Разработка методики калибровки термометров биметаллических. Часть 2

Страницы 1 2 3 4

 

1.5 Система обеспечения единства измерений

 

Все, что окружает человека в современном мире можно измерить в той или иной системе величин, но для этого нужно специальное средство измерения.

Средство измерений (СИ) – это техническое средство, предназначенное для измерений [1]. Точное определение значения измеряемой величины зависит от средства измерений.

Метрологические характеристики (MX) – это характеристики свойств средств измерений, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерения, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной погрешности измерений.

Метрологическое обеспечение – это технические средства, правила и нормы, научные организационные основы, которые требуются для достижения единства и точности измерений.

МО применяется в технологическом процессе производства, для метрологических измерений в данном процессе:

– использование рациональной номенклатуры для параметров и норм точности измерений, когда контролируется качество продукции и происходит управление процессами;

– выбор и обоснование средств измерений, на основе технических и экономических характеристик;

– применение стандартов, унификаций и методов создания и эксплуатации машин (агрегатирование) для контрольно-измерительной техники;

– создание, внедрение и проверка (аттестация) новых методик к измерительным процессам, процессам испытаний и контроля;

– поверка и калибровка контрольно-измерительного оборудования, которое применяется на производстве;

– проверка контрольно-измерительного оборудования на этапе производства, состояния, применения и ремонта;

– контроль за соблюдением метрологических правил и норм на производстве;

– разработка новых стандартов и их внедрение на предприятии;

– контроль за внедрением и за соблюдением отраслевых, государственных и международных стандартов;

– контроль за использованием технологической, нормативной и конструкторской документации при внедрении проектов, проведение метрологических экспертиз;

– совершенствованию МО и проверка его состояния;

– повышение квалификации работников связанных с выполнением контрольно-измерительных операций.

Метрологическое обеспечение подразделяется на четыре части, которые представлены на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – Основы метрологического обеспечения

 

МО предприятий основывается на законодательных актах РФ и нормативных документов ГСИ (Государственная система обеспечения единства измерений) [2].

Государственная система обеспечения единства измерений – это комплекс стандартов, правил, положений, требований и норм, которые определяют методику и организацию работ по обеспечению и оценки точности измерений. Федеральный орган исполнительной власти по метрологии – Росстандарт, который контролирует и управляет ГСИ.

Цель ГСИ – создание условий на уровне экономических, технических, нормативных, правовых, которые обеспечивают решение задач по единству измерений и правильности их выполнения в различных сферах деятельности.

Единство измерений – результаты измерений, и показатели их точности, которые приняты в Российской Федерации.

Основные задачи ГСИ:

– создание принципов управления деятельностью по обеспечению единства измерений;

– разработка новых, более точных и совершенных государственных эталонов;

– совершенствование системы шкал измерений и единиц величин;

– применение основных понятий метрологии;

– разработка, внедрение, применение и улучшение средств воспроизведения и передачи единицы их размеров;

– государственный контроль и надзор над МО;

– проверка и утверждение методик выполнения измерений;

– проведение калибровки и сертификации средств измерений, которые не входят в государственный метрологический контроль;

– аккредитация метрологических служб и иных юридических и физических лиц по различным видам метрологической деятельности;

– аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и других лабораторий;

– участие в работе международных организаций, деятельность которых связана с обеспечением единства измерений;

– разработка стоимости метрологических работ;

– организация и подготовка кадров метрологов;

– информационное обеспечение;

– совершенствование и развитие ГСИ.

Документ, который является основой обеспечения единств измерений является Федеральный закон от 26.06.2008 №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», был принят Государственной Думой 11 июня 2008 года и одобрен Советом Федерации 18 июня 2008 года [2]. Настоящий закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в России, регулирует отношения государственных органов управления с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений и направлен на защиту граждан и экономики РФ от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. Законом регламентирована деятельность как государственных органов, так и юридических и физических лиц в области обеспечения единства измерений. За нарушение положений закона предусмотрена уголовная, административная и гражданско-правовая ответственность.

