Мгупб кафедра автоматизации биотехнических систем - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Мгупб кафедра автоматизации биотехнических систем - страница №1/2

Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

(МГУПБ)

Кафедра автоматизации биотехнических систем
__________________________________________
Метрология, стандартизация и сертификация
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Методические указания к лабораторно-практическим работам
для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления», направления подготовки 220200 «Автоматизация и управление» (бакалавриат), 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» (бакалавриат), 220400 «Управление в технических системах» (бакалавриат), 230100 «Информатика и вычислительная техника» (бакалавриат)

МОСКВА 2011

Составитель: В.И. Усков, к.т.н., доц.


Методические указания составлены в соответствии с ГОС ВПО.
Методические указания к лабораторно-практическим работам составлены в соответствии с рабочими программами по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления», направления подготовки 220200 «Автоматизация и управление» (бакалавриат), 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» (бакалавриат), 220400 «Управление в технических системах» (бакалавриат), 230100 «Информатика и вычислительная техника» (бакалавриат) и направлены на освоение практических навыков обработки прямых равноточных измерений при выполнении лабораторных работ, учебно-исследовательских работ и при решении задач на практических занятиях.
Автор выражает благодарность аспирантке МГУПБ О.А. Максимовой за помощь в подготовке методического пособия.
Переиздание утверждено кафедрой «Автоматизация биотехнических систем».

© МГУПБ, 2004

© МГУПБ, 2011
Учебное издание

Усков Валерий Иванович

Метрология, стандартизация и сертификация
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Методические указания к лабораторно-практическим работам
для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления», направления подготовки 220200 «Автоматика и управление» (бакалавриат), 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» (бакалавриат), 220400 «Управление в технических системах» (бакалавриат), 230100 «Информатика и вычислительная техника» (бакалавриат)

Редактор И.А. Мырсина

Подписано в печать 12.05.2011. Усл. печ.л. 2,5.

Тираж 50 экз. Заказ . Изд № 51.

МГУПБ. 109316. Москва, ул. Талалихина, 33.

ООО «Франтера». 109316. Москва, ул. Талалихина, 33.




Введение
Измерения - один из важнейших путей познания природы человеком. Они играют огромную роль в современном обществе.

Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производятся многие миллиарды измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения надлежащего качества и технического уровня выпускаемой продукции, безопасной и безаварийной работы транспорта, для медицинских и экологических диагнозов и других важных целей. Практически нет ни одной сферы деятельности человека, где бы интенсивно не использовались результаты измерений, испытаний и контроля. Для их получения задействованы миллионы человек и большие финансовые средства. Примерно 15 % общественного труда затрачивается на проведение измерений. По оценкам экспертов, от 3 до 6 % валового национального продукта передовых индустриальных стран тратится на измерения и связанные с ними операции.

Диапазон измеряемых величин и их количество постоянно растут. Так, например, длина измеряется от 10-10 до 1017 м, температура - от 0,5 до 106 К, электрическое сопротивление - от 10-6 до 1017 Ом, сила электрического тока - от 10-16 до 104 А, мощность - от 10-15 до 109 Вт. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерений. Они, по сути дела, перестают быть одноактным действием и превращаются в сложную процедуру подготовки и проведения измерительного эксперимента, обработки и интерпретации полученной информации. Поэтому следует говорить об измерительных технологиях, понимаемых как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации требуемого качества.

Другой причиной важности измерений является их значимость. Основа любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля или регулирования - достоверная исходная информация, которая может быть получена лишь путем измерения требуемых физических величин (ФВ), параметров и показателей. И естественно, что только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений. Современные наука и техника позволяют выполнять многочисленные и точные измерения, однако затраты на них становятся соизмеримыми с затратами на исполнительные операции.



1. Структура теоретической метрологии
Теоретическая метрология является основным разделом метрологии. Ее структура представлена в виде схемы на рисунке.

Основные представления метрологии. Как и в любой науке, в метрологии необходимо сформулировать основные понятия, термины и постулаты, разработать учение о физических единицах и методологию.

