Основные понятия метрологии. Метрологическое обеспечение измерений

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ Курс лекций МЕТРОЛОГИЯ Лекция 1. Основные понятия метрологии. Общие сведения. Качественно новое развитие техники предъявляет все более высокие требования к метрологическому обеспечению и уровню измерений. В этой связи для метрологии характерны: Повышение точности измерений и расширение пределов измеряемых величин; Разработка современных методов измерений и приборов с использованием новейших физических принципов и технологий, необходимых для перспективных направлений науки и техники; Создание автоматизированных измерительных систем, обладающих высокой точностью, быстродействием и надежностью. Современное определение метрологии дано в Рекомендации ПМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»: метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объекта и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии – это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Метрология включает общую теорию измерений физических величин, устанавливает и регламентирует единицы физических величин и их системы, порядок передачи размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений, методы и средства измерений, общие методы обработки результатов измерений и оценки их точности. Наряду с метрологией проблемами создания и применения средств измерений для получения измерительной информации и возникающими при этом научными и техническими вопросами занимается измерительная техника. Основой измерительной техники является метрологическое обеспечение. В метрологическое обеспечение входят четыре основы (Рис. 1.): научная, нормативнотехническая; организационная и правовая (законодательная). 1 Метрологическое обеспечение Научная основа Нормативнотехническая основа Организационная основа Правовая основа Метрология Комплекс государственных и межгосударствен ных стандартов Сеть государственной и ведомственных метрологических служб Государственная система обеспечения единства измерений Рис.1. Структура метрологического обеспечения измерений Для руководства всей деятельностью и поддержания единства измерений в России создана мощная метрологическая служба, состоящая из Государственной службы, возглавляемой Государственным комитетом по стандартам (Госстандартом РФ), и ведомственных служб во всех отраслях народного хозяйства. Научная (теоретическая) метрология занимается изучением проблем измерения в целом и образующих измерение элементов: средств и приборов измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и пр. Нормативно-технической основой метрологического обеспечения является комплекс государственных стандартов: - система государственных эталонов единиц физических величин; - система передачи размеров единиц физических величин от эталонов или исходных образцовых средств измерений нижестоящим по поверочной схеме средств измерений; - система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью характеристик, технологических процессов и других объектов в сфере материального производства, при научных исследованиях и других видов деятельности; - система обязательных государственных испытаний средств измерений; - система обязательной государственной и ведомственной поверки или метрологической аттестации средств измерений; - система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающая воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов; - система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов; 2 - общие методы нормирование оценки и контроля метрологических характеристик средств измерений. Организационной основой метрологического обеспечения является метрологическая служба Российской Федерации. Она состоит из государственных и ведомственных метрологических служб, образующих сеть учреждений и организаций, возглавляемых Госстандартом РФ. Она базируется на основных положениях законодательной метрологии. Важной основой метрологического обеспечения является ее правовая основа. В нашей стране действует комплекс государственных стандартов, объединенных в Государственную систему обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенное – ГСИ), который устанавливает единую номенклатуру стандартных взаимоувязанных правил и положений, требований и норм, относящихся к организации и методике оценивания и обеспечение точности измерений. Ряд таких положений установлен стандартом ГОСТ Р 8.000-2000. «ГСИ. Основные положения». Раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных общих правил, требований и норм, а также вопросы регламентации и государственного контроля, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений, называют законодательной метрологией. В метрологии, как и в любой другой науке, недопустимо произвольное толкование применяемых терминов. Поэтому один из основных метрологических документов Рекомендация ПМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения» специально регламентируют терминологию в области метрологии. 1.1.2. Физические свойства и величины Любой объект окружающего мира характеризуется своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта (процесса, явления), которая обуславливает его общность или различие с другими объектами (процессами, явлениями) и обнаруживается в его отношениях к ним. По своей сути свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины. Величина - свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной. Анализ различных величин позволяет разделить их на два вида: идеальные и реальные. Идеальные величины главным образом относятся к области математики и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий. Они вычисляются тем или иным способом. Реальные величины, в свою очередь, делятся на физические и нефизические. Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная некоторым материальным объектам (процессам, явлениям; материалам), 3 изучаемым в естественных (физика, химия) и различных технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам - философии, социологии, экономике и т.д. Физические величины Физическая величина - свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в количественном отношении для каждого из них. Качественная сторона понятия «физическая величина» определяет «род» величины (например, электрическое сопротивление как общее свойство проводников электричества), а количественная - ее «размер» (сопротивление конкретного исследуемого проводника). Числовое значение результата измерения будет зависеть от выбора единицы физической величины. Если за единицу длины выбрать английский фут и произвести измерение длины какой-либо объект, а затем измерить в общепринятых единицах - метр, то числовое значение длины объекта будет иным, хотя размер его остался прежним. Следует отметить, что размер физической величины существует объективно, независимо от того, определили мы его или не определили. С развитием науки, техники и разработкой новых технологий измерения охватывают все новые и новые физические величины, существенно расширяются диапазоны измерений, как в сторону измерения сверхмалых значений, так и в сторону очень больших значений физических величин. Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые физические величины можно выразить количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Оцениваемые физические величины - величины, для которых по каким-либо причинам не может быть введена единица измерения, и они могут быть только оценены. Размерность физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному предмету, системе, явлению или процессу. Оценивание - операция приписывания данной физической величине определенного числа принятых для нее единиц, проведенная по установленным правилам. Для классификации физических величин выявляют общие метрологические особенности отдельных групп. Одна из возможных, достаточно полных классификаций физических величин приведена на рис. 1.1. 4 Физические величины Энергетические (активные) Пространственновременные Механические и тепловые Основные Размерные Вещественные (пассивные) Электрические, магнитные и акустические Физикохимические Производные Характеризующие временные процессы Световые и ионизирующих излучений Атомной и ядерной физики Дополнительные Безразмерные Рис.1.1. Классификация физических величин По видам явлений они делятся на следующие группы:  энергетические (активные), т. е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии; к ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия, заряд; они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;  вещественные (пассивные), т.е. описывающие физические и физико - химические свойства веществ, материалов и изделий из них; из радиотехнических величин - это электрическое сопротивление, емкость, индуктивность и др.; для их измерения необходим вспомогательный источник энергии, с помощью которого формируется сигнал измерительной информации; при этом пассивные физические величины преобразуются в активные, которые и измеряются;  характеризующие временные процессы; к этой группе относится различного вида спектральные и поляризационные характеристики, корреляционные функции и др. По принадлежности к различным группам физических процессов практически все указанные физические величины делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические, магнитные, акустические, физикохимические, световые, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики. По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины могут быть основными, производными и дополнительными. В настоящее время в наиболее распространенной международной системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества. Подробно деление физических величин по этому признаку рассмотрено далее. По наличию размерности физические величины делятся на размерные и безразмерные. Значение физической величины - оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Числовое значение фи- 5 зической величины - отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины (например, 10 А значение силы тока, причем само число 10 - это и есть числовое значение). Именно термин «значение» следует применять для выражения количественной стороны рассматриваемого свойства. Неправильно, например, говорить и писать «величина тока», «величина напряжения» и т. д., поскольку ток и напряжение сами являются величинами (правильным будет применение терминов «значение силы тока», «значение напряжения» и пр.). Для обозначения частных особенностей физических величин применяют термин параметр. Например, конденсатор характеризуют емкостью, а его параметрами можно считать тангенс угла потерь, температурный коэффициент емкости, индуктивность вводов. Иногда параметром называют саму измеряемую физическую величину - амплитуду, фазу, частоту. При выбранной оценке физической величины, как объективно существующим свойством объекта в данный момент времени, ее можно охарактеризовать истинным, действительным и измеренным значениями. Нахождение истинного значения измеряемой физической величины является главной проблемой метрологии. Истинным значением физической величины называется значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном соотношениях соответствующее свойство объекта. Определить экспериментально его невозможно вследствие неизбежных погрешностей измерения. Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Положим, что измеряется диаметр круглого металлического диска. Не вызывает сомнения положение, что измерение диаметра диска можно проводить с все более и более высокой точностью, стоит лишь выбрать средство измерений соответствующей точности. Но когда погрешность средства измерения достигнет размеров молекулы, обнаружится как бы размывание краев диска, обусловленное хаотическим движением молекул. Вследствие этого за некоторым пределом точности само понятие диаметра диска потеряет первоначальный смысл и дальнейшее повышение точности измерения бесполезно. Следовательно, понятие «истинного» значения диска в данном случае приобретает вероятностный смысл и можно лишь с определенной вероятностью установить интервал значений, в котором оно находится. Поэтому одним из основных постулатов метрологии является положение о том, что истинное значение физической величины существует, однако определить его путем измерения невозможно. В связи с тем, что истинное значение физической величины определить невозможно, в практике измерений оперируют понятием действительного значения, степень приближения которого к первому зависит от точности измерительного средства и погрешности самих измерений. Действительным значением физической величины называется значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько прибли- 6 жающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Для действительно значения физической величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение физической величины. Действительное значение физической величины определяют по образцовым мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых рабочих средств измерения. Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения. Важную роль в процессе измерения играют условия измерения - совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений. Влияющая физическая величина - физическая величина, непосредственно не измеряемая средством измерения, но оказывающая влияние на него или на объект измерения таким образом, что это приводит к искажению результата измерения. Например, при измерении параметров транзистора влияющей величиной можeт быть температура, если параметры зависят от температуры. В метрологии различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. Нормальные условия измерений – это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значений влияющей величины - это область значений, в пределах которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности. Нормальные условия измерений задаются в нормативнотехнической документации на средства измерений. Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины - область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний средства измерения. Предельные условия измерений - условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величии, которые средство измерения может выдержать без разрушений и ухудшений его метрологических характеристик. Постоянная физическая величина - физическая величина, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее длительность измерения. Переменная физическая величина - физическая величина, изменяющаяся по размеру в процессе измерения Физический параметр – физическая величина, характеризующая частную особенность измеряемой величины. Например, при измерении напряжения переменного тока параметром напряжения могут быть его амплитуда, мгновенное, средневыпрямленное или среднеквадратическое значения и пр. Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой по определению условно присвоено стандартное числовое значе- 7 ние, равное единице. Она применяется для количественного выражения однородных физических величин. Единицы физических величин подразделяются на основные и производные и объединяются в соответствии с принятыми принципами в системы единиц физических величин. Международная система единиц Единица измерения должна быть установлена для каждой из известных физических величин, при этом необходимо учитывать, что многие физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Поэтому только часть физических величин и соответственно их единиц могут определяться независимо от других. Такие величины называют основными. Остальные физические величины (к ним относятся дополнительные и производные) определяются с использованием физических законов и зависимостей через основные физические величины. Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин. Единица основной физической величины является основной единицей данной системы. Международная система единиц (система СИ; SI - от франц. - System International - The International System of Units) была принята ХI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. На территории нашей страны система единиц СИ установлена соответствующим ГОСТом «ГСИ. Единицы физических величин». К основным характеристикам системы СИ следует отнести:  универсальность, т. е. охват всех областей науки и техники;  унификацию всех областей и видов измерений;  возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники;  когерентность величин;  упрощение записи формул;  уменьшение числа допускаемых единиц;  единую систему образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;  облегчение педагогического процесса;  лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами. В основу Международной системы СИ положены семь основных и две дополнительные единицы, приведенные в табл. 1.1. 8 Таблица 1.1. Единицы Международной системы СИ Величины РазмерНаименование Наименование ность Основные единицы Длина L метр Масса M килограмм Время T секунда Сила электрического тока I ампер θ Термодинамическая температура кельвин Количество вещества N моль Сила света J кандела Дополнительные единицы ─ Плоский угол радиан ─ Телесный угол стерадиан Единицы Обозначение международное русское m kg s A K mol cd м кг с А К моль кд rad sr рад ср В качестве основных приняты: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла. Метр равен расстоянию, которое проходит в вакууме плоская электромагнитная волна за 1/299792458 долю секунды. Килограмм - единица массы, определяемая как масса международного прототипа килограмма, представляющего собой цилиндр из сплава платины и иридия. Современное развитие науки пока не позволяет с достаточной степенью точности связать килограмм с естественными атомными константами. До сих пор килограмм является чисто договорной единицей. Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего энергетическому переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133. Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывал бы силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н (ньютон) на каждом участке проводника длиной 1 метр. Кельвин - единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды, т. е. температуры, при которой три фазы воды - парообразная, жидкая и твердая - находятся в динамическом равновесии (температура плавления льда). Моль - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или группами частиц. 9 Канделла - сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙1012 Гц, чья энергетическая сила излучения в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (ср - стерадиан). Дополнительные единицы международной системы СИ предназначены и используются для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других физических величин. К дополнительным физическим величинам системы СИ относятся плоский и телесный углы. Угловые единицы не могут быть введены в число основных, так как это вызвало бы затруднение в трактовке размерностей физических величин, связанных с вращением (дуги окружности, площади круга и т. д.). Радиан - угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна этому радиусу. В практических случаях часто используются такие единицы измерения угловых величин: градус 1º= 2π/360 рад = 0,017453 рад; минута l' = 1°/60 = 2,9088∙10-4 рад; секунда 1" = 1'/60 = 1 °/3600 = 4,8481∙10-6 рад. Соответственно: 1 рад = 57°17'45" = 57,2961°= (3,4378∙103)' = (2,0627∙105)". Стерадиан представляет собой телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Измеряют телесные углы путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле:     21  cos  , 2  (1.1) где α - телесный угол, φ- плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом. Производные единицы системы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. В табл. 1.2 и 1.3 приведены производные единицы, наиболее употребляемые в радиотехнике. Таблица1.2. Производные единицы СИ Величины Наименование Частота Энергия, работа, количество теплоты Сила, вес Мощность, поток энергии Количество электричества Размерность T-1 Наименование герц Единицы Обозначение международное русское Hz Гц L2MT-2 джоуль J Дж LMT-2 L2MT-3 TI ньютон ватт кулон N W C Н Вт Кл 10 Электрическое напряжение, электродвижущая сила, потенциал Электрическая емкость Электрическое сопротивление Электрическая проводимость Магнитная индукция Поток магнитной индукции, магнитный поток Индуктивность, взаимная индуктивность L2MT-3I-1 вольт V В L-2M-1T4I2 L2MT-3I-2 L-2M-1T3I2 MT-2I-1 фарад ом сименс тесла F Ω S T Ф Ом См Тл L2MT-2I-1 вебер Wb Вб L2MT-2I-2 генри H Гн Таблица1.3. Единицы СИ, применяемые в практике радиоизмерений Величины Наименование Плотность электрического тока Напряженность электрического поля Абсолютная диэлектрическая проницаемость Удельное электрическое сопротивление Полная мощность электрической цепи Реактивная мощность электрической цепи Напряженность магнитного поля Единицы Обозначение международное русское Размерность Наименование L-2I ампер на квадратный метр A/m2 А/м2 LMT-3I-1 вольт на метр V/m В/м L3M-1T4I2 фарад на метр F/m Ф/м L3MT-3I-2 ом на метр Ω∙m Ом∙м L2MT-2 вольт-ампер V∙A В∙А L2MT-3 вар var В∙Ар L-1I ампер на метр A/m А/м Производные единицы бывают когерентными и некогерентными. Когерентной называется производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице. Например, скорость ν равномерного прямолинейного движения связана с длиной пути l и временем t соотношением ν = l/t. Остальные производные единицы - некогерентные. Среди получивших широкое распространение внесистемных единиц следует отметить киловатт-час, ампер-час, градус Цельсия, и т. д. Сокращенные обозначения различных единиц, как международных, так и русских, названных в честь великих ученых, пишутся с заглавных букв; например: ампер - А; ом - Ом; вольт - В; фарад - Ф (отметим, что часто используется не регламентируемый термин - фарада). В тоже время для сравнения: метр - м, секунда - с, килограмм - кг. Так как диапазон реальных значений большинства измеряемых физических величин очень велик, то применение целых единиц СИ иногда неудобно, поскольку в результате измерений получаются большие или малые их значения. По- 11 этому в системе СИ были установлены десятичные кратные и дольные единицы этой системы, которые образуются с помощью множителей. Образованные таким образом кратные и дольные единицы физических величин пишутся слитно с наименованием основной или производной единицей СИ, например: километр (км), мегаватт (МВт), милливольт (мВ), мегагерц (МГц), наносекунда (нс), пикофарад (пФ). Кратная единица физической величины - единица, большая в целое число раз системной, например килогерц (103 ГЦ), мегаватт (106 Вт). Дольная единица физической величины определяется как единица, меньшая в целое число раз системной, например, микрогенри (10-6 Гн), пикофарад (10-12 Ф). Таблица 1.4. Множители единиц Множитель Приставка 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 экса пета тера гига мега кило гекто дека деци санти милли микро нано пико фемто атто Обозначение приставок международное русское E Э P П T Т G Г M М k к h г da да d д c с m м μ мк n н p п f ф a а Наименования кратных и дольных единиц системы СИ содержат ряд определенных приставок, соответствующих множителям, приведенным в табл. 1.4. Основные метрологические термины и понятия Термины отличаются от слов разговорного и литературного языков и имеют строго специализированное научное значение. Требования: максимальная простота и краткость (лаконичность); максимальная информативность; максимальная традиционность и приемлемость для большинства технических наук. В настоящее время действует ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения», разработанный под руководством К. П. Широковым. Второй по значимости для ЭИ – ГОСТ 19880-74 «Электротехника. Основные понятия. Тер- 12 мины и определения». Третьим: ГОСТ 19880-74 – «Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения». Кроме термина «действующее напряжение» вместо «среднеквадратичного напряжения». К общепринятым в метрологии определениям относятся понятия: измерения, средства, принцип, метод и объект измерения, алгоритм измерения и шкалы измерений и ряд других терминов. Измерением называется процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Метрологическая суть измерения сводится к основному уравнению измерения (основному уравнению метрологии): (1.2) А  kA 0 , где А – значение измеряемой физической величины; А0 – значение величины, принятой за образец; k – отношение измеряемой величины к образцу. Любое измерение заключается в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения, с так называемой мерой (см. далее). Такой подход выработан практикой измерений, исчисляемой сотнями лет. Еще великий математик Л. Эйлер утверждал: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором они находятся». Наиболее удобен вид основного уравнения метрологии (1.2), если выбранная за образец величина равна единице. При этом параметр k представляет собой числовое значение измеренной величины, зависящее от принятого метода измерения и единицы измерения. Получаемая при измерениях физических величин информация называется измерительной. Зачастую информация об объекте измерения известна до проведения исследований, что является важнейшим фактором, обусловливающим эффективность измерения. Такую информацию об объекте измерения называют априорной информацией. При полном отсутствии этой информации измерение в принципе невозможно, так как неизвестно, что же необходимо измерить, а, следовательно, нельзя выбрать нужные средства измерений. При наличии априорной информации об объекте в полном объеме, т. е. при известном значении измеряемой величины, измерения попросту не нужны. Априорная информация определяет достижимую точность измерений и их эффективность. Информация, получаемая в результате измерения, может содержаться в объекте измерения в двух формах: пассивной и активной. Пассивная информация - это совокупность сведений, заключенных в том, как устроен объект; такой информацией является, например, информация о величине напряжения источника питания. С другой стороны, информация является активной, если она имеет форму энергетической характеристики какого-либо явления. Подобные энергетические явления называются сигналами. Их примерами являются электрические, оптические и акустические сигналы, используемые для передачи информации. 13 Лекция 2. Основные характеристики измерений Основными характеристиками измерений являются результат, погрешность, точность, правильность, сходимость, воспроизводимость и достоверность. Результат измерений физической величины (кратко - результат измерения или, просто результат) - это значение физической величины, полученное путем её измерения. Часто в полученный результат вносят поправки (поправка - значение величины, одноименной с измеряемой, которая вводится в результат измерения для исключения определенных, так называемых систематических составляющих погрешности, что находит отражение в терминологии:  неисправленный результат измерения - значение физической величины, полученное при помощи средств измерений до внесения поправок;  исправленный результат измерения - значение физической величины, полученное при помощи средств измерений и уточненное путем внесения в него необходимых поправок. Погрешность средства измерения - разность между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Точность измерений - понятие, отражающее меру близости результатов измерений к истинному значению измеряемой физической величины. Термин «точность измерений», Т.е. степень приближения результатов измерения к некоторому действительному значению, не имеет строгого определения и используется для качественного сравнения измерительных операций. Точность и погрешность связаны обратной зависимостью. По точности измерения делят на три основные группы:  измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне развития науки и техники; это измерения, связанные с созданием и эксплуатацией эталонов, а также измерения, проводимые при научных исследованиях; для таких измерений необходима тщательная оценка погрешностей и анализ их источников;  контрольно-поверочные и лабораторные измерения, к которым, в частности, относятся метрологическая аттестация средств измерений, лабораторный анализ, экспертные измерения; погрешность таких измерений не должна превышать некоторого определенного уровня;  технические измерения, при которых погрешность оценивают по метрологическим характеристикам средств измерений с учетом применяемого метода измерений. Правильность измерений - это метрологическая характеристика, отражающая близость к нулю систематических погрешностей результатов измерений. Сходимость результатов измерений характеризует качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений одной и той же величи- 14 ны, выполняемых повторно одними и теми же методами и средствами измерений и в одних и тех же условиях. Воспроизводимость результатов измерений - характеристика качества измерений физической величины, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами и средствами измерений, разными операторами, но приведенных к одним и тем же условиям. Достоверность измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истинное значение измеряемой величины находится в указанных пределах, или в указанном интервале. Данный интервал в теории измерении называют доверительным и между его границами с заданной доверительной вероятностью Рд xн  xИ  xВ   1 q , (1.3) находится истинное значение ХИ оцениваемого параметра. В формуле (l.3) q – уровень значимости критерия ошибки (или, уровень значимости ошибки); ХН, ХВ - нижняя и верхняя границы доверительного интервала. Обычно измерения делят на достоверные и недостоверные в зависимости от того известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонения от истинных значений измеряемых величин. Принцип измерений - совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например, применение эффекта Холла для измерения мощности, эффекта Джозефсона для измерения электрического напряжения. Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений; Это достаточно общее определение на практике часто конкретизируют, относя его только к применяемым. средствам измерения, например метод измерения частоты частотомером, напряжения - вольтметром, силы тока - амперметром и т. д. Методика измерения - общий или поэтапный план проведения измерения намеченный распорядок измерений, определяющий состав применяемых приборов, последовательность и правила проведения операций. Объект измерения - это реальный физический объект, свойства которого характеризуются одной или несколькими измеряемыми физическими величинами. Математическая модель объекта - совокупность математических символов (образов) и отношений между ними, которая адекватно описывает свойства объекта измерения. Алгоритм измерения - точное предписание о порядке выполнения операций, обеспечивающих измерение физической величины. Шкала измерений На практике необходимо проводить измерения различных физических величин, характеризующих свойства веществ, объектов, тел, явлений и процессов. 15 Некоторые свойства проявляются только количественно, другие – качественно. Количественные или качественные проявления любого свойства отражаются множествами, которые образуют шкалы измерения. Шкала физической величины - упорядоченная последовательность значений физической величины, принятая по результатам точных измерений. Отметки шкалы - знак на шкале прибора (черточка, точка и т. д.), соответствующий некоторому значению физической величины. Для цифровых шкал числа являются отметками шкалы. Промежуток между соседними отметками шкалы называется делением шкалы. Цена деления шкалы - разность значений измеряемой величины, соответствующих соседним отметкам шкалы. Отметки наносятся на шкалу при градуировке прибора, т. е. при подаче на его вход сигнала с выхода образцовой многозначной меры. Указатель – часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания измерительного прибора. Среди шкал следует выделить три основных типа: шкалы наименований, интервалов и абсолютные шкалы. 1. Шкала наименований (шкала классификации) основана на приписывании объекту цифр (знаков), играющих роль простых имен. Нумерация объектов по шкале наименований осуществляется по принципу: «не приписывай одну и ту же цифру разным объектам». Поэтому с цифрами, используемыми только как специфические имена, нельзя проводить никаких арифметических действий. 2. Шкала интервалов (шкала разностей) отражает разность значений физической величины. К таким шкалам относятся, например, температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра. На температурной шкале Цельсия за начало отсчета разности температур принята температура таяния льда. для удобства пользования шкалой Цельсия интервал между температурами таяния льда и кипения воды разделен на 100 равных интервалов - градусов. 3. Абсолютные шкалы имеют естественное однозначное определение единицы измерения и не зависят от принятой системы единиц измерения. Данные шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усиления, коэффициенту ослабления и т. д. Понятия счета, испытания, контроля и поверки Счет - процедура определения численности качественно однотипных объектов в данной их совокупности. Результатом счета является число объектов. Основные характеристики счета - достоверность и скорость. Испытание - экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта как результата заданного воздействия на него при его функционировании и (или) при моделировании испытуемого образца и (или) воздействий. Объектом испытаний является продукция или процессы ее производства и функционирования. В зависимости от вида продукции и программы испытаний 16 объектом может быть макет или модель изделия, как единичное изделие, так и их партия. Под условиями испытаний понимают совокупность воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях. Испытания классифицируют по ряду признаков. По назначению испытания делят на исследовательские, контрольные, сравнительные и определительные. По уровню проведения различают: государственные, межведомственные и ведомственные. По виду этапов разработки испытуемой продукции различают предварительные и приемочные испытания. В зависимости от вида испытаний готовой продукции их подразделяют на квалификационные, приемо-сдаточные, периодические и типовые. Целью испытаний считают нахождение истинного значения параметра, определенного не при тех реальных условиях, в которых он фактически может находиться в ходе испытаний, а в заданных номинальных условиях испытания. Реальные условия испытаний практически всегда отличаются от номинальных. Значит, результат испытания всегда имеет погрешность, возникающую не только изза погрешности определения искомой характеристики, но и из-за неточного установления номинальных условий испытания. Результатом испытаний называется оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям, данные анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний. Результат испытаний характеризуется точностью - свойством испытаний, описывающим близость их результатов к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний. Контроль - процесс определения соответствия параметра изделия установленным требованиям или нормам. Контроль заключается в проведении двух этапов. На первом получают информацию о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств. Это первичная информация. На втором этапе первичную информацию сопоставляют с заранее установленными требованиями и нормами. При этом выявляют соответствие или несоответствие фактических данных требуемым. Информация об их расхождении называется вторичной. Поверка - определение специальным органом метрологической службы метрологических характеристик средства измерения и установление его пригодности к применению на основании результатов контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке средства измерений, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого средства измерений с более точным средством измерений - рабочим эталоном. Классификация измерений Измерения весьма разнообразны, что объясняется множеством измеряемых величин, различным характером их изменения во времени, различными требова- 17 ниями к точности измерений и т. д. В связи с этим измерения классифицируют по различным признакам. Виды измерений Виды измерений определяются физическим характером измеряемой величины, требуемой точностью измерения, необходимой скоростью измерения, условиями и режимом измерений и пр. На рис. 1.2 представлена достаточно обобщенная классификация, из которой следует, что существует множество видов измерений, и число их может увеличиваться. Можно выделить виды измерений в зависимости от их цели: контрольные, диагностические и прогностические, лабораторные и технические, эталонные и поверочные, абсолютные и относительные и т. д. Ряд определений этой классификации приведем здесь, другие - в процессе изложения материала. Лабораторные: С точным оцениванием погрешности С приближенным оцениванием погрешности Технические По числу измерений величины: Многократные Однократные По степени достаточности измерений: Необходимые Избыточные По точности оценки погрешности ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ По характеру результата измерений: Абсолютные Допусковые Относительные По условиям измерений: Равноточные Неравноточные Прецизионные По связи с объектом: Бесконтактные Контактные По методу: Непосредственной оценки Сравнения с мерой Противопоставления Дифференциальный Нулевой Замещением (совпадений) По характеру измерения во времени: Статистические Динамические По способу получения результата: Прямые Косвенные Совокупные Совместные Рис.1.2. Классификация видов измерений Наибольшее распространение получила классификация по общим приемам получения результатов измерений. Согласно этому признаку, измерения делятся на прямые, косвенные, совместные и совокупные. Прямые измерения 18 Прямым называется измерение, когда искомое значение физической величины находится непосредственно из опытных данных. Следует отметить, что часто под прямыми понимаются такие измерения, при которых не производится промежуточных преобразований. Это, например, измерение напряжения и силы тока известными электроизмерительными приборами - вольтметрами и амперметрами. Математически прямые измерения можно охарактеризовать элементарной формулой: (1.4) А  х, где х - значение величины, найденное путем ее измерения и называемое результатом измерения. Косвенные измерения Косвенным называется измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения можно охарактеризовать следующей формулой: (1.5) А  f ( х1, х2,..., хm ) , где х1, х 2,..., хm - результаты прямых измерений величин, связанных функциональной зависимостью f с искомым значением измеряемой величины А. Косвенные измерения характерны для практики радиоизмерений, например, измерение мощности методом амперметра-вольтметра, определение резонансной частоты колебательного контура по результатам прямых измерений емкости и индуктивности контура и т. д. К косвенным относятся те измерения, при которых расчет осуществляют вручную или автоматически, но после получения результатов прямых измерений. При этом может быть учтена отдельно погрешность расчета значений. По виду функциональной зависимости f косвенные измерения делят на линейные и нелинейные для линейных косвенных измерений математический аппарат статистической обработки полученных результатов разработан детально. Нелинейные косвенные измерения отличаются тем, что результаты измерений аргументов подвергаются функциональным преобразованиям. Совокупные измерения Совокупными называются проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых их значения находят решением системы уравнений, получаемых при прямых или косвенных измерениях различных сочетаний этих величин. При этом могут измеряться несколько комбинаций значений величин. Например, измеряя сопротивления Rab, Rac и Rbc между вершинами треугольника, в котором соединены сопротивления R1, R2 и R3 (см. рис. 1.3) и, решая 19 систему уравнений типа (1.5) можно определить искомые значения сопротивлений R1, R2 и R3 методом совокупных измерений: Rab  R1R2  R3  , R1  R2  R3 Raс  R2 R1  R3  , R1  R2  R3 Rbс  R3 R1  R2  . R1  R2  R3 (1.6) Совместные измерения Совместными называют проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для установления зависимости между ними. Как видно из приведенных определений, совокупные и совместные измерения весьма близки друг к другу. В обоих случаях искомые значения находят в результате решения системы уравнений, коэффициенты в которых получены путем прямых измерений. Отличие состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно определяют несколько одноименных величин, а при совместных – Разноименных. Наиболее известный пример совместных измерений - определение зависимости сопротивления резистора от температуры:   Rt  R20 1 t  20  (t  20)2 , (1.7) Где R20 – сопротивление резистора при t=20º C; α, β – температурные коэффициенты. для определения величин R20, α и β вначале измеряют сопротивление R1 резистора при, например, трех различных значениях температуры (t 1, t2, t3), а затем составляют систему из трех уравнений, по которой находят параметры R 20, α и β:  1 t 1 t   20) ,  20) . Rt1  R20 1 t1  20  (t1  20)2 , Rt 2  R20 2 Rt 3  R20 3  20  (t 2  20  (t 3 2 (1.8) 2 Косвенные, совместные и совокупные измерения объединяются одним принципиально важным общим свойством: их результаты рассчитываются по известным функциональным зависимостям между измеряемыми величинами и величинами, определяемым путем прямых измерений. Различие между этими видами измерений заключается только в виде функциональной зависимости, используемой при расчетах. При косвенных измерениях она выражается одним уравнением в явном виде (1.6), при совместных и совокупных - системой неявных уравнений, например (1.8). Абсолютные и относительные измерения. В зависимости от выражения результатов измерений последние делят на абсолютные и относительные. Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях одной или нескольких величин с использованием значений физических констант. Результат аб- 20 солютного измерения непосредственно выражается в единицах измеряемой величины. Относительные измерения - измерения соотношения величины к одноименной величине, играю шей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Относительные измерения при прочих равных условиях могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, так как в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины. Характерные примеры относительных измерении: измерение отношения напряжений или мощностей, исследование частотных характеристик (коэффициентов передачи) электрических цепей и т. д. Основные методы измерений Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых проводятся измерения, и рядом других признаков. В принципе каждую физическую величину можно измерить несколькими методами, которые могут отличаться друг от друга особенностями как технического, так и методического характера. В отношении технических особенностей можно сказать, что существует множество методов измерения, и по мере развития науки и техники, число их все увеличивается. С методической стороны все методы измерений поддаются систематизации и обобщению по общим характерным признакам. Современные методы измерений принято делить на метод непосредственной оценки и метод сравнения (рис. 1.4). Методы измерений Метод непосредственной оценки Нулевой метод Дифференциальный метод Метод сравнения Метод замещения Рис.1.4. Классификация методов измерений При методе непосредственной оценки численное значение измеряемой величины определяют непосредственно по показанию измерительного прибора (например, измерение напряжения с помощью вольтметра). Быстрота процесса изме- 21 рения методом непосредственной оценки делает его часто незаменимым для практического использования, хотя точность измерения обычно ограничена. Метод сравнения - метод измерений, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Это может быть, например, измерение уровня напряжения постоянного тока путем сравнения с ЭДС нормального (эталонного) элемента. Приборы, реализующие измерение на основе метода сравнения, называют измерительными приборами сравнения. В отличие от приборов непосредственной оценки, более удобных для получения оперативной информации, приборы сравнения обеспечивают большую точность измерений. Метод сравнения применяют как для измерения величин, содержащих запас энергии (напряжение, ток и мощность), так и для измерения параметров элементов электрических цепей: сопротивлений, индуктивностей и емкостей. Различают следующие разновидности метода сравнения:  нулевой метод, при котором действие измеряемой величины полностью уравновешивается образцовой;  дифференциальный метод, когда измеряется разница между измеряемой величиной и близкой ей по значению известной эталонной (например, измерение электрического сопротивления методом неуравновешенного моста); дифференциальный метод сравнения используют тогда, когда практическое значение имеет отклонение измеряемой величины от некоторого номинального значения (уход частоты, отклонение напряжения и т.д.);  метод замещения, при котором действие измеряемой величины замещается (например, с помощью последовательно проводимых во времени действий) образцовой. Из всех перечисленных методов нулевой метод обеспечивает наибольшую точность измерений физической величины. Его разновидностями являются: компенсационный метод, при котором действие измеряемой величины компенсируется (уравновешивается) образцовой; мостовой метод, когда достигают нулевого значения тока в измерительной диагонали моста, в которую включается чувствительный индикаторный прибор (обычно нуль-индикатор). По способу преобразования измеряемой величины и форме представления результата измерения делятся на аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные). При аналоговых измерениях измерительный прибор производит непрерывное преобразование измеряемой величины, результатом которого является перемещение указателя относительно шкалы. Заключение о численном значении величины делает оператор, отмечая положение указателя относительно отметок шкалы измерительного прибора. Точность такого измерения ограничивается геометрическими особенностями указателя и шкалы и часто не превышает 0,05 %. При цифровых измерениях сравнение физической величины с рядом образцовых значений производится в измерительном приборе автоматически, оператор же получает численное значение измеренной величины в цифровой форме. 22 Естественно, что здесь все зависит от точности сравнения в измерительном приборе и, к тому же, исключаются субъективные ошибки оператора. Современные цифровые приборы, как правило, обеспечивают более высокую точность, чем аналоговые. Роль оператора упрощается, так как он лишь считывает число. По характеру изменения измеряемой величины во времени различают статический и динамический режимы измерений. Статический режим измерений - это режим измерений, при котором средство измерений работает в статическом режиме, т. е. когда выходной сигнал остается неизменным в течение времени его использования (или меняется так медленно, что каждый результат измерения может быть выражен только одним числом). Динамический режим измерений - это режим измерений, результатам которого является функциональная зависимость измеряемой величины от времени, Т.е. когда выходной сигнал средства изменяется во времени, в соответствии с изменением по времени измеряемой величины. Таким образом, динамические измерения применяют для измерения параметров величин, имеющих зависимость от времени. Пример динамического измерения определение мгновенных значений радиотехнических сигналов в течение какого-либо интервала времени. Динамические измерения могут быть непрерывными (применяемые технические средства позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины) и дискретными (значения измеряемой величины фиксируется только в отдельные моменты времени) для оценки точности результатов динамических измерений необходимо знание динамических свойств средств измерений. Необходимо также различать измерения параметров детерминированных величин (сигналов) и характеристик случайных величин (сигналов, процессов). В первом случае измеряются заведомо постоянные, либо меняющиеся по известному закону величины. Во втором - в результате некоторого числа опытов определяются характеристики законов распределения измеряемых случайных величин (амплитуды, длительности импульсов и т.д.). В зависимости от метода измерения и свойств применяемых средств измерений, все рассмотренные выше виды измерений могут выполняться либо с однократными, либо с многократными наблюдениями. Наблюдением при измерении (измерительным наблюдением) называется единичная экспериментальная операция, итог которой - результат наблюдения всегда имеет случайный характер и представляет собой одно из значений измеряемой величины, подлежащей совместной обработке для получения результата измерения от числа наблюдений измеряемой величины зависит способ обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей измерений. На практике многократные наблюдения при прямых измерениях какой-то физической величины осуществляются одним экспериментатором, в одинаковых условиях и с помощью одного и того же средства измерения. Такие измерения принято называть равноточными. При равноточных измерениях средние квадратические отклонения (СКО) результатов всего ряда измерений могут быть близки и даже равны между собой. 23 Однако часто необходимо определить наиболее точную оценку измеряемой величины на основании результатов наблюдений, полученных разными экспериментаторами, в разных условиях, с применением разных методов и средств измерения. Результаты таких наблюдений будут иметь различную точность, и поэтому такие измерения называют неравноточными. По необходимой точности оценки погрешности измерения делятся на следующие виды: высшей точности (прецизионные), связанные с созданием эталонов и измерением фундаментальных физических констант; технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений, регламентированными условиями измерений и оценивается до проведения измерений; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторых заранее заданных значений. 24 Лекция 3. Средства измерений Основным документом законодательной метрологии, определяющим метрологические требования к средствам измерений, является Закон Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений». Современное понятие «средство измерений» введено с 1 января 2001 г. Рекомендацией по межгосударственной стандартизации ПМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения». Средство измерений (СИ) - это техническое средство (или их комплекс), предназначенное для. измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Данное определение раскрывает метрологическую сущность средств измерения, заключающуюся в умении хранить (или воспроизводить) единицу физической величины и в поддержании неизменности размера хранимой единицы во времени. Первое позволяет выполнить собственно измерение, суть которого, как известно, состоит в сравнении измеряемой величины с ее установленной единицей. Второе принципиально необходимо, поскольку при изменении размера хранимой единицы физической величины с помощью данного средства измерения нельзя получить результат измерения с требуемой точностью. Итак, измерять с приемлемой для практики точностью можно только при условии, что средство измерений обеспечивает хранение (или воспроизведение) единицы измеряемой величины практически неизменной как во времени, так и под воздействием факторов окружающей среды. Причем эту неизменность размера единицы во времени и подверженность ее изменениям под воздействием влияющих факторов необходимо контролировать. В зависимости от требований к качеству измерений этот контроль происходит с помощью различных по метрологическим функциям средств измерений. Показания средства измерений либо непосредственно воспринимаются органами чувств человека (например, показания стрелочного или цифрового приборов), либо, если они недоступны восприятию человеком, используются для преобразования другими средствами измерений. Классификация средств измерений Множество измеряемых величин, а также широкий диапазон их возможных значений приводят к многообразию принципов, на которых базируется построение радиоэлектронной измерительной аппаратуры. Например, методы измерений и конструкции при6oров, осуществляющих измерения в различных частотных диапазонах, могут принципиально отличаться друг от друга. В диапазоне низких частот геометрические размеры прибора много меньше длины волны колебаний, что позволяет строить измерительную аппаратуру на элементах с сосредоточен- 25 ными параметрами. На сверхвысоких частотах размеры· измерительных элементов средств измерений сравнимы с длиной волны электромагнитных колебаний, а результаты измерения зависят от места подключения прибора, его конструкции и размеров. Используемые в различных областях науки и техники средства измерений, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем средствам измерений независимо от области применения. По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, средства измерений делятся на:  метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерений;  рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научноисследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средств измерений принадлежат ко второй группе. По уровню автоматизации все средства измерений делятся на три основные группы:  неавтоматические;  автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;  автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов. По уровню стандартизации средства измерений делятся на:  стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями соответствующего государственного стандарта;  нестандартизированные (уникальные), применяемы для решения специфических измерительных задач в специальных направлениях науки и техники, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Подавляющее большинство средств измерений является стандартизованным. Они выпускаются серийно и обязательно подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатывают специализированные научно-исследовательские организации и выпускают единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяют при метрологической аттестации. По отношению к измеряемой физической величине средства измерений подразделяются на: основные - это средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей; 26 вспомогательные - это средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности. Классификация по назначению, роли в процессе измерения и выполняемым функциям является основной и представлена на рис. 1.5. - Средства измерений Элементраные Меры Устройства сравнения компараторы Комплексные Измерительные преобразователи Однозначные Первичные Многозначные Промежуточные Наборы мер Масштабные Магазины мер Аналоговые Установочные Аналого-цифровые Встроенные Цифроаналоговые Измерительные приборы Измерительны е установки Аналоговые Измерительные системы Информационноизмерительные системы Цифровые Измерительновычислительные комплексы Регистрирующие Показывающие Компьютерно – измерительные системы Рис.1.5. Классификация средств измерений По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными. Средства измерений разделяют на меры, устройства сравнения (компараторы), измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы (ИС). Измерительные системы условно делят на информационно - измерительные (ИИС), измерительно - вычислительные комплексы (ИВК) и компьютерно - измерительные (КИС). Элементарные средства измерений Элементарные средства измерений предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения. К ним относятся меры, устройства сравнения и измерительные преобразователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осуществить операцию измерения. 27 Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (значения). В качестве меры в радиоизмерениях, в частности, используются: кварцевый автогенератор (точнее частота колебаний кварцевого генератора) - мера частоты электрических колебаний; измерительный резистор - мера электрического сопротивления; измерительный конденсатор - мера электрической емкости. Меры бывают однозначными и многозначными. Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера. Например, измерительный резистор, измерительный конденсатор постоянной емкости, ЭДС нормального элемента. Многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин различного размера, например, потенциометр, вариометр индуктивностей, конденсатор переменной емкости. Кроме этого, различают наборы мер, магазины мер, установочные и встроенные меры. Набор мер - специально подобранный комплект однотипных элементов, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях для воспроизведения ряда одноименных величин различного размера, например, набор измерительных резисторов, или конденсаторов. Устройство сравнения (компаратор) - это средство измерений, позволяющее сравнивать друг с другом меры однородных величин или показания измерительных приборов. Примером может служить фотореле, включающее (выключающее) уличное электрическое освещение. Во многих относительно простых средствах измерений роль компаратора выполняют органы чувств человека, главным образом зрение, например при сравнении отклонения указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале. Степень совершенства компаратора определяется минимально возможным порогом чувствительности, а также его быстродействием - временем переключения из одного состояния в другое. У идеального компаратора порог и время переключения равны нулю. В реальных схемах компаратора вводят порог срабатывания (для исключения так называемого «дребезга контактов»), что приводит к возникновению аддитивной (суммируемой с измеряемой величиной) погрешности. Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи могут, как входить в состав измерительных приборов, так и применяться самостоятельно. Измерительные преобразователи, которые ГОСТ по сложившейся традиции рассматривает, как самостоятельный класс средств измерений, не могут по своей сути являться хранителем единицы измерения. Зачастую конструктивно обособленные первичные преобразователи называют датчиками. Работа измерительного преобразователя протекает в условиях, когда помимо основного сигнала Х, связанного с измеряемой величиной, на него воздействует множество других сигналов Z, являющихся в данном случае помехами. 28 Выходным сигналом измерительного преобразователя служит некая величина Y (напряжение, ток). Важнейшей характеристикой измерительного преобразователя является функция (уравнение) преобразования, которая описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде Y = F(X, Z). Необходимо отметить, что преобразования измеряемых величин всегда таят в себе опасность внесения погрешностей в результат измерений. Измерительные преобразователи классифицируют по ряду специфических признаков. По местонахождению в измерительной цепи преобразователи делятся на первичные и промежуточные. Первичный преобразователь - измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, Т.