Целями настоящего федерального закона являются:

1) принятие правовой базы обеспечения единства измерений в РФ;

2) защита от негативных последствий в ходе получения неверных результатов измерений, как граждан Российской Федерации, так и всего общества, и государства в целом;

3) гарантирование представителям общества правильных и объективных результатов измерений, которые в дальнейшем могут использоваться в целях сохранения экологической, экономической и оборонной безопасности;

4) поддержка научно-технического и экономического развития Российской Федерации.

В федеральном законе №102-ФЗ перечислены основные понятия об обеспечении единства измерений.

Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины [2].

Метрологическая служба – организующее и выполняющее работы по обеспечению единства измерений и оказывающее услуги по обеспечению единства измерений структурное подразделение центрального аппарата федерального органа исполнительной власти [3].

Обязательные метрологические требования – это требования, которые устанавливаются нормативно-правовыми актами Российской Федерации и которые обязательны для соблюдения всеми гражданами на территории страны.

Тип средств измерений – комплекс СИ, с помощью которых измеряют величины одинаковой конструкции и имеющие одну техническую документацию, используя при этом одни единицы измерения и один принцип действия.

Аттестация методик измерений – это исследование и подтверждение соответствия методик измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям.

Методика измерений – это комплекс конкретно сформулированных операций, реализация которых дает возможность получить результаты измерений с необходимой точностью.

Метрологическая экспертиза – это исследование и оценивание правильности применения метрологических требований к проверяемому объекту. Данная экспертиза может проводится как обязательно, так и добровольно.

Эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Государственный первичный эталон единицы величины – это эталон единицы величины, который обеспечивает воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с самой высокой точностью, который является исходным на территории Российской Федерации.

Государственный эталон единицы величины – это эталон единицы величины, находящийся в федеральной собственности.

Сличение эталонов единиц величин – комплекс операций, которые устанавливают связь между единицами величин, воспроизводимых эталонами единиц величин одного уровня точности и в одинаковых условиях.

Прослеживаемость – свойство эталона единицы величины, средства измерений или результата измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным первичным эталоном или национальным первичным эталоном иностранного государства соответствующей единицы величины посредством сличения эталонов единиц величин, поверки и калибровки средств измерений [2].

В Российской Федерации применяются эталоны единиц величин, прослеживаемые к государственным первичным эталонам соответствующих единиц величин. В случае отсутствия соответствующих государственных первичных эталонов единиц величин должна быть обеспечена прослеживаемость средств измерений, применяемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, к национальным эталонам единиц величин иностранных государств.

 

1.6 Законодательные основы

 

Единство измерений – обеспечение, допущенных к применению в РФ, выражения единиц величин.

Обеспечение единства измерений нужно для сравнения результатов измерений, которые были выполнены с использованием различных средств измерений, в разное время и месте.

В РФ для обеспечения единства измерений руководствуются Федеральным законом № 102-ФЗ. Как и к любым процедурам, к измерениям предъявляют характерные требования. В статье 5 настоящего закона говориться, что все измерения должны проводиться строго по аттестованным методикам измерений, исключением может являться методики прямых измерений, которые проводятся с помощью средств измерений утверждѐнного типа, прошедшие поверку. Во время утверждения типа средства измерения, подтверждается и методика для прямых измерений, которая вносится в паспорт на данное средство измерения. Так же подтверждение соответствия производится за счет аттестации методик, которую проводят лица, либо предприятия, аккредитованные в данной области. Федеральные органы исполнительной власти определяют, каков должен быть порядок аттестации, а также устанавливают, какие измерения должны относится к сфере государственного регулирования, и определяют каким требованиям они должны соответствовать.

В статье 18 данного закона сказано, что средства измерений, которые применяются вне сферы государственного регулирования, могут проходить добровольную процедуру калибровки. Калибровка должна осуществляться с использованием государственных эталонов, а если таковых не находится, то прибегают к использованию национальных эталонов иностранных государств. Лица, которые проводят калибровку, должны быть аккредитованы в данной области. Результаты полученные при калибровке СИ, могут использованы при поверке.

