полуавтоматические.
Измерительная установка – это совокупность инструментов и вспомогательных элементов, объединенных для выполнения конкретной функции. Назначение частей такой установки – выработка информационных сигналов в форме, которая будет удобна для восприятия наблюдателем. При этом вся измерительная установка обычно является стационарной.
Измерительная система – совокупность инструментов, элементы которой соединены каналами связи, расположенными в пределах всего контролируемого пространства. Ее назначение – измерение одной или нескольких физических величин, которые имеются в изучаемом пространстве.
Критерии выбора
При выборе средств измерений необходимо в первую очередь учитывать точность, которой нужно будет достигнуть при выполнении работы. Она указывается в нормативных документах или в технической документации на деталь.
Кроме того, при выборе инструмента для измерения следует учитывать предельные отклонения, а также методы осуществления работ и способы их контроля.
Главным принципом выбора средств измерения является соответствие их поставленным требованиям по получению достоверных результатов с соблюдением заданной регламентом точностью. Кроме того, немаловажно учитывать материальные и временные затраты: они по возможности должны быть минимальными.
Исходные данные
Вам будет интересно: Адаптивные структуры управления: виды и основы функционирования
Для правильного выбора приборов измерений необходимо иметь исходные данные по следующим пунктам:
При необходимости выбора системы измерения с учетом фактора точности необходимо вычислить погрешность. Она рассчитывается как сумма погрешностей всех возможных источников (приборов для проведения измерений, преобразователей значений, эталонов) с соблюдением установленных для каждого из источников законов.
На первом этапе производят выбор средств измерений по точности в соответствии с требованиями работы. При подборе окончательного варианта учитывают также следующие требования:
В метрологии к выбору средств измерений по критерию точности предъявляют требование наличия следующих исходных данных:
Стандартизированные измерения
При выборе инструментов обычно учитывают приоритетность стандартизированных средств для выполнения измерений. Стандартизированное средство измерений – это такое средство, которое было изготовлено в соответствии с регламентом международного или специального стандарта по выполнению рассматриваемого вида работ.
В соответствии с этим условия выбора средств измерений зависят от специализации производства, на котором ведутся работы.
В производстве массовых изделий обычно применяют автоматизированные современные средства измерения и контроля, рассчитанные на высокую производительность. В серийном производстве применяют различные шаблоны и контрольные приспособления, по которым производят сравнения. В индивидуальном производстве осуществляют выбор универсальных средств измерений, с помощью которых можно выполнить различные виды работ.
Условия эксплуатации
Выбор средств измерений и контроля производят исходя из технического регламента на выбранные инструменты в условиях нормальной их эксплуатации и использования.
Нормальные условия – это такие условия, при которых значения величин влияющих на результат факторов могут быть опущены ввиду их малости. Описанные условия обычно указываются в инструкциях к средствам измерений или вычисляются в ходе проведения их калибровки.
Следует проводить различия между рабочими и предельными условиями проводимых измерений.
Рабочими условиями обычно считают условия выполнения измерений, при которых значения величин влияющих факторов входят в допуск рабочих областей. При этом рабочей областью называют область значений величины влияющего фактора, внутри которой приводят к нормальной имеющуюся погрешность или производят изменение значений рабочих инструментов.
Предельными условиями обычно называют максимальные и минимальные значения фактической и влияющих величин, выдерживаемые средством измерений без крупных разрушений и ухудшения его рабочих свойств и характеристик.
При выборе средств измерений и контроля для использования их в рабочих условиях следует учитывать взаимосвязь показаний инструментов и влияющих величин. На основе этого необходимо вводить поправки в конечные показания средств измерений или использовать корректирующие устройства и приборы.
Согласно нормативным документам поправки определяют по нормированным для условий на рабочем месте метрологическим характеристикам.
Назначение приборов
Выбор средств измерений основан на изучении различий двух случаев их использования:
В первом случае в ходе работ необходимо достигнуть значения меньше, чем предел погрешности измерения. Во втором случае приборы выбираются согласно условию, что вероятность возможных погрешностей параметра не должна быть выше, чем допустимые значения.
Погрешности
Одним из основных критериев выбора средств измерений в метрологии является соотношение значений предела допустимой абсолютной ошибки или погрешности (Δ) и поля допуска величины, которую необходимо измерить (Д).
