По форме выражения погрешности разделяют на абсолютную, относительную и приведенную

Абсолютная погрешность измерения (Δ) - погрешность измерения, выраженная в единицах измерения.

Абсолютная погрешность определяется по формуле:

Δ = X_i – X₀,

где Δ – погрешность измерения;

Х_i – значение измеряемой физической величины, найденное с помощью средства измерений;

Х₀ – действительное значение измеряемой величины.

Разновидностью абсолютной погрешности является предельная погрешность – максимальная погрешность, допускаемая для данной измерительной задачи. Абсолютная погрешность не может в полной мере служить показателем точности. Например, при измерении величин 10 мм и 100 мм получена одинаковая абсолютная погрешность Δ = 0,5 мм, но качество измерения будет различно. Для сравнения качества измерения используют относительную погрешность.

Относительная погрешность (δ) – погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины.

Относительная погрешность определяется по формуле:

где δ – относительная погрешность, выраженная в процентах.

Приведенная погрешность средства измерения (γ) – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерения к условно принятому значению величины. Условно принятое значение называют нормирующим значением и часто за такое условно принятое значение принимают верхний предел измерений. Приведенную погрешность обычно выражают в процентах:

где γ – приведенная погрешность, выраженная в процентах;

X_N – нормирующее значение.

По источнику возникновения (или по причине возникновения) может быть инструментальная погрешность, погрешность метода измерений и погрешность субъективная.

Погрешность результата каждого конкретного измерения складывается из составляющих, обязанных своим происхождением различным факторам и источникам. Обязательными компонентами любого измерения являются средство измерения, в котором реализован определенный метод измерения, а также оператор (человек), проводящий измерения. Несовершенство каждого из этих компонентов приводит к появлению своей составляющей погрешности результата. При этом различают следующие погрешности:

Инструментальная погрешность – составляющая, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений. Очевидно, что каждому из приборов, использованных при измерении, присущи определенные погрешности, причем в общей погрешности прибора может присутствовать и систематическая и случайная составляющая, которые окажут свое влияние на результат измерения.

Погрешность метода измерений – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством реализованного метода измерения. Вследствие упрощений, принятых в уравнениях для измерений, нередко возникают существенные погрешности, для компенсации которых следует вводить поправки. Погрешность метода иногда называют теоретической погрешностью. При некоторых обстоятельствах погрешность метода измерения может проявляться как случайная;

Субъективная погрешность измерения – составляющая систематической погрешности, обусловленная индивидуальными особенностями оператора. Встречаются операторы, которые систематически опаздывают (или опережают) снимать отсчеты показаний средств измерений. Иногда субъективную погрешность называют личной погрешностью. В результате отсутствия правильных навыков работы с приборами экспериментатор может внести в результат измерения личную составляющую погрешности из-за неточности отсчета доли деления по шкале, невнимательности и др.

По условиям возникновения погрешность может быть основной и дополнительной.

Как уже неоднократно повторялось, на результат измерения влияют условия измерения. Нормальные условия измерений - это условия, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости. Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретного типа и они характеризуются номинальными значениями влияющих величин. Некоторые номинальные значения нормальных условий измерения для ряда влияющих величин приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Некоторые номинальные значения влияющих величин при нормальных условиях

Влияющая величина	Значение
Температура для всех видов измерений, °С (К)	20 (293)
Давление окружающего воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, силы света и в других областях кроме указанных выше, кПА (мм. рт.ст.)	101,3 (760)
Относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерений массы, %

Для данных номинальных значений выделяют нормальную область значений влияющих величин, рабочую область и предельные условия измерений, которые устанавливают возможные колебания указанных номинальных значений, когда в результате измерения присутствует только основная погрешность средства измерения.

Основная погрешность средства измерения – погрешность средства измерения, применяемого при нормальных условиях, при которых величины, влияющие на погрешность данного средства измерения, находятся в области нормальных значений.

Дополнительная погрешность средства измерения – составляющая погрешности средства измерения, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или нормальной области значений. Для оценивания дополнительных погрешностей в документации на средство измерений обычно указывают нормы изменения показаний при выходе условий измерения за пределы нормальных.

По характеру изменения измеряемой величины различают статическую и динамическую погрешности средства измерения.

Статическая погрешность – погрешность средства измерения, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность – погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся физической величины.