Основные понятия и термины. Этот подраздел занимается обобщением и уточнением понятий, сложившихся в отдельных областях измерений с учетом специфики метрологии. Главной задачей является создание единой системы основных понятий метрологии, которая должна служить базой для ее развития. Значение системы понятий определяется значимостью самой теории измерений и тем, что указанная система стимулирует взаимопроникновение методов и результатов, наработанных в отдельных областях измерений.

Учение о физических величинах. Основой задачей подраздела является построение единой системы физических величин (ФВ), т.е. выбор основных величин системы и уравнений связи для определения производных величин. Система ФВ служит основой для построения системы единиц ФВ, рациональный выбор которой важен для успешного развития теории и практики метрологического обеспечения.

Методология измерений. В подразделе разрабатывается научная организация измерительных процессов. Вопросы метрологической методологии являются весьма существенными, поскольку она объединяет области измерений, различные по физической природе измеряемых величин и методам измерений. Это создает определенные трудности при систематизации и объединении понятий, методов и опыта, накопленного в различных областях измерений. К числу основных направлений работ по методологии относятся:



  1. переосмысление основ измерительной техники и метрологии в условиях существенного обновления арсенала методов и средств измерений и широкого внедрения микропроцессорной техники;

  2. структурный анализ измерительных процессов с системных позиций;

  3. разработка принципиально новых подходов к организации процедуры измерений.

Теория единства измерений. (Теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров.) Этот раздел традиционно является центральным в теоретической метрологии. Он включает в себя: теорию единиц ФВ, теорию исходных средств измерений (эталонов) и теорию передачи размеров единиц ФВ.
Структура теоретической метрологии


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕТРОЛОГИЯ



Основные представления метрологии

Теория точности измерений

Теория погрешностей измерений

Теория точности средств измерений

Теория измерительных процедур

Основные понятия и термины

Постулаты метрологии

Учение о физических величинах

Методология измерений

Теория единиц физических величин

Теория исходных средств измерений (эталонов)

Теория передачи размеров единиц физических величин


Теория единства измерений. (Теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров)

Теория построения средств измерений

Средства измерений

Методы измерений

Теория погрешностей средств измерений

Принципы и методы нормирования и определения метрологических характеристик средств измерений

Теория метрологической надежности средств

Теория методов измерений

Методы обработки измерительной информации

Теория планирования измерений

Анализ предельных возможностей измерений

Теория единиц физических величин. Основная цель подраздела - совершенствование единиц ФВ в рамках существующей системы величин, заключающееся в уточнении единиц. Другой задачей является развитие и совершенствование системы единиц ФВ, т.е. изменение состава и определений основных единиц. Работы в этом направлении проводятся постоянно на основе использования новых физических явлений и процессов.

Теория исходных средств измерений (эталонов). В данном подразделе рассматриваются вопросы создания рациональной системы эталонов единиц ФВ, обеспечивающих требуемый уровень единства измерений. Перспективное направление совершенствования эталонов - переход к эталонам, основанным на стабильных естественных физических процессах. Для эталонов основных единиц принципиально важным является достижение максимально возможного уровня для всех метрологических характеристик.

Теория передачи размеров единиц физических величин. Предметом изучения подраздела являются алгоритмы передачи размеров единиц ФВ при централизованном и децентрализованном их воспроизведении. Указанные алгоритмы должны быть основаны как на метрологических, так и на технико-экономических показателях.



Теория построения средств измерений. В разделе обобщается опыт конкретных наук в области построения средств и методов измерений. В последние годы все большее значение приобретают знания, накопленные при разработке электронных средств измерений (СИ) электрических и особенно неэлектрических величин. Это связано с бурным развитием микропроцессорной и вычислительной техники и ее активным использованием при построении СИ, что открывает новые возможности при обработке результатов. Важной задачей является разработка новых и совершенствование известных измерительных преобразователей.

Теория точности измерений. В данном разделе метрологии обобщены методы, развиваемые в конкретных областях измерений. Он состоит из трех подразделов: теории погрешностей, теории точности средств измерений и теории измерительных процедур.

Теория погрешностей. Этот подраздел является одним из центральных в метрологии, поскольку результаты измерений объективны настолько, насколько правильно оценены их погрешности. Предметом теории погрешностей является классификация погрешностей измерений, изучение и описание их свойств. Сложившееся исторически деление погрешностей на случайные и систематические, хотя и вызывает справедливые нарекания, тем не менее продолжает активно использоваться в метрологии. Важной частью подраздела является теория суммирования погрешностей.