Вам будет интересно: Понятие о полном ускорении. Компоненты ускорения. Ускоренное перемещение по прямой и равномерное движение по окружности
Соотношение при этом должно соответствовать следующему выражению:
Предел допустимой ошибки может быть представлен в относительных значениях (относительная ошибка измерения). В таком случае она должна быть меньше или равна 33,3 % от общего значения поля допуска, если не имеется других особенных ограничений.
Погрешности проведения измерений, указанные в регламентах, являются максимальными допустимыми ошибками. Они включают в себя все элементы работы, которые могут зависеть от выбранных измерительных инструментов, установочных эталонов, температурных изменений и т. д.
Методика выбора
Методика средств измерений подразделяется на три вида.
Приближенная методика широко используется при ориентировочном выборе приборов для измерения, а также при проведении контроля и экспертизы на соответствие нормативному, конструкторскому и технологическому регламенту. Для этого выполняют следующие действия:
Расчетная методика применяется при выборе приборов для одиночного и мелкосерийного производства, измерения параметров выборки при статистическом способе контроля, проведения экспериментов, а также перепроверки бракованных деталей. Она включает следующие этапы действий:
Табличная методика применяется при выборе инструментов измерения для крупносерийного и массового производства. Данный способ может быть осуществлен, если работа по изготовлению деталей включает измерения, а не контроль с использованием калибров.
Таким образом, можно отметить, что методы выбора средств измерений зависят от типа производства, на котором будут производиться работы.
Осуществление выбора
Выбор и назначение приборов для измерений осуществляют отделы, которые занимаются разработкой:
Выбор средств и способов измерений по имеющимся исходным данным производят квалифицированные сотрудники. Они должны быть хорошо знакомы с основами физических измерений, со способами оформления и использования результатов и ошибок измерений, а также с принципами нормирования метрологических параметров и вычисления по ним погрешностей инструментов.
Для осуществления измерений в процессе изготовления продукции назначаются специальные рабочие, отвечающие за средства измерений.
В заключение можно сказать, что правильный выбор инструмента для измерений из имеющегося на сегодняшний день ассортимента – залог эффективного производства и уменьшения количества бракованных изделий.
Тема 5. Метрологическое обеспечение
управления качеством
Оглавление
Роль метрологии в управлении качеством
Повышение эффективности производства и качества продукции требует максимальной достоверности объективной количественной информации о значениях параметров, характеризующих испытуемую продукцию. Такая информация может использоваться для оценки соответствия продукции своему назначению и установленным в НД требованиям.
Основными источниками информации о качестве продукции являются контроль и испытания, реализация которых связана с измерениями. Приведем для лучшего понимания материала основные определения в области метрологии.
МО стандартизации предусматривает такой вид деятельности, который связан с обоснованием допусков (требований точности) на значения параметров продукции, на технологические процессы при ее производстве, а также на осуществление методов измерений, контроля и испытаний установленных значений ее параметров с помощью обоснованно выбранных средств измерений и испытательного оборудования.
При сертификации, которая осуществляет проверки подтверждения соответствия продукции установленным требованиям, главным в МО является обеспечение единства измерений и, в первую очередь, проверка и обеспечение «привязки» используемых средств измерений через поверку (или калибровку) к государственным эталонам физических величин. Исходя из задач МО при стандартизации и сертификации, можно придти к выводу, что МО является связующим звеном между стандартизацией и сертификацией.
В свою очередь, стандартизация есть деятельность по установлению норм, правил и характеристик и проводится в целях обеспечения качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии, а также в целях обеспечения единства измерений.
Пересечение множеств целей стандартизации, сертификации и метрологии и дает общую для указанных видов деятельности категорию, а именно: качество.
Подтверждением качества является сертификат, выданный третьей стороной (органом по сертификации). Этот сертификат оформляется на основании положительных результатов испытаний на соответствие требованиям стандартов. Результаты испытаний, в свою очередь, основываются на достоверных результатах измерений во время испытаний, единство которых гарантируется Государственной метрологической службой России с ее государственными эталонами физических величин. Таким образом, система измерений является объективным инструментом (вследствие того, что государственные эталоны России регулярно сличаются с международными и национальными эталонами других стран), который служит для обеспечения, оценки и управления качеством продукции и услуг через стандарты, МО производства и испытаний.
Метрологическое обеспечение сертификации систем качества, продукции и услуг
Вопросы МО сертификации являются предметом пристального внимания, начиная с процедуры установления технической компетенции испытательных лабораторий при их аккредитации, так как испытательные и измерительные лаборатории являются центральным звеном получения достоверных результатов сертификационных испытаний. Достоверность определения показателей качества продукции зависит от уровня МО, которое предусматривает наличие:
При этом под «измерительным оборудованием» подразумеваются все средства измерений, эталоны, образцовые вещества, вспомогательная аппаратура, необходимые для проведения испытаний. «Метрологическое подтверждение пригодности» означает в соответствии со стандартом ИСО 10012-1 последовательность операций, необходимая для того, чтобы гарантировать соответствие данного измерительного оборудования требованиям, отвечающим его назначению.
Более сложной процедурой, применяемой в случаях, когда процесс измерения имеет сложный характер, является система управления измерительным процессом, под которым понимается контроль и анализ данных измерительного процесса в сочетании с корректирующими действиями, направленными на поддержание непрерывного нахождения измерительного процесса в рамках установленных требований. Все особенности этой системы с процедурной позиции изложены в стандарте ИСО 10012-2. Корректирующие действия могут, в частности, включать уменьшение интервалов между поверками, ремонт или замену нестабильного или ненадежного прибора, увеличение времени проведения измерений, требуемой точности и т. д.
Основные положения, связанные с метрологическим обеспечением испытаний, вначале были изложены в стандартах серии ИСО 9000, а затем получили дальнейшее развитие в Руководстве ИСО / КАСКО 130 «Общие требования к компетентности калибровочных и испытательных лабораторий». Этот документ является основой как для внедрения систем качества в лабораториях, так и для оценки их компетентности при аккредитации. В число основных положений, указанных в нормативных документах и являющихся объектом проверки при сертификации систем качества, входят:
Процедурно ОС, проводящий сертификацию систем качества, действует в соответствии с Руководством ИСО / МЭК 48 «Руководящие положения по оценке и регистрации систем качества поставщика третьей стороной», а также по правилам евростандарта EN 45012 «Общие требования к органам по сертификации, проводящим сертификацию систем обеспечения качества».
При сертификации продукции в испытательных лабораториях решаются задачи, аналогичные изложенным выше. Результат сертификационных испытаний (измерений), проводимых в соответствии с установленной методикой, излагается в протоколе, где параметр испытуемого объекта выражается в соответствующих единицах измерений, а его регламентированное значение и допуск на параметр соответствуют требованиям НД. Очевидно, что достоверный (правильный в метрологическом смысле) результат способствует гармонизации испытаний и сертификации для взаимного признания и содействия в торговле между странами. В то же время общие процедуры и критерии действия органов по сертификации создают основы для:
Утверждение типа средств измерений
В 1993 г. был принят Закон РФ «Об обеспечении единства измерений», основная цель которого заключается в защите прав и интересов граждан, установлении правопорядка и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. После введения этого закона были определены следующие виды государственного метрологического контроля:
В соответствии с законом все средства измерений делятся на две группы:
Целью утверждения типа средств измерений является обеспечение единства измерений в стране и выпуск в обращение годных средств измерений. Нормативная база этих работ изложена в следующих правилах:
Эти документы гармонизированы с документами Международной организации по законодательной метрологии (МОЗМ).
При проведении испытаний и утверждении типа средств измерений осуществляются следующие работы:
Госстандарт РФ, являясь головной организацией в стране по управлению деятельностью по обеспечению единства измерений, формирует планы испытаний, утверждает тип средств измерений и выдает сертификат утвержденного типа. Непосредственно проведением испытаний средств измерений занимаются государственные центры испытаний или органы государственной метрологической службы. Находящийся в ведении Госстандарта научно-исследовательский институт осуществляет регистрацию средств измерений и проводит экспертизу результатов испытаний. Кроме того, как видно из схемы, органы государственной метрологической службы проводят лицензирование средств измерений, под которым в соответствии с законом понимается деятельность по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.
Порядок лицензирования определяется правилами ПР 50.2.005-94 «ГСИ. Порядок лицензирования деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений». В случае положительного результата лицензирования изготовителю средств измерений выдается лицензия, дающая право на проведение вышеуказанных работ.
Испытания средств измерений для целей утверждения типа проводят по программе, которая устанавливает объем и методику испытаний, их продолжительность, номенклатуру документов, представленных на испытания.
Система обеспечения единства измерений
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) является нормативно-правовой основой МО научной и практической деятельности в части оценки и обеспечения точности измерений, проводимых в стране. ГСИ представляет собой комплекс НД, устанавливающих единую номенклатуру, способы представления и оценки метрологических характеристик средств измерений, правила стандартизации измерений и оформления их результатов. Комплекс НД регламентирует единицы физических величин, воспроизведение единиц физических величин с помощью эталонов, передачу размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений с необходимой точностью, установление норм на метрологические характеристики средств измерений и др. Основными НД в системе ГСИ являются государственные стандарты. На их основе разрабатываются НД, конкретизирующие общие требования стандартов применительно к отдельным отраслям промышленности и областям измерений.
Между качеством продукции и качеством измерений существует непосредственная связь. Проблема обеспечения высокого качества в значительной степени определяется решением задачи измерений параметров качества материалов, комплектующих изделий, технологических процессов изготовления продукции. При решении задачи измерений важное место отводится их качеству, под которым понимается совокупность свойств состояний измерений, обуславливающих получение результатов с требуемыми точностными характеристиками в необходимом виде и в установленный срок.
К основным свойствам состояния измерений относятся:
Наиболее важным свойством является единство измерений, так как при несоблюдении этого условия даже самые точные измерения, проводимые с помощью правильно подобранных средств измерений, не дадут нужных результатов. Единство измерений основано на четырех принципах:
Без выполнения указанных условий невозможно добиться единства измерений. Наиболее важным условием обеспечения единства измерений является «привязка» измерений к государственным эталонам, что в соответствии со стандартами ИСО 9000 является обязательным в обеспечении качества продукции.
Единство измерений достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Размеры единиц воспроизводятся, хранятся и передаются с помощью эталонов и образцовых средств измерений. Высшим звеном в метрологической цепи передачи размеров единиц измерений являются эталоны. Эталон представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающий воспроизведение и хранение единицы физической величины (или одну из этих функций) с целью передачи размера единицы другим средствам измерений данной величины. Система воспроизведения единиц и передачи их размера рабочим средствам измерений представляет одну из составляющих системы обеспечения единства измерений.
Повышение точности воспроизведения единиц физических величин связана, как правило, с усложнением применяемых для этой цели устройств. Единица физической величины воспроизводится путем сложных операций с помощью эталонной установки в соответствии со строго определенной спецификацией. Однако известно, что результаты измерений, проведенных в разных местах с максимальной тщательностью, все же имеют некоторые расхождения. Это подтверждает и практика международных сличений национальных эталонов различных стран, эталонные работы в которых проводятся на высшем научном уровне.
Если эталон воспроизводит единицу физической величины с наивысшей в стране точностью, то он называется первичным эталоном. Первичные эталоны основных единиц воспроизводят единицу в соответствии с ее определением. Первичный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным эталоном. Эти эталоны утверждаются Госстандартом РФ, и на каждый из них создается государственный стандарт.
Вторичные эталоны создают и утверждают в случаях, необходимых для организации поверочных работ и предохранения первичных эталонов от излишнего износа.
Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
Рабочие эталоны предназначены для передачи размера единицы рабочим средствам измерений. При необходимости рабочие эталоны подразделяют по уровням точности на разряды: рабочий эталон 1 разряда, рабочий эталон 2 разряда и т. д. Передача размера единицы осуществляется через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. От последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передается рабочему средству измерений, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц, т. е. они служат для технических измерений на производстве и в лабораториях.
Поверка и калибровка средств измерений
Под поверкой средств измерений понимается совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (ГМС) или другими аккредитованными организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям. В соответствии с законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средства измерений подлежат поверке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и в эксплуатации. Допускается продажа и выдача напрокат только поверенных средств измерений.
Поверочная деятельность регламентируется следующими правилами:
В соответствии с этими правилами средства измерений подвергаются первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверке. Конкретные перечни средств измерений, подлежащих поверке, составляют владельцы средств измерений.
Результаты периодической поверки действительны в течение межповерочного интервала, первый из которых устанавливается при утверждении типа. Корректировка таких интервалов проводится органами ГМС по согласованию с метрологической службой юридического лица.
Надзор за состоянием и применением средств измерений осуществляют органы ГМС, и их действия распространяются только на средства измерений, относящихся к области государственного метрологического контроля. Вследствие этого, каждое предприятие должно составить перечень средств измерений, входящих в эту сферу, т. е. таких средств, которые подлежат поверке.
В отличие от поверки калибровка применяется к средствам измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.