В основе современных подходов к оцениванию погрешностей лежат принципы, обеспечивающие выполнение требований единства измерений.

Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, а погрешности результатов известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы измерений.

Для исследования и оценивания погрешность описывается с помощью определенной модели (систематическая, случайная, методическая, инструментальная и др.). На выбранной модели определяют характеристики, пригодные для количественного выражения тех или иных свойств. Выбор модели погрешности обусловлен сведениями об ее источниках как априорных, так и полученными в ходе измерительного эксперимента.

Оценить результат измерения – это значит приписать ему погрешность с заданной доверительной вероятностью.

В основе модели случайных погрешностей лежит теория вероятно­стей и методы математической статистики. Из этого следует, что погрешности можно только оценить с некоторой вероятностью. Оценку случайной погрешно­сти и определение интервала, внутри которого с заданной вероятно­стью лежит истинное значение физической величины, проводят по ре­зультатам ее многократных измерений.

Наиболее близким к истинному значению измеряемой величины является среднее арифметическое ряда отдельных измерений:

где n – количество измерений; X_i – результат i–го измерения.

В теории погрешностей доказывается, что случайная погреш­ность среднего арифметического может быть использована в каче­стве оценочного значения абсолютной погрешности. Окончательный результат измерений записывается как:

где ± ε – доверительный интервал случайной погрешности;

Р – доверительная вероятность, показывающая с какой вероятностью истинное значение величины X находится внутри доверительного интервала.

Доверительные границы ε(Р) случайной погрешности результата измерений, соответствующие доверительной вероятности Р, находят по формуле

где t – коэффициент Стьюдента, определяемый по таблице распределения Стьюдента по заданной доверительной вероятности Р и числу наблюдений n (приложение 3);

S_k – среднее квадратичное отклонение среднего арифметического.

Среднее квадратичное отклонение среднего арифметического

Средства измерений и их погрешности

Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений. Формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Классификация средств измерений

По техническому назначению:

мера физической величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью (гиря, песочные часы, измерительный генератор);

измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (барометр, амперметр, омметр);

измерительныйпреобразователь — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи (термопара, АЦИП, измерительный трансформатор);

измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте

измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

автоматические;

автоматизированные;

ручные.

По стандартизации средств измерений:

стандартизированные;

нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

эталоны;

рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

Метрологические характеристики средств измерений

Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений.

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными

.

Ниже приведена номенклатура метрологических характеристик:

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений):

Функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с неименованной шкалой;

Значение однозначной меры;

Цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

Вид выходного кода для цифровых средств измерений;

Характеристики погрешностей средств измерений;

Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам;

Динамические погрешности средств измерений (переходная характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.)

Поверка и сертификация средств измерений

В Российской Федерации средства измерений используются для определения величин, единицы которых допущены в установленном порядке к применению в Российской Федерации и должны соответствовать условиям эксплуатации и установленным требованиям.

Решения об отнесении технического устройства к средствам измерений, внесении его в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации и об установлении интервалов между поверками принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

На средство измерений утверждённого типа оформляется свидетельство (ранее - сертификат) об утверждении типа средств измерений.

Поверке подлежат только средства измерений, внесенные в государственный реестр средств измерений, допущенных к использованию в Российской Федерации. Остальные технические устройства подлежат калибровке. После процедуры калибровки оформляется сертификат калибровки.

Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия характеристик средства измерения установленным требованиям.

Поверка средства измерений заключается в определении погрешностей средства измерений и в установлении его пригодности к применению. После процедуры поверки оформляется свидетельство о поверке.

Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (стран СНГ) установлены следующие виды поверки:

Первичная поверка — поверка, выполняемая при выпуске средства измерений из производства или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы партиями, при продаже.

Периодическая поверка — поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.

Внеочередная поверка — Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.

Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.

Комплектная поверка — поверка, при которой определяют метрологические характеристики средства измерений, присущие ему как единому целому.

Поэлементная поверка — поверка, при которой значения метрологических характеристик средств измерений устанавливаются по метрологическим характеристикам его элементов или частей.

Выборочная поверка — поверка группы средств измерений, отобранных из партии случайным образом, по результатам которой судят о пригодности всей партии.

Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору.

Правовые основы метрологической деятельности

Конституция Российской Федерации (статья 71) устанавливает, что в ведении Российской Федерации находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени. Таким образом, эти положения Конституции РФ закрепляют централизованное руководство основными вопросами законодательной метрологии (единицы величин, эталоны и связанные с ними другие метрологические основы).

