Обработка результатов прямых многократных измерений

Многократные измерения одной и той же величины постоянного размера проводятся с целью уменьшения случайных погрешностей при повышенных требованиях к точности измерения. Каждые экспериментальные данные содержат как случайные, так и систематические погрешности. Систематические погрешности, по возможности, должны быть исключены из результатов путём введения поправок. Случайные погрешности и НСП должны быть оценены случайными методами (своими граничными значениями).

Оценки числовых характеристик законов распределения вероятности случайных чисел или величин, полученных экспериментальным путём считается наилучшей, если она удовлетворяет трём требованиям: быть самостоятельной, несмещённой и эффективной.

Самостоятельной называется оценка, которая сходится по вероятности с оцениваемой числовой характеристикой и при увеличении числа экспериментальных данных приближается к истинному значению измеряемой величины.

Несмещённой является оценка, математическое ожидание (МО) которой равно оцениваемой числовой характеристики.

Эффективной является оценка, если её СКО < СКО любой другой оценки этой измеряемой величины.

Порядок обработки экспериментальных данных регламентирован ГОСТ 8.207-76:

1. Исключить из результатов систематические погрешности.

2. Проверить наличие грубых ошибок и промахов и исключить (для этого рассчитывается среднее арифметическое значение и СКО).

3. Проверить эмпирическое распределение исправленных результатов измерений по соответствующему критерию.

Если эмпирическое распределение соответствует теоретическому нормальному, то необходимо рассчитать СКО среднего значения:

,

доверительную границу случайной погрешности , где t_p – коэффициент Стьюдента.

4. Определить границы НСП:

.

5. Рассчитать доверительную границу НСП:

, где

k – коэффициент, зависящий от доверительной вероятности.

k	p
0,95	0,90
1,10	0,95
1,49	0,99

6. Установить, какие погрешности будут учитываться в доверительном интервале результата измерений:

а) НСП – незначительно; отношение НСП к случайным погрешностям не учитывать.

Доверительный интервал в этом случае определяется только случайными погрешностями, а доверительная граница

;

б) числитель существенный, НСП – значимы, а случайными погрешностями можно пренебречь.

Доверительный интервал определяется суммарной погрешностью результатов измерений и учитываются НСП и случайные погрешности:

, .

Рис. 13. Доверительный интервал.

- СКО системы погрешностей.

;

.

Для уточнения k были построены композиции нормального распределения для случайных погрешностей и равномерное распределение для систематических погрешностей, а также композиции 2-х нормальных распределений для случайных и систематических погрешностей.

По результатам этих композиций для вероятности 0,95 и 0,99 составлены табличные значения k в зависимости от .

Доверительный интервал: .

1.16. Понятие метрологического обеспечения

Метрологическое обеспечение представляет собой совокупность научно-технических, организационно-технических и правовых мероприятий, а также соответствующую деятельность учреждений и специалистов, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений.

В научно-техническом плане оно включает теорию, а также порядок разработки, контроля и аттестации методов измерения: теорию и методы обеспечения точности и единства измерений.

В организационно-техническом плане МО включает нормативно-технические документы (ГОСТы, методические указания, технические требования и условия), регламентирующие порядок и правила работ, а также обеспечение работоспособности и ремонта средств измерений.

В практическом плане – средства измерения и контроля (рабочие, образцовые эталоны).

В законодательном плане включает комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных правил, а также вопросов, нуждающихся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений.

1.16.1. Правовые основы метрологической деятельности

Закон "Об обеспечении единства измерений"

В 1993 г. принят Закон РФ "Об обеспечении единства измерений".

Реорганизация государственных метрологических служб, необходимость которой диктовалась переходом страны к рыночной экономике и появлением различных форм собственности послужило причиной возникновения противоречий между обязательностью государственных испытаний средств измерений, их поверки государственным надзором и возросшей степенью свободы субъектов хозяйственной деятельности. Проблема пересмотра правовых, организационных, экономических основ метрологии стала весьма актуальной. Установлено четкое разделение функций государственного метрологического контроля и государственного метрологического надзора; пересмотрены правила калибровки, введена добровольная сертификация средств измерений и др.

Метрология относится к такой сфере деятельности, в которой основные положения обязательно должны быть закреплены именно законом, принимаемым высшим законодательным органом страны.

Рассмотрим основные положения Закона "Об обеспечении единства измерений".

