Цели и задачи метрологического обеспечения

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Развитие науки и  техники, повышение требований к  качеству продукции и эффективности  производства привели к радикальному изменению требований к измерениям. На современном этапе развития метрологические проблемы и их решение приобретают еще более важное значение.

Остановимся на основных особенностях метрологических проблем, объясняющих их роль в современном обществе [5].

Массовость  измерений. Практически нет ни одной области человеческой деятельности, где бы все более интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля.

Значимость  измерений. Высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях управления технологическими процессами на всех уровнях управления и в проведении научных исследований. Велика роль измерений в проблеме повышения качества выпускаемой продукции [6].

Универсальность «языка» измерений. Высокое качество измерительной информации, ее точность и достоверность, единообразие принципов и способов оценки точности результатов измерений, имеют первостепенное техническое значение. Создание единого подхода к измерениям гарантирует взаимопонимание, возможность унификации и стандартизации методов и средств измерений, взаимного признания результатов измерений и испытаний продукции в международной системе товарообмена.

Из этого следует, что  не корректная оценка погрешности измерений чревата большими экономическими потерями, а иногда и техническими последствиями. Заниженная оценка погрешности измерений ведет к увеличению брака продукции, неэкономичному или неправильному учету расходования материальных ресурсов, неправильным выводам при научных исследованиях, ошибочным решениям при разработке и испытаниях образцов новой техники. Завышенная оценка погрешности измерений, следствием чего, как правило, является ошибочный вывод о необходимости применения более точных средств измерений, вызывает непроизводительные затраты на разработку, промышленный выпуск и эксплуатацию средств измерения. Стремление максимально приблизить оценку погрешности измерений к ее действительному значению так, чтобы она при этом оставалась в вероятностном смысле «оценку сверху», - одна из характерных тенденций развития современной практической метрологии. Эта тенденция приобретает особенно большое  практическое значение там, где требуемая точность измерений приближается к точности, которую могут обеспечивать образцовые средства измерений и где повышение корректности оценок точности измерений по существу является одним из резервов повышения точности измерений.

Огромное количество величин в процессе измерения преобразуется в величины электрические как наиболее удобные для передачи сравнения, точного воспроизведения измерения. Поэтому в развитии современной информационно-измерительной техники преобладающее значение приобрело развитие средств измерений электрических величин. В частности, благодаря современным быстродействующим и высокоточным цифровым вольтметрам электрическое напряжение теперь является одной из немногих величин, которые можно измерять в широком диапазоне значений как с очень высокой точностью, так и с очень высоким быстродействием. Большая роль в этом принадлежит и автоматическим измерительным системам и приборам, предназначенным для измерения, регистрации и обработки информации при все большем числе измеряемых величин.

Основой автоматических измерительных систем являются электроизмерительные приборы. Эти приборы чаще всего измеряют мгновенные значения либо электрических величин, либо неэлектрических, преобразованных в электрические. Наибольшее значение при этом приобретают цифровые приборы, так как они более точны, более удобны при снятии показаний и, в общем, более универсальны.

Цифровые универсальные  измерительные приборы и цифровые вольтметры применяются для измерения со средней и высокой точностью сопротивления постоянному току, а также напряжения и силы переменного тока.

Во всех цифровых измерительных  приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный, вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.

Все большее количество величин измеряется автоматическими  измерительными приборами (АИП) без участия оператора. АИП необходимы в местах, где невозможно или затруднено присутствие человека; при рассредоточении объектов измерения; при одновременных измерениях многих величин; при длительных измерениях; при измерениях по сложной программе; при измерении быстро изменяющихся величин. С помощью автоматических измерительных приборов существенно расширены пределы измерения, повышена точность измерения.

Во многих случаях — при измерении многих величин за малое время при косвенных и совокупных измерениях, при сложной обработке результатов измерения — исследователь не может выполнить свою задачу с помощью одного даже автоматического и быстродействующего прибора. Для указанных целей созданы измерительно-информационные системы (ИИС), которые автоматически измеряют одновременно много величин и обрабатывают результаты измерения.

Созданы измерительно-вычислительные комплексы, представляющие собой программно-управляемую совокупность измерительных и вычислительных устройств, предназначенных для выполнения группы родственных задач исследования сложных объектов. Функции оператора в системах управления технологическими процессами и объектами исследования все в большей степени выполняются автоматическими измерительными устройствами [4].

Измерительному преобразованию в процессе функционирования измерительно-вычислительного комплекса подвергается большое количество физических величин, при этом неизбежно возникают погрешности. Погрешность преобразования не может быть меньше используемой меры физической величины. В настоящее время наиболее высокую точность имеют меры основных физических величин: времени, частоты, массы, длины, постоянного тока; поэтому для измерения электрических величин наибольшее распространение получили измерительные устройства постоянного тока. Совершенные методы измерений предусматривают непосредственное сравнение с мерой и исключение погрешностей промежуточных преобразований [5]. 