Федеральный закон от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений", устанавливающий правовые основы обеспечения единства измерений,

регулирует отношения, возникающие при выполнении измерений, установлении и соблюдении требований к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений, применении стандартных образцов, средств измерений, методик (методов) измерений, а также при осуществлении деятельности по обеспечению единства измерений, предусмотренной законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений, в том числе при выполнении работ и оказании услуг по обеспечению единства измерений.

Нормативные документы государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ ) устанавливают основные требования в области метрологического обеспечения.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

Стандартизация — это деятельность по установлению правил и характеристик в целях их добровольного многократного использования, направленная на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции и повышение конкурентоспособности продукции, работ или услуг.

Стандартизация — также это деятельность по установлению норм, правил и характеристик в целях обеспечения безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; качества продукции, работ и услуг в соответствии с уровнем развития науки, техники и технологии; единства измерений; экономии всех видов ресурсов; безопасности хозяйственных объектов с учётом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; обороноспособности и мобилизационной готовности страны.

Стандарт — документ, в котором в целях добровольного многократного использования устанавливаются характеристики продукции, правила осуществления и характеристики процессов проектирования (включая изыскания), производства, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнения работ или оказания услуг.

Стандарт также может содержать правила и методы исследований (испытаний) и измерений, правила отбора образцов, требования к терминологии, символике, упаковке, маркировке или этикеткам и правилам их нанесения.[1] Некоторые стандарты в России могут иметь статус обязательных к применению на время перехода к системе технических регламентов.

Знак соответствия - обозначение, служащее для информирования приобретателей о соответствии объекта сертификации требованиям системы добровольной сертификации или национальному стандарту;

1)код органа, выдавшего разрешение на право применения знака соответствия национальным стандартам

2)обозначение национального стандарта

Целями стандартизации являются:

· повышение уровня безопасности жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного и муниципального имущества, объектов с учётом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, повышение уровня экологической безопасности, безопасности жизни и здоровья животных и растений;

· обеспечение конкурентоспособности и качества продукции (работ, услуг), единства измерений, рационального использования ресурсов, взаимозаменяемости технических средств (машин и оборудования, их составных частей, комплектующих изделий и материалов), технической и информационной совместимости, сопоставимости результатов исследований (испытаний) и измерений, технических и экономико-статистических данных, проведения анализа характеристик продукции (работ, услуг), исполнения государственных заказов, добровольного подтверждения соответствия продукции (работ, услуг);

· содействие соблюдению требований технических регламентов;

· создание систем классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации, систем каталогизации продукции (работ, услуг), систем обеспечения качества продукции (работ, услуг), систем поиска и передачи данных, содействие проведению работ по унификации.

Стандартизация осуществляется в соответствии с принципами:

· добровольного применения документов в области стандартизации;

· максимального учёта при разработке стандартов законных интересов заинтересованных лиц;

· применения международного стандарта как основы разработки национального стандарта, за исключением случаев, если такое применение признано невозможным вследствие несоответствия требований международных стандартов климатическим и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим особенностям или по иным основаниям либо Российская Федерация в соответствии с установленными процедурами выступала против принятия международного стандарта или отдельного его положения;

· недопустимости создания препятствий производству и обращению продукции, выполнению работ и оказанию услуг в большей степени, чем это минимально необходимо для выполнения целей стандартизации;

· недопустимости установления таких стандартов, которые противоречат техническим регламентам;

· обеспечения условий для единообразного применения стандартов.

Формы стандартизации

Симплификация – форма стандартизации, заключающаяся в простом сокращении числа применяемых при разработке изделий до количества, технически и экономически целесообразного.

Унификация – рациональное уменьшение числа типов, видов и размеров объектов одинакового функционального назначения.

В настоящее время унификация является наиболее распространенной и эффективной формой стандартизации. Конструирование аппаратуры, машин и механизмов с применением унифицированных элементов позволяет не только сократить сроки разработки и уменьшить стоимость изделий, но и повысить их надежность, сократить сроки технологической подготовки и освоения производства.

Типизация – это разновидность стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых решений (конструктивных, технологических, организационных и т. п.) на основе наиболее прогрессивных методов и режимов работы.