Цели Закона состоят в следующем:

• защита прав и законных интересов граждан, установлен­ного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;

• содействие научно-техническому и экономическому прогрессу на основе применения государственных эталонов единиц величин и использования результатов измерений гарантированной точности, выраженных в допускаемых к применению в стране единицах;

• создание благоприятных условий для развития международных и межфирменных связей;

• регулирование отношений государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений;

• адаптация российской системы измерений к мировой практике.

Особенность Закона в отличие от зарубежных законодательных положений по метрологии заключается в том, что, несмотря на основные сферы его приложения — торговля, здравоохранение, защита окружающей среды, внешнеэкономическая деятельность — он распространяется на некоторые области производства в части калибровки средств измерений метрологическими службами юридических лиц с использованием эталонов, соподчиненных государственным эталонам единиц величин.

В РФ отношения, связанные с обеспечением единства измерений, регулируются лишь федеральными законодательными актами. Исключением из этого правового положения является предоставление субъектам федерации возможности принимать нормативные акты по некоторым вопросам государственного метрологического контроля и надзора.

Закон "Об обеспечении единства измерений" устанавливает и законодательно закрепляет основные понятия, принимаемые для целей Закона: единство измерений, средство измерений, эталон единицы величины, государственный эталон единицы величины, нормативные документы по обеспечению единства измерений, метрологическая служба, метрологический контроль и надзор, поверка и калибровка средств измерений, сертификат об утверждении типа средств измерений, аккредитация на право поверки средств измерений, сертификат о калибровке.

В основу определений положена официальная терминология Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ). Основные статьи Закона устанавливают:

• организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений;

• нормативные документы по обеспечению единства измере­ний;

• единицы величин и государственные эталоны единиц вели­чин;

• средства и методики измерений.

Закон определяет Государственную метрологическую службу и другие службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц, а также виды и сферы распределения государственного метрологического контроля и надзора. Отдельные статьи Закона содержат положения по калибровке и сертификации средств измерений и устанавливают виды ответственности за нарушение Закона. Закон определяет состав и компетенцию Государственной метрологической службы, подчеркивает межотраслевой и подведомственный характер ее деятельности (например, утверждение общероссийских нормативных документов). Межотраслевой характер деятельности закрепляет правовое положение Государственной метрологической службы, аналогичное другим межотраслевым и контрольно-надзорным органам государственного управления (Госатомнадзор, Госэнергонадзор, Госсанэпиднадзор и др.).

Характерной чертой правового положения Государственной метрологической службы является подчиненность по вертикали одному ведомству — Госстандарту России, в рамках которого она существует обособленно и автономно.

Современный этап развития экономики в России вызывает трудности в реализации некоторых положений Закона (например, касающихся поверки и аккредитации соответствующих служб на право поверки), а также утверждения типа средств измерений.

Закон служит базой для создания в России новой системы измерений, которая может взаимодействовать с национальными системами измерений зарубежных стран. Это, прежде всего, необходимо для взаимного признания результатов испытаний и сертификации, а также для использования мирового опыта и тенденций в современной метрологии. Так вместо государственной и ведомственной поверки, а также аккредитованными службами юридических лиц введена единая поверка средств измерений.

В тех сферах, которые не контролируются государственны­ми органами, создается Российская система калибровки, также направленная на обеспечение единства измерений.

Особо следует отметить введение института лицензирования метрологической деятельности, что связывается с защитой прав потребителей. Положение о лицензировании охватывает сферы, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Право выдачи лицензии предоставлено исключительно органам Государственной метрологической службы.

Закон вводит добровольную Систему сертификации средств измерений на соответствие метрологическим нормам и правилам, а также требованиям Российской системы калибровки средств измерений.

Испытательная база сертификации в данной сфере практиче­ски существует, так как в России имеется как разветвленная сеть испытательных подразделений на базе организаций Госстандарта РФ, так и богатый опыт по проведению испытаний измерительной техники. Система добровольной сертификации средств измерений зарегистрирована Госстандартом в Государственном реестре. Все нормативные документы, используемые в системе, согласованы с международными правилами и нормами.

Во исполнение принятого Закона Правительство РФ в 1994 г. утвердило ряд документов: "Положение о государственных научно-метрологических центрах", "Порядок утверждения положений о метрологических службах федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц", "Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений", "Положение о метрологическом обеспечении обороны в Российской Федерации".