Калибровка СИ – это ряд операций, которые устанавливают соотношение между значением величины полученное калибруемым прибором, и этим же значением, измеренное эталонным средством.

Документами предоставляются следующие понятия, относящиеся к калибровке:

метрологическая характеристика – влияющее на результат одно или несколько свойств СИ;

неопределенность – значение, характеризующее дисперсию значений, которое непосредственно связано с результатом измерений;

стандартная неопределенность – неопределенность, представленная в стандартном отклонении;

входная величина – величина, которую необходимо измерить;

выходная величина – величина на выходе прибора или электрической цепи;

поправка – величина, которая вводится в результат измерений, для предотвращения возникновения составляющих систематической погрешности;

истинное значение – значение, которое характеризует измеряемою величину, за исключением погрешностей;

действительное значение – значение, полученное средством измерения экспериментальным путем;

точность – степень близости истинного значения к действительному значению.

Целью калибровки является получение действительных значений, который показывает калибруемое средство измерений. Используется  калибровка вне сферы государственного регулирования. В данной сфере могут использоваться СИ как утвержденного, так и неутвержденного типа.

Отличие поверки от калибровки в том, что при поверке используют определенную методику выбора поверяемых точек, и руководствуются максимальными и минимальными пределами измеряемого прибора, и в конце делают заключение о годности прибора, а при калибровке выбор калибровочных точек осуществляется в зависимости от технологического процесса. Сама методика калибровки средств измерений прописана в ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению».

В сфере государственного регулирования находятся только средства измерений утвержденного типа, прошедшие поверку. Данные СИ и информация о них заносятся в единый государственный реестр. Средства измерений в данной сфере подлежат поверке, периодичность которой устанавливается.

В Российской Федерации количественной характеристикой качества  измерений является погрешность. Погрешность измерений принято разделять на случайную и систематическую.

Случайная погрешность – погрешность, значение которой, при проведении измерений в одних и тех же условиях, не повторяется. Такая погрешность не имеет закономерностей, и возникает абсолютно случайно, от чего и название. При повторении измерения в одинаковых условиях случайная погрешность может принимать различные значения, с большим разбросом. Погрешности данного рода невозможно устранить и предотвратить, они постоянно присутствуют в измерениях.

Чаще всего случайную погрешность составляют совокупность факторов, которые слабо влияют на результат. Это может связано с несовершенством приборов, вибрацией от проезжавших машин и тому подобное.

Систематическая погрешность – погрешность, остающееся постоянной при повторном проведении эксперимента, в одинаковых условиях. Систематическую погрешность в отличии от случайной можно устранить, отследить при помощи математических операций. Устранение такой погрешности происходит при помощи «улучшения» проведения измерения или при помощи поправки, так как данная погрешность остается постоянной при следующих экспериментах. Как правило систематическая погрешность связана с неправильной настройкой прибора, повреждении прибора, неправильной шкалой. Для проверки работоспособности прибора в Российской Федерации предусмотрены две операции: поверка и калибровка.

 

1.7 Калибровка средств измерений

 

Калибровка средств измерений – это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерения и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений [2].

При проведении калибровки нельзя определить годность средства измерения, а можно на основе ее результатов оценить погрешности, которые вызванные влиянием различных факторов. При калибровке возможно определить и другие метрологические характеристики. Например, диаграмма калибровки, различные неопределенности измерений и др. Если при калибровке было отклонение от нормальных условий окружающей среды, то это компенсируется введением специальных поправок, при определении метрологических характеристик, что отличает калибровку от поверки.