Агрегатирование – метод создания новых машин, приборов и другого оборудования путем компоновки конечного изделия из ограниченного набора стандартных и унифицированных узлов и агрегатов, обладающих геометрической и функциональной взаимозаменяемостью.

В технике стандартизация ведет к снижению себестоимости продукции, поскольку:

· позволяет экономить время и средства за счет применения уже разработанных типовых ситуаций и объектов;

· повышает надежность изделия или результатов расчетов, поскольку применяемые технические решения уже неоднократно проверены на практике;

· упрощает ремонт и обслуживание изделий, так как стандартные узлы и детали — взаимозаменяемые (при условии, что сборка осуществлялась без пригоночных операций).

·

Стандартизацию проводят органы стандартизации, наделенные законным правом руководить разработкой и утверждать нормативные документы и другие правила, придавая им статус стандартов.

В России компетентными органами в области стандартизации являются ГОССТАНДАРТ России и ГосСтрой.

Основополагающими документами в области стандартизации являются Закон «О стандартизации» и «Государственная система стандартизации» (ГСС).

Комплекс стандартов ГСС РФ представляют собой систему взаимоувязанных правил и положений, определяющих цели и задачи стандартизации, организацию и методику проведения работ по стандартизации во всех производственных отраслях России.

ГСС устанавливает порядок разработки, оформления, согласования, утверждения, издания, обращения стандартов разных уровней стандартизации и других нормативных документов, а также контроля над их внедрением и соблюдением.

Уровни стандартизации и Категории стандартов:

· Международная стандартизация. Органом по стандартизации является ИСО (ISO). Нормативным документом ИСО являются стандарты ИСО.

· Межрегиональная стандартизация. Охватывает ряд независимых государств (СНГ, ЕЭС и др.). Нормативным документом стран СНГ является межрегиональный стандарт.

· Национальная стандартизация. Это — стандартизация в пределах одного государства. Нормативным документом по национальной стандартизации в России установлен государственный стандарт России — ГОСТ Р, в ФРГ — DIN, в Великобритании — BS, и т. д.

· Правила, нормы и рекомендации в области стандартизации, общероссийские классификаторы технико-экономической и социальной информации.

· Стандарты организаций — отраслевые стандарты (ОСТ), стандарты предприятий (СТП), стандарты обществ и т. п. Это — низший уровень стандартизации.

ОСТы имеют применение в выпустивших их отраслях промышленности. Обычно в виде ОСТов оформляются типовые ситуации, которые после дальнейшей практической проверки и подтверждения своей важности служат основой для выпуска соответствующего ГОСТа.

СТП имеют применение только на выпустившем их предприятии. Часто оформляются в виде нормалей, которые устанавливают ограничения на применяемую номенклатуру (перечень) деталей, материалов, норм и т. п., что вызывается особенностями снабжения и производства. Требования стандартов предприятий могут быть обязательными и для других предприятий, если между ними существуют договорные отношения, в том числе устанавливающие обязательность исполнений определенного круга стандартов одного из предприятий.

Государства стремятся к согласованию национальных стандартов и выпуску международных стандартов (например, стандарт ИСО на допуски и посадки), что упрощает обслуживание и ремонт экспортной продукции, облегчает продвижение товара на внешние рынки.

Применение международных и национальных стандартов других стран на территории РФ возможно в трех случаях:

· принимается текст международного стандарта в качестве российского стандарта без каких-либо изменений текста. В этом случае стандарт обозначается так ГОСТ-Р ИСО 2001-96.

· принимается текст международного стандарта как основной, но вводятся изменения отражающие специфику российских требований. Обозначается ГОСТ-Р 50321-92 (ИСО 7173:1989).

· международный стандарт используется как источник информации. Из него заимствуют отдельные положения. В этом случае в обозначении стандарта международный стандарт не указывается, но упоминается в тексте стандарта как первоисточник.

Единые государственные системы стандартов

На основе комплексной стандартизации в РФ разработаны системы стандартов, каждая из которых охватывает определенную сферу деятельности, проводимой в общегосударственном масштабе или в определенных отраслях народного хозяйства.

К подобным системам относятся:

1. Государственная система стандартизации (ГСС),

2. Единая система конструкторской документации (ЕСКД),

3. Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП),

4. Единая система технологической документации (ЕСТД),

5. Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации,

6. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ),

7. Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ) и др.

Основы сертификации

Понятие сертификации. Цели сертификации