е. является первым в измерительной цепи. Например: термопара в цепи термоэлектрического термометра. Промежуточный преобразователь располагается в измерительной цепи после первичного. Важной разновидностью преобразователей является масштабный преобразователь - измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз. Например: измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель. По виду входных и выходных величин измерительные преобразователи делятся на:  аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;  аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;  цифроаналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину. Еще одним типом преобразователей является передающий преобразователь - измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи сигнала измерительной информации к другим устройствам или системам. Комплексные средства измерений Комплексные средства измерений предназначены для реализации всей процедуры измерения. К ним относятся измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы. . Измерительным прибором называется средство измерения предназначенное для выработки определенного вида сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором. В электронной технике, радиотехнических цепях, устройствах и системах, а также системах связи сигналом измерительной информации является, как прави- 29 ло, электрический сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной. Информативным параметром входного электрического сигнала средства измерения служит параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой физической величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряемой величиной. Категория средств измерений, охватывающая измерительные приборы и преобразователи, называется измерительными устройствами. Измерительные приборы принято классифицировать по ряду специфических признаков. По форме индикации измеряемой величины все радиоизмерительные приборы делят на показывающие и регистрирующие, среди которых различают самопишущие и печатающие. Показывающий измерительный прибор - устройство, предназначенное только для считывания показаний, например вольтметр. Регистрирующий измерительный прибор - прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний измеряемой величины, например универсальный осциллограф. Самопишущий измерительный прибор – регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Печатающий измерительный прибор – регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена печать показаний, как правило, в цифровой форме. По методу преобразования измеряемой величины различают приборы прямого, компенсационного (уравновешивающего) и смешанного преобразования. По назначению измерительные приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, частотомеры и т. д. Измерительные приборы, используемые в радиотехнике, по структурной схеме можно в самом общем виде разделить на электромеханические и электронные. К радиоизмерительным приборам относятся только электронные, в состав которых в качестве отсчетного узла могут еще входить электромеханические устройства. По форме преобразования используемых измерительных сигналов приборы разделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговый измерительный прибор - средство измерения, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Аналоговые приборы делят на четыре основные группы, предназначенные для различных измерительных целей. В первую входят приборы для измерения параметров и характеристик сигналов (например, осциллографы, вольтметры, частотомеры, анализаторы спектра и т. д.). Вторую группу образуют приборы для измерения параметров и характеристик активных и пассивных элементов электрических схем. Это - измерители со- 30 противления, емкости, индуктивности, параметров микросхем, транзисторов, а также приборы для снятия частотных и переходных характеристик. Третья группа - измерительные генераторы, являющиеся источниками сигналов различной амплитуды, формы и частоты. В четвертую группу входят элементы измерительных схем, такие, как преобразователи, аттенюаторы, циркуляторы, фазовращатели, направленные ответвители и т. д. Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме. ЦИП имеют перед аналоговыми ряд преимуществ:  удобство и объективность отсчета измеряемых величин;  высокую точность результатов измерения;  широкий динамический диапазон при высокой разрешающей способности;  высокое быстродействие из-за отсутствия подвижных электромеханических элементов;  возможность автоматизации процесса измерения;  возможность использования новейших достижений микроэлектроники;  высокую устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям. По принципу действия измерительные приборы делят на ряд классов перечисленных ниже. Измерительные приборы прямого действия, в которых предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения цепей обратной связи; например, амперметры, вольтметры. Измерительные приборы сравнения, предназначенные для непосредственного сравнения измеряемой величины с известной величиной; например электроизмерительный потенциометр. Интегрирующие измерительные приборы, в которых подводимая величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной; например, электрический счетчик энергии. Суммирующие измерительные приборы, показания которых функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по разным каналам; например, ваттметр для измерения суммы мощностей нескольких электрических генераторов. Сложные измерительные средства могут состоять из функционально связанных простых измерительных средств. К ним относятся измерительные установки и измерительные системы. В Российской Федерации согласно соответствующему стандарту все радиотехнические измерительные приборы и соответствующие им меры электрических величин по характеру измерений и виду измеряемых величин раз- 31 делены на подгруппы, обозначаемые прописными буквами русского алфавита. При этом приборы делятся на 20 подгрупп: А - измерители силы тока; Б - источники питания для схем измерений и измерительных приборов; В - измерители напряжения; Г - генераторы измерительные; Д - измерители ослабления и аттенюаторы; Е - измерители параметров элементов с сосредоточенными постоянными; И - приборы для импульсных измерений; К - комплексные измерительные установки, Л измерители параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов; М - измерители мощности; П измерители напряженности поля и радиопомех; Р - измерители параметров элементов и трактов с распределенными постоянными; С - приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигналов и их спектров; У - усилители измерительные; Ф - измерители фазовых сдвигов и группового времени запаздывания; Х - приборы для наблюдения и исследования характеристик электрических цепей и радиоустройств; Ч - измерители частоты; Ш - измерители электрических и магнитных свойств материалов; Э - измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов; Я - блоки радио измерительных приборов. Входящие в подгруппу измерительные приборы подразделяются на виды в соответствии с основной выполняемой функцией. Видам присваивается буквенноцифровое обозначение, состоящее из буквы подгруппы и номера вида. Так, например, вид «Вольтметры переменного тока» обозначается как В3, вид «Вольтметры импульсного тока» - В4 и т. д. Полное наименование прибора определяется наименованием вида, к которому прибор относится. В соответствии с совокупностью технических характеристик и очередностью разработок приборы всех видов разделяются на типы, которым соответствует порядковый номер модели. Обозначение прибора состоит из обозначения вида и номера модели, причем перед последним ставится дефис. В частности, надпись на измерительном приборе В3-40 говорит о том, что это сороковая модель вольтметров переменного тока. Более широкой является классификация средств измерений по конкретным признакам. Одним из основных признаков служит диапазон рабочих частот, в котором данное средство измерений работает или сохраняет нормированные метрологические характеристики. Выбирая средство измерений для эксплуатации в некотором частотном диапазоне, необходимо учитывать, что до настоящего времени в России имеется разночтение наименований диапазонов частот. Решением Международного консультативного комитета по радио (МККР) рекомендована определенная система разделения и наименований полос в спектре частот, применяемом для радиосвязи, радиовещания и телевидения. Согласно этой рекомендации установлены следующие диапазоны: крайне низких частот (КНЧ) – 3 … 30 Гц; сверхнизких частот (СНЧ)- 30 … 300 Гц; инфранизких частот (ИНЧ) - 300 ... 3000 Гц; очень низких частот (ОНЧ) - 3 ... 30 кГц; 32 низких частот (НЧ) - 30 ... 300 кГц; средних частот (СЧ) - 300 ... 3000 кГц; высоких частот (ВЧ) - 3 ... 30 МГц; очень высоких частот (ОВЧ)- 30 300 МГц; ультравысоких частот (УВЧ) - 300 3000 МГц; сверхвысоких частот (СВЧ) - 3 ... 30 ГГц; крайне высоких частот (КВЧ) - 30 . .300 ГГц; гипервысоких частот (ГВЧ) - 300 . .3000 ГГц. В ряде официальных российских документов на средства измерений и некоторой литературе по радиоизмерениям еще остается традиционное деление на диапазоны частот: инфранизких (ИНЧ) - до 20 Гц; низких (НЧ) - от 20 Гц до 300 кГц: высоких (ВЧ) - от 30 кГц до 300 МГц; сверхвысоких (СВЧ) - свыше 300 МГц. Измерительные приборы, применяемые в радиотехнике, характеризуются следующими основными показателями. Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного прибора (средства измерения). Диапазон показаний - размеченная область шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т.е. указанными на ней наименьшим Хmin и наибольшим Хmах возможными значениями измеряемой величины (он может быть шире диапазона измерений). Предел измерений - наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений. Область рабочих частот (диапазон частот) - полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела. Градуировочная характеристика - это зависимость, определяющая соотношение между сигналами на выходе и входе средства измерений в статическом режиме. Чувствительность по измеряемому параметру - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины:  y  dy S  lim   ,  x  dx (1.9) где x - измеряемая величина; у - сигнал на выходе; dx - изменение измеряемой величины; dy - изменение сигнала на выходе. Предельная чувствительность (по напряжению, току или мощности) минимальная величина исследуемого сигнала (напряжения, тока или мощности), подаваемого на вход прибора, которая необходима для получения отсчета с погрешностью, не превосходящей допустимой. 33 Разрешающая способность (абсолютная) - минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора. Быстродействие (скорость измерения) - максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью. Время измерения - время, которое требуется для определения значения измеряемой величины с заданной погрешностью. Входное сопротивление (полное) Zвх - сопротивление измерительного прибора со стороны его входных зажимов. На сравнительно низких частотах входную цепь прибора, включаемого параллельно измеряемой цепи, можно представить эквивалентной схемой, состоящей из соединенных параллельно резистора Rвх и конденсатора Свх. Чтобы не влиять на измеряемую цепь, измерительные приборы должны иметь как можно большее активное входное сопротивление Rвх и возможно меньшую входную емкость Свх. Поэтому в области низких частот   2f, когда емкостное сопротивление велико по сравнению с активным сопротивлением 1/(ωСвх), практически входное сопротивление измерительного прибора Zвх=Rвх. В области высоких частот входное сопротивление прибора определяется преимущественно емкостью и Zвх=1/(jωCвх), так как в этом случае l/(ωСвх)<10 кГц – высокочастотные. Н К 3 3 rср а 2 а 1 1 – пластмассовый, керамический или мраморный каркас; 2 – катушка (обмотка с медного провода); 3 – зажим: К – конец, Н – начало. На крышке указывается: - номинальная индуктивность Lн: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 Гн; - старые катушки: Р596 (1;2;3;5)·10n Гн (n= -6; -5; … -1); - новые катушки, 1 Гн; - активное сопротивление обмотки RH ; - постоянная времени τ = LH = 1÷10 мкс; RH - номинальное значение тока I H ; - прочность изоляции на пробой U H -; - класс точности: 0,02÷0,2; - заводской номер, завод изготовитель, год изготовления. Меры взаимной индуктивности Мера взаимной индуктивности изготавливается в виде двух катушек расположенных на одном каркасе. 47 Н1 К1 Н2 К2 К1 К2 На крышке указывается: - LH - 0,01; 0,001 Гн; - M H - взаимная индукция; - класс точности; - L1H ; L2 H ; - R1H ; R2 H ; - IH ; - UH . Рабочая частота до 10 кГц. Вариометры – катушки с переменной взаимной индуктивностью. Мера емкости (образцовый конденсатор) Меры емкости представляют собой конденсаторы постоянной и переменной емкости. Они должны обладать: - минимальная зависимость емкости от времени, температуры и частоты; - малые потери в диэлектрике, характеризуемые тангенсом угла потерь; - высокое сопротивление и прочность изоляции; Iс  R C f=1000 Гц 90° tg  CR  Uс - минимальный температурный коэффициент емкости ТКЕ. Наиболее широко распространены воздушные конденсаторы. Недостаток: большие размеры при относительно малой емкости (50 -4000 пФ). - класс точности: 0,05÷0,5; 48 - ТКЕ < 0,01 % / 1 °С; - tg при 1000 Гц = 10-4. Для емкостей от 0,001 до 1 мкФ – со слюдяным диэлектриком: - tg =10-3 при f = 1000 Гц; - ТКЕ = 0,005 % / 1 °С. Магазины емкостей: штепсельные или рычажные с декадами из постоянных емкостей. Р534: точность установки емкости ~ 0,1%. С = 0,01 мкФ. Государственная система обеспечения единства измерений При проведении измерений требуется обеспечить их единство. Обеспечение единства измерений необходимо для достижения сопоставимых результатов измерений одних и тех же параметров, выполненных в разное время и в разных местах, с помощью разных методов и средств. Согласно Закону Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» под единством измерений понимают состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и они обеспечиваются с помощью единообразных средств измерений, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Понятие «единство измерений» имеет емкое наполнение. Оно охватывает ряд важнейших задач метрологии: унификацию единиц физических величин, разработку систем воспроизведения величин и передачу их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью и другие вопросы. Единство должно обеспечиваться при любой точности, необходимой в практической метрологии. На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений направлена деятельность государственных и ведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленными правилами, требованиями и нормами. Руководство деятельностью метрологической службы Российской Федерации и ее координацию осуществляет Госстандарт России. К субъектам метрологии относятся: Государственная метрологическая служба Российской Федерации (ГМС), метрологические службы федеральных органов власти и юридических лиц (МС) и международные метрологические организации. Общие требования и основные метрологические правила установлены законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений». Конкретные метрологические нормы и правила изложены в нормативных документах (стандартах, правилах, рекомендациях и пр.). Комплекс стандартов и документов, устанавливающих правила, нормы и требования, обеспечивающие достижение и поддержание единства измерений составляют государственную систему обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, проще - ГСИ). Для проверки соблюдения метрологических правил и норм ГМС осуществляет государственный метрологический контроль и надзор. Объектами государственного метрологического контроля и надзора являются: средства измерений, 49 эталоны, методики выполнения измерений, качество товаров, другие объекты, предусмотренные правилами законодательной метрологии. Государственный метрологический контроль и надзор обеспечивает утверждение типа средств измерений, поверку средств измерений, лицензирование юридических и физических лиц, занимающихся изготовлением, ремонтом, продажей и прокатом средств измерений. Государственная метрологическая служба осуществляет главным образом контроль и надзор за:  выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами, соблюдением метрологических правил и норм;  количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже. Государственные органы управления Российской Федерации, а также юридические и физические лица, виновные в нарушении метрологических норм и правил, изложенных в Законе РФ «Об обеспечении единства измерений», несут уголовную, административную или гражданско-правовую ответственность в соответствии с действующим законодательством. Воспроизведение и передача размеров единиц электрических величин Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений одной и той же величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установочных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средства измерений. Воспроизведение единицы физической величины - это совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона или исходного образцового средства измерений. Различают воспроизведение основной и производной единиц. Воспроизведение основной единицы - это воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов. Воспроизведение производной единицы - это определение значения физической величины в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой. Передача размера единицы - это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передается «сверху вниз» - от более точных средств измерений к менее точным. 50 Хранение единицы - совокупность операций, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. Хранение эталона единицы физической величины предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживать метрологические характеристики эталона в установленных пределах. При хранении первичного эталона выполняются регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера. Хотя в России и создана мощная эталонная база, прямая передача размеров единиц физических величин от эталонов рабочим средствам измерений затруднена из-за их большого парка, находящегося в работе. Поэтому необходима промежуточная категория средств. измерений, предназначенная для реализации на практике этой передачи, - образцовые средства измерения. Образцовым средством измерений называется мера, измерительный прибор или преобразователь, утвержденные в качестве образцовых и служащие для поверки по ним других средств измерений. От образцовых средств измерений размеры единиц физических величин передаются далее рабочим мерам и измерительным приборам, т.е. рабочим средствам измерений. Рабочими называют такие средства измерений, которые применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Общие требования к образцовым средствам измерений, их метрологической аттестации и применению регламентируются стандартами и рекомендациями по метрологии. В частности, предусматривается создание образцовых средств измерений одной и той же физической величины нескольких уровней точности - разрядов. При этом образцовые средства измерений l-гo разряда считаются исходными и подлежат поверке непосредственно по рабочим эталонам. Образцовые средства измерений 2-го, 3-го и последующих разрядов являются подчиненными и подлежат поверке по образцовым средствам измерений l-гo, 2-го и последующих разрядов соответственно. Наконец, образцовые средства измерений могут объединяться в измерительные поверочные установки, позволяющие быстро выполнять все операции поверки. При анализе схемы соподчиненности рабочего эталона с образцовыми средствами измерений, рабочими средствами измерений (мерами) и измерительными приборами надо помнить: образцовые средства измерений и измерительные приборы применяют для измерений, связанных с передачей размера единиц; рабочие средства измерений используют для измерений без передачи размера единиц. Поверочные схемы. Обеспечение правильной передачи размера единиц Физических величин во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема - нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и который утвержден в установленном порядке. Основные положения о поверочных 51 схемах приведены в соответствующем стандарте. Поверочные схемы делятся на государственные, ведомственные и локальные. Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране. Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке. Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы. Государственная поверочная схема разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к данному чертежу. Ведомственную и локальную поверочные схемы оформляют в виде соответствующего чертежа. Ведомственные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам для средств измерений одних и тех же физических величин. Они могут быть составлены при отсутствии государственной поверочной схемы. В них допускается указывать конкретные типы (экземпляры) средств измерений. Поверочная схема устанавливает передачу размера единиц одной или нескольких взаимосвязанных величин. Она должна включать не менее двух ступеней передачи размера. Поверочную схему для средств измерений одной и той же величины, существенно отличающихся по диапазонам измерений, условиям применения и методам поверки, а также для средств измерений нескольких физических величин допускается подразделять на части. На чертежах поверочной схемы должны быть указаны: наименования средств измерений и методов поверки; номинальные значения физических величин или их диапазоны; допускаемые значения погрешностей средств измерений; допускаемые значения погрешностей методов поверки. Правила расчета параметров поверочных схем и оформления их чертежей приведены в соответствующих документах. Так как поверочные схемы предназначены в общем случае для передачи размеров единиц величин от Государственных эталонов до объектов поверки с обеспечением возможности проведения метрологических испытаний (государственных, контрольных, поверки, аттестации и пр.) средств измерений различного класса точности, в их основу положен многоступенчатый принцип. Это значит, что поверочная схема должна состоять не менее чем из двух ступеней передачи размера единицы физической величины. Чертежи поверочной схемы состоят из полей, расположенных друг под другом, и имеют такие наименования: «Эталоны», «Образцовые средства измерений n-го разряда», «Рабочие средства измерений». Упрощенная структура чертежа поверочной схемы представлена на рис. 1.8. 52 Первичный эталон Эталоны Метод проверки Эталон-копия Метод проверки Рабочий эталон Метод проверки Образцовые СИ 1-го разряда Метод проверки Образцовы СИ Образцовые СИ 2-го разряда Метод проверки Образцовые СИ 3-го разряда Метод проверки Образцовые СИ 4-го разряда Рабочие СИ Метод проверки Низшей точности Средней точности Высокой точности Высшей точности Наивысшей точности Рис. 1.8. Упрощенная структура чертежа поверочной схемы Методы поверки (градуировки) средства измерений (СИ), указываемые в поверочной схеме, делятся на прямые или косвенные измерения, непосредственные (с масштабным преобразователем или без него), сличение при помощи средств сравнения (например, компаратора). Наименования СИ заключают в прямоугольники, а методов поверки в горизонтальные овалы, передачу размеров единиц «сверху вниз» изображают сплошными линиями, соединяющими объекты поверки с соответствующими средствами, откуда передается размер единицы. Для многофункциональных средств измерений (например, тестеров, ампервольтомметров) используют ряд поверочных схем. В состав поверочных схем могут входить образцовые средства измерений, заимствованные из других поверочных схем, Т.е. средства, разработанные для другой поверочной схемы. Так, в со- 53 став поверочной схемы средств измерений силы тока входят образцовые меры ЭДС и сопротивлений 2-го и 3-гo разрядов. Способы поверки средств измерений. Различают несколько видов поверки: государственную и ведомственную, периодическую и независимую, внеочередную и инспекционную, комплексную, поэлементную и др. Основные требования к организации и порядку проведения поверки средств измерений приведены в правилах по метрологии, а также в ряде рекомендаций. Поверку выполняют метрологические службы, которым дано на это право. Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми нормативно-техническими документами. Меры поверяются рядом методов:  измерением воспроизводимой мерой величины измерительными приборами соответствующего класса точности; в этом случае поверка часто называется градуировкой;  сличением с более точной мерой посредством компарирующего прибора: сличение мер с помощью компаратора осуществляется методами противопоставления или замещения - общим для этих методов поверки средств измерения является выработка сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин; если подбором образцовой меры этот сигнал будет сведен к нулю, то реализуется нулевой метод измерения;  калибровкой, когда с более точной мерой сличается лишь одна мера набора или одна из отметок шкалы многозначной меры, а действительные размеры других мер определяются их взаимным сравнением в различных сочетаниях на приборах сравнения и при обработке результатов измерений. Поверка измерительных приборов проводится путем: непосредственного сличения показаний поверяемого и некоторого образцового прибора при измерении одной и той же физической величины; основой данного метода служит одновременное измерение одного и того же значения величины поверяемым и образцовым средствами измерений; разность показаний этих приборов равна абсолютной погрешности поверяемого средства измерений; непосредственного сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой образцовой мерой соответствующего класса точности; значения величины на выходе меры выбираются равными оцифрованным отметкам шкалы прибора; наибольшая разность между результатами измерения и соответствующими им размерами мер является в этом случае основной погрешностью прибора. Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями образцового и поверяемого средства измерений. Обычно на практике, когда при поверке вводят поправки на показания образцовых средств измерений, это соотношение принимается 1:3 (исходя из критерия ничтожно малой погрешности - ошибка I рода). Если же поправки не вводят, то 54 образцовые средства измерений выбирают из соотношения 1:5 (ошибка II рода). Соотношение допускаемых погрешностей поверяемых и образцовых средств измерений устанавливается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей, допускаемых значений ошибок I и II родов и иногда может значительно отличаться от указанных ранее цифр. 55 Лекция 4. Основы теории погрешности Целью любых измерений является получение результата, т. е. оценки истинного значения физической величины. Однако какими бы точными и совершенными не были средства и методы измерений и как бы тщательно измерения не выполнялись, их результат всегда отличается от истинного значения измеряемой физической величины, т.е. находится с некоторой погрешностью. Погрешности появляются из за несовершенства применяемых методов и средств измерений, непостоянства влияющих на результат измерения физических величин и индивидуальных особенностей экспериментатора. Кроме того, на точность измерений влияют внешние и внутренние помехи, климатические условия и порог чувствительности измерительного прибора. 2.1. Общие сведения Оценивая погрешности измерения, следует понимать, что уровень точности, к которому необходимо стремиться, должен определяться критериями технической и экономической целесообразности. В метрологии установлено, что увеличение точности измерения вдвое удорожает само измерение в два – три раза. В то же время снижение точности измерения в производстве ниже определенной нормы приводит к появлению существенного брака изделий. При установлении точности измерений важно также учитывать их значимость. В одних случаях недостаточная точность получаемой измерительной информации имеет небольшое или локальное значение, в других - играет исключительно важную роль: от точности измерения могут зависеть как здоровье и жизнь людей, так и научное открытие. Если прямое измерение физической величины проведено один раз - так называемое однократное прямое измерение, то результатом измерения являются непосредственное показание средства измерения. При этом за погрешность результата измерения часто принимают погрешность средства измерения. В случае многократных наблюдений результат измерения и его погрешность находят различными методами статистической обработки всех выполненных наблюдений. Измерение можно считать законченным, если найден не только результат измерения, но и проведена оценка его погрешности. 2.2. Погрешности измерений и их классификация В метрологии определение «погрешность» является одним из центральных, причем в нем отражены понятия «погрешность результата измерения» и «погрешность средства измерения». Эти два понятия близки друг к другу и обычно классифицируются по одинаковым признакам. Классификация погрешностей измерения представлена на Рис. . 56 Погрешности измерений По форме количественного выражения: - абсолютные; - относительные; - приведенные По закономерности проявления Случайные Систематические По причинам возникновения: - методические; - инструментальные; - внешние; - субъективные Грубые (промахи) По характеру проявления Статические Динамические Погрешностью измерения называется отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности пользуются действительным значением физической величины. Это значение находится экспериментальным путем и настолько близко к истинному значению, что для поставленной измерительной задачи может быть использовано вместо него. Погрешность средства измерения определяется разностью между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых используемым средством. Как одна из основных характеристик результата измерения, погрешность должна быть обязательно оценена для различных видов измерений. Проблема оценки погрешности может решаться по-разному. Погрешность результата измерения можно оценить с разной точностью на основании различной исходной информации. В соответствии с этим различают измерения с точной, приближенной и предварительной оценкой погрешностей. При измерениях с точной оценкой погрешности учитывают индивидуальные метрологические свойства и характеристики каждого из примененных средств измерения, анализируют метод измерений, контролируют условия измерений с целью учета их влияния на результат измерения. Если измерения ведут с приближенной оценкой погрешности, то учитывают лишь метрологические характеристики средства измерения и оценивают влияние на их результат только отклонения условий измерения от нормальных. Измерения с предварительной оценкой погрешности выполняются по типовым методикам, регламентированным нормативными документами, в которых указаны методы и условия измерений, типы и погрешности используемых средств 57 измерений и на основе этих данных заранее оценена возможная погрешность результата. Рассмотрим основные признаки, по которым классифицируют по грешности (рис.2.1). По форме количественного выражения погрешности измерения разделяются на абсолютные, относительные и приведенные. Абсолютной погрешностью Δ, выражаемой в единицах измеряемой величины, называется отклонение результата измерения x от истинного значения xи   x  xи . (2.1) Разновидностью абсолютной погрешности является предельная погрешность Δm – погрешность, больше которой в данном измерительном эксперименте не может появиться. Абсолютная погрешность характеризует величину и знак полученной погрешности, но не определяет качество самого измерения. Характеристикой качества измерения является точность измерений, отражающей меру близости результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Иначе говоря, высокой точности измерений соответствует малая погрешность. Так, например, измерение силы тока в 10 А и 100 А может быть выполнено с идентичной абсолютной погрешностью Δ =+1 А. Однако качество первого измерения хуже второго. Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать качество измерений, используют относительную погрешность. Относительной погрешностью δ называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:    xи . (2.2) Мерой точности измерений служит показатель, обратный модулю относительной погрешности: КТ =1/ |δ|. Относительную погрешность δ часто выражают в процентах: δ = 100 Δ/ xи (%). Так как обычно Δ < 0. Однако в практике измерений вполне возможно получение значения Δ < 0. Поэтому в общем случае выражения для абсолютной и относительной погрешностей средства измерения аналитически записываются со знаком « ± ». В формулах (2.30) и (2.31) значения Δ и х выражаются одновременно либо в единицах измеряемой или воспроизводимой мерой величины, либо в делениях 91 шкалы средства измерения. В этих случаях класс точности обозначается заглавными буквами латинского алфавита (например, L, М, С и т. д.), или римскими цифрами (I, II, III и т. д.), к буквам при этом допускается присоединять индексы в виде арабской цифры. Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Пределы допускаемой приведенной основной погрешности устанавливают по формуле:   100%  p . XN (2.32) Здесь XN - нормирующее значение, выраженное в тех же единицах, что и абсолютная погрешность Δ; р - отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда предпочтительных чисел: (2.33) 1.10n; 1,5.10 n; 2.10 n; 2,5.10 n; 4.10 n; 5.10 n; 6·10 n, где n = 1, 0, -1, -2 и т.д. Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой значение XN принимают равным:  большему из пределов измерений или равным большему из модулей пределов измерений, если нулевое значение (нулевая метка) находится на, краю или вне диапазона измерений;  сумме модулей пределов измерений, если нулевое значение находится внутри диапазона измерения. Пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают следующим образом:   100%  q , х (2.34) если погрешность задана формулой (2.30), т.е. Δ = ± а. Здесь q - отвлеченное положительное число, выбираемое из ряда предпочтительных чисел (2.33). Когда допускаемая абсолютная основная погрешность задана формулой (2.31), пределы допускаемой относительной основной погрешности:   Х   100%   с  d К  1 , х  х   (2.35) где с - суммарная относительная погрешность прибора; d – аддитивная относительная погрешность прибора; ХК - конечное значение диапазона измерений; с, d - отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда предпочтительных чисел, приведенных в (2.33). Числа а, b, с, d в (2.31) и (2.35) связаны между собой следующим образом: c  b  d; d  a , XK (2.36) причем всегда с > d. Классы точности измерительных приборов, пределы допускаемой относительной основной погрешности которых принято выражать в виде дольного 92 значения предела допускаемой основной погрешности, Т.е. по формуле (2.35), обозначают числами с и d (в процентах), разделяя их косой чертой (например, 0,05/0,02). Пределы допускаемой дополнительной погрешности средства измерения Предел допускаемой абсолютной дополнительной погрешности средства измерения Δдси может указываться в виде: • постоянного значения для всей рабочей области влияющей величины или постоянных значений по интервалам рабочей области влияющей величины; • отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствующего регламентированному интервалу влияющей величины, к этому интервалу; • зависимости предела Δдси от влияющей величины. Правила и примеры обозначения классов точности СИ даны в табл. 2.3. Формула выражения основной погрешности Пределы допускаемой основной погрешности Обозначение класса точности в документации на приборе ±а; ±(а+bx) L M L M γ=±1,5 1,5 1,5 δ=±0,5 0,5 0,5 δ=±0,02/0,01 с/d=0,02/0,01 0,02/0,01 Абсолютная Δ=±а; Δ=±(а+bx) Приведенная   100%  p ХN Относительная   100%  q х Относительная  Х     с  d К  1  х   Для различных способов нормирования погрешностей средств измерений вычисления погрешностей различны. Рассмотрим характерные случаи. Пример 2.12. Класс точности прибора указан буквой р. Тогда абсолютная погрешность результата измерения Δ= ± рUN/l00, а относительная погрешность измерения (в процентах): δ= Δоп/и = рUN/ и. Пусть класс точности используемого вольтметра 1,0. Проводилось измерение напряжения в точке u = 1 В на пределе измерения UN = 10В. Тогда относительная погрешность результата измерения:   pUN / u  1.0  10/1  10% . Пример 2.13. Отсчетное устройство вольтметра среднего квадратического значения с классом точности 0,5 имеет пределы 0 и 200 В. Указатель показывает напряжение 127 В. Чему равно измеряемое напряжение? 93 Решение. Для данного прибора предел допускаемой приведенной основной погрешности     100%  100% не превышает 0,5. Отсюда находим, что Δ < UN 200 ± 1 В. Следовательно, измеряемое напряжение: U = (127 ± 1) В. Пример 2.14. Отсчетное устройство амперметра с пределами ± 50 мА и классом точности 0,04/0,02 показывает i= 25мА. Чему равна измеряемая сила тока? Решение. Для данного прибора предел допускаемой относительной погрешности в процентах согласно (2.35):   I   50     c  d K  1   0,04  0,02  1  0,06% .  25   i    Абсолютная погрешность измерения определится как     i / 100  0,06  25 / 100  0,015  0,02 мА. Таким образом, измеряемая сила тока i = (25 ± 0,02) мА. Пример 2.15. Класс точности используемого при измерениях вольтметра указан как c/d =0,06 / 0,04. Определить абсолютную погрешность измерения. Решение. В этом случае удобнее вычислить относительную погрешность результата измерения по формуле (2.35), а уже затем найти абсолютную погрешность как Δ=δu/100. Проводилось измерение напряжения в точке u = 25 В на пределе измерения UK = 100 В. Тогда относительная погрешность результата измерения:   100     0,06  0,04  1  0,18% ,  25   а абсолютная погрешность измерения напряжения:     u / 100  0,18  25 / 100  0,05 В. Пример 2.16. Выбрать вольтметр среднего квадратического значения для измерения сетевого переменного напряжения 220 В с относительной погрешностью, не превышающей 2 %. Записать результат измерений, если прибор показал 225 В. Решение. Выбираем вольтметр с пределами шкалы 0 ... 300 В. Так как относительная погрешность измерений δ не должна быть больше 2 %, необходимо, чтобы абсолютная погрешность не превысила Δ=δu = 0,02· 220 В = 4,4 В. Тогда приведенная погрешность измерений напряжения составит:   100%  ( 4,4 / 300)100%  1,47% . UN что соответствует классу точности 1,5. Результат измерений: U = (225 ± 4,4) В. Отметим специфические свойства точности цифровых средств измерений. В частности, в цифровых измерительных приборах аддитивная погрешность определяется погрешностью квантования (погрешностью дискретности). При плавном 94 изменении входной величины х (например, напряжения в диапазоне 0 ... 5 мВ) цифровой вольтметр с пределом измерения 100 мВ не может дать других показаний, кроме дискретных значений 0-1-2-3-4-5 мВ. Поэтому при возрастании величины х от О до 0,5 мВ прибор будет показывать х = О. При превышении значения 0,5 мВ цифровой вольтметр даст показания х = 1 мВ и сохранит его до х = 1,5 мВ и т. д. 2.7.Информационные характеристики средств измерений Так как все измерительные приборы, средства и системы предназначены для получения измерительной информации, кратко проанализируем их информационные характеристики. Это связано также с тем, что сейчас наблюдается внедрение методов теории информации в процессы получения измерительных данных. С точки зрения теории информации суть измерения состоит в сужении интервала неопределенности меры информации от значения, известного перед его проведением, до величины, называемой энтропийным интервалом неопределенности Δэ. Чтобы оценить этот интервал, рассмотрим некоторые элементы теории информации. Одним из основных понятий теории информация является так называемая безусловная энтропия Н(х), которая для плотности вероятности распределения погрешностей р(х) определяется как:  Н( Х )    р( х )ln p( x )dx. (2.37)  Безусловная энтропия характеризует неопределенность наших знаний (сведений), остающуюся после получения (после измерений) значения измеряемой величины при свойственном ей законе распределения вероятностей. Поскольку все средства измерения предназначены для получения измерительной информации, необходимо особо остановиться на их информационных характеристиках. Согласно основному положению теории информации (теорема теории информации сформулирована К. Шенноном), получаемое в результате из рения количество информации I равно уменьшению неопределенности, т.е. разности энтропий до и после измерения:  x I  H( x )  H  xИ  .  (2.38)  x  xИ Здесь Н(х) - безусловная (априорная) энтропия; H   - условная (апостери орная) энтропия, т.е. энтропия величины х при условии, что получен результат измерений хи. Очевидно, что условная энтропия определяется законом распределения погрешности Δ средства измерения:   х      р(  )ln p(  )d. Н  хИ   (2.39) 95 Если погрешность измерения распределена равномерно на некотором интервале [-Δm … Δm], то условная энтропия:  m  х  1 Н     2 m  хИ   m  1   ln d  ln(2 m ).  2 m  (2.40) Для нормального закона распределении погрешности с СКО σ условная энтропия  m  х  1  2  1  2   d. Н     exp ln exp 2 2   2 2 2   хИ    m  2 Опустив достаточно сложные выкладки, приведенные в специальной литературе, окончательно запишем:  х  Н   ln( 2e ),  хИ  (2.41) где е - основание натурального логарифма. Из сравнения формул (2.40) и (2.41) нетрудно заметить, что измерительные приборы, имеющие различные законы распределения погрешностей, измерении одной и той же величины могут давать одинаковое количество информации. Для рассматриваемого случая это условие выполняется при 2 m   2e ). Поэтому в качестве характеристики дезинформационного воздействия на точность измерения погрешности с произвольным законом распределения, используют ее энтропийное значение. В метрологии энтропийным значением погрешности измерения принято считать наибольшее значение погрешности при равномерном законе распределения, которая вносит такое же дезинформационное действие, как и погрешность с любым другим законом распределения. Так, например, если погрешность измерений распределена нормально, то энтропийное значение погрешности  э  0,5 2е   2е  2,07. (2.42) Подобным образом определяется энтропийное значение погрешности для любого конкретного закона распределения. В общем виде зависимость между энтропийным значением и значением СКО погрешности может быть представлена как:  э  к э , (2.43) где kэ - энтропийный коэффициент. Энтропийный коэффициент kэ зависит от вида закона распределения погрешностей. Для равномерного распределения энтропийный коэффициент кр  э  3  1,73,  (2.44) а для нормального распределения к н  0,5е  2,07. (2.45) Из теории погрешностей известно, что при одинаковых средних квадратических значениях погрешности дезинформационное действие погрешности с лю- 96 бым законом распределения меньше дезинформационного действия Погрешности, распределенной по нормальному закону. Для доказательства этого положения сравним два прибора, предназначенных для измерения одной и той же физической величины, но имеющих разные законы распределения погрешности. Пусть абсолютная погрешность первого измерительного прибора имеет равномерное распределение на интервале (10-2,10-2), а погрешность второго прибора – нормальное с нулевым математическим ожиданием и СКО σ2 = 0,5·10-2. Сравним эти приборы по точности, выбрав в качестве критерия такие параметры, как: наибольшую погрешность, СКО погрешности и энтропийную погрешность. Первый прибор имеет наибольшее значение абсолютной погрешности измерений Δ1=10-2. Погрешность второго прибора не ограничена, ее наибольшее значение в принципе равно бесконечности. На практике для нормального закона часто используют значение «трех сигм», принимая абсолютную погрешность Δ=3σ. В данном примере Δ2=3σ2=1,5·10-2. По этому критерию следует отдать предпочтение первому прибору, однако нельзя считать достаточно обоснованным принятое значение наибольшей погрешности второго прибора. СКО погрешности первого прибора σ1=10-2/ 3 =0,58·10-2 следовательно, по этому критерию предпочтительнее второй прибор - у него СКО σ2= 0,5 ·10-2. При информационном подходе к измерениям используют сравнение приборов по количеству информации, получаемой при измерении, т.е. по энтропийному значению погрешности. Для первого прибора согласно соотношению (2.43) энтропийное значение погрешности Δэ1=кэσ=1,73·10-2, а для второго по формуле (2.45) имеем Δэ2=кнσ=2,07·0,5·10-2=1,035·10-2. Анализ полученных энтропийных значений погрешностей показывает, что по информационному критерию эти приборы отличаются существенно. В области радиоизмерений можно считать энтропийную погрешность более точной и отвечающей современному информационному подходу к характеристике процесса измерения физических величин. Информационный подход позволяет с единых позиций анализировать измерительные устройства: как в статическом, так и в динамическом режимах работы, оптимизировать технические характеристики и оценить предельные возможности тех или иных средств измерений. Однако классические методы оценки погрешности измерений тоже имеют свои преимущества и по-прежнему в основном применяются в метрологии. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. Перечислите возможные причины проявления погрешностей измерений. Назовите признаки, по которым классифицируют погрешности. Что принято называть абсолютной, относительной и приведенной погрешностями? Что такое грубые погрешности (промахи)? Какие характеристики погрешностей вам известны? 97 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. Сформулируйте свойства систематической, случайной и прогрессирующей составляющих погрешности измерений. Приведите известные вам примеры методических погрешностей. В чем заключаются принципы оценивания погрешностей? Какие используют методы исключения или уменьшения систематических погрешностей? При каких условиях погрешность измерения может рассматриваться как случайная величина? Какой математический аппарат используется для оценки случайных погрешностей? Назовите основные законы распределений случайных погрешностей. Что такое нормальное распределение? Укажите основные характеристики нормального закона распределения. Перечислите свойства интегральной и дифференциальной функций распределения случайной величины. Назовите числовые параметры законов распределения. Что такое интеграл вероятностей и для чего он используется? Как описывается и когда используется распределение Стьюдента? Что называется доверительной вероятностью и доверительным интервалом? Какие способы задания доверительного интервала вам известны? Перечислите правила округления результатов измерений. Каким образом ориентировочно оценить погрешность результата измерения по числу его значащих цифр? Перечислите основные принципы, лежащие в основе выбора нормируемых метрологических характеристик средств измерений. На какие группы делятся нормируемые метрологические характеристики средств измерений? Как выглядят графики абсолютной и относительной мультипликативной погрешности в зависимости от уровня измеряемой величины? Как нормируются приборы по классам точности при преобладающей аддитивной погрешности? Какие метрологические характеристики относятся к характеристикам, предназначенным для определения результатов измерений? Какие метрологические характеристики описывают погрешность средств измерений? Каким образом производится их нормирование? Какие информационные характеристики можно приписать измеряемой физической величине? Как определяется энтропийное значение погрешности? От чего зависит энтропийный коэффициент погрешности? 98 Измерение электрических величин аналоговыми приборами. Общие сведения Аналоговыми измерительными приборами (АП) называют приборы, показания которых являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины. Отличатся относительной простотой, дешевизной, высокой надежностью, разнообразием применения и высоким классом точности (до 0,05). (АП) классифицируются по: по точности (класс точности), назначению (амперметры, вольтметры и т. д.), методу преобразования (прямого, компенсационного, смешанного). Принцип работы Электромеханические приборы состоят из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма (ИМ). В ИМ используются преобразование электрической энергии в энергию перемещения подвижной части (угловое перемещение). Поэтому в дальнейшем будем говорить о моментах. Момент, возникает под действием измеряемой величины и перемещает подвижную часть в сторону возрастания показаний (вращающий момент). M  F(x, ) x – измеряемая величина;  - угол поворота. Обще выражение для электромеханических приборов. dWe M d We - энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в электроизмерительном механизме. 99 Системы приборов С механическим противодействующим моментом Логометры МЭ с подвижной рамкой МЭ с подвижным магнитом ЭМ ЭД ФД Электростатическая Индукционная Вибрационная Выпрямительная Термоэлектрическая - с изолированным термопреобразователем - с неизолированным термопреобразователем Электронная 100 Основные конструктивные элементы - Измерительная схема; - Измерительный механизм. Измерительная схема – выполняет преобразование измерительной величины в электромагнитную, воздействующую на измерительный механизм. Измерительный механизм – выполняет преобразование электрических и магнитных воздействий в механическое перемещение и передает эти перемещения на отсчетное устройство. В любом приборе есть подвижная и неподвижная части. 6 2 5 1 7 3 2 1. Ось. 2. Опора. 3. Пружина. 4. Корректор 5. Стрелка (отсчетное устройство) 6. Шкала 7. Успокоитель 4 Общие узлы и детали Не смотря на различие систем существует ряд общих узлов и деталей у электромеханических приборов. Корпус прибора защищает измерительный механизм от внешних воздействий (пыли, воды, газов). Он выполняется как правило из пластмассы. На приборы наносят условные обозначения. Как правило расположение условных обозначений определяется специальными документами. Как правило наносятся (обозначаются): 101 - единица измеряемой величины; - класс точности; - род тока; - товарный знак изготовителя; - порядковый номер, месяц и год изготовления; - знак государственного реестра; - испытательное напряжение изоляции; - используемое положение прибора (горизонтальное, вертикальное, под углом); - символ, указывающий принцип действия прибора; - другие специальные обозначения. Указатель – стрелка или световое пятно. Установка на приборах (стальная заточенная проволока). Недостатки – трение в опорах, приводящие к появлению дополнительных погрешностей. Эти недостатки устраняют при помощи установки подвижной части на двух растяжках или лентах. По ним же подается измерительный ток в обмотку подвижной части измерительного механизма. Растяжки изготавливаются из специальных бронз, а также платиносеребрянных и кобальтовых сплавов. Толщина порядка нескольких сотых миллиметра, ширина десятые миллиметра. Длина не свыше 20 миллиметров. Такое крепление у гальванометров. По способу создания вращающего момента М приборы подразделяются на: - магнитоэлектрические - электромагнитные - электродинамиче- ские - электростатические - индукцион- ные Моменту вращения противодействует противодействующий момент M . По способу создания M подразделяется: 1 - с механическим M ; 102 2 - с электрическим M (логометры). В 1 случае M создается с помощью упругих элементов (пружин или тонких нитей – растяжек и подвесок). M  W W - удельный противодействующий момент. Во 2-ом случае (логометры) M создается тем же путем, что и вращающий момент M . В установившемся положении M  M . В момент перемещения стрелки (динамический эффект) возникают и другие моменты. Они обусловлены моментами инерции подвижной части, сопротивлением окружающей среды и вихревыми токами. Динамический момент при движении стрелки и стремящийся успокоить это движение называется моментом успокоения Mp . Mp - пропорционален коэффициенту успокоения Р и угловой скорости d и dt определяет время успокоения прибора. Требуемое время успокоения достигается специальными приспособлениями – успокоителями. Они бывают магнитоиндукционными, жидкостными и воздушные. Магнитоиндукционные успокоители основаны на движении металлических неферромагнитных деталей подвижной части в магнитном поле постоянного магнита (или электромагнита). Момент успокоения наступает от взаимодействия магнитных полей момента и вихревых токов, возникающих в механических деталях. Жидкостный успокоитель действует при движении подвижной части в вязкой жидкой среде, что приводит к затуханию колебаний. Воздушный успокоитель работает на основе разности давления воздуха в камере. 103 Магнитоэлектрические измерительные механизмы В магнитоэлектрических измерительных механизмах (МЭ) вращающий момент создается в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током (катушка или рамка). F O1 N S O2 Рамка с током находится в равномерном радиальном поле. Сила F стремится повернуть рамку перпендикулярно к направлению О1-О2. F При равенстве вращающего момента и противодействующей силы пружины подвижная часть останавливается. Зависимость между углом отклонения и током в рамке: dW d(ÔI) M  (1.1) d d A – поток, сцепляющийся с обмотками рамки, I – ток в обмотке рамки. Ô  B2rl где r- радиус рамки, относительно оси вращения; l – длина рамки от нейтрального положения; 2rl - S – площадь рамки: Ô  BS Подставим это выражение в (1.1) и дифференцируя получим M  BSI Вращающий момент M равен противодействующему моменту M , получим 104 W  BSI W - энергия магнитного поля. BS I W При изменении направления тока I, меняем направление отклонения рамки.  Отсюда: Чувствительность: BS W Из уравнения видно, что S не зависит от  и МЭ имеют равномерную шкалу. Поэтому МЭ выпускают комбинированными и много предельными. МЭ относятся к числу наиболее точных приборов (класс точности 0,1). Наличие равномерной шкалы уменьшает погрешность градуировки и отсчета. Незначительное влияние посторонних полей (магнитных и электрических), температурные погрешности могут быть скомпенсированы с помощью специальных схем. Недостатки МЭ: несколько сложная и дорогая конструкция, возможность измерять только постоянные величины (без преобразователей), невысокую перегрузочную способность. МЭ – логометры – противодействующий момент не механическим путем, а электромагнитным. S Электромагнитные измерительные механизмы (ЭМ) Вращающий момент в ЭМ возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измерительный ток, с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками подвижной части механизма. Они бывают: а) с плоской катушкой; б) с круглой катушкой; в) с замкнутым магнитопроводом. Механизм с плоской катушкой 1. Эпецентричный сердечник 2 входящий внутрь плоской катушкой. Материал сердечника должен обладать высокой магнитной проницаемостью, что способствует увеличению вращающего момента и иметь минимальную коэрцитивную силу, что уменьшает погрешность от гистерезиса. Недостатком (существенным) ЭМ является сильное влияние внешних магнитных полей, приводящее к появлению погрешностей. Для уменьшение этого недостатка применяют систему с замкнутым магнитным контуров. ЭМ устройства (механизмы) являются самыми простыми среди измерительных механизмов разных групп. 105 Определим вращающий момент ЭМ. Электромагнитная энергия катушки LI2 We  2 где L – индуктивность; I – ток в катушке. Вращающий момент  LI2  d  2  1 2 dL dWe  M   I d d 2 d С противодействующим моментом 1 2 dL 1 2 dL I  W ;   I 2 d 2W d Из этого выражения видно, что: 1. Знак угла отклонения не зависит от направления тока в обмотке. Можно измерять как переменный, так и постоянный ток. В цепях переменного тока (напряжения) они измеряют действующее значение. 2. Шкала ЭМ неравномерна, т. е. между измеряемой величиной и  прямой dL пропорциональной зависимости. Характер шкалы зависит от множителя , т.е. d от закона изменения индуктивности с изменением угла поворота и от квадрата тока в катушке. Меняя форму сердечника и его расположение в сердечнике можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 20-25% верхнего предела измерения. ЭМ логометр: сердечники на оси укреплены так, что в некоторых пределах индуктивность одной катушки увеличивается, а другой – уменьшается. Электродинамические измерительные механизмы В ЭД ИМ вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами. I1 1 Ф1 Неподвижная катушка 1 как правило состоит из двух одинаковых частей, разделенных воздушным зазором. От расстояния зависит конфигурация магнитного поля. Неподвижная катушка состоит из медного провода, намотанного на изоляционный каркас. Подвижная катушка 2 изготавливается из медного или алюми- Ф2 I2 106 ниевого провода без каркаса. Включение катушки 2 через пружину или растяжки. Собственные поля катушек невелики, поэтому для защиты от внешних полей применяется экранирование и астазирование. Нижняя степень успокоения обеспечивается воздушным или магнитоиндукционным успокоителем. При наличии тока в обмотках катушек измерительного механизма возникают силы, стремящиеся повернуть подвижную часть так, что бы магнитные потоки подвижной части и неподвижной катушки совпали. Определим вращающий момент ЭД 1 2 1 2 We  L11 I  L2I2  I1I2M1,2 2 2 где L1 и L2 – индуктивности неподвижных и подвижных катушек, М1,2 – взаимная индуктивность между ними. Индуктивности катушек не зависят от угла поворота между ними, поэтому dM1,2 dWe M  I1I2 d d Если M создается упругими элементами, то I1I2 dM1,2 d откуда   W dM1,2 1 I1I2 W d Отсюда следует, что 1. При одновременном изменении направления токов I1 и I2 знак угла отклонения не меняется. Поэтому ЭД могут применятся для измерения как переменного тока так и постоянного тока. 2. Характер шкалы прибора зависит от произведения токов, М1,2 т.е. формы катушек и их взаимного расположения. Шкала неравномерная. Для переменного тока: Пусть i1  I1m sin t и i2  I2m sin(t  ) . Мгновенное значение: M t  i1i2 dM 1 d Из-за инертности подвижной части T T dM1,2 dM1,2 1 1 M   M t dt   I1m I 2 m sin t  sin( t   ) dt  I1 I 2 cos  T 0 T 0 d d Отсутствие ферромагнитных деталей в устройстве механизма ЭД приборов исключает погрешности от потерь на вихревые токи и гистерезис. ЭДС достигают класса точности – 0,1; 0,2 и 0,5. Недостатком ЭД является большое потребление мощности. Они плохо переносят механические воздействия – тряску, вибрацию. Частоты до 2÷3 кГц, в области расширения 10÷20 кГц. 107 Логометры:   F( I1 ) I2 Ферродинамические ИМ В AL ИМ сердечники набираются из пластин (сердечники неподвижных катушек) ферромагнитного материала. Этим увеличивается М и уменьшается влияние внешних магнитных полей. Сердечники набираются из пластин электротехнических сталей.   kI1 I 2 cos( I1 I 2 ) k – Коэффициент, определяемый потерями ИМ и выбором системы единиц. Класс точности 1,5 и 2,5. Индукционные измерительные механизмы (ИИМ) ИИМ состоят из одного или нескольких неподвижных электромагнитов и подвижной части (алюминиевого диска). Переменные магнитные потоки, направленные перпендикулярно плоскости диска, пронизывают последний и индуцируют в нем вихревые токи. Взаимодействие магнитных потоков с токами в диске вызывают перемещение подвижной части. Бывают ИИМ – однопоточными и многопоточными. Однопоточные имеют один ЭМ и диск, ассиметрично расположенный на оси. Не применяются из-за малости вращательного момента. Многопоточные ИИМ делятся на 1 – механизмы с бегущим магнитным полем; 2 – механизмы с вращающимся магнитным полем. В первом поток (амплитудное значение) в зависимости от времени перемещаются поступательно от полюса к полюсу. Во втором этот поток перемещается по окружности или по эллипсу. Теорию многопоточных ИМ рассмотрим применительно к двухполюсному прибору. 108 Ф2 Ф1 I1 I2 Ф1 3 I1 1 Ф2 I2 2  I1,2 I2,2 Ф1 Ф2 1 I1,2 I2,2  2 E1 E2 М Потоки Ф1 и Ф2, возбуждаемые I1 и I 2 и сдвинутые по фазе на угол  , пересекая диск 3, индуцируют в нем ЭДС Е1 и Е2, отстающие от своих потоков на угол  . 2 Токи I1,2 и I 2 ,2 в диске будут отставать от своих ЭДС Е1 и Е2 на угол 1 и 2 , если диск кроме активного сопротивления обладает некоторой индуктивностью. Выражение для вращательного момента индукционного механизма можно получить из формулы M  dWe d где We - энергия электромагнитного поля;  - угол поворота. Мгновенное значение момента M t от взаимодействия потока Ô1t и потока, созданного током i1,2 в диске M t  cÔ1t i1,2 c - коэффициент пропорциональности. Если Ô1t  Ô1m sin t и i1,2  I1,2m sin( t   ) то M t  cÔ1m I1,2m sin t  sin( t   ) . Из-за большого момента инертности подвижной части ИМ её движение будет определятся средним значением вращающего момента М и за период Т переменного тока T M T 1 1 M t dt  cÔ1m I1,2 m  sin t  sin( t   )dt  cÔ1 I1,2 cos   T 0 T Определим значение M от взаимодействия Ô1 и тока I 2 ,2 потока Ô 2 и I1,2 . Предположим, что 1  2  0 , т.е. L диска пренебрегаем: 109 M1  c1Ô1 I 2 ,2 cos 1  c1Ô1 I 2 ,2 cos(    )  c1Ô1 I 2 ,2 sin  2 M 2  c2Ô2 I1,2 cos  2  c2Ô2 I1,2 cos(    )  c2Ô2 I1,2 sin  2 Взаимодействие потока и тока в диске, который имеет возможность перемещаться, сводится к втягиванию в магнитном поле полюсов или выталкиванию из него диска с контуром тока. Различие знаков у моментов M 1 и M 2 указывает на то, что один контур втягивается в поле, а другой – выталкивается. Следовательно, оба момента M 1 и M 2 совпадают по направлению и будут перемещать диск в одну сторону. Направление результирующего момента определяется из правила, что сила взаимодействия магнитного потока или момента направлены от опережающего по фазе потока к отстающему. Результирующий момент: M  M 2   M1  ( c2Ô2 I1,2  c1Ô1 I 2 ,2 )  sin  При однородном строении диска I1,2  c3 fÔ1 и I 2 ,2  c4 fÔ2 f - частота измерения потока; c3 и c4 - коэффициенты пропорциональности. Тогда M  ( c2 c3 fÔ2Ô1  c1c4 fÔ2Ô1 )  sin   cfÔ1Ô2 sin  , где c  c2 c3  c1c4 . Выводы: 1) для создания вращательного момента необходимо иметь не менее двух переменных магнитных потоков или двух составляющих одного потока, сдвинутых по фазе и смешанных в пространстве; 2) Вращающий момент достигает своего максимального значения при сдвиге фаз 90º; 3) Вращающий момент зависит от частоты тока. Измерение энергии однофазного переменного тока. Электрический счетчик Энергия определяется t2 W   Pdt t1 P - мощность, потребляемая нагрузкой. 