Эти документы вместе с указанным Законом являются основ­ными правовыми актами по метрологии в России. Но следует иметь в виду, что метрологические службы федеральных органов управления не относятся к Государственной метрологической службе, так как их деятельность ограничивается одной отраслью (одним ведомством), а сами органы являются объектами государственного метрологического контроля и надзора.

1.16.2. Структура и функции метрологической службы предприятия и т.п., являющиеся юридическими лицами

Поверку и регулировку (ремонт) средств измерений, находящихся в эксплуатации, проводят стационарные или подвижные лаборатории измерительной техники, имеющие соответствующее разрешение (лицензию).

К помещениям стационарных лабораторий измерительной техники предъявляют особые требования: они должны размещаться в отдельном здании или в отдельных помещениях общих зданий, изолированных от источников вибраций, шума, электромагнитных помех и других значительно влияющих внешних факторов. Помещения должны быть чистыми, светлыми, сухими, изолированы от других производственных участков, являющихся источниками пыли, агрессивных паров и газов. В них должна быть обеспечена температура 20°С.

Для поверочных и регулировочных работ лаборатории комплектуют образцовыми средствами измерений, поверочным и вспомогательным оборудованием. Рабочие места снабжаются лабораторными столами, стеллажами, транспортными средствами и т.п.

Для поверки, регулировки и ремонта средств измерений непосредственно на местах эксплуатации применяют подвижные лаборатории, укомплектованные поверочным и ремонтным оборудованием, в салонах различных транспортных средств (автомобили, ж.-д. вагоны, самолёты и вертолёты).

Размещение оборудования лабораторий проводят по отделам (группам, участкам) следующих видов измерений: радиотехнических, электрических и магнитных, ионизирующих излучений, акустических, давления, температуры, оптических и т.п.).

Метрологические службы предприятий должны уделять особое внимание:

· состоянию измерений;

· соблюдению метрологических правил и норм при испытаниях и контроле качества выпускаемой продукции в целях определения соответствия стандартам РФ;

· при выполнении работ по обязательной сертификации продукции и услуг.

Специалисты метрологических служб предприятия должны принимать участие в аттестации испытательных подразделений и сертификации систем качества в соответствии с требованиями Системы сертификации ГОСТ Р.

Лицензирование деятельности юридических и физических лиц в изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений -третья составляющая государственного метрологического контроля. Порядок лицензирования определен правилами по метрологии ПР 50.2. 005-94 "ГСИ. Порядок лицензирования деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений".

Лицензия — это разрешение, выдаваемое органом Государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории юридическому или физическому лицу (лицензиату) на осуществление им деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений. Лицензия действительна на всей территории Российской Федерации. Основанием для выдачи лицензии служат заявление юридического или физического лица и положительные результаты проверки условий осуществления лицензируемого вида деятельности на их соответствие предъявляемым требованиям.

Лица, претендующие на получение лицензии на изготовле­ние средства измерений, должны иметь комплект конструкторско-технологической документации на изготовление данного средства измерения, имеющего Сертификат об утверждении типа средства измерений, обеспечить условия для изготовления средства измерений в соответствии с документацией, условия для проведения органом государственной метрологической службы испытаний на соответствие утвержденному типу по месту изготовления данного средства измерений. Лицензия на изготовление средства измерений дает право лицензиату на ремонт, продажу и прокат данного средства измерений. Организации, претендующие на получение лицензии на ремонт средств измерений, должны иметь рабочие помещения, соответствующие требованиям к организации ремонта средств измерений и условиям хранения их, необходимое технологическое оборудование; средства измерения, ремонтные документы, квалифицированные кадры, выполняющие работы по ремонту, юсти­ровке, наладке средств измерений; должны обеспечить поверку средств измерений, выходящих из ремонта, своими силами либо путем договоров с уполномоченными на это органами.

Организации, претендующие на получение лицензии на продажу и прокат средств измерений, должны иметь рабочие помещения, соответствующие требованиям к условиям хранения средств измерений; квалифицированные кадры и необходимое оборудование, обеспечивающие условия для демонстрации работоспособности средств измерений; должны обеспечить поверку средств измерений своими силами либо путем договоров.

В наименовании лицензии указывается вид лицензируемой деятельности, а в разделе "Область лицензирования" — номенклатура средств измерений, на которые распространяется данная деятельность.