Теория точности средств измерений. Подраздел включает: теорию погрешностей средств измерений, принципы и методы определения и нормирования метрологических характеристик средств измерений, методы анализа их метрологической надежности.

Теория погрешностей средств измерений наиболее детально разработана в метрологии. Значительные знания накоплены и в конкретных областях измерений, на их основе развиты общие методы расчета погрешностей СИ. В настоящее время в связи с усложнением СИ, развитием микропроцессорных измерительных устройств актуальной стала задача по расчету погрешностей цифровых СИ вообще и измерительных систем и измерительно–вычислительных комплексов в частности.

Теория измерительных процедур.



Теория методов измерений - подраздел, посвященный разработке новых методов измерений и модификации существующих, что связано с ростом требований к точности измерений, диапазонам, быстродействию, условиям проведения измерений. С помощью современных средств измерений реализуются сложные совокупности классических методов. Поэтому остается актуальной традиционная задача совершенствования существующих методов и исследования их потенциальных возможностей с учетом условий реализации.

Методы обработки измерительной информации, используемые в метрологии, основываются на методах, которые заимствуются из математики, физики и других дисциплин. В связи с этим актуальна задача обоснованности выбора и применения того или иного способа обработки измерительной информации и соответствия требуемых исходных данных теоретического способа тем, которыми реально располагает экспериментатор.
2. Концепция Государственной системы обеспечения единства измерений
Проблема повышения точности и достоверности измерительной информации, т.е. проблема, которую должна решать метрология и результаты решения которой используют все отрасли народного хозяйства, была и остается одной из первостепенных государственных задач. Понятие "измерительная информация" охватывает любые данные о количественных характеристиках свойств веществ, материалов, изделий, продукции, процессов, явлений, полученные в результате выполнения измерений. На информации, полученной путем измерений, во многом основана деятельность всех органов управления народным хозяйством.

В основе всей метрологической деятельности по решению любых научно-технических и производственных задач лежит единый метрологический базис. Этим базисом является единство измерений, т.е. такое состояние процессов получения и использования измерительной информации, при котором измерительная информация (результаты измерений) выражена в установленных единицах (шкалах) и (или) формах и оценены значения показателей ее точности (погрешности). Соответственно метрологическая деятельность, направленная на обеспечение возможности правильного и единообразного определения показателей точности (погрешности) измерительной информации определяется как "обеспечение единства измерений". Тем не менее до официального введения Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) метрологическая практика была ограничена основным, а, по существу, единственным объектом деятельности - средствами измерений (мерами и измерительными приборами). Разработка ГСИ ознаменовала собой и этап развития метрологической практики. Внедрение ГСИ впервые в законодательном порядке включило в сферу деятельности метрологической службы процессы и результаты измерений, переориентировало ее цели и задачи с обеспечения единообразия мер и приборов на обеспечение единства измерений.

Существенно возрос уровень методических, динамических, дополнительных погрешностей и поддержание высокой точности самих средств измерений ни в коей мере не гарантировало достижений требуемой точности получаемых и используемых в народном хозяйстве результатов измерений. Именно это обстоятельство и привело к необходимости создания ГСИ, которая и была принята Комитетом по стандартам 11 ноября 1966 г.

Основной целью ГСИ как системы нормативных документов, по существу, являлась регламентация метрологических правил подготовки и выполнения измерений, обработки и представления их результатов. Полное и повсеместное выполнение этих правил позволяло правильно оценивать погрешности получаемых и используемых результатов измерений.


2.1. Предпосылки для разработки концепции ГСИ
Любая система, имеющая прикладное применение, имеет научные корни, т.е. зиждется на той или иной, одной или нескольких науках. Для ГСИ основой является метрология - наука об измерениях, методах, средствах и алгоритмах обеспечения их единства и способа достижения требуемой точности. Безусловно, нормальное функционирование ГСИ как системы нереализуемо без физики, экономики, математики, политологии, химии и других наук, но метрология была, есть и останется превалирующей. Именно метрология решает проблему повышения точности и достоверности измерительной информации.

Необходимость решения проблемы определена ее высокой народнохозяйственной значимостью, которая, в свою очередь, обусловлена следующими основными причинами:

а) отказом от административных форм управления и введением в метрологическую практику норм и требований, учитывающих переход народного хозяйства на рыночную экономику - к таким нормам и требованиям в первую очередь следует отнести передачу ранее только государственных функций управления деятельностью по обеспечению единства измерений метрологическим службам федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц, введение антимонопольной политики в проведении метрологических работ, создание институтов калибровки и сертификации средств измерений, не попадающих под действие государственного метрологического контроля и надзора;

б) масштабами деятельности, связанной с измерениями - каждую секунду у нас в стране выполняются сотни миллионов измерений, используемых для повышения степени безопасности труда и охраны окружающей среды, технического уровня и качества продукции, учета материальных ресурсов, оптимизации технологических процессов, обеспечения безопасной и безаварийной работы транспорта, устойчивости энергетических систем, для медицинских диагнозов и в торговле. По существу, измерения являются самым массовым продуктом человеческой деятельности и спрос на этот продукт, потребности общества в этом продукте возрастают из года в год;

в) важностью и ответственностью измерений - измерения используются на всех этапах, на всех уровнях управления народным хозяйством и их точностью обусловлена эффективность, действенность всех форм управления и правильность любых принимаемых на основе этих измерений решений. Таким образом, измерения становятся не только самым массовым, но и особо важным и ответственным продуктом, требования к качеству которого (т.е. к точности) также непрерывно возрастают;

г) развитием международного научно-технического сотрудничества и международной торговли - эффективное сотрудничество с зарубежными странами, совместная разработка научно-технических программ (например, в области освоения космоса, мирового океана, медицины, охраны окружающей природной среды и др.), дальнейшее развитие торговых отношений, интеграции и кооперирования производства - все это требует растущего взаимного доверия к измерениям, являющимся одним из основных объектов обмена при совместном решении научно-технических проблем, основой взаимных расчетов при торговых операциях, заключении контрактов на поставку материалов и оборудования. Следовательно, и здесь необходимое качество измерений (их точность), единообразие принципов и способов оценки и контроля этого качества имеют первостепенное значение.

Вышеизложенное предопределяет, что ГСИ как система нормативных документов уже не удовлетворяет современным условиям осуществления метрологической деятельности и, следовательно, необходим пересмотр ее структуры и правового статуса.
2.2. Цель концепции
В соответствии с Законом Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений" единство измерений сегодня рассматривается как одно из важнейших условий эффективности исследований и разработок, управления производством и другими объектами, диагностики и лечения болезней, достоверного учета материальных и энергетических ресурсов, контроля качества продукции, условий безопасности труда и охраны окружающей среды, надежности работы связи и транспорта, обороны государства, а ГСИ должна трактоваться как государственная система управления деятельностью по обеспечению единства измерений. Таким образом, ГСИ - государственная система управления деятельностью по обеспечению такого состояния измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Следует отметить, что ГСИ, по сути, является квинтэссенцией Российской системы измерений, т.е. такой системы, которая представляет собой конгломерат следующих элементов: метрология, измерительная техника и потребители измерительной техники и измерительной информации. Российская система измерений охватывает как органы и службы, обеспечивающие единство измерений в стране, так и разработчиков, производителей и пользователей продукции приборостроения.

Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений осуществляет Госстандарт России (статья 4 Закона РФ "Об обеспечении единства измерений"). Управление обеспечением единства измерений в отраслях народного хозяйства, Вооруженных силах РФ, на предприятиях и в организациях осуществляют руководители структур, определяемые в порядке, установленном законодательством РФ.

Вышеизложенное предопределило необходимость разработки и принятия современной Концепции Государственной системы обеспечения единства измерений в стране, отвечающей как сегодняшним, так и перспективным требованиям народного хозяйства. Соответственно определяется цель Концепции, которую можно сформулировать следующим образом: показать и обосновать необходимость перехода ГСИ как системы нормативных метрологических документов в ГСИ как государственную систему управления деятельностью по обеспечению единства измерений с раскрытием ее целей и задач, правового, организационного и технического обеспечения и направлений дальнейшего развития.


2.3. Цель и задачи ГСИ
В свете изложенного и с учетом объективных реальностей сегодняшнего дня основная цель ГСИ должна быть сформулирована следующим образом: создание на межотраслевом уровне правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий, необходимых для решения задач по обеспечению возможности всем отраслям, предприятиям, организациям, исследователям, специалистам во всех сферах деятельности правильно оценивать точность выполняемых ими измерений, а также, что не менее важно, оценивать влияние точности измерений на правильность основанной на результатах измерений информации о свойствах веществ и материалов, о количестве и качестве материальных и энергетических ресурсов, сырья, материалов, полуфабрикатов, продукции, о характеристиках процессов и явлений. Определение круга задач, которые должна решать ГСИ для достижения этой цели, требует в первую очередь очерчивания конгломерата метрологических объектов и процессов (видов) деятельности. Этот конгломерат весьма обширен: от фундаментальных физических и химических констант до квалифицированных кадров - метрологов. В то же время эти объекты нельзя считать полностью автономизированными. Они или взаимосвязаны, или взаимозависимы и отсюда логически вытекает, что объекты и виды деятельности, являющиеся сущностью ГСИ, представляют собой органическое сочетание как теоретических, так и практических ее аспектов.

В самом деле, например, создание таких практических материальных объектов, как государственные эталоны, требует теоретических изысканий в определении физических констант или явлений; функционирование метрологической службы неосуществимо без теоретических организационных разработок и их дальнейшей практической реализации в виде квалифицированных кадров, зданий, оборудования, документации и т.д. Сказанное с учетом ранее сформулированной цели представляется совершенно очевидным, что реализация этой цели возможна, если ГСИ вместо системы нормативных документов будет рассматриваться как функционально-организационно-техническая система, включающая в себя правовую, организационную и техническую подсистемы. Объединение этих реально существующих элементов в одну систему и присвоение этому объединению наименования "ГСИ" дает возможность обосновать, увязать рациональные пути и направления развития всех ее составляющих подсистем с единой целью, с единых системных позиций. Соответственно определяются следующие основные задачи ГСИ:

- разработка оптимальных принципов управления деятельностью по обеспечению единства измерений;


  • установление системы единиц величин;

  • создание, хранение и совершенствование эталонной базы;

  • разработка систем, методов и средств передачи размеров единиц величин;

  • регламентация общих метрологических требований к эталонам единиц величин, средствам измерений, методикам выполнения измерений, методикам поверки (калибровки) средств измерений;

  • разработка и экспертиза разделов метрологического обеспечения федеральных и иных государственных программ, в том числе программ создания и развития производства оборонной продукции;

  • осуществление государственного метрологического контроля: поверка средств измерений; проведение испытаний с целью утверждения типа средств измерений; лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

  • осуществление государственного метрологического надзора: за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм; за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций; за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже;

  • разработка принципов оптимизации материально-технической и кадровой базы органов Государственной метрологической службы;

  • аттестация методик выполнения измерений;

  • сертификация и калибровка средств измерений, не используемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора;

  • аккредитация метрологических служб по различным направлениям метрологической деятельности;

  • аккредитация поверочных, калибровочных, измерительных, испытательных и аналитических лабораторий, лабораторий неразрушающего и радиационного контроля, действующих в Российской Федерации систем аккредитации;

  • участие в международном сотрудничестве по метрологическим аспектам;

  • установление совместно с компетентными федеральными органами исполнительной власти порядка определения стоимости (цены) метрологических работ и регулирования тарифов на эти работы;

- подготовка кадров-метрологов; информационное обеспечение предприятий и организаций по вопросам обеспечения единства измерений.
2.4. Правовое, организационное и техническое обеспечение ГСИ
Гарантией успешного решения поставленных задач и, соответственно, надежного функционирования ГСИ является четкое взаимодействие составляющих ее подсистем (как было упомянуто ранее - правовой, организационной и технической).

Правовая подсистема должна представлять собой комплекс законодательных актов и межотраслевых нормативных и рекомендательных документов, регламентирующих общие правила и нормы в метрологии, государственные поверочные схемы, методики поверки (калибровки) и методики выполнения измерений.

Комплекс метрологических документов основан и тесно взаимоувязан с Государственной системой стандартизации, которая определяет порядок планирования, разработки, внедрения документов, структуру их построения и содержания.