110 ФS 2 ФL IU S N 3 ФU I ФI 1 I  ÔI U IU  ÔU и Ô L IU RU Ô L - нерабочий магнитный поток ÔU - рабочий магнитный поток I I M  cfÔ1Ô2 sin  (1) Ô I - пронизывает диск два раза и в разных направлениях. Из-за воздушных зазоров зависимость между Ô I и ÔU и I и IU можно считать линейной Ô I  k1 I ; ÔU  kU IU  kU IU x  EL ÔI   EU L U zU U - напряжение на параллельной обмотке; zU - полное сопротивление параллельной обмот- ки. RU  0 можно принять zU  xU  2fLU , LU - индук- U  ÔU EU EL тивность обмотки. Тогда ÔU  kUU U  kU 2fLU f Подставим выражение потоков Ô I и ÔU в уравнение (1) и объединяя постоянные, получим (1) M  kUI sin  где k  ck1kU  На диаграмме 111 ÔL U - вектор напряжения сети; I - вектор тока в последовательной цепи отстающий на угол  ; Ô I - вектор потока последовательного электромагнита от- стающий на  I из-за потерь на гистерезис в сердечнике электромагнита и вихревые токи в нем и диске; IU - вектор тока в параллельной обмотке отстающий от U на угол близкий к  2 , вследствие большой индуктивности обмотки. ÔU и Ô L отстают от IU соответственно на U и  L ; U  L из-за потока ÔU создаются дополнительные потери в диске на вихревые токи. ÔU и Ô L индуцируют в параллельной обмотке ЭДС EU и E L , отстающие от них по фазе на  2 . Вектор U должен уравновешивать EU и EL , а также RU IU ; IU x  ЭДС от потоков рассеяния Ô S той же обмотки. Из диаграммы:     I   . Если выполнить условие   I   2 , то    2   тогда (2) принимает вид M  kUI cos  т.е. вращающий момент пропорционален мощности переменного тока. Для условия   I   2 - используется медная пластина. Для регулирования  I на сердечник электрического магнита накладываются короткозамкнутые витками дополнительная обмотка, замкнутый регулируемый резистор. Для создания противодействующего момента (тормозного) применяют постоянный магнит, между полюсами которого находится диск M T  k1Ô M I M k1 - постоянная величина. I M  k2Ô M d - угловая скорость диска. dt В пределах интервала t  t2  t1 , то d dt W  CN где: W - энергия, израсходованная в цепи за интервал t ; N - число оборотов диска в этот же интервал времени; C - постоянная счетчика. Отсчет энергии производится по показаниям счетного механизма. Определенное число оборотов (в 1 кВт·ч) называется передаточное число А. Обратная величина к А, отношение зарегистрированной энергии к числу оборотов диска – номинальная постоянная CÍ . C - количество энергии, действительно израсходованной в цепи. Эта энергия может быть измерена образцовым ваттметром и секундомером. Относительная погрешность счетчика W  W   W CÍ  C  W C 112 W  - энергия, измеренная счетчиком; W - действительное значение, израсходованной энергии в цепи. По точности счетчики делятся на классы 0,5; 1,0; 2,0 и 2,5 (активной энергии); (реактивной энергии) – 1,5; 2,0 и 2,5 (ГОСТ 6570-75). Момент трения при малых нагрузках (менее 10 %). Порог чувствительности S I ì èí 100 Ií î ì I ì èí - минимальное значение тока, при котором диск начинает безостановочно вращаться; I í î ì - номинальное значение тока для данного счетчика. Согласно ГОСТ 6570-75 S не должен 0,4 % - для счетчиков класса точности 0,5. S  0,5 % для класса точности 1,0; 1,5 и 2,0. S  1 % для класса точности 2,5; 3,0. Устранение самохода проволоки на оси и флажок от параллельной обмотке. Создается дополнительный тормозной момент. По ГОСТ 6570-75 самохода не должно быть при любом напряжении от 80 до 110 % номинального. Флажок намагничен потоками рассеяния Фs. Погрешность счетчика зависит от режима её работы. Зависимость погрешности от её нагрузки % 2 1 1 2 I 50 100 150 200 250 I ном % 1 2 3 4 1 – класс точности 2,5 2 – класс точности 2,0 Характер кривых 5-20% - влияние неравенства компенсационного момента и момента трения; больше 20 % - непропорциональность I и ÔU , а также M T от последнего электромагнита. 113 Электронные счетчики (ЭС) Характеристики ЭС лучше, чем ИС. В основе работы ЭС лежит использование статического преобразования мощности в постоянное напряжение. Применяется двойная модуляция с преобразованием напряжения в частоту электрических импульсов с последующим интегрированием. U1  k1 I H U2  U H ПМН – преобразователь мощности в напряжение ПНЧ –преобразователь наШИМ АИМ пряжения в частоту ПМН СИ – счетчик импульсов U 3  k2 PH ШИМ –широтноимпульсный преобразователь ПНЧ АИМ – амплитудноимпульсный преобразователь f  k3 PH На вход ШИМ поступает напряжение, пропорциональное тоСИ ку нагрузки I H , а на вход АИМ – напряжение на нагрузке U H . ШИМ – преобразует U1 в последовательность прямоугольных импульсов переменой длительности. С изменением U1 изменяется соотношение разности длительности импульсов TÈ к сумме интервалов между ними U1  k1 I H  k TÈ  ÒÏ T k ÒÈ  ÒÏ T k - постоянный коэффициент; T  TÈ  ÒÏ ; T  ÒÈ  ÒÏ - период следования импульсов. Амплитуда импульсов в АИМ изменяется пропорционально U H , а их длительность функциональна связана с током нагрузки. В АИМ входные сигналы перемножаются. Значение U 3 на выходе АИМ пропорционально PH (активной мощности). Выходные импульсы ПНЧ подсчитываются счетчиком импульсов СИ, тем самым производится их интегрирование. Показания СИ пропорциональны активной энергии W. Выпускаемые в настоящее время электронные счетчики активной энергии переменного тока имеют класс точности 0,5. Измерение активной мощности и энергии в трехфазных цепях 114 Независимо от характера нагрузки и схемы соединения 3-х фазной системы P и W за время t2  t1 определяется 1 P T T  p dt  U i I cos 1 U 2 ô I 2 ô cos 2  U 3ô I 3ô cos 3 ; 1ô 1ô t2 t2 t2 t2 t1 t1 t1 t1 W   pdt   U1ô I1ô cos 1dt   U 2 ô I 2 ô cos 2 dt   U 3ô I 3ô cos 3 В симметричной системе (трехфазной):  P  3U ô I ô cos   3U ë I ë cos ;  t2 t2 (1.1)  W  3 U I cos  dt  3 U ë I ë cos dt ô ô    t1 t1  * A * U AB W p  u AN iA  uBN iB  uCN iC U AN uBC  uBN  uCN u AB  u AN  uBN IA U CA Отсюда B U CN U BC U BN IC p  uCAiA  uBC iB p  u AB iA  uCB iC p  uBAiB  uCAiC IB C Для средних:  P  U AC I A cos 1  U BC I B cos 2 (1.2)  P  U AB I A cos 3  U CB I C cos 4  P  U I cos   U I cos  BA B 5 CA C 6  IB I CA * IA W A * B I AB Для симметричной системы (1.1) – один измерительный прибор. Для несимметричной (1.2) – два и три измерительных прибора. C IC I BC 115 Задача 4 Определить: 1. Начертить схему включения ваттметров в цепь. 2. Доказать, что активную мощность 3-х фазной цепи можно представить в виде двух слагаемых. 3. Построить векторную диаграмму в масштабе. 4. Определить мощности P1 и P2 измеряемые каждым ваттметром. 5. Определить число делений 1 и 2 на которые отклоняется стрелки приборов. Дано: S  3.0 кВА   150 дел. cos   0.7 U ô  127 В Схема соединения нагрузки – «звезда» Последовательные обмотки – А и В 1) IA A UA UB IB B UC IC C j   arccos 0, 7  45.6 UC IC U CA  U AC  U A  U C U BC  U B  U C UA   IB 2 1 30 U C 1 30 IA UB U AC P1  U AC I A cos 1 P2  U BC I B cos 2 S   3U ë I ë S 3000 Ië    7.89 A 3U ë 3  220 U C U BC 116 Метод двух ваттметров * A IA W * * B I AB Z AB IB W * Z CA I CA I BC Z BC IC C Для треугольника p  pAB  pBC  pCA  uABiAB  uBC iBC  uCAiCA По второму закону Кирхгофа u AB  uBC  uCA p  uBC iAB  uCAiAB  uBC iBC  uCAiCA  uBC ( iBC  iAB )  uCA ( iCA  iAB )  uDC iB  u AC iA uCA  u AC т.к. P2  U BC I B cos 1 P1  U AC I A cos 2 U AC I CA  IB  I AB I BC 1 U AB  30  I AB 30  I CA 2 U BC IA U AC  U CA 1    30 U AB  3UÔ  220 Â 2    30 U BC  3UÔ  220 B Отсюда 117 P1  220  7 ,89  cos( 45, 6  30 )  1672 Âò P2  220  7 ,89  cos( 45, 6  30 )  432 Âò P  S  cos   2100 Âò P  P1  P2  1672  432  2104 Âò 5) Выбираем: P1  U H  300 B I H  10 A PH  3000 Âò 3000 C1,2   20 Âò äåë 150 P 1672 1  1   83, 6äåë C1 20 2  P2 432   21, 6äåë C2 20 Для звезды: P1 A IA P2 ZA IB ZB B IC ZC C мгновенная мощность 3-х фазной цепи равна p  pAB  pBC  pCA  uAiA  uBiB  uC iC (1) По первому закону Кирхгофа iA  iB  iC  0 iC  iA  iB (2) (2) в (1) p  uAiA  uBiB  uC iA  uC iB  ( uA  uC )iA  ( uB  uC )iB  uAC iA  uBC iB  p1  p2 Переходя к действующему значению U A UC U CA P  U AC I A cos 1  U BC I B cos 2 U CA  U C  U A IC 1    30  U BC  U B  U C UA   IB 2 30 IA UB U C 2    30 30 U AC  U CA 118 U BC Электроннолучевые осциллографы (ЭЛО) Общие замечания Главными достоинствами ЭЛО является возможность исследования высокочастотных периодических и кратковременных, однократно протекающих процессов и ничтожно малое потребление мощности от испытуемого напряжения. Частоты до 103 МГц и длительностью до 10-10 с. В основу работы ЭЛО положено управление движением пучка электронов воздействием на него исследуемым напряжением. Как измерительный прибор ЭЛО должен обладать очень маленькими погрешностями. Для этого в его схему предусмотрены устройства, обеспечивающие стабильность его характеристик, коррекцию амплитудных и фазовых погрешностей, периодическую калибровку чувствительности и масштаба времени и другие меры, улучшающие метрологические характеристики прибора. Электроннолучевая трубка (ЭЛТ) ЭЛТ совмещает в себе функции источника электронного луча и управления его перемещения. Как холодный и как и подогретые катоды, управление луча как магнитное так электрическое поле. Устройство ЭЛТ При подаче на платины синхронных сигналов на экране появляются сложные фигуры. При отношении частот, выражающимися рациональным числом, результирующая кривая замкнута и представляется на экране в виде неподвижного изображения (фигура Лиссажу). Устройство и характеристики ЭЛО 119 Вход Y Канал Y ВДН Вход пластины Y УВО Калибраторы Вход синхронный КА КД СС ГР ЭП В3 УГО ЭЛТ Вход пластины Х Вход Х Канал Х ВДН – входной делитель напряжения (аттенюатор) УВО – усилитель вертикального отклонения УГО – усилитель горизонтального отклонения ГР – генератор развертки СС – схема синхронизации КА – калибратор амплитуд КД – калибратор длительности для измерения амплитудных и временных параметров исследования сигнала В3 – в нижнем положении (фигура Лиссажу) L + U h a - l l - длина отклоняющей системы; a - расстояние между пластинами; 120 L - расстояние от пластины до экрана; U - приложенное напряжение U l l h (L ) 2U a a 2 U a - цепоряющее напряжение; U l l  L поэтому h  L. 2U a a Отсюда чувствительность (мм на вольт) SU  h 1 l  L U 2U a a SU  0,1 – 1,0 мм/в Снижение U a приводит к уменьшению свечения луча на экране. Для увеличения свечения с сохранением чувствительности используют дополнительное ускоряющее напряжение на третьем аноде, расположенного после отклоняющей системы. UC tпр tобр t Основные требования усилителя: а) минимум амплитудных и фазовых искажений в возмжно более широком диапазоне частот: коэффициент усиления мало изменяется от различных частот, а фазовый сдвиг должен изменятся пропорционально f ; б) линейная зависимость между выходным и входным напряжением при изменении последнего в заданном пределе; в) высокое входное сопротивление. Диапазон: f от 1 Гц до 5,5 Мгц Râõ = 1 – 50 Мом Входная емкость – 30 – 40 пФ. Круговая диаграмма 121 R 1 C U m sin t С x  SUxU mx sin t y  SUyU my cos t SUxU mx  SUyU my  A Измерение напряжения и тока Um  ly 2 k0  ly 2 SU k0 - коэффициент отклонения луча Измерение частоты и фазы f x  f0 m  f n fx m  f0 n n - число касаний вертикальных сторон; m - число касаний горизонтальных сторон. f x - на вход Y – измеряемая частота; f 0 - на вход Х – известная частота; f - частота вращающейся фигуры. 122 Б=0 А 0 А Б=0   Б  4   Б Б 3 4  Б  5 4  2 Б  3 2  7 4 123 ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Глава 15. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ В настоящее время ускорение технического прогресса, повышение качества и надежности изделий радиоэлектроники, создание основы для широкого развития специализации производства и внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов неразрывно связаны со стандартизацией. Главные аспекты внедрения стандартизации в России: возрастающая сложность управления современным хозяйством; быстрое развитие науки и техники; усовершенствование систем, устройств и изделий, в разработке которых участвует большое число фирм; создание и освоение новых материалов; повышение требований к качеству, надежности и долговечности изделий; необходимость быстрой переналадки производства и т. д. 15.1. Общие сведения В наши дни во всех передовых странах стандартизация становится всеобъемлющей, пронизывающей все звенья промышленности. Стандартизация основывается на объединенных достижениях науки, техники и передового опыта и определяет основу не только настоящего, но и будущего развития, и должна осуществляться неразрывно с техническим прогрессом. В России первые государственные стандарты в радиотехнике и электронике были разработаны в конце 20-x - начале 30-х годов прошлого столетия и устанавливали нормы расхода материалов на сооружение, содержание и ремонт воздушных, телефонных и телеграфных линий связи; нормы сопротивления изоляции городских телефонных кабельных сетей; условные обозначения в городской телефонной магистральной и распределительной сетях. Были введены стандарты на кабели телефонные распределительные; на обозначение основных величин в области радиотехники и других областях. Стремительное развитие радиотехники в последующие годы значительно расширило области и масштабы стандартизации. Был разработан стандарт на основные параметры системы телевизионного вещания; утверждены стандарты на классификацию, параметры и методы испытаний генераторных и приемно - усилительных ламп, электронно-лучевых трубок, элементы электронной техники, антенн для радиовещания, приемников и передатчиков. Для приведения показателей, устанавливаемых стандартами, в соответствие с современным научно-техническим уровнем пересмотрены устаревшие стандарты и внесены изменения в ряд действующих. Государственные стандарты Российской Федерации наряду с основными, качественными показателями стали регламентировать показатели надежности и долговечности изделий. Разработаны перспективные стандарты в области радиотехники, отражающие последние достижения науки, техники и мировой опыт промышленного производства. 124 В Российской Федерации действует государственная система стандартизации (ГСС), объединяющая и упорядочивающая действия по стандартизации на всех уровнях производства и управления на основе комплекса государственных стандартов. ГСС включает стандарты, содержащие совокупность взаимосвязанных положений и правил, определяющих основные понятия, цели и задачи стандартизации; организацию и методику планирования и проведения работ по стандартизации; порядок разработки, внедрения и обращения стандартов и других нормативно-технических документов по стандартизации; порядок внесения в них изменений; контроль за внедрением и соблюдением стандартов; объекты стандартизации; категории и виды стандартов; правила построения, изложения, оформления и содержания стандартов и пр. Основными законами, обеспечивающими работоспособность в области стандартизации являются следующие Федеральные законы Российской Федерации: - «O стандартизации»; - «Об обеспечении единства измерений»; - «О защите прав потребителей»; - «O сертификации продукции и услуг»; - «O техническом регулировании» - введен в действие с 01.07.2003 г. Введем основные понятия и определения, касающиеся стандартизации, установленные законом Российской Федерации «О стандартизации» и стандартом в этой области ГОСТ Р 1.0-92. Изложенные ниже понятия и термины в области стандартизации разработаны с учетом рекомендаций международной организаций по стандартизации и приняты многими странами. Стандартизация - это деятельность по установлению норм, правил и характеристик (далее - требования) 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 учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций;  обороноспособности и мобилизационной готовности страны. В международной практике узаконено более простое определение стандартизации. Согласно ему, стандартизация - установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации (использования) и требований безопасности. Стандартизация направлена на достижение оптимальной 125 степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного применения в отношении реально существующих или потенциальных задач. Объект стандартизации - продукция, работа (процесс), услуга, подлежащие или подвергшиеся стандартизации (т. е. которые служат предметом работы по стандартизации и могут быть охарактеризованы количественно и качественно с помощью условных единиц, обозначений или понятий). Нормативный документ - документ, устанавливающий правила, общие принципы, характеристики объектов стандартизации, касающиеся различных видов деятельности или их результатов. Стандарт - нормативный документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный (принятый) признанным органом (предприятием). Стандарт разрабатывается на основе достижений науки, техники, передового опыта и должен предусматривать решения, оптимальные для общества. Стандарт может быть разработан как на материальные предметы (продукцию, сырье, образцы веществ), так и на нормы, правила, требования к объектам организационно - методического и общетехнического характера, порядок разработки документов, нормы безопасности, системы управления качеством и т.д. Стандарты делятся на международные, межгосударственные, региональные, национальные, государственные, отраслевые, научно-технических и инженерных обществ, предприятий и другие виды. Международный стандарт - стандарт, принятый международной организацией по стандартизации. Межгосударственный стандарт (ГОСТ) - стандарт, принятый межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации или Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве. Региональный стандарт - стандарт, принятый региональной организацией по стандартизации. Международные и региональные стандарты (при условии присоединения к ним Российской Федерации), а также национальные стандарты других стран (при наличии соответствующих соглашений с этими странами) применяют на территории Российской Федерации в качестве государственных. Если международный, региональный или национальный стандарт другой страны, подлежащий применению, содержит ссылки на стандарты, не примененные в Российской Федерации, и при этом отсутствуют эквивалентные государственные стандарты, необходимо до его применения решить вопрос о применении этих стандартов. Национальный стандарт - стандарт, принятый национальным органом по стандартизации. Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ Р) – стандарт, принятый Государственным комитетом Российской Федерации по стандартиза- 126 ции, метрологии и сертификации (Госстандарт России) или Государственным комитетом Российской Федерации по вопросам архитектуры и строительства (Госстрой России). Государственные стандарты разрабатывают на продукцию, работы и услуги, имеющие межотраслевое значение, и не должны противоречить законодательству Российской Федерации. Государственные стандарты должны содержать:  требования к продукции, работам и услугам по их безопасности для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, требования техники безопасности и производственной санитарии;  требования по технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции;  основные потребительские (эксплуатационные) характеристики продукции, методы их контроля, требования к упаковке, маркировке, транспортированию, хранению, применению и утилизации продукции;  правила и нормы, обеспечивающие техническое и информационное единство при разработке, производстве, использовании (эксплуатации) продукции при выполнении работ и оказании услуг, в том числе правила оформления технической документации, допуски и посадки, общие правила обеспечения качества продукции, работ и услуг, сохранения и рационального использования всех видов ресурсов, термины и их определения, условные обозначения, метрологические и другие общетехнические и организационно технические правила и нормы. Отраслевой стандарт (отрасль - совокупность предприятий и организаций независимо от их территориального расположения и ведомственной принадлежности, разрабатывающих и (или) изготавливающих определенные виды продукции, относящиеся к номенклатуре продукции, закрепленной за министерством (ведомством), являющимся ведущим в ее производстве) – стандарт, принятый государственным компетентным органом управления. Стандарт научно-технического, инженерного общества - стандарт, принятый научно-техническим, инженерным обществом или другим общественным объединением. Стандарт предприятия - стандарт, утвержденный предприятием. Комплекс стандартов - совокупность взаимосвязанных стандартов объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные требования к взаимосвязанным объектам стандартизации. Основополагающий стандарт - стандарт, для широкой области распространения или содержащий общие положения для определенной области. Идентичные стандарты - стандарты, идентичные по содержанию и форме представления. Сопоставимые стандарты - стандарты на одну и ту же продукцию, процессы или услуги, утвержденные разными органами, занимающимися стандартизацией, в которых различные требования согласовываются на одних и тех же ха- 127 рактеристиках и которые оцениваются с помощью одних и тех же методов, позволяющих однозначно сопоставить различия в требованиях. Взаимоувязанные стандарты - два или несколько стандартов, устанавливающих совокупность взаимоувязанных требований. Унифицированные стандарты - стандарты, которые идентичны по содержанию, но не полностью идентичны по форме представления. Международная стандартизация - стандартизация, участие в которой открыто для соответствующих органов всех стран. Региональная стандартизация - стандартизация, участие в которой принимают соответствующие органы стран только одного географического или экономического региона мира. Национальная стандартизация - стандартизация, которая проводится на уровне одного государства. Комплексная стандартизация - стандартизация, обеспечивающая согласование показателей взаимосвязанных объектов стандартизации и сроков введения их в действие, при которой существующие и разрабатываемые стандарты с точки зрения объектов и аспектов стандартизации необходимы и достаточны для реализации поставленной цели. Опережающая стандартизация - стандартизация, при которой устанавливаются на основе разработанных прогнозов требования к объектам стандартизации, повышенные по отношению к уже достигнутому на практике уровню и подлежащие внедрению в будущем, начиная с определенного срока. Местная стандартизация - стандартизация, проводимая на предприятиях (объединениях) и устанавливающая требования, нормы и правила применяемые только на данном предприятии (объединении). Стандартизация по достигнутому уровню - стандартизация, устанавливающая показатели, отражающие свойства существующей и освоенной продукции и таким образом фиксирующая достигнутый уровень ее производства. Программа по стандартизации - план работ органа по стандартизации, в котором перечисляются названия текущих работ по стандартизации. Область стандартизации - совокупность взаимосвязанных объектов стандартизации. Аспект стандартизации - вид требований, предъявляемых к объекту стандартизации. Технические условия (ТУ) - нормативный документ на конкретную продукцию (услугу), утвержденный предприятием-разработчиком, как правило по согласованию с предприятием-заказчиком (потребителем). Безопасность - отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью нанесения ущерба. Охрана здоровья людей - защита здоровья людей от неблагоприятного воздействия продукции, работ (процессов) и услуг, окружающей среды. Охрана окружающей среды - защита окружающей среды от неблагоприятного воздействия продукции, работ (процессов) и услуг. 128 Совместимость - пригодность продукции, процессов и услуг к совместному, не вызывающему нежелательных взаимодействий, использованию при заданных условиях для выполнения установленных требований. Взаимозаменяемость - пригодность одного изделия, процесса, услуги для использования вместо другого изделия, процесса, услуги в целях выполнения одних и тех же требований. Применение стандарта - использование стандарта его пользователями с выполнением требований, установленных в стандарте. Применение международного, регионального или национального стандарта другой страны - использование международного, регионального или национального стандарта другой страны путем включения его полного содержания в отечественный нормативный документ по стандартизации. Дата введения стандарта в действие - дата, с которой стандарт приобретает юридическую силу. Пользователь стандарта - юридическое или физическое лицо, применяющее стандарт в своей научно-исследовательской, учебно-педагогической, опытно-конструкторской, производственной, технологической и других видах деятельности. В практике международной стандартизации применяется термин консенсус, который трактуется как общее согласие, характеризующееся отсутствием возражений по существенным вопросам у большинства заинтересованных сторон, стремлением учесть мнения всех сторон и сблизить несовпадающие точки зрения. Но консенсус не предполагает полного единодушия. 15.2. Цели и задачи стандартизации       Основными целями стандартизации являются: защита интересов государства и потребителей в вопросах номенклатуры и качества продукции, услуг и применяемых процессов, обеспечивающих их безопасность для жизни, здоровья людей и их имущества, охрану окружающей среды; повышение качества продукции в соответствии с развитием науки и техники, с потребностями населения и народного хозяйства; обеспечение совместимости и взаимозаменяемости продукции, а также развитие специализации в области проектирования и производства продукции; установление рациональной номенклатуры выпускаемой продукции; содействие экономии людских и материальных ресурсов, улучшению экономических показателей производства; устранение технических барьеров в производстве и торговле, обеспечение конкурентоспособности продукции на мировом рынке и эффективного участия государства в межгосударственном и международном разделении труда; 129                 развитие международного экономического, технического и культурного сотрудничества; создание условий для развития экспорта товаров, отвечающих современным требованиям мирового рынка; ускорение научно-технического прогресса, повышение эффективности общественного производства и производительности труда (в том числе инженерного и управленческого); обеспечение безопасности народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций; содействие повышению обороноспособности и мобилизационной готовности страны. Основными задачами стандартизации являются: обеспечение взаимопонимания между разработчиками, изготовителями, продавцами и потребителями (заказчиками); установление оптимальных требований к номенклатуре и качеству продукции в интересах потребителя и государства, в том числе, обеспечивающих ее безопасность для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; установление требований по совместимости (конструктивной, электрической, электромагнитной, информационной, программной и ДР.), а также взаимозаменяемости продукции; согласование и увязка показателей и характеристик продукции, ее элементов, комплектующих изделий, сырья и материалов; унификация на основе установления и применения параметрических и типоразмерных рядов, базовых конструкций, конструктивноунифицированных блочно-модульных составных частей изделий; установление метрологических норм, правил, положений и требований; нормативно-техническое обеспечение контроля (испытаний, анализа, измерений), сертификации и оценки качества продукции; создание и ведение систем классификации и кодирования техникоэкономической информации; установление требований к технологическим процессам, в том числе для снижения материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости, для обеспечения применения малоотходных технологий; нормативное обеспечение межгосударственных и государственных социально-экономических и научно-технических программ (проектов) и инфраструктурных комплексов (транспорт, связь, оборона, охрана окружающей среды, контроль среды обитания, безопасность населения и т.д.); создание системы каталогизации для обеспечения потребителей информацией о номенклатуре и основных показателях продукции; содействие выполнению законодательства Российской Федерации методами и средствами стандартизации. 130 15.3. Категории и виды стандартов Российской Федерации При выборе объектов стандартизации необходимо однозначно определить категорию и вид предполагаемого к разработке стандарта, которые смогут обеспечить наибольший технико-экономический эффект от его внедрения. Исходя из этих же соображений должна быть определена и степень обязательности разрабатываемого стандарта. При решении этой задачи кроме проведения анализа перспективности применения стандартизуемого объекта, разработчикам стандарта необходимо иметь четкое представление об установленных государственной системой стандартизации и применяемых в промышленности категориях и видах стандартов - их назначении, содержании, построении и взаимосвязи и т. д. Неправильное установление категории, вида или степени обязательности разработанного стандарта может привести к серьезным затруднениям при его внедрении в проектирование и производство и в значительной степени обесценить технико-экономический эффект стандартизации. Категории стандартов В Российской Федерации разрабатываются и применяются стандарты трех категорий:  государственные стандарты - ГОСТ;  отраслевые стандарты - ОСТ;  стандарты предприятий - СТП. Государственные стандарты обязательны к применению всеми предприятиями, организациями и учреждениями во всех отраслях народного хозяйства. Их действие распространяется преимущественно на объекты межотраслевого применения, нормы, требования, параметры, показатели качества продукции, термины, обозначения и пр., необходимые для обеспечения единства и взаимосвязи различных областей науки, техники и производства, а также на продукцию массового и крупносерийного производства широкого и межотраслевого применения. Объектами государственной стандартизации обязательно должны быть:  общетехнические и организационно-методические правила и нормы (ряды номинальных частот и напряжений электрического тока, предпочтительные числа, требования охраны природной среды, рационального использования природных ресурсов и пр.);  межотраслевые требования и нормы техники безопасности и производственной санитарии;  общие требования к продукции, имеющей межотраслевое применение (по устойчивости к воздействиям внешней среды, радиационной стойкости и т. д.); 131  основные эксплуатационные свойства и технические характеристики групп однородной продукции, имеющей межотраслевое применение (сырья, материалов, машин, изделий, приборов ) и методы их контроля;  единицы физических величин, государственные эталоны единиц физических величин, правила государственных испытаний средств измерений, методы и средства поверки средств измерений, методики выполнения и нормы точности (погрешности) измерений;  научно-технические термины, определения и обозначения;  системы классификации и кодирования технико-экономической информации;  системы конструкторской, технологической, управленческой документации, формы и системы организации производства. Отраслевые стандарты обязательны к применению всеми предприятиями, организациями и учреждениями данной отрасли, а также предприятиями и организациями других отраслей, использующих продукцию этой отрасли. Отраслевые стандарты организационно-методического характера обязательны только для предприятий, организаций и учреждений утвердившего их министерства (ведомства). Отраслевые стандарты устанавливают требования к продукции, не относящейся к объектам государственной стандартизации и необходимые для обеспечения взаимосвязи в производственно-технической и организационноуправленческой деятельности предприятий, организаций и учреждений отрасли. К объектам отраслевой стандартизации относятся: изделия серийного и мелкосерийного производства; конкретные виды продукции, для которой государственными стандартами установлены общие технические характеристики; детали и сборочные единицы, технологическая оснастка и инструменты, сырье, материалы, полуфабрикаты, технологические нормы и типовые технологические процессы Внутриотраслевого применения; методики выполнения и нормы точности измерений. Иногда отраслевые стандарты могут ограничивать применение государственных стандартов для используемой в отрасли номенклатуры изделий, типоразмеров и т.