Улучшить метрологические  характеристики ЦИП можно, сочетая  конструктивно-технологические и структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия. В зависимости от конкретных технических требований к ЦИП применяют различные методы повышения точности. Например, для реализации электронного милливольтметра эффективных значений напряжений класса точности 0,5 в диапазоне частот 20 Гц - 100 кГц без ручной калибровки применяют методы коррекции погрешностей. Но с появлением качественных интегральных усилителей постоянного тока их можно построить классическим способом, т.е. без применения коррекции погрешностей. Для реализации ЦИП более высокой точности обойтись без корректирующих устройств невозможно [7].

Все рассмотренные выше пути повышения эффективности процесса сбора информации,  ее обработки, повышения точности неразрывно связаны с задачей определения метрологических характеристик средств измерительной техники, основной из которых является погрешности измерений. Решение последней задачи для цифровых измерительных приборов имеет ряд специфических особенностей, обусловленных методом получения измерительной информации в этих приборах. Существует в настоящее время несколько классов методик решения указанной задачи [4]. Однако своего окончательного решения задача построения методики определения метрологических характеристик ЦИП еще не нашла. Ведутся исследования по разработке эффективных методик решения этой задачи, при этом возникает проблема аттестации новых методик определения метрологических характеристик ЦИП.

Аттестация методик  определения метрологических характеристик  представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу. В дипломном проекте рассматривается путь снижения сложности проведения аттестации методик на основе замены метрологического эксперимента с физическими измерительными приборами экспериментом над программной моделью ЦИП.

 

1 ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

 

1.1 Цели и задачи метрологического обеспечения

Основной целью метрологического обеспечения является улучшение качества продукции, повышение эффективности производства, использования материальных ценностей и энергетических ресурсов, а также научных исследований.

Основными задачами метрологического обеспечения являются: установление единиц физических величин;

формирование системы государственных  эталонов единиц физических величин  и обеспечение ее функционирования для воспроизведения единиц с наивысшей в Украине точностью;

разработка методов и средств передачи размеров единиц физических величин от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений;

разработка научно-методических, правовых и организационных основ, норм и  правил, которые необходимы для достижения единства и требуемой точности измерений;

разработка и внедрение в  метрологическую практику норм и  правил законодательной метрологии, а также документов ГСИ;

выполнение анализа состояния  измерений во всех отраслях экономики  Украины;

государственный метрологический  надзор за разработкой, производством, состоянием, применением, ремонтом, прокатом, продажей, импортом и хранением средств измерений, соблюдением метрологических норм и правил, а также за деятельностью ведомственных метрологических служб;

государственный метрологический надзор за количеством фасованных товаров в упаковках при их продаже и расфасовке;

ведомственный метрологический  контроль за разработкой, производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений, соблюдением метрологических норм и правил;

проведение государственных  испытаний, поверки, калибровки и метрологической аттестации средств измерений;

сертификация средств  измерений;

выполнение работ по обеспечению единства и требуемой  точности измерений для нужд обороны;

разработка и аттестация методик выполнения измерений:

создание и аттестация стандартных образцов состава и  свойств веществ и материалов;

разработка и обеспечение  функционирования системы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

проведение экспертизы и аттестации данных о свойствах веществ и материалов;

проведение метрологической  экспертизы нормативной, проектной, конструкторской и технологической документации;

оценка соответствия научной, законодательной, нормативной, технической и организационной основ метрологического обеспечения потребностям экономики Украины и разработка программ их усовершенствования;

проведение аккредитации метрологических служб, измерительных, испытательных, аналитических и других лабораторий на право выполнения метрологических работ;

организация и осуществление  подготовки кадров в области метрологии и повышение их квалификации.

1.2 Административно–производственная структура метрологических служб

Сеть государственных  метрологических органов и их деятельность, направленная на обеспечение единства измерений в стране, называется государственной метрологической службой.

Возглавляет государственную  метрологическую службу Госстандарт  Украины.

К Государственной метрологической  службе относятся:

—специально уполномоченный центральный орган исполнительной власти в сфере метрологии;

— национальный научный метрологический центр, который относится к сфере управления ЦОВМ;

 —государственные  научные метрологические центры, относящиеся к сфере управления  ЦОВМ;

—территориальные (региональные) органы ЦОВМ в Автономной Республике Крым, в областях, городах Киеве и Севастополе, городах областного значения;

 — ГНПО «Метрология», Государственный научно-исследовательский институт «Система», Украинский, Днепропетровский, Ивано-Франковский, Харьковский и Белоцерковский центры стандартизации и метрологии;

— государственные службы единого времени и эталонных частот;

— государственные службы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов

— государственные службы стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов;

К ведомственным метрологическим  службам относятся:

— подразделения министерств (ведомств), на которые возложены функции метрологической службы;

— метрологические службы объединений предприятий;