Лицензия выдается на срок не более пяти лет. Орган, выдавший лицензию, обязан проводить периодический контроль за соблюдением условий осуществления лицензируемой деятельности в по­рядке, устанавливаемом им самим. При обнаружении нарушений он может приостановить действие лицензии на срок до устранения нарушений или аннулировать лицензию, изъяв ее. Лицензиат при этом может обжаловать решение компетентного органа в арбитражном суде по месту выдачи лицензии.

Лицензирование — платная процедура, в плату включаются затраты по оформлению лицензии и на проведение контроля за соблюдением условий осуществления лицензируемой деятельности. Размер и порядок внесения платы за выдачу лицензии устанавливаются Госстандартом России.

2. Исторические основы развития стандартизации и сертификации

Переход экономики России на рыночные отношения, расширение прав и экономической самостоятельности субъектов хозяйственной деятельности, необходимость интеграции России в мировое экономическое сообщество потребовало соответствующим образом обеспечить создание правовой базы для формирования технического законодательства, широко применяемого в промышленно развитых странах для государственного регулирования вопросов качества продукции, работ и услуг, обеспечения единого механизма реализации государственной политики по вопросам стандартизации.

Право предприятий на самостоятельность не обозначает вседозволенность в решениях, а требует изучения, знания и применения на практике международных и национальных норм.

Деятельность в области стандартизации в современном мире направлена на выполнение трёх социально-экономических функций:

• упорядочение объектов (продукции, работ, услуг) создаваемых в процессе научно-технического творческого труда человека;

• установление в нормативных документах по стандартизации оптимальных организационно-технических, общетехнических, технических и натуральных технико-экономических норм и требований;

• правоприменение, т.е. использование и соблюдение оптимальных норм и требований, установленных в нормативных документах по стандартизации.

Сертификация в нашей стране существовала давно в виде государственных испытаний, как одного из видов контроля качества продукции (ГОСТ 16504-81).

Механическое перенесение зарубежного опыта в области сертификации в отечественные условия невозможно, но специалистам нужно знать его и иметь достаточно широкий кругозор, чтобы творчески подходить к разработке новых прогрессивных решений, позволяющих производить продукцию, услуги и реализовать их в стране или за рубежом. Знания в области стандартизации и сертификации важны как для работников производственной сферы, так и для специалистов по реализации продукции, менеджеров и т.п., которые по-новому могут использовать возможности и преимущества стандартизации и сертификации при создании конкурентоспособных товаров.

Трудности, характерные для переходного периода в России, ставят перед стандартизацией и более узкие, конкретизированные задачи, к которым можно отнести насыщение рынка безопасными потребительскими товарами и установление цивилизованных барьеров поступлению на российский рынок некачественных импортируемых товаров. В этом направлении необходимо тесное взаимодействие стандартизации и сертификации.

2.1 Сущность и содержание стандартизации

В соответствии с ФЗ РФ «О техническом регулировании» под стандартизацией понимается деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышения конкурентоспособности продукции, работ и услуг.

В этой формулировке четко определены сущность, содержание и объекты стандартизации.

Под стандартом понимается документ, в котором в целях добровольного многократного использования устанавливаются характеристики продукции, правила осуществления и характеристики процессов жизненного цикла продукции, выполнения работ или оказания услуг.

Главными особенностями стандартизации являются:

1. Стандартизация – технико-экономическая наука.

2. Стандартизация не самоцель, а средство достижения цели, а именно, обеспечения качества, конкурентоспособности объектов технического регулирования.

На практике это означает обеспечение минимума затрат ресурсов (материальных, финансовых, людских, временных) при максимуме качественных (потребительских) характеристик объектов технического регулирования.

3. Стандартизация (унификация) имеет смысл только в ситуациях имеющих повторяющийся характер.

4. Эффект от стандартизации значим на начальных этапах создания изделий. Бессмысленно говорить об уровне унификации и стандартизации уже серийного изделия, как о качестве фундамента уже построенного здания.

5. Основные методы стандартизации:

ü комплексная стандартизация (конструкторско-технологический и эксплуатационный подходы);

ü опережающая стандартизация.

6. Основные формы стандартизации:

· унификация;

· типизация:

· симплификация;

· агрегатирование;

· взаимозаменяемость;

· классификация (ранее, нормализация).