д. Однако при этом технические характеристики продукции, включенные в отраслевой стандарт, не могут быть ниже, чем в государственном стандарте. Стандарты предприятия являются обязательными только для предприятия, разработавшего и утвердившего данный стандарт. Эти стандарты могут распространяться на внутренние нормы и правила в области управления и организации производства, управления номенклатурой и качеством продукции; на составные части разрабатываемых или изготавливаемых на предприятии изделий; оснастку и инструмент, типовые технологические процессы, методики измерений и контроля. Стандарты предприятия также могут с учетом особенностей конкретного предприятия ограничивать применение конкретной номенклатуры материалов, изделий, узлов и деталей, установленной стандартами других категорий. 132 Государственная система стандартизации устанавливает на продукцию и услуги стандарты предприятия всех категорий, которые в общем случае должны включать следующие разделы:  общие технические условия и технические требования;  классификацию, основные параметры и размеры;  требования безопасности труда;  требования охраны окружающей среды;  типы, сортамент, марки и конструкцию;  правила маркировки, упаковки, транспортировки и хранения продукции;  методы контроля и испытаний;  эксплуатацию с последующим ремонтом и утилизацией. Обозначение государственного стандарта Российской Федерации состоит из индекса (ГОСТ Р), регистрационного номера и отделенных тире двух последних цифр года утверждения. При вхождении Госстандарта в комплекс стандартов в его регистрационном номере первые цифры с точкой определяют код системы. Далее структура обозначения включает номер классификационной группы и порядковый номер регистрации Госстандарта. Пример обозначения: ГОСТ Р 2.41-99, где 2 - комплекс стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД); 4 - код классификационной группы; 1- разработан первым по порядку; 99 - утвержден в 1999 г. Обозначение Госстандарта Российской Федерации, оформленного на основе применения аутентичного текста международного (или регионального) стандарта, состоит из индекса (ГОСТ Р), обозначения соответствующего международного стандарта и отделенных двоеточием года утверждения, который пишется полностью. Пример обозначения: государственный стандарт Российской Федерации, оформленный на основе перевода стандарта ISO 9591:1999, имеет обозначение ГОСТ Р ИСО 9591-99; ИСО - Международная организация по стандартизации (см. ниже). Обозначение стандарта отрасли состоит из индекса (ОСТ), условного обозначения министерства и регистрационного номера, присвоенном министерством по согласованию с Госстандартом, и отделенных тире двух последних цифр года утверждения. Аналогично обозначению отраслевого стандарта строится структура обозначения стандартов предприятий (СТП) и научно-технического, инженерного общества и других общественных организаций и объединений (СТО). Виды стандартов В соответствии с единой государственной системой стандартизации и ГОСТ Р 1. 5-92 установлены следующие основные виды стандартов:  стандарты основополагающие; 133    стандарты на продукцию, услуги; стандарты на работы (процессы); стандарты на методы контроля (испытаний, измерений, анализа). Основополагающие стандарты устанавливают общие организационно - технические положения для определенной области деятельности, а также общетехнические требования, нормы и правила, обеспечивающие взаимопонимание, техническое единство и взаимосвязь различных областей науки, техники и производства в процессах создания и использования продукции, охрану окружающей среды, безопасность продукции, процессов и услуг для жизни, здоровья, имущества и другие общетехнические требования. Стандарты на продукцию (услуги) устанавливают требования к группам однородной продукции (услуг) или к конкретной продукции (услуге). Стандарты на работы (процессы) устанавливают основные требования к методам (способам, приемам, режимам, нормам) выполнения различного рода работ в технологических процессах разработки, изготовления, хранения, транспортирования, эксплуатации, ремонта и утилизации продукции. Стандарты на методы контроля устанавливают методы (способы, приемы, методики и др.) проведения испытаний, измерений, анализа продукции при ее создании, сертификации и использовании. В соответствии с единой государственной системой стандартизации установлены следующие основные виды стандартов, распространяющихся на определенную продукцию (услугу):  стандарт технических условий (общих технических условий);  стандарт типов и основных параметров (размеров);  стандарт конструкции и размеров;  стандарт технических требований;  стандарт сортамента;  стандарт марок;  стандарт методов испытаний;  стандарт правил приемки;  стандарт правил маркировки, упаковки, хранения и транспортировки;  стандарт правил эксплуатации и ремонта;  стандарт типовых технологических процессов;  стандарт на методы и средства поверки измерительных приборов. Стандарт технических условий разрабатывается на конкретный продукт (или группу однородной продукции) и должен охватывать его основные показатели: конструкцию и размеры; технические требования; правила приемки, контроля, маркировки, упаковки, хранения, транспортировки и пр. При стандартизации группы однородной продукции рекомендуется выпускать стандарт общих технических условий и развивающие его отдельные стандарты технических условий на конкретные типы (марки, модели и т.д.). Стандарт общих технических условий разрабатывается на группу однотипных изделий, для которых возможно и целесообразно установить единые нормы 134 качества, например, на изделия микроэлектроники, приборы полупроводниковые, приборы радиоизмерительные. Такие стандарты должны устанавливать общие эксплуатационные требования и характеристики изделий, методы контроля устанавливаемых требований и характеристик, общие правила приемки готовых изделий, общие требования к хранению и транспортировке изделий, указания по эксплуатации и ремонту, гарантии поставщика и т.д. Стандарт типов и основных параметров (размеров) регламентирует кроме основных параметров и размеров также типы и виды изделий по основным эксплуатационным характеристикам. При этом тип означает родовое понятие, а не конкретную разновидность и объединяет группу однотипных изделий. Стандарты этого вида используются только при проектировании и на них нельзя ссылаться в стандартах или технических условиях на поставку конкретной продукции. Стандарт конструкции и размеров устанавливает конкретную конструкцию и основные размеры для определенной группы изделий. Этот вид стандарта разрабатывается преимущественно на изделия, основными показателями которых являются конструктивное решение и основные габаритные, установочные и присоединительные размеры: металлоемкие изделия, не требующие для изготовления сложной технологической оснастки; изделия, для которых не представляется возможным регламентировать некоторые элементы конструкции или присоединительные размеры в связи с различными условиями их применения или использования. Стандарт технических требований устанавливает требования и нормы, определяющие основные эксплуатационные свойства изделий:  конструктивные требования (требования к внешнему виду, весу, габаритным размерам);  требования к комплектности поставки;  требования к электрическим параметрам и режимам;  требования к устойчивости при механических и климатических воздействиях;  требования к электрическому монтажу и прочности электрической изоляции;  требования к заземлению;  требования к защите от электрических помех;  требования к надежности и долговечности;  требования к безопасности эксплуатации и санитарии;  требования к маркировке, укладке, упаковке, хранению и транспортировке. Данный стандарт должен обеспечивать оптимальные показатели качества при разработке и изготовлении изделий. Стандарт технических требований необходимо соблюдать как при разработке новых изделий, так и при изготовлении уже освоенных производством. На стандарты этого вида можно ссылаться в других стандартах или технических условиях на поставку конкретных видов и типоразмеров изделий. 135 Стандарт сортамента регламентирует геометрические формы, размеры и другие требования к сортаменту, а также методы их контроля. Стандарт марок устанавливает номенклатуру марок материала, их химический состав, а в отдельных случаях - основные потребительские свойства и методы их контроля. Стандарт методов испытаний регламентирует методы испытаний (контроля, измерения) технических требований, определяющих качественные показатели изделий. Стандарт может устанавливать методы испытаний, как всех эксплуатационных свойств группы изделий, так и некоторых из них или даже какогонибудь одного требования (свойства, параметра, показателя). Стандарты этого вида должны содержать кроме описания методов испытаний также требования к испытательной и измерительной аппаратуре, условия проведения испытаний и порядок определения их результатов. Стандарты правил приемки устанавливают единый унифицированный порядок приемки для какой-либо группы изделий. Стандарты этого вида устанавливают порядок приемки готовых изделий органами технического контроля предприятия-изготовителя и контрольной проверки их представителями заказчика (потребителя). Применительно к конкретной группе изделий в стандарте должны быть также установлены виды испытаний, например приемо-сдаточные, периодические (типовые), контрольные, определены периодичность их проведения, номенклатура проверяемых параметров и последовательность их проверки. Стандарт правил маркировки, упаковки, хранения и транспортировки определяет единые для группы изделий требования к маркировке, упаковке, хранению и транспортировке. Данный вид стандартов регламентирует требования к маркировке определенных групп продукции с целью информации потребителя об эксплуатационных свойствах и параметрах изделий, устанавливает правила хранения, упаковки и транспортировки, необходимые для обеспечения сохранности качественных показателей и товарного вида изделий, а также рационального использования транспортных средств. Стандарт правил эксплуатации и ремонта определяет общие для группы изделий правила их эксплуатации и ремонта. Эти стандарты разрабатываются с целью обеспечения рациональной эксплуатации и ремонта изделий для сохранения их работоспособности, эксплуатационных характеристик и параметров. Стандарт типовых технологических процессов широко применяется в последние годы. Особое значение получили специальные технологические процессы и отдельные операции, такие, как вакуумное напыление тонких пленок на диэлектрики при изготовлении микросхем, изготовлении печатного электромонтажа на печатных платах, фотохимическое нанесение изображений и пр. Разработка и освоение этих процессов требуют проведения трудоемких и сложных экспериментальных работ и во многих случаях специального технологического оборудования и контрольно-измерительной и испытательной аппаратуры. Отраслевые стандарты на типовые технологические процессы и технологические нормы обычно ис- 136 пользуются технологами заводов-изготовителей при разработке технологических процессов изготовления конкретных видов изделий. В технологической карте на конкретное изделие изготовителем дается ссылка на отраслевой стандарт или непосредственно приводятся данные из стандарта типового технологического процесса или стандарта на технологические нормы. Стандарт на методы и средства поверки измерительных приборов устанавливает единые для группы измерительных устройств, требования на методы и средства их поверки, а также включает вопросы соответствия средств измерений установленным метрологическим нормам и требованиям в распространяющихся на них нормативных документах. Конкретная номенклатура рабочих средств измерений, подлежащих обязательной государственной или ведомственной поверке, утверждается и издается Госстандартом Российской Федерации. Государственной системой стандартизации РФ, кроме обязательных стандартов предусмотрена также (вспомогательная) категория руководящих технических материалов (РТМ). Особенно широко эта категория документов распространена в радиоэлектронной промышленности. Руководящие технические материалы эффективно способствуют унификации продукции. Руководящие технические материалы разрабатывают в тех случаях, когда целесообразно или невозможно установление обязательного стандарта:  если отступление от применения объекта (требования, правила, метода, методики, положения) не оказывает существенного влияния на результаты его применения;  если в данный момент невозможно установить достаточно достоверные или наиболее прогрессивные значения отдельных параметров или эксплуатационных характеристик объекта - это касается, например, внедрения стандартов на новые виды материалов;  если внедрению нового стандарта не благоприятствуют конъюнктурные условия предприятий, например, отсутствие предусмотренного оборудования, необходимого для применения типового технологического процесса, если, конечно, при этом не ухудшается качество готового изделия. Руководящие технические материалы, утвержденные вышестоящими организациями (министерствами, ведомствами), при необходимости могут внедряться на отдельных предприятиях или группах предприятий как обязательные директивными документами руководителей главных управлений, объединений, предприятий и организаций. 15.4. Основные принципы и методы стандартизации Основные принципы стандартизации. Основные результаты действия стандартизации оценивают по тем изменениям, которые она внесла в развитие научно-технического прогресса и хозяйственную деятельность. Для того чтобы стандартизация была эффективной, при ее проведении необходимо соблюдение определенных принципов. 137 Системный подход в стандартизации - направление практической деятельности, в основе которого лежит рассмотрение объектов стандартизации как систем. В основу этого подхода заложена система целое, составленное из частей или, в современном понимании, - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом и образующих определенную целостность, единство. При использовании системного подхода в стандартизации необходимо ориентироваться на раскрытие целостности объекта, выявление многообразных типов связей в нем и сведение их в единую теоретическую картину. Системный подход оказался необходимым методологическим средством стандартизации, используемым при изучении сложных технических конструкций, интерпретации их устройства и функций посредством норм, показателей и описаний. Наиболее простое представление об объектах стандартизации дает вид и тип системы одинаковых или аналогичных предметов и изделий. Начиная с производства, объекты стандартизации усложняются за счет структуры и развития связей. Научный подход в стандартизации основан на том, что показатели, нормы, характеристики и требования, включаемые в стандарт, должны соответствовать передовому уровню науки и техники и основываться результатах научноисследовательских и опытно-конструкторских работ. В связи с этим разработка всех видов и категорий стандартов должна вестись с учетом и использованием научных достижений в соответствующих областях, а в необходимых случаях разработке стандартов должно предшествовать проведение научноисследовательских работ. Целенаправленность и технико-экономическая целесообразность характеризуются тем, что проведение работ по стандартизации, разработка любого стандарта должны быть обоснованы и направлены на решение конкретных задач на соответствующих уровнях производства и управления. Прогрессивность и оптимальность стандарта следует самой сути стандартизации, отраженной в ее определении. Новые стандарты на продукцию должны не только отвечать современным запросам и конъюнктуре, но и учитывать тенденции развития соответствующих отраслей. При разработке стандартов необходимо стремиться получить оптимальное сочетание устанавливаемых показателей, норм и требований к продукции с затратами на их достижение, обеспечить максимальный экономический эффект при минимальных затратах. Необходимость взаимной увязки стандартов связана с основными целями и задачами стандартизации. Показатели, параметры, нормы, характеристики, требования, устанавливаемые в стандартах, разрабатываемых в Российской Федерации, должны также соответствовать международным стандартам и учитывать рекомендации международных организаций. Принцип комплексности стандартизации - один из основных принципов. Практика стандартизации привела к двум взаимосвязанным направлениям ее осуществления: от частного к целому; от целого к частному. 138 Первое направление связано с развитием стандартизации снизу вверх – от стандартизованных общих конструктивных деталей и элементов к машинам, аппаратам, приборам. Оно характерно для тех изделий общего применения, которые изготавливают на специализированных заводах массового производства. Второму направлению соответствует развитие стандартизации сверху вниз, т.е. от стандартизации основных параметров сложных объектов производства (систем, машин, приборов) к стандартизации составляющих их элементов (агрегатов, узлов, деталей). Принцип взаимозаменяемости изделий - свойство независимо изготовляемых деталей и сборочных единиц занимать свое место в изделии без дополнительной обработки. Данный принцип позволяет в процессе монтажа и замены технических конструкций (оборудования, приборов, аппаратов, механизмов, агрегатов) исключить необходимость в подгонке. Взаимозаменяемость обеспечивают путем установления в стандартах чертежах, нормативных документах и другой технической документации единых номинальных размеров для сопрягаемых деталей, соответствующих допустимых пределов размеров, геометрических форм и расположения поверхностей и регламентирующих требований к качеству материалов. Взаимозаменяемые детали должны быть одинаковыми по размерам, массе, форме, твердости, физикохимическим свойствам и многим другим параметрам, установленным соответствующими стандартами. Различают функциональную и геометрическую взаимозаменяемость изделий. Функциональная взаимозаменяемость предусматривает обеспечение физико-химических и эксплуатационных показателей без нарушения технических требований к конкретному изделию. Функциональная взаимозаменяемость предполагает не только возможность нормальной сборки, но и нормальную работу изделия после установки в нем новой детали или другой составной части взамен вышедшей из строя. Стандарты на продукцию в необходимых случаях должны устанавливать нормы и требования, обеспечивающие функциональную взаимозаменяемость изделий. Геометрическая взаимозаменяемость - вид взаимозаменяемости при которой обеспечивается сборка изделия по геометрическим параметрам с учетом размеров, формы и расположения деталей. Принцип предпочтительности используется при разработке стандартов на изделия широкого применения, решении задач рационального выбора и установления градаций количественных значений параметров изделий, проведении унификации, типизации и должен основываться на использовании рядов предпочтительных чисел. Установление на их основе рядов параметров, с одной стороны, препятствует неоправданному расширению номенклатуры и типоразмеров разрабатываемых изделий, а с другой - позволяет установить такие их техникоэкономические характеристики, которые соответствуют современным требованиям, а также учесть перспективы развития соответствующих видов продукции. 139 Требования научно-технического прогресса и разработка конкурентоспособной продукции вынуждают производителей, в том числе и российских, создавать и выпускать все более совершенные изделия одного и того же назначения. Исключить неоправданно большую номенклатуру этих изделий и обеспечить согласование между собой их параметров и размеров можно лишь на основе создания стандартов параметров. Суть «параметрической» стандартизации заключена в том, что параметры изделий массового производства устанавливаются по определенным правилам, на основе рядов предпочтительных чисел. Прежде чем рассматривать этот принцип предпочтительности, отметим, что практически все системы согласования параметров строятся на трех основных правилах:  пропорциональности - параметры объекта пропорциональны одному ному параметру;  аддитивности - параметры объекта укладываются в ряды чисел, образуемых путем последовательного сложения;  мультипликативности - параметры объекта укладываются в ряды чисел, образуемых путем умножения на постоянный множитель. Проанализируем более подробно принцип предпочтительности, заключающий в себе теоретическую основу стандартизации - систему предпочтительных чисел. Согласно принципу предпочтительности необходимо установить набор установленных значений параметров, удовлетворяющих следующим требованиям:  представлять рациональную систему градаций с учетом потребностей производства и эксплуатации;  иметь бесконечное число возрастающих (или убывающих) значений;  включать все десятичные значения любого числа и единицу;  быть простыми и легко запоминающимися. В Российской Федерации действует система предпочтительных чисел (рекомендована Международной организацией по стандартизации), устанавливающая предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел (ряды R). Специальные исследования показали, что наиболее оптимальными являются ряды, построенные по геометрической прогрессии. Геометрическая прогрессия - это ряд чисел, в котором каждое последующее число получается умножением предыдущего на знаменатель прогрессии. Преимущество геометрической прогрессии состоит в том, что в любом интервале процент увеличения величины числа является неизменным; недостаток - все ее члены обязательно округляются. Пусть имеется геометрический ряд, в котором а1, а2, ... , аi, аn - члены прогрессии. В ряде, построенном на основе геометрической прогрессии, постоянен ее знаменатель w, т.е. отношение последующего члена ряда к предыдущему: w  an1 / an . Итак, каждый последующий член ряда является произведением предыдущего члена на знаменатель ряда w. В этом случае любой i-й член геометрической прогрессии можно вычислить по формуле: ai  a1w i1 . 140 Например, при а1 = 1 и w = 2 имеем ряд 1,2,4,8,16, ... , а при w=I,4 ряд 1; 1,4; 2; 2,8, .... Ряды, построенные на основе геометрической прогрессии, обладают следующими свойствами:  произведение или частное каждых любых из двух его членов является членом ряда;  любой член ряда, возведенный в целую положительную степень, также является членом этого ряда. Из этих свойств следует, что зависимости, определяемые из произведений членов ряда или их степеней, всегда подчиняются закономерностям этого ряда. Так, например, при выборе длин сторон прямоугольника из ряда предпочтительных чисел, его площадь будет членом этого ряда. Менее удобны, но иногда находят применение ряды, построенные на основе арифметической прогрессии. Известно, что в арифметической прогрессии разность между ее соседними членами постоянна. Любой член арифметической прогрессии можно вычислить по формуле an  a1  b(n  1) , где а1 - первый член прогрессии; b - разность прогрессии; n - номер члена. В частности, последовательность чисел 1, 2, 3, 4, 5, ... представляет арифметическую прогрессию, возрастающую с разностью 1. Последовательность чисел 1; 0,75; 0,5; 0,25 ... - арифметическая прогрессия, убывающая с разностью 0,25. Несмотря на простоту, ряды предпочтительных чисел, построенные на основе арифметической прогрессии, имеют существенный недостаток неравномерность ряда. Данный недостаток и ограничивает их применение. Так, в приведенной выше возрастающей последовательности с разностью 1, второй член ряда превышает первый на 100 %, десятый больше девятого на 11 %, а сотый больше девяносто девятого всего на 1 %. В результате большие числа следуют друг за другом с очень малыми интервалами (слишком часто), что не всегда экономически оправдано и рационально. Для устранения этого существенного недостатка используют ступенчатые ряды, составленные из отрезков арифметических рядов с различными разностями. По такому принципу, например, построен ряд номиналов монет Российской Федерации - 1, 2, 5 рублей. Международной организацией по стандартизации рекомендовано для построения рядов предпочтительных чисел на основе геометрической прогрессии использовать такие ряды, в которых происходит десятикратное увеличение каждого следующего n-го члена. Наиболее удобными для практики были признаны ряды, у которых первый член а1 = 1 и знаменатель w  n 10 . Стандартом установлено четыре основных ряда предпочтительных чисел, обозначаемых R 5, R 10, R 20, R 40 и один дополнительный R 80, значения w для которых соответственно равны R5..... w  5 10  1,6; R10..... w  10 10  1,25; 141 R20..... w  20 10  1,12; R40..... w  40 10  1,06; R80..... w  80 10  1,03; Ряды предпочтительных чисел, приведенные в стандарте, включают их значения в диапазоне от 0 до ∞, полученные для величин а1, лежащих в интервале 1 < а  10. Для перехода от чисел этого интервала в любой другой десятичный интервал необходимо умножить соответствующее число на 10к, где к - целое положительное или отрицательное число. Например, при к = 1 все числа ряда перейдут в интервал 10 < а  100, а и к = -1 - в интервал 0,1 < а  1. Допускается также использовать производные ряды, которые образуются из основных путем отбора каждого второго, третьего или в общем случае каждого nго члена ряда. В частности, ряд, обозначенный R 40/5, включает в себя каждый пятый член ряда R 40. В основу построения предпочтительных чисел Российской Федерации положен ряд R 40 с параметрами от 0 до 10 (табл. 15.1). Таблица 15.1. Ряды предпочтительных чисел Номер числа 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R 40 1,00 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 Номер ряда R 20 R 10 1,00 1,00 R5 1,00 1,12 1,25 1,25 1,40 1,60 1,60 1,60 1,80 В радиотехнике, кроме рядов R, для выражения числовых параметров ряда электрических величин используются числа, построенные по рядам согласно рекомендациям Международной электротехнической Комиссии (МЭК). Для этих рядов (ряды Е) w  n 10 и n = 3, 6, 12, 24. Примером применения рядов Е могут служить ряды номинальных значений сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов. Основные методы стандартизации 142 В зависимости от метода решения главной задачи стандартизации различают несколько ее основных форм: симплификацию, унификацию, типизацию и агрегатирование. Симплификация заключается в простом сокращении числа применяемых при разработке изделия или при его производстве марок и сортаментов материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и пр., до количества, технически и экономически целесообразного, достаточного для выпуска изделий с требуемыми показателями качества. Являясь простейшей формой и начальной стадией более сложных форм стандартизации, симплификация оказывается экономически выгодной, так как приводит к упрощению производства, облегчает отчетность, материально - техническое снабжение, складирование изделий. Унификация - выбор оптимального числа разновидностей продукции, процессов и услуг, значений их параметров и размеров. Она заключается в рациональном сокращении числа типов, видов и размеров объектов одинакового функционального назначения и направлена на уменьшение числа разновидностей путем комбинирования двух или более разновидностей. Наиболее часто объектами унификации являются отдельные изделия, их составные части, детали, комплектующие элементы и т.д. Проводится унификация на основе анализа конструктивных вариантов изделий, их применяемости, путем сведения близких по назначению, конструкции и размерам изделий, их составных частей и деталей к единой типовой конструкции. При необходимости в конструкцию унифицируемых изделий и их элементов вносят технические усовершенствования и доработки. Типизация - форма стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых решений (конструктивных, технологических, организационных и т.д.) на основе наиболее прогрессивных методов и режимов работы. Определение «типизация» непосредственно связано с понятиями:  типоразмер изделия - характеристика, определяющая отличие изделия от других изделий этой же конструкции (типа) хотя бы числовым значением любого параметра;  типоразмерный ряд - совокупность типоразмеров изделия, построенная в соответствии с числовыми значениями одного из конкретных его параметров. Применительно к разрабатываемым конструкциям типизация заключается в том, что некоторое конструктивное решение (существующее или специально разработанное) принимается за основное - базовое для нескольких одинаковых или близких по функциональному назначению изделий. Требуемая же номенклатура и варианты изделий строятся на основе базовой конструкции путем внесения в нее ряда второстепенных изменений и дополнений. 