Документы ГСИ также взаимоувязаны со стандартами ЕСКД и ЕСТПП. В свою очередь, нормы и требования, установленные в метрологических документах, должны учитываться в этих системах.

Организационная подсистема ГСИ - совокупность подразделений Госстандарта России, осуществляющих функции по обеспечению единства измерений, государственных научных метрологических центров и органов Государственной метрологической службы, ГСВЧ, ГССО, ГСССД, метрологических служб федеральных органов исполнительной власти и юридических лиц, метрологической службы Вооруженных сил РФ, деятельность которых направлена на обеспечение единства и требуемой точности измерений при исследованиях, разработке, производстве, испытаниях, контроле, эксплуатации и ремонте продукции.

Техническую подсистему составляют государственные эталоны, установки высшей точности, рабочие эталоны всех разрядов, стандартные образцы и испытательное оборудование, необходимые для осуществления метрологического контроля и надзора.

Необходимо подчеркнуть, что эти подсистемы реально функционируют уже в течение многих десятилетий. Так, в частности, нормативная база ГСИ насчитывает сегодня около 2500 обязательных и рекомендательных документов, регламентирующих практически все аспекты в области метрологии. Возглавляют этот солидный массив документации Закон РФ "Об обеспечении единства измерений" и ранее упомянутое Постановление Правительства РФ от 12 февраля 1994 г. № 100.

Организационную, научную и практическую деятельность по обеспечению единства измерений осуществляют 11 метрологических научно-исследовательских институтов, центров и 104 ЦСМ Госстандарта России, более 30 тысяч метрологических служб, организаций и предприятий других министерств и ведомств. Техническую основу составляют 114 государственных эталонов, 90 установок высшей точности, около 15 миллионов рабочих эталонов {ранее образцовых средств измерений) и средств испытаний, более 8000 типов стандартных образцов. Тем не менее следует отметить, что эффективность функционирования перечисленных подсистем может быть повышена. Реальным путем повышения эффективности являются укрепление взаимосвязей между подсистемами, дальнейшее развитие подсистем, а в конечном итоге - их объединение, как сказано ранее, в государственную систему управления деятельностью по обеспечению единства измерений.


2.5. Пути дальнейшего развития ГСИ
Дальнейшее развитие ГСИ должно идти в направлении еще большего приближения деятельности метрологической службы к задаче получения объективной информации о конечных результатах деятельности предприятий народного хозяйства.

К другим приоритетным общим направлениям развития ГСИ относятся:



  • рациональный и продуманный отказ от административных рычагов управления и введение в метрологическую практику норм и требований, учитывающих переход народного хозяйства страны на рыночную экономику;

  • максимальное сближение принципов проведения деятельности по обеспечению единства измерений в России с передовыми международными аналогами.

Принятие и внедрение Закона РФ "Об обеспечении единства измерений" и соответствующих подзаконных актов уже сейчас способствуют реализации указанных направлений.

В разрезе подсистем основные пути дальнейшего развития следует определить следующим образом.

Для организационной подсистемы упомянутые выше общие направления развития ГСИ конкретизируются передачей ряда ранее только государственных функций от организации Госстандарта метрологическим службам юридических лиц и созданием институтов (систем) сертификации и калибровки.

Так, Госстандарт, сохраняя за собой основные (узловые) функции государственного управления деятельностью по обеспечению единства измерений, под жестким контролем может передавать (или передает) право выполнения некоторых государственных функций метрологическим службам федеральных органов исполнительной власти.

К числу таких функций относятся прежде всего испытания с целью утверждения типа (ранее - государственные испытания) и поверка (ранее - государственная поверка) средств измерений, входящих в сферу государственного контроля и надзора. Наряду с этим созданы необходимые условия для успешного функционирования добровольных институтов сертификации и калибровки средств измерений, во многом соответствующих аналогичным институтам, широко развитым за рубежом.

В сфере правовой подсистемы ГСИ по-прежнему превалирует тенденция регламентации и принятия метрологических положений и норм в виде документов с рекомендательным статусом (в тех случаях, когда единственно важной, необходимой и обязательной устанавливается какая-либо цель, а способы и средства ее достижения могут иметь альтернативный характер).

При этом в основу закладывается принцип: документы метрологии должны быть такими, чтобы их несоблюдение было невыгодным ни отдельным лицам, ни предприятиям, ни отраслям, ни государству в целом.

Что касается технической подсистемы, то ее квинтэссенцией является эталонная база России. Ее и сейчас можно считать одной из самых сильных в мире. Повышение точности, расширение диапазонов воспроизведения единиц величин были, есть и будут первостепенными задачами совершенствования массива государственных эталонов, но в последние годы решение этих задач несколько замедлилось. Однако это пока не представляется опасным, так как в свое время эталоны и поверочные схемы создавались с довольно приличным "заделом" и в ближайшие 3-5 лет еще смогут удовлетворять потребности народного хозяйства страны. Тем не менее такое положение опасно. Другая важная задача - создание государственных эталонов взамен тех, которые после распада СССР остались за рубежом.

Следует сказать и об адаптации российской системы измерений, к мировой и прогрессивным национальным системам. В странах высокого технического уровня метрологическая деятельность имеет годами проверенную законодательную основу - это и конституция, и законы, и подзаконные акты. В этом плане Россия нормативно подравнялась, но ее опыт в осуществлении законодательного принципа управления пока весьма скромен.

Важной проблемой, от решения которой в значительной мере зависит дееспособность государственной системы обеспечения единства измерений, является ее ресурсное обеспечение. Следует отметить, что значительная часть системы не производит рыночного товара и не может вступать в рыночные отношения, т.е. действовать на принципах хозяйственной самостоятельности и самоокупаемости. Поэтому только достаточное финансирование системы и, соответственно, своевременные и достоверные информация и анализ состояний ГСИ могут служить основой для принятия стратегически правильных управленческих решений по ее поддержанию и развитию.


3. Правила построения гистограмм
Обработка результатов измерений производится при условии, что они подчинены нормальному закону распределения и из них исключена систематическая составляющая погрешности. Кроме этого, результаты измерений не содержат грубых погрешностей.

Наиболее наглядно нормальный закон распределения результатов измерений иллюстрирует гистограмма, построенная в следующем порядке при большом числе результатов N > 20.

1. Весь диапазон полученных результатов наблюдений Xmaх-Xmin разделяют на К интервалов и определяют длину интервала ΔХ:

ΔХ = (Хмах-Хmin) / К.

2. Определяют середину области изменения выборки (центр распределения - Х0):

X0 = (Xmax+Xmin)/2.

3. Подсчитывают количество наблюдений Nm, попавших в каждый интервал. Nm равно числу членов вариационного ряда, для которых справедливо неравенство:

xmim+x.

Значение Zi, попавшее на границу между (m-1)-м и m-м интервалами, относят к m-му.


  1. Подсчитывают относительное количество (относительную частоту) наблюдений Р, попавших в данный интервал: Р = Nm / N.

  2. Строят гистограмму, представляющую собой ступенчатую кривую, значения которой на m-м интервале (Хm, Хm+ΔХ и т.д.), где m=l,2,..., k, постоянны, а по оси ординат составляют

.

При построении гистограмм рекомендуется пользоваться следующими правилами:

1. Число интервалов выбирается в зависимости от числа наблюдений:

n k


20-100 7-9

100-500 8-12

500-1000 10-16

1000-10000 12-22

2. Длины интервалов удобнее выбирать одинаковыми. Однако, если распределение крайне неравномерное, то в области максимальной концентрации результатов наблюдений следует выбирать более узкие интервалы.

3. Масштабы по осям гистограммы должны быть такими, чтобы отношение ее высоты к основанию составляло примерно 5:8.


4. Критерии оценки грубых погрешностей
В алгоритм обработки результатов измерений входит оценка грубых погрешностей.

Часто в ряду измерений встречается одно или несколько значений, резко отличающихся от остальных. Это так называемые "выскакивающие" значения. Расхождение между ними и остальными результатами является результатом грубой погрешности.

Источниками промахов нередко бывают погрешности, допущенные наблюдателем во время измерений.

1. Неправильный отсчет по шкале измерительного прибора из-за неверного учета цены делений шкалы. Особенно часто это случается, когда цена наименьшего деления в середине шкалы изменяется, как, например, на логарифмической шкале. Значение 5 делений принимают за значение 10; отметки, указывающие пятые части большого интервала, принимают за отметки десятых частей и т.д.

В некоторых случаях неверно отсчитывают число делений или ведут отсчет не в том направлении, в каком произведена градуировка шкалы. Вторую ошибку допускают чаще всего тогда, когда 0 расположен на шкале справа, а не слева.

2. Неправильная запись результата наблюдений (описка), неправильная запись отдельных мер использованного набора (например, значение массы гирь, положенных на чашу весов).

Частой опиской является перестановка цифр 6 или 9; так записывают 396 вместо 369 или наоборот.

3. Ошибки при манипуляциях с приборами или частями измерительной установки делают негодным весь ряд единичных измерений. В этом случае правильнее говорить не о грубой погрешности, а о недостаточной компетентности или квалификации оператора. Такие ошибки может допустить и опытный оператор, но они бывают у него единичными, и при дальнейших измерениях не повторяются.

Перечисленные выше грубые погрешности особенно опасны при однократных измерениях. Чем больше ряд повторных измерений, тем легче обнаружить грубую погрешность.

Грубыми называются погрешности, которые существенно превышают оправдываемые объективными условиями измерений систематические или случайные погрешности. Грубые погрешности снижают качество проведенных измерений. Все результаты наблюдений, содержащие грубые погрешности, должны быть отброшены. Чтобы судить о том, в каких случаях следует отбросить сомнительные результаты измерений, а в каких - нельзя, надо применить один из следующих критериев оценки грубых погрешностей.
4.1. Критерий Райта
В соответствии с этим критерием должны быть отброшены все результаты измерений, случайные погрешности Vi которых превышают 3σ. Причем обработке подлежит весь ряд, включая результат, содержащий грубую погрешность.


  1. Пусть а1, а2, а3,..., аn, аn+1 - ряд результатов измерений, в котором an+1 - "выскакивающее" значение.

  2. Вычислим среднее арифметическое значение по формуле:

3. Определим среднеквадратическое отклонение по формуле:



4. Оценка погрешности

Если , то результат измерения an+1 содержит грубую погрешность.

Данный критерий можно применять, когда среднеквадратическое отклонение определяется на основании достаточно большого числа измерений (n >20).


4.2. Критерий Романовского
При малом числе измерений (n<20) применяют критерий Романовского, основанный на распределении Стьюдента.

Пусть произведено n+1 результатов измерений. При этом n результатов не вызывают сомнений в отношении соответствия их закономерному ряду, а один кажется нарушающим этот ряд. Обозначим этот результат an+1.

1. Найдем для ряда измерений от a1 до аn среднее арифметическое значение:

2. Определяем среднеквадратическое отклонение:



3. Исходя из степени достоверности, которая должна быть обеспечена, задаемся вероятностью Рдов того, что значение не превышает некоторого значения ε*, которое определяется по формуле:



4. Если , то результат содержит грубую погрешность.

Значения коэффициента t' для различных значений Pдов и n приведены в табл. 1.

Таблица 1

Коэффициент t' для различных значений α и

числа измерений n (критерий Романовского)




Число

измерений n




Уровень значимости α

0,05

0,02

0,01

0,005

P дов


0,95

0,98

0,99

0,995

Коэффициент t'


1

2

3

4

5

2

15,56

38,97

77,96

779,70

3

4,97

8,04

11,46

36,50

4

3,56

5,08

6,53

14,46

5

3,06

4,10

5,04

9,43

6

2,73

3,64

4,36

7,41

7

2,62

3,36

3,96

6,37

8

2,51

3,18

3,71

5,73

9

2,43

3,05

3,54

5,31

10

2,37

2,96

3,41

5,01

11

2,33

2,89

3,31

4,79

12

2,29

2,83

3,23

4,62

13

2,26

2,78

3,17

4,48

14

2,24

2,74

3,12

4,37

1

2

3

4

5

15

2,22

2,71

3,08

4,28

16

2,20

2,68

3,04

4,20

17

2,18

2,66

3,01

4,13

18

2,17

2,64

3,00

4,07

19

2,16

2,62

2,95

4,02

20

2,14

2,60

2,93

3,98



1,96

2,33

2,58

3,29

следующая страница >>