Если СИ не применяется в сфере государственного регулирования области единства измерений, то оно подлежит калибровке. Калибровка может быть необходима только по нескольким причинам:

– если при поверке не удалось определить метрологические характеристики (неопределенность измерений);

– если у государственного первичного эталона метрологические характеристики выявлены в неопределенностях измерений, при сличении с эталоном более низкого разряда, то надлежит провести калибровку для определения соотношения между результатами измерений;

– если этого требует заказчик.

Можно сделать вывод, что поверка и калибровка отличаются между собой по техническому содержанию, а также и по организационному, но содержание калибровки может быть такое же как у поверки, а может быть и меньше, все зависит от требований заказчика.

Ответственные за состояние средств калибровки назначаются руководителем метрологической службы (калибровочной лаборатории).

Ответственные за состояние средств калибровки выполняют поставленные задачи:

– составление и контролирование выполнение графиков профилактического осмотра, технического обслуживания и ремонта средств калибровки;

– ведение журналов учета средств калибровки;

– хранение и выдача персоналу инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию средств калибровки;

– составление и контролирование выполнение графиков поверки (калибровки) средств калибровки;

– осуществление поверки (калибровки) средств калибровки и представление средств калибровки в другие организации, подтвердившие свою компетентность в выполнении соответствующих видов деятельности.

Российская система калибровки – совокупность добровольно объединившихся юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, деятельность которых в части организации и выполнения калибровочных работ направлена на обеспечение единства измерений в стране вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений и осуществляется в соответствии с едиными требованиями, гармонизированными с международными требованиями и нормами.

Основная цель функционирования Российской системы калибровки – это создание условий для международного признания результатов калибровки и обеспечения доверия к качеству выполнения калибровочных работ со стороны клиентов и партнеров юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, зарегистрированных в РСК и осуществляющих калибровочную деятельность в соответствии с едиными требованиями, гармонизированными с международными требованиями и нормами.

Обязательность наличия Руководства по качеству, содержащего полную информацию об эталонах, используемых при калибровке СИ, обеспечивает достаточность информации, указанной в области аккредитации.

Метрологические службы предприятия и аккредитующий ее орган должны непрерывно взаимодействовать друг с другом с целью повышения конкурентоспособности продукции, ее качества и безопасности. Так, основными необходимыми процедурами на начальном этапе функционирования метрологических служб предприятия в РСК являются аккредитация в соответствии с областью аккредитации, а также аттестация персонала на право проведения калибровочных работ.

Структура РСК с представлена на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 – Структура РСК

 

После аккредитации в РСК предприятие может приступать к калибровочной деятельности, к которой также установлены требования.

Требования устанавливаются на такую процедуру, как калибровка средств измерений, а также требования к калибровочным лабораториям, содержанию сертификата калибровки и калибровочным клеймам.

Калибровочные лаборатории считаются компетентными, если они соответствуют требованиям, установленным в ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2019 [4]. Для органов по аккредитации настоящий стандарт является основополагающим.

Данный стандарт устанавливает общие требования к компетентности лабораторий в проведении испытаний и калибровок, включая отбор образцов, испытания и калибровки, проводимые по различным методам, разработанными лабораторией. Все больше возрастающее использование систем качества в целом усилило необходимость удостовериться в том, что лаборатории, входящие в состав крупных организаций, соответствуют установленным требованиям. Требования к технической компетенции калибровочных лабораторий основываются на информации, получаемой в ходе реализации процедуры калибровки, в свою очередь, базирующейся на ее правильности и надежности.

Правильность и надежность калибровок определяют следующие факторы:

– человеческий фактор;

– помещения и окружающая среда;

– методы калибровок и оценка метода;

– оборудование;

– прослеживаемость измерений;

– обращение с оборудованием.

Помещения и окружающая среда – базовые факторы, определяющие условия проведения калибровки. Лаборатория должна обеспечить, чтобы влияние условий окружающей среды было сведено к минимуму в соответствии с методикой калибровки и иным документам, а также вести их учет. Надлежащее внимание должно уделяться, например, биологической стерильности, пыли, электромагнитных помехам, радиации, влажности, электроснабжению, температуре, уровню шума и вибрации.

Лаборатория должна установить и поддерживать процедуры управления всеми документами, являющимися частью системы качества, такими как: регламенты, стандарты, методики калибровок, чертежи, программное обеспечение, технические условия, инструкции и руководства и др. Документы могут быть следующих видов, представленные в таблице 1.

 

Таблица 1 – Виды документов, являющиеся частью системы качества

 

Калибровочная лаборатория должна иметь и применять процедуру оценки неопределенности измерений. В случаях, когда метод калибровки может помешать расчету неопределенности, лаборатория должна идентифицировать все составляющие неопределенности и провести объективную оценку, а также предпринять меры для того, чтобы протокол калибровки не создавал ложного представления о неопределенности.

В целях обеспечения прослеживаемости измерений в лаборатории должны быть установлены программа и процедура проведения калибровки СИ. Программа включает в себя систему выбора эталонов для калибровки. Лаборатория должна располагать оборудованием всех типов, применяющихся при процедуре калибровки. Оборудование должно быть идентифицировано (нанесена маркировка, дата последней калибровки и т.п.). В лаборатории должны быть предусмотрены процедуры, позволяющие избежать ухудшения характеристик, потери или повреждений объектов калибровки во время хранения, обращения и подготовки. Руководство лаборатории должно гарантировать компетентность всех, кто работает со специальным оборудованием, проводит калибровку, оценивает результаты и подписывает протоколы и сертификаты калибровок.

1.8 Требования к методикам калибровки

 

Содержание методики калибровки должно отвечать требованиям согласно ГОСТ Р 8.879-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению». Рассмотрим основные рекомендации порядка и содержания методик калибровки:

1) вводная часть (область распространения);

2) нормативные ссылки;

3) определения;

4) технические требования:

а) требования к неопределенностям измерений;

б) требования к средствам калибровки и вспомогательному оборудованию;

в) требования к условиям проведения калибровки;

5) требования к квалификации калибровщиков;

6) требования безопасности;

7) подготовка к процедуре калибровки;

8) процедура калибровки;

9) обработка результатов измерений;

10) оформление результатов калибровки [6].

Выделим основные требования к содержанию и изложению методики калибровки:

1) титульный лист;

2) идентификация (наименование, номер, сведения о разработчике);

3) область распространения;

4) описание основных характеристик, калибруемых си;

5) метрологические характеристики си;

6) перечень средств и вспомогательного оборудования для калибровки си;

7) сведения об условиях окружающей среды;

8) описание процедуры калибровки СИ (подготовка к калибровке, проверка функционирования СИ, калибровка, обработка результатов измерений и их описание, меры безопасности).

Методика калибровки должна содержать в себе вводную часть и разделы. Допускается объединять, добавлять или исключать отдельные разделы, если данная процедура аргументирована. Срок последующей калибровки СИ допускается указывать в вводной части методики. В разделе «Требования к неопределенности измерений» необходимо указать значение известной неопределенности измерений при калибровке (неопределенность, заранее известная как верхний предел и принятая, их предполагаемое использования результатов измерений). Перечисляя средства калибровки и вспомогательное оборудование необходимо описать их метрологические и основные технические характеристики данных средств и (или) нормативную или техническую документацию, которые регламентируют данные требования. «Условия проведения калибровки» также должны содержать перечень величин, которые оказывают влияние на метрологические характеристики средств измерений или средств калибровки, с указанием их нормируемых номинальных значений и допускаемых отклонений.

В методике калибровке необходимо прописывать требуемую квалификацию калибровщиков (профессия, образование, практический опыт, специальная подготовка). Для соблюдения безопасности труда калибровщиков необходимо включить раздел «Требования по обеспечению безопасности». Перечень и способы выполнения работ, которые необходимо провести перед непосредственной процедурой калибровки СИ, учитываются в разделе «Подготовка к процедуре калибровки» (проверка комплектности, внешнего вида СИ, работоспособности и т.д.).

Раздел «Процедура калибровки» обязан включать в себя наименования, а также операции по определению действительных значений метрологических характеристик СИ, описание которых должно сдержать в себе наименование определяемой величины, метод калибровки, чертежи, схемы, графики, таблицы и т.д. Если при проведении калибровки СИ необходимо вести протокол калибровки для записи результатов измерений, это следует указать, и сделать образец протокола в приложении. Бывает, что обработка результатов измерений осуществляется с помощью определенного программного обеспечения. В таком случае необходимо указать разработчика программного обеспечения, алгоритмы расчета, блок-схемы и т.д.

Требования к оформлению результатов измерений необходимо включить в раздел «Оформление результатов калибровки», в котором можно описать способ или сочетание способов оформления результатов калибровки (сертификат о калибровке, место и способ нанесения оттиска калибровочного клейма, внесение записи в паспорт, формуляр или другой эксплуатационный документ на средство измерения).

Оформление сертификата осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2019.

 

 

2 Измерение температуры

 

 

Температура на предприятии, а также влажность воздуха является важнейшим параметром. От этого в первую очередь зависит работоспособность работника на рабочем месте. Если микроклимат на предприятии благоприятен, то люди, работающие в данном месте, будут допускать меньше ошибок, а также будут обладать высокой работоспособностью, что для некоторых видов деятельности является неотъемлемой частью. К таким видам можно отнести занятие точными науками, проведение поверок, калибровок и другое. Не благоприятные условия на рабочем месте могут привести к болезни работников, при низких температурах это переохлаждение, а при высоких – от повреждения кожи до свертывания белков ткани. Следовательно, рабочий персонал будет вынужден не согласиться с такими условиями работы и предприятие начнет терять как работников, так и прибыль.

Помимо людей, температура в значительной степени влияет на срок службы и надежность оборудования. Температура оказывает прямое воздействие на производительность аппаратных устройств, а также на достоверность результатов измерения. При несоблюдении установленного в нормативной документации диапазона температуры, будет возникать большая погрешность, чем при нормальной температуре. Например, при поверке электрооборудования, температура помещения должна составлять 15-20 °С.

Кроме людей и оборудования, микроклимат влияет и на растения. У каждого садовода в теплице будет находиться термометр, определяющий температуру и влажность воздуха. Как известно, чем благоприятнее климат, тем больше урожая вырастет. Помимо измерения температуры самой теплицы, необходимо знать так же температуру почвы, температуру воды, поступающей для поливки. Для каждого растения благоприятная температура своя, так что необходим постоянный контроль температуры в разных отделах теплицы.

Первым, кто изобрел устройство для определения температуры, считают Галилея. В 1597 году появился первый термометр, который назывался в честь создателя  термометр Галилея рисунок 6.

                                        

Рисунок 6 – Термометр Галилея

 

Этот прибор не имел шкалы, и представлял собой запаянный сосуд с жидкостью 1 сосудиками-буйками 2, на которых прикреплена бирка со значением температуры 3. Принцип действия данного термометра довольно прост. Все сосудики по-разному наполнены жидкостью, и соответственно имеют разную плотность. При изменении температуры в окружающей среде меняется температура в сосуде, и всплывает сосуд, который соответствует условию: тело, плотность которого меньше плотности жидкости в которой оно находиться, всплывает в ней.

Спустя век Роналдини предложил принять за постоянные точки температуру плавления льда и кипения воды. На основе этого первой температурная шкала была создана Фаренгейтом в 1724 году. Все температурные шкалы строились на основе предложения Роналдини, каждый из создателей предлагал свое значение постоянных точек, основываясь на определенных условиях.

По мере появления новых температурных шкал, возникла необходимость в выборе единой шкалы. Международный комитет мер и весов в 1877 году принял за основную шкалу стоградусную водородную температурную шкалу. За ноль было принята температура таяния льда, а за 100˚ — кипение воды, при нормальных условиях.

Страницы 1 2 3 4