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. Возможность многократного применения 143 элементов набора в различных модификациях машин, устройств и приборов одного и того же класса или близких по назначению, решает ряд специфических задач: обеспечивает конструктивную преемственность при разработке и создании новых изделий; позволяет использовать освоенные на производстве узлы и агрегаты; значительно сокращает трудоемкость проектирования, изготовления, наладки и ремонта изделий; улучшает качество продукции; повышает уровень взаимозаменяемости продукции; способствует специализации предприятий, механизации и автоматизации производственных процессов, а также облегчает перестройку производства при переходе предприятий на освоение новой продукции. Отметим еще ряд специфических методов стандартизации. Принцип расчленения является основной предпосылкой для развития нового метода создания оборудования, полностью отвечающего требованиям производства для рационального агрегатирования. Основное и принципиальное преимущество этого метода состоит в том, что в условиях специализированного производства агрегатов и поставки их «россыпью» (т. е. в виде отдельных деталей, узлов и пр.), потребители получают возможность компоновать необходимое оборудование. Приобретение подобных агрегатов позволяет производителям удешевить и упростить ремонт машин, изготовляемых на специализированных предприятиях. Специализация производства - организационно-технические приятия, направленные на создание технологий по выпуску однотипной продукции в крупносерийном масштабе при наилучшем качестве и минимальной стоимости. При рассмотрении объектов стандартизации различают предметную, подельную и технологическую виды специализации. В зависимости от области распространения специализация может быть международной, межотраслевой и отраслевой. Программно – целевой метод относится к одному из важнейших методов стандартизации и заключается в разработке и практической реализации комплексных целевых программ по наиболее важным научно - техническим, экономическим и социальным проблемам общества. При этом обязательно не только широкое обобщение практического опыта, но и проведение теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, необходимых для разработки стандартов и их успешного внедрения. В последние годы стратегическим направлением развития технических систем во многих странах стало модульное формирование техники (МФТ), являющееся высшей формой стандартизации. Суть МФТ заключается в комплектовании сложных комплексов с большим разнообразием характеристик и типоразмеров из одинаковых первичных (типовых или стандартных) общих элементов-модулей. 15.5.Государственные и отраслевые системы стандартов на общетехнические нормы и требования Важную роль в организации и проведении работ на всех стадиях разработки и развития изделия играет стандартизация общих норм, правил и требований. Эти нормы в значительной степени совпадают с общепромышленными нормами, рег- 144 ламентируемыми государственными стандартами; в этом случае отраслевые стандарты или стандарты предприятия разрабатываются, как уже говорилось ранее, в развитие, дополнение и ограничение государственных стандартов с учетом специфических условий деятельности отрасли или предприятия. По назначению и содержанию общие нормы стандартизации принято делить на следующие группы:  организационно-методические;  общетехнические;  проектно-конструкторские;  производственно-технологические. К организационно - методическим нормам относятся нормы, требования и правила, устанавливающие организацию проведения работ на всех стадиях создания и развития продукции и во всех сферах деятельности предприятий и организаций. Регламентация данных норм в стандартах позволяет создать основу для наиболее рациональной организации проектирования и производства изделий, а также установить четкие служебные обязанности функциональных подразделений предприятия и производственные связи между ними. К этой группе относятся нормы, регламентирующие организацию и методику проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию новых видов изделий, организацию и методику проведения работ по унификации и стандартизации в радиоэлектронной промышленности; положения о взаимоотношениях проектирующих и производственных предприятий при изготовлении и испытании опытных образцов радиоэлектронной аппаратуры и передачи их в серийное производство. Кроме того, организационно-методические нормы устанавливают порядок разработки, изготовления, испытаний и утверждения опытных образцов новых изделий для экспорта, положения о различных функциональных службах предприятий и их структурных подразделений и т.д. Основополагающим нормативно-техническим документом, регламентирующим организацию и методику проведения работ по стандартизации, является комплекс стандартов, определяющий следующие установки: порядок планирования работ по стандартизации и унификации; порядок разработки, утверждения, регистрации и издания стандартов; порядок составления технических отчетов о работах в области стандартизации; порядок внедрения на предприятиях и в организациях стандартов всех категорий; принцип учета применяемости стандартов, а также стандартизованных и унифицированных изделий; методику подсчета экономической эффективности работ по стандартизации; порядок определения уровня унификации изделий; методику проведения унификации на всех этапах создания и развития продукта и т.д. 145 Государственные и отраслевые стандарты на общетехнические нормы устанавливают единые термины, понятия, обозначения, а также требования к технической и другой служебной документации, применяемой во всех сферах человеческой деятельности. Это стандарты, регламентирующие обозначения технических величин, единицы измерения, систему конструкторской документации, систему нормативно-технической документации, систему технологической, товаросопроводительной и других видов документации. В радиоэлектронной промышленности общетехнические нормы большей частью совпадают с общепромышленными нормами, регламентируемыми государственными стандартами. Однако некоторая часть общетехнических норм относится только к радиоэлектронной технике. В частности, это обозначение радиотехнических величин и величин импульсной техники, термины и обозначения, применяемые при разработке и эксплуатации отдельных групп и видов радиоэлектронной аппаратуры (вычислительная техника, телевидение, измерительная техника, подвижная и проводная связь, радиосвязь). Рассмотрим ряд основных проектно-конструкторских и производственно технологических документов. В сфере производства в отраслях Российской Федерации установлены и действуют единые государственные системы стандартов, которые обеспечивают единообразие и эффективность проведения важнейших видов работ, общих для различных отраслей хозяйства. К ним прежде всего относятся: Государственная система стандартизации (ГСС); Государственная система обеспечения единства измерений (ГСОЕИ, упрощенно - ГСИ); Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации (ЕСККТИ); Единая система конструкторской документации (ЕСКД); Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП); Единая система технологической документации (ЕСТД); Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ). Государственная система обеспечения единства измерений. Важной особенностью метрологии является ее законодательный характер благодаря действию в нашей стране комплекса государственных стандартов, объединенных в Государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ). Точные и достоверные измерения обеспечивают соответствие выпускаемой продукции требованиям стандартов, техническим условиям и другой нормативно-технической документации. Таким образом, измерения лежат в самой основе производства и в значительной мере определяют возможность получения качественной продукции. Огромное разнообразие измеряемых физических величин, методов и средств измерений, применяемых в народном хозяйстве, потребовали разработки в рамках ГСС единой системы метрологического обеспечения разработки, производства, испытаний и эксплуатации продукции, научных исследований и других видов деятельности во всех отраслях хозяйства. Единая десятичная система классификации и кодирования технико - экономической информации. Современный технический прогресс промышленности и связанное с этим увеличение потоков информации требуют оперативной ее обра- 146 ботки для планирования, учета и эффективной координации деятельности предприятий и отраслей. Этой цели служит общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации на базе государственной системы вычислительных центров и единой автоматической сети связи страны. Работа автоматизированной системы требует применения языка программирования низкого уровня - Ассемблера, т.е. перевода технико-экономической информации на язык цифровых кодов. Для этого создана Государственная система классификации и кодирования, включающая комплекс взаимосвязанных общесоюзных классификаторов промышленной и сельскохозяйственной продукции, конструкторской документации и технологический классификатор. Система классификации объектов технико-экономической информации это совокупность правил, определяющих распределение объектов по классам (классификационным группам) на основании общих признаков, присущих объектам данного рода и отличающих их от других. В основу классификации закладывается логическая последовательность признаков, при этом процесс кодирования предмета существенно упрощается, поскольку осуществляется в однозначном соответствии с принятой системой классификации. Кодирование технико экономической информации на основе системы классификации позволяет непосредственно по коду объекта судить о его характеристиках (конструктивных, технологических, эксплуатационных). Система классификации и кодирования обеспечивает четкую систематизацию всех объектов по их техническим и экономическим характеристикам с присвоением каждому объекту единого уникального кода. В Российской Федерации разработан и действует Общероссийский классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП). Он представляет собой систематизированный свод кодов и наименований выпускаемой продукции, иначе говоря, ОКП - это в не котором роде словарь, предназначенный для кодирования изделий цифровыми кодами для последующей компьютерной обработки. В основу ОКП заложена Единая десятичная система классификации промышленной и сельскохозяйственной продукции (ЕДСКП). В классификации установлен принцип последовательной конкретизации классификационных группировок. Вся выпускаемая в стране продукция подразделяется на 100 классов в соответствии с отраслями производства и конкретизируется по свойствам и назначению продукции. Затем каждый класс делится на 10 подклассов, каждый подкласс - на 10 групп, каждая группа - на 10 подгрупп и каждая подгруппа - на 10 видов. Каждый вид может включать до 9999 конкретных наименований продукции. Перечисленные ступени деления продукции используются для кодирования групповой номенклатуры продукции. Единая система конструкторской документации. Для радиотехники из общетехнических норм наиболее важное значение имеет система конструкторской документации, устанавливающая единые правила и требования к разработке, выполнению, оформлению, обозначению, учету, хранению и изменению конструкторской документации, включая эксплуатационную и ремонтную документа- 147 цию. Эта система регламентирована в комплексе государственных стандартов под общим наименованием Единая система конструкторской документации. Ряд положений, установленных ЕСКД, должен быть положен в основу при разработке систем технологической и другой служебной документации. В ЕСКД установлены единые правила выполнения конструкторских документов на однотипные изделия и систему их обозначений. В радиотехнике часто необходимо разработать специальную конструкторскую документацию на изделие в тропическом, экспортном или другом исполнении, несмотря на то, что ранее были выпущены конструкторские документы на это изделие в обычном исполнении. ЕСКД предусматривает возможность дополнения ранее выпущенных конструкторских документов данными, необходимыми для изготовления аналогичных изделий в тропическом, экспортном или ином исполнении. При разработке Единой системы конструкторской документации были использованы многие правила и положения, установленные в междуведомственных нормалях Системы чертежного хозяйства (МНСЧХ), широко внедренных в приборостроительные отрасли и в том числе в радиоэлектронной промышленности. В то же время ЕСКД устанавливает целый ряд принципиально новых положений, отвечающих современным требованиям организации проектирования, отработки и производства изделий. Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). важным звеном в обеспечении качества выпускаемой продукции является технологическая подготовка производства (ТПП). В процессе изготовления изделий производится доводка их качества. Современному объекту производства свойственно значительное количество изменений и модификаций конструкции и технологии изготовления, т.е. практически работы по технологической подготовке не прекращаются до смены объекта производства. В технологической подготовке производства есть круг общих вопросов, не зависящих от отраслевой принадлежности предприятий, например методы технологической классификации и кодирования деталей, сборочных единиц, технологических процессов, оборудования, оснастки, инструмента, формы конструкторской и технологической документации и пр. Ответы на все эти вопросы и дает ЕСТПП. Как единая структура стандартов ЕСТПП выдвигает ряд требований к другим общетехническим и отраслевым системам, таким, как классификация и кодирование элементов ТПП; построение системы информации; типизация и стандартизация средств и технологических процессов основного и вспомогательного производства; стандартизация правил оформления технологической и организационно - технической документации. Все это регламентируется стандартами Единой системы технологической документации. Единая система технологической документации (ЕСТД) - взаимосвязанный комплекс государственных стандартов, устанавливающих:  формы документации общего назначения; 148  правила оформления технологических процессов и формы документации, в частности, применительно к процессам, специфичным для отраслей радиотехники, электроники и пр. 15.6. Организация работ по стандартизации. Государственный надзор за соблюдением стандартов Государственное управление деятельностью по стандартизации (в том числе и в области метрологии и метрологического обеспечения) на всех уровнях управления хозяйством в Российской Федерации осуществляет Госстандарт России. Другие министерства, ведомства и органы государственного управления организуют деятельность по стандартизации в пределах их компетенции. Госстандарт России несет полную ответственность за состояние и дальнейшее развитие, стандартизации, а также проведение единой технической политики в области стандартизации, сертификации и метрологии. Организация работ по стандартизации Основными задачами Госстандарта России являются:  определение основных направлений развития и разработка научно методических и технико-экономических основ стандартизации, сертификации и метрологии;  государственный надзор за соблюдением стандартов и ТУ, состоянием и применением измерительной техники в отраслях хозяйства;  стандартизация основных показателей качества продукции в области радиоэлектроники, общих требований к ее разработке, производству, приемке и методам испытаний и измерений, организация работы по аттестации и сертификации качества промышленной продукции в стране;  развитие унификации промышленных изделий как важнейшего условия специализации, комплексной механизации и автоматизации производства;  обеспечение единства и достоверности измерений в стране, укрепление и развитие государственной метрологической службы и эталонной базы, создание новых и совершенствование существующих методов и средств измерений высшей точности;  стандартизация методов и средств измерений, контроля и испытаний, а также значений физических констант, аттестация стандартных образцов веществ, материалов и изделий;  организация и проведение государственных испытаний средств измерений. В соответствии с этими задачами Госстандарт России выполняет следующие функции:  представляет в установленном порядке Российскую Федерацию в международных организациях по вопросам стандартизации и метрологии; 149  разрабатывает проекты перспективных и годовых планов государственной стандартизации (и представляет их на утверждение Правительству Российской Федерации или утверждает), рассматривает и согласовывает проекты планов отраслевой и территориальной стандартизации;  осуществляет методическое руководство и координирует деятельность министерств и ведомств в области стандартизации и сертификации;  утверждает государственные стандарты, разрабатывает и утверждает важнейшие стандарты и другие нормативно-технические документы по стандартизации межотраслевого значения;  устанавливает единицы физических величин, допускаемые к применению в стране; разрабатывает, утверждает и хранит государственные эталоны физических величин. Руководство работами по стандартизации, сертификации и их координацию Госстандарт Российской Федерации осуществляет непосредственно или через свои научно-исследовательские институты, территориальные органы, а также через отраслевые, головные и базовые организации по стандартизации. В стране функционирует система органов и служб стандартизации, про водящих работы по стандартизации (в том числе и в областях радиотехники и метрологического обеспечения) на всех уровнях управления хозяйством. Система стандартизации построена по территориально - отраслевому принципу и включает: 1. государственные органы стандартизации и их службы; органы и службы стандартизации в отраслях народного хозяйства; 2. территориальные органы и службы стандартизации. Основные положения, регламентирующие номенклатуру и структуру органов и служб стандартизации в стране, их компетенцию устанавливает ГОСТ Р «Государственная система стандартизации. Органы и службы стандартизации». Территориальные органы и службы стандартизации охватывают всю территорию страны и реализуют функции и права Госстандарта России на закрепленной за ними территории. Структура территориальных органов содержит: 1. областные (территориальные) управления Госстандарта России; 2. центры метрологии и стандартизации Госстандарта России (ЦМС); 3. областные лаборатории государственного надзора за соблюдением стандартов и измерительной техникой Госстандарта России. Центры метрологии и стандартизации несут ответственность за научно методическое обеспечение развития стандартизации и метрологии, проводят научные исследования и осуществляют функции и права лабораторий государственного надзора Госстандарта России на закрепленных территориях. Областные лаборатории государственного надзора за стандартами и измерительной техникой отвечают за состояние и развитие стандартизации и метрологического обеспечения на предприятиях и в организациях, расположенных на территории области. Государственные стандарты Российской Федерации и изменения к ним подлежат государственной регистрации в порядке, установленном Госстандартом России. Информация о принятых межотраслевых и отраслевых 150 стандартах, стандартах научно-технических и инженерных обществ представляется разработчиками стандартов в Госстандарт России. Обновление или отмену действующих государственных стандартов Российской Федерации осуществляют по ГОСТ Р 1.2-92. Исключительное право издания и переиздания государственных стандартов Российской Федерации, стандартов и рекомендаций по стандартизации международных и региональных организаций, в которых Российскую Федерацию представляет Госстандарт России, принадлежит Госстандарту России. Госстандарт Российской Федерации ежегодно издает указатели «Государственные стандарты РФ», содержащие перечни зарегистрированных в его органах государственных стандартов и технических условий, информацию об их изменениях, а также перечни иностранных и международных стандартов. Обязанности всего информационного обеспечения в области стандартизации и метрологии возложены на органы и службы стандартизации Госстандарта России, министерств, ведомств и отраслей. Государственный надзор за соблюдением стандартов Государственный надзор (госнадзор) за соблюдением субъектами хозяйственной деятельности требований Государственных стандартов на территории Российской Федерации организуют и осуществляют Госстандарт и специально уполномоченные органы управления в пределах их компетенции в соответствии с законом РФ «О стандартизации». Основной задачей государственного надзора является необходимость систематически контролировать соблюдение стандартов и повсеместно содействовать предупреждению нарушений обязательных требований к объектам стандартизации. Государственный надзор за стандартами и средствами измерений проводится в непроизводственных объединениях, промышленных предприятиях, в научно-исследовательских институтах и проектно -конструкторских организациях. Надзор охватывает все стадии цикла по выпуску продукции - проектирование, разработку, подготовку производства, изготовление, поставку, реализацию, эксплуатацию, хранение, ремонт и утилизацию, а также выполнение работ и оказание услуг. Распространяется надзор на все виды производимой продукции и призван контролировать деятельность предприятий по стандартизации, метрологии и управлению качеством. Осуществляется государственный надзор как в форме выявления нарушений во внедрении и соблюдении требований стандартов, так и в форме контроля реализуемой продукции, в том числе проведения обязательных сертификационных испытаний. Надзор оказывает предприятиям помощь в разработке и осуществлении мероприятий по выпуску продукции соответствующего качества. При этом предусматривается комплексная проверка основного предприятия и организаций, изготавливающих сырье, полуфабрикаты и комплектующие изделия. 151 15.7.Основные вопросы стандартизации в радиоэлектронике Анализ современного состояния мировой экономики позволяет сделать вывод, что мероприятия по стандартизации в радиоэлектронной промышленности Российской Федерации в ближайшие годы должны проводиться по ряду следующих направлений. В области радиоизмерений:  стандартизация параметров и методов измерений;  унификация цифровых приборов для измерения основных параметров радиоаппаратуры в процессе ее регулирования, испытаний и контроля;  стандартизация и унификация общих требований, методов расчета и испытаний на надежность, а также установление, критериев оценки качества радиоаппаратуры при ее разработке, изготовлении, эксплуатации и хранении;  разработка и внедрение виртуальных измерительных приборов на основе компьютерной техники. В области радиовещания и телевидения:  установление современных технических требований, методов испытаний, способов хранения и транспортировки, а также требований техники безопасности, повышение качества и надежности радиовещательных и телевизионных приемников, магнитофонов и т.д;  разработка и внедрение научно обоснованных технических требований и единых технических показателей, обеспечивающих высококачественное изображение и надежность систем цветного телевидения, путем использования телевидения высокой четкости (ТВЧ) и цифровых систем обработки телевизионной информации. В области электронной техники и микроэлектроники:  разработка и введение в действие комплекса стандартов, регламентирующих общие технические требования, ряды параметров, методы измерения, габаритные и присоединительные размеры радиодеталей, радиокомпонентов и изделий микроэлектроники;  внедрение технико-экономических и качественных показателей для массовых изделий электронной техники и микроэлектроники на уровне лучших мировых образцов;  стандартизация комплекса технических требований к материалам, предназначенным для изготовления изделий электронной техники и микроэлектроники;  стандартизация и унификация аппаратуры электронно-ионной, лазерной, плазменной и других видов современных технологий для различных производственных процессов. В области средств связи:  разработка и введение в действие единых стандартов на системы подвижной (мобильной) связи, радио- и телевизионного вещания (в том числе спутни- 152 кового), аппаратуру вторичного уплотнения, телеграфные и фототелеграфные каналы, норм на тракты международной и междугородной сетей связи для повышения качества передачи всех видов информации;  установление единых общих технических требований, методов испытаний, унификация узлов, деталей и блоков комплекса радиотелефонного, телефонного и телеграфного оборудования;  внедрение наиболее рациональных параметрических и размерных рядов, типов, видов, марок аппаратуры, предназначенной для сетей радиотелефонной связи различных отраслей народного хозяйства;  установление общих требований на аппаратуру и оборудование узлов связи проводной радиофикации городской и сельской сети для повышения качества радиовещания. В области унификации узлов, блоков и приборов общего применения:  разработка комплекса стандартов, регламентирующих требования, правила и нормы, предъявляемые к проектированию, испытанию, изготовлению и эксплуатации узлов, блоков и приборов общего применения на основе гибридных и интегральных микросхем;  создание унифицированных параметрических и размерных рядов, узлов, блоков и приборов общего применения, в том числе вторичных источников питания радиоэлектронной аппаратуры. 15.8.Международное сотрудничество в сфере стандартизации Сложившееся современное международное разделение труда и связанная с этим торговля и научно-техническое сотрудничество потребовали достижения международных соглашений и разработки международных нормативных документов, требования которых имели бы однозначное толкование как для изготовителя, так и для потребителя. Подобные документы должны содержать технические требования, методы и условия испытаний, точные определения величин, которые следует измерять, сведения о приборах, с помощью которых производятся измерения, данные о точности этих приборов и методах их поверки. Международное сотрудничество в сфере стандартизации проводится по линии международных и региональных организаций по стандартизации, а также многосторонних и двусторонних связей между государствами на основании соответствующих указов Президента и постановлений правительства Российской Федерации. В области международной стандартизации участвует несколько международных организаций, среди которых наиболее известны: Международная организация по стандартизации (ИСО, англ. - ISO); Международная электротехническая комиссия (МЭК); Европейская организация по контролю качества (ЕОКК); Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ); Международное бюро мер и весов (МБМВ) и ряд других. Международные стандарты и рекомендации этих организаций, формально не являясь обязательными 153 нормативными документами, фактически соблюдаются всеми заинтересованными сторонами в той мере, в какой это им необходимо. Наиболее представительной и известной из международных организаций, занимающихся стандартизацией, является Международная организация по стандартизации, в которую входят на настоящее время более 170 стран. Эта организация разрабатывает международные стандарты всех возможных видов: организационно-методические, технические требования, методы испытаний и т.д. Стандарты. Международной организации по стандартизации (международные стандарты ISO) обычно разрабатываются и вводятся в действие следующим образом. Специалистами ISO выбирается за основу наиболее прогрессивный, современный и действующий национальный стандарт одной из стран и в качестве первой редакции стандарта ISO переводится на английский, французский, немецкий и русский языки и рассылается для ознакомления и сбора отзывов всем членам технического комитета по данному направлению. После этого на основании отзывов разрабатывается вторая редакция и процесс повторяется. Затем на заседании технического комитета обсуждаются разногласия и вырабатывается единая редакция документа, которая утверждается на основе консенсуса. Стандарты ISO носят рекомендательный характер, хотя часто применяются в международных и межгосударственных контрактах в качестве обязательных. Из международных организаций по стандартизации, построенных по отраслевому принципу, наибольшую известность и влияние имеет МЭК, которая курирует все вопросы, связанные с электрической и электронной техникой. Организационная структура и принципы деятельности ее аналогичны ISO, часто они работают совместно и выпускают единые документы. Обозначения стандартов МЭК аналогичны ГОСТ, в случае выпуска совместного стандарта с ISO он имеет обозначение ISO/IEC. В большинстве стран мира организация работ по стандартизации построена по похожим схемам. Отличие обычно заключается в степени централизации разработки стандартов и уровне участия в ней коммерческих и общественных организаций. Во многих странах мира требования регламентируются не для производимой, а для потребляемой продукции на территории данной страны. 154 Глава 16. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА СЕРТИФИКАЦИИ В истории Российской Федерации современный этап характеризуется переходом на рыночные отношения, внедрением экономических методов управления, повышением самостоятельности предприятий, активизацией участия в международном разделении труда и освоении рынков сбыта продукции. В этих условиях повышение качества продукции и услуг становится одной из важнейших экономических, политических, идеологических и нравственных задач нашей страны. 16.1.Общие сведения Стандарты и технические условия, устанавливающие определенные требования на продукцию, заставляют изготовителя добиваться достижения необходимых потребительских свойств и качества продукции для обеспечения ее конкурентоспособности и сбыта. В условиях рыночной экономики, и изготовитель, и потребитель заинтересованы в официальном подтверждении высокого уровня качества продукции. Таким подтверждением служит сертификация продукции и услуг. Сертификация стала обязательной. Она рассматривается как официальное подтверждение качества и определяет конкурентоспособность продукции, а значит и развитие производства, его рентабельность и эффективность. Установленные нормативные действия по подтверждению качества продукции или услуг и получили название «сертификация» (от франц. certificat - документ, удостоверяющий качество изделия). Как таковая, сертификация появилась очень давно. Ремесленники в древних городах каким-либо способом помечали свои изделия, чтобы удостоверить свое авторство. Таким подтверждением являлось, например, клеймо мастера на изделии. Свидетельством качества реализуемого товара часто выступало просто заявление мастера, если он имел высокую и безупречную репутацию среди покупателей. Согласно рекомендациям ИСО «сертификация соответствия представляет собой действие, удостоверяющее посредством сертификата соответствия или знака соответствия, что изделие или услуга соответствует определенным стандартам или другим нормативным документам». Это определение стало основой понятия сертификации соответствия, принятого сегодня в системе сертификации ГОСТ Р в Российской Федерации: сертификация продукции (далее - сертификация) - это деятельность по подтверждению соответствия продукции установленным требованиям. В настоящее время под сертификацией соответствия понимается действие третьей стороны, доказывающее, что обеспечивается необходимая уверенность в том, что должным образом идентифицированная продукция, процесс или услуга соответствует конкретному стандарту или другому нормативному документу. 155 В Российской Федерации сертификация продукции и услуг стала обязательной. Сертификация теперь рассматривается как официальное подтверждение качества и во многом определяет конкурентоспособность продукции, а значит и развитие производства, его эффективность и рентабельность. 16.2. Организационная база сертификации Нормативная и техническая база для создания национальной системы сертификации сформировалась в Российской Федерации в начале 90-х годов XX в. Законодательно сертификация, как обязательная процедура защиты прав потребителя, была введена в действие в 1992 г. Законом Российской Федерации «О защите прав потребителя». С 1992 г. в России введена в действие система обязательной сертификации ГОСТ Р. Законодательные основы работ по сертификации Законодательная деятельность по сертификации в России обеспечивается и регулируется: законами Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг», «О защите прав потребителей», «Об обеспечении единства измерений», «О стандартизации», «О техническом регулировании»; подзаконными актами, направленными на решение отдельных социальноэкономических задач и предусматривающими использование для этой цели обязательной сертификации; указами Президента и нормативными актами Правительства Российской Федерации. Нормативная база сертификации содержит: совокупность нормативных документов, на соответствие требованиям которых проводится сертификация продукции и услуг, а также документов, устанавливающих методы проверки соблюдения этих требований; комплекс организационно-методических документов, определяющих правила и порядок проведения работ по сертификации. Основополагающим документом Российской Федерации в области сертификации является Закон «О сертификации продукции и услуг». Данный Закон устанавливает правовые основы обязательной и добровольной сертификации продукции, услуг и иных объектов (например, систем качества предприятий) в Российской Федерации, а также права, обязанности и ответственность участников сертификации. Он состоит из четырех разделов, объединяющих 20 статей. В силу важности Закона для дальнейшего изучения процессов сертификации приведем его положения и кратко их проанализируем. Раздел I «Общие положения» включает в себя шесть статей Статья 1. Понятие «сертификации». Это понятие содержит общее определение сертификации продукции и устанавливает цели проведения сертификации. 156 Сертификация осуществляется в целях: создания условий для деятельности предприятий, учреждений, организаций и предпринимателей на едином товарном рынке Российской Федерации, а также для участия в международном экономическом, научно - техническом сотрудничестве и международной торговле; содействия потребителям в компетентном выборе продукции; защиты потребителя от недобросовестности изготовителя (продавца, исполнителя); контроля безопасности продукции для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; подтверждения показателей качества продукции, заявленных изготовителем. Сертификация может иметь обязательный и добровольный характер. Статья 2. Законодательство Российской Федерации о сертификации. Отношения в области сертификации регулируются настоящим Законом и издаваемыми с ним актами законодательства Российской Федерации. Статья 3. Международные договоры. Если международным договором Российской Федерации установлены иные правила, чем те, которые содержатся в законодательстве российской Федерации о сертификации, то применяются правила международного договора. Статья 4. Полномочия Госстандарта России. Госстандарт России в соответствии с настоящим Законом: формирует и реализует государственную политику в области сертификации, устанавливает общие правила и рекомендации по проведению сертификации на территории Российской Федерации и опубликовывает официальную информацию о них; проводит государственную регистрацию систем сертификации и знаков соответствия, действующих в Российской Федерации; опубликовывает официальную информацию о действующих в Российской Федерации системах сертификации и знаках соответствия и представляет ее в установленном порядке в международные (региональные) организации по сертификации; готовит в установленном порядке предложения о присоединении к международным (региональным) системам сертификации, а также может в установленном порядке заключать соглашения с международными (региональными) организациями о взаимном признании результатов сертификации; представляет в установленном порядке Российскую Федерацию в международных (региональных) организациях по вопросам сертификации как национальный орган Российской Федерации по сертификации. Статья 5. Система сертификации. Эта статья определяет понятие и требования к созданию и регистрации систем сертификации в России. 1. Система сертификации создается государственными органами управления, предприятиями, учреждениями и организациями и представляет собой сово- 157 купность участников сертификации, осуществляющих сертификацию по правилам, установленным в этой системе в соответствии с настоящим Законом. В систему сертификации могут входить предприятия, учреждения и организации независимо от форм собственности, а также общественные объединения. В систему сертификации могут входить несколько систем сертификации однородной продукции. 2. Системы сертификации подлежат государственной регистрации в установленном Госстандартом России порядке. Статья 6. Сертификат и знак соответствия 1. Сертификат соответствия (далее - сертификат) - документ, выданный по правилам системы сертификации для подтверждения соответствия сертифицированной продукции установленным требованиям. Обязательной составной частью сертификата соответствия является сертификат пожарной безопасности. Порядок организации и проведения сертификации продукции и услуг в области пожарной безопасности определяется Государственной противопожарной службой Министерства внутренних дел Российской Федерации по согласованию с федеральным органом исполнительной власти в области стандартизации, метрологии и сертификации. 2. Знак соответствия - зарегистрированный в установленном порядке знак, которым по правилам, установленным в данной системе сертификации, подтверждается соответствие маркированной им продукции установленным требованиям. Порядок государственной регистрации знаков соответствия устанавливается Госстандартом России. 3. Правила применения знаков соответствия устанавливаются конкретной системой сертификации в соответствии с правилам и, устанавливаемыми Госстандартом России. Раздел II «Обязательная сертификация» состоит из 10 статей Статья 7. Обязательная сертификация 1. Обязательная сертификация осуществляется в случаях, предусмотренных законодательными актами Российской Федерации. 2. Организация и проведение работ по обязательной сертификации возлагаются на Госстандарт России, а в случаях, предусмотренных законодательными актами Российской Федерации в отношении отдельных видов продукции, могут быть возложены на другие государственные органы управления Российской Федерации. 3. Формы обязательной сертификации продукции устанавливаются Госстандартом России либо другими государственными органами управления Российской Федерации, уполномоченными на то в соответствии с настоящей статьей, с учетом сложившейся международной и зарубежной практики. 4. Запрещается рекламировать продукцию, подлежащую обязательной сертификации, но не имеющую сертификата соответствия. Статья 8. Участники обязательной сертификации. Участниками обязательной сертификации являются Госстандарт России, иные государственные ор- 158 ганы управления Российской Федерации, уполномоченные проводить работы по обязательной сертификации, органы по сертификации, испытательные лаборатории (центры), изготовители (продавцы, исполнители) продукции, а также центральные органы систем сертификации, определяемые в необходимых случаях для организации и координации работ в системах сертификации однородной продукции. Допускается участие в проведении работ по обязательной сертификации зарегистрированных некоммерческих (бесприбыльных) объединений (союзов) и организаций любых форм собственности при условии их аккредитации соответствующим государственным органом управления. Статья 9. Правомочия государственных органов управления. Этим органом является Госстандарт. Госстандарт России и другие государственные органы управления Российской Федерации, на которые законодательными актами российской Федерации возлагаются организация и проведение работ по обязательной сертификации в пределах своей компетенции: создают системы сертификации однородной продукции и устанавливают правила процедуры и управления для проведения сертификации в этих системах; осуществляют выбор способа подтверждения соответствия продукции требованиям нормативных документов (формы сертификации); определяют центральные органы систем сертификации; аккредитуют органы по сертификации и испытательные лаборатории (центры) и выдают им разрешения на право проведения определенных видов работ (лицензии на проведение определенных видов работ); ведут государственный реестр участников и объектов сертификации; устанавливают правила признания зарубежных сертификатов, знаков соответствия и результатов испытаний; устанавливают правила аккредитации и выдачи лицензий на проведение работ по обязательной сертификации; осуществляют государственный контроль и надзор и устанавливают порядок инспекционного контроля за соблюдением правил сертификации за сертифицированной продукцией; рассматривают апелляции по вопросам сертификации; выдают сертификаты и лицензии на применение знака соответствия. Статья 10. Обязанности центрального органа системы сертификации. Центральным является орган, возглавляющий систему сертификации. Центральный орган системы сертификации: организует, координирует работу и устанавливает правила процедуры и управления в возглавляемой им системе сертификации; рассматривает апелляции заявителей по поводу действий органов по сертификации, испытательных лабораторий (центров). Статья 11. Обязанности органа по сертификации. Орган по сертификации: сертифицирует продукцию, выдает сертификаты и лицензии на применение знака соответствия; 159 проводит идентификацию продукции, предоставленной для сертификации, в соответствии с правилами системы сертификации; приостанавливает либо отменяет действие выданных им сертификатов; осуществляет в установленном порядке инспекционный контроль за сертифицированной продукцией; предоставляет заявителю по его требованию необходимую информацию в пределах своей компетенции. Орган по сертификации и его сотрудники несут юридическую ответственность за нарушение правил сертификации. Статья 12. Обязанности испытательной лаборатории (центра). Испытательные лаборатории (центры), аккредитованные в установленном соответствующей системой сертификации порядке, осуществляют испытания конкретной продукции или конкретные виды испытаний и выдают протоколы испытаний для целей сертификации. Испытательные лаборатории (центры) являются участниками систем сертификации продукции или конкретных видов испытаний. Выданные этими лабораториями протоколы испытаний служат объективной основой для выдачи сертификата соответствия или отказа в этом органом по сертификации. Порядок работы испытательных лабораторий и требования к ним устанавливаются соответствующими нормативными документами системы сертификации. Лаборатория и ее сотрудники несут ответственность за нарушение правил сертификации. Статья 13. Обязанности изготовителей (продавцов, исполнителей). Изготовители (продавцы, исполнители) продукции, подлежащей обязательной сертификации и реализуемой на территории Российской Федерации, обязаны: реализовывать эту продукцию только при наличии сертификата, выданного или признанного уполномоченным на то органом; обеспечивать соответствие реализуемой продукции требованиям нормативных документов, на соответствие которым она была сертифицирована, и маркирование ее знаком соответствия в установленном порядке; указывать в сопроводительной технической документации сведения о сертификации и нормативных документах, которым должна соответствовать продукция, и обеспечивать доведение этой информации до потребителя (покупателя, заказчика); приостанавливать или прекращать реализацию сертифицированной продукции, если она не отвечает требованиям нормативных документов, на соответствие которым сертифицирована, по истечении срока действия сертификата или в случае, если действие сертификата приостановлено либо отменено решением органа по сертификации; обеспечивать беспрепятственное выполнение своих полномочий должностными лицами органов, осуществляющих обязательную сертификацию продукции и контроль за сертифицированной продукцией; 160 извещать орган по сертификации в установленном им порядке об изменениях, внесенных в техническую документацию или в технологический процесс производства сертифицированной продукции. Согласно Закону Российской Федерации «О защите прав потребителей» и другим актам законодательства наличие сертификата обязательно для продукции, реализуемой на территории Российской Федерации, в том числе импортной. Требования к экспортируемой продукции определяется заказчиком (покупателем). Статья 14. Условия ввоза импортируемой продукции. Статья устанавливает требования к сертификации продукции, ввозимой на территорию РФ. 1. В условиях контрактов (договоров), заключаемых на поставку в Российскую Федерацию продукции, подлежащей в соответствии с актами законодательства Российской Федерации обязательной сертификации, должно быть предусмотрено наличие сертификата и знака соответствия, подтверждающих ее соответствие установленным требованиям. Указанные сертификаты и знаки соответствия должны быть выданы или признаны уполномоченным на то органом Российской Федерации. 2. Сертификаты или свидетельства об их признании представляются в таможенные органы вместе с грузовой таможенной декларацией и являются необходимыми документами для получения разрешения на ввоз продукции на территорию Российской Федерации. 3. Порядок ввоза на территорию Российской Федерации продукции, подлежащей обязательной сертификации, устанавливается государственным таможенным комитетом Российской Федерации и Госстандартом России в соответствии с законодательными актами Российской Федерации. Эта статья запрещает реализацию импортной продукции, подлежащей обязательной сертификации, без сертификата, выданного и признанного в установленном порядке. Для облегчения импортерам товаров пересечения таможенной границы установлена обязанность предусматривать в контрактах на поставку наличие сертификата и маркировку продукции знаком соответствия, подтверждающих ее соответствие требованиям безопасности, действующим в Российской Федерации. Статья 15. Государственный контроль и надзор за соблюдением правил обязательной сертификации и за сертифицированной продукцией. Статья состоит из двух пунктов. 1. Государственный контроль и надзор за соблюдением изготовителями (продавцами, исполнителями), испытательными лабораториями (центрами), органами по сертификации правил обязательной сертификации и за сертифицированной продукцией осуществляется Госстандартом России, иными специально уполномоченными государственными органами управления Российской Федерации в пределах их компетенции. 2. Непосредственно государственный контроль и надзор за соблюдением правил сертификации и сертифицированной продукцией проводится долж- 161 ностными лицами, осуществляющими государственный контроль и надзор за соблюдением обязательных требований государственных стандартов. Указанные должностные лица осуществляют государственный контроль и надзор за соблюдением правил по сертификации и за сертифицированной продукцией в порядке и на условиях, установленных Законом Российской Федерации «О стандартизации». Согласно Закону РФ «О стандартизации» должностные лица от имени Госстандарта России непосредственно контролирующие и надзирающие за соблюдением правил сертификации и сертифицированной продукцией, имеют специальное наименование - государственный инспектор. Статья 16. Финансирование работ по сертификации и государственному контролю и надзору. 1. Обязательному государственному финансированию подлежат: разработка прогнозов развития сертификации, правил и рекомендаций по ее проведению; обеспечение официальной информацией в области сертификации; участие в работе международных (региональных) организаций по сертификации и проведение работ с зарубежными национальными органами по сертификации; разработка и (или) участие в разработке международных (региональных) правил и рекомендаций по сертификации; разработка проектов актов законодательства в области сертификации; проведение научно-исследовательских и иных работ по сертификации, имеющих общегосударственное значение; проведение государственного контроля и надзора за соблюдением правил сертификации и за сертифицированной продукцией; ведение Государственного реестра по сертификации и аккредитации и архивное хранение материалов по государственной регистрации систем сертификации и знаков соответствия; другие работы по обязательной сертификации, определяемые законодательством Российской Федерации. 2. Оплата работ по обязательной сертификации конкретной продукции производится заявителем в порядке, установленном Госстандартом России и государственными органами управления российской Федерации, на которые законодательными актами российской Федерации возложены организация и проведение обязательной сертификации, по согласованию с Министерством финансов Российской Федерации. Сумма средств, израсходованных заявителем на проведение обязательной сертификации своей продукции, относится на ее себестоимость. В соответствии с налоговым законодательством указанные средства исключаются из сумм, подлежащих налогообложению. Раздел III «Добровольная сертификация» содержит 3 статьи Статья 17. Добровольная сертификация. По продукции и услугам, не подлежащим в соответствии с законодательными актами Российской Федерации обязательной сертификации, и по требованиям, на соответствие которым законодательными актами Российской Федерации не предусмотрено проведение обяза- 162 тельной сертификации, по инициативе заявителей (изготовителей, продавцов, исполнителей) может проводиться добровольная сертификация в целях подтверждения их соответствия требованиям стандартов, технических условий, рецептур и других документов. Добровольная сертификация проводится на условиях договора между заявителем и органом по сертификации. Статья 18. Организация добровольной сертификации. В статье отмечается, что добровольная сертификация осуществляется органами по сертификации, входящими в систему добровольной сертификации, образованную любым юридическим лицом, зарегистрировавшим в установленном порядке данную систему и знак соответствия в специально уполномоченном федеральном органе исполнительной власти в области сертификации. Органом по добровольной сертификации может быть юридическое лицо, образовавшее систему добровольной сертификации или взявшее на себя функцию органа по добровольной сертификации на условиях договора с юридическим лицом, образовавшим данную систему. Орган по добровольной сертификации осуществляет сертификацию продукции, выдает сертификаты, а также на условиях договора с заявителем предоставляет ему право на применение знака соответствия либо приостанавливает или отменяет действие выданных сертификатов. Системы сертификации, имеющие статус добровольных, основываются на их авторитете. Не являясь обязательными, они оказывают, тем не менее, заметное влияние на качество продукции, вызывают доверие потребителя к изготовителю (или поставщику), повышают конкурентоспособность продукции. Статья 19. Права заявителя. При заключении договора на проведение сертификации заявитель вправе получить от органа по добровольной сертификации необходимую информацию о правилах сертификации продукции, а также определить форму сертификации. Раздел IV. «Ответственность за нарушение положений настоящего Закона» состоит из одной статьи. Статья 20. Уголовная, административная либо гражданско-правовая ответственность. Юридические и физические лица, а также органы государственного управления, виновные в нарушении правил обязательной сертификации, несут в соответствии с действующим законодательством уголовную, административную либо гражданско-правовую ответственность. Деятельность по сертификации в РФ регулируется также законами РФ «Об обеспечении единства измерений» и «О стандартизации». В первом из них устанавливаются требования к организации и проведению измерений, испытаний и контроля, которые составляют объективную основу оценки соответствия продукции при сертификации. Во втором введены общеrocyдарс1Венные требования к назначению, применению и соблюдению стандартов и нормативных документов, в том числе к тем, на соответствие которым проводится сертификация. 16.3. Объекты сертификации 163 Во II и III разделах закона «О сертификации продукции и услуг» отмечалось, что сертификация делится на обязательную и добровольную. Обязательная сертификация распространяется на продукцию и услуги, связанные с обеспечением безопасности окружающей среды, жизни, здоровья и имущества. Нормативные требования на продукцию и услуги должны выполняться всеми производителями на внутреннем рынке и импортерами при ввозе товаров на территорию России. Номенклатура товаров и услуг, подлежащих обязательной сертификации, определяется Госстандартом России в соответствии с законом «О защите прав потребителей». Работы по обязательной сертификации осуществляются органами по сертификации и испытательными лабораториями (центрами), аккредитованными в установленном порядке системами обязательной сертификации. Область распространения обязательной сертификации схематично можно представить следующим образом. Продукция: товары машиностроительного комплекса; товары электронной, электротехнической и приборостроительной промышленности; медицинская техника и медицинская продукция; товары легкой промышленности, сельскохозяйственного производства и пищевой продукции; товары сырьевых отраслей и деревообрабатывающей промышленности; средства защиты органов дыхания и спецзащиты; ветеринарные биологические препараты; изделия пиротехники; тара. Услуги: торговли и общественного питания; бытовые; пассажирского транспорта и связи; туристические и экскурсионные; прочие. Добровольная сертификация продукции и услуг проводится в тех случаях, когда стандарты или нормы не касаются требований безопасности и носят добровольный характер для товаропроизводителя. Необходимость добровольной сертификации появляется, когда несоответствие стандартам или другим нормативам на объекты сертификации не отвечает экономическим интересам отраслей индустрии, крупных финансово-промышленных групп и сферы услуг. Добровольной сертификации может быть подвергнута продукция, на которую отсутствуют обязательные к выполнению требования по безопасности. В то же время ее проведение ограничивает доступ на рынок некачественных изделий за счет проверки таких показателей, как надежность, экономичность, эстетичность и пр. Законодательно добровольная сертификация не заменяет обязательную, ее результаты не являются основанием для запрета (поставки) продукции и в основном направлена на привлечение клиента. Это в полной мере относится и к добровольной сертификации услуг. В последние годы стала широко внедряться добровольная сертификация систем качества предприятий на соответствие требованиям международных стандартов. На их основе в России также были разработаны стандарты систем качества. Эти стандарты предусматривают наличие элементов, обеспечивающих функционирование системы качества на предприятии. В Государственном реестре Российской Федерации была зарегистрирована система сертификации систем качества и производств, названная кратко «регистром систем качества». Регистр пред- 164 ставляет собой систему сертификации, построенную в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации, правилами по сертификации, государственными стандартами, а также международными и европейскими правилами и процедурами. Согласно этой системы проводится: сертификация систем качества и производств; инспекционный контроль за сертифицированными системами качества и производствами; международное сотрудничество в области сертификации систем качества для взаимного признания ее результатов. Для организационно-практической деятельности по сертификации систем качества Госстандарт ввел блок из четырех государственных стандартов, ставших нормативно-методической основой регистра систем качества: ГОСТ Р 40.002-96 «Система сертификации. Регистр систем качества. Основные положения»; ГОСТ Р 40.003-96 «Система сертификации. Регистр систем качества; ГОСТ 40.004-96 «Система сертификации. Регистр систем качества. Порядок проведения сертификации производств» и ГОСТ 40.005-96 «Система сертификации. Регистр систем качества. Инспекционный контроль за сертифицированными системами качества и производствами». Положения ГОСТ Р 40.002-96 обязательны для всех организаций, пожелавших сертифицировать систему качества в регистре и он применяется при обязательной и добровольной сертификации в системе сертификации. Стандарт устанавливает, что при сертификации должны быть обеспечены: добровольность; бездискриманационный доступ к участию в процессах сертификации; объективность оценок; воспроизводимость результатов оценок; конфиденциальность; информативность; специализация органов по сертификации систем качества (производств); проверка выполнения требований, предъявляемых к продукции (услуге) в законодательно регулируемой сфере; достоверность доказательств со стороны заявителя соответствия системы качества нормативным требованиям. ГОСТ Р 40.003-96 устанавливает процедуры: взаимодействия органов по сертификации систем качества и заявителей в предсертификационный период; проведения проверок; принятия решений о сертификации систем качества; оформления сертификатов соответствия системы качества и инспекционного контроля за сертифицированными системами качества. Основные аспекты ГОСТ Р 40.004-96 устанавливает процедуры сертификации производств, аналогичные процедурам сертификации систем качества. ГОСТ Р 40.006-96 устанавливает процедуры: проведения инспекционного контроля сертифицированных систем качества; взаимодействия органов по сертификации систем качества и заявителей при проведении инспекционного контроля; проведения инспекционного контроля и принятия решений по его результатам, а также взаимодействия органов по сертификации с Техническим центром регистра систем качества. Системы сертификации 165 Проведение сертификации возможно только в рамках определенной системы сертификации, которая должна быть признана всеми ее участниками и зарегистрирована в установленном порядке. В зависимости от объема и содержания сертификационных работ возможны несколько вариантов систем сертификации. В каждом из вариантов предусмотрено выполнение определенных аттестационных и контрольных функций, при положительных результатах которых может быть выдан соответствующий сертификат качества. Система сертификации создается государственными органами управления, предприятиями, учреждениями и организациями. Регистрацию систем сертификации в Российской Федерации осуществляет Госстандарт. Согласно ГОСТ Р. 40.001-95 «Правила по проведению сертификации в Российской Федерации» система сертификации - совокупность участников сертификации, осуществляющих сертификацию по правилам, установленным в этой системе. В систему сертификации могут входить предприятия, учреждения и организации независимо от форм собственности, а также общественные объединения. Применяемая в настоящее время нормативная база включает несколько вариантов систем сертификации, которые отличаются объемом и содержанием сертификационных работ. Во всех вариантах предусмотрено выполнение определенных аттестационных и контрольных функций, при положительных результатах которых сертифицируемой продукции может быть выдан соответствующий сертификат качества. Главной целью систем обязательной сертификации является защита потребителей от приобретения или использования товаров, работ и услуг, которые опасны для их жизни, здоровья и имущества, а также для окружающей среды. Кроме того системы обязательной и добровольной сертификации создаются для целей улучшения качества продукции и услуг, повышения конкурентоспособности на внутреннем рынке и содействия экспорту. Методологической основой построения подавляющего большинства систем сертификации являются нормативные документы ИСО, МЭК, Системы сертификатов МОЭМ и Системы сертификации ГОСТ Р. Типовая структура системы сертификации Российской Федерации включает: национальный орган по сертификации; центральный орган по сертификации; орган по сертификации; испытательную лабораторию и заявителей сертификации. Национальный орган по сертификации - Госстандарт России осуществляет свою деятельность по сертификации на основе законодательства Российской Федерации. Центральный орган по сертификации действует в соответствии с законом Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг» и правилами Госстандарта России; на основе правил организует разработку систем (правил, порядков) сертификации однородной продукции. Орган по сертификации - орган, проводящий сертификацию соответствия. Он создается на базе организаций, имеющих статус юридического лица и являющихся третьей стороной, т. е. независимым от производителя и потребителя. 166 Испытательная лаборатория осуществляет испытания конкретной продукции или конкретные виды испытаний и выдает протоколы испытаний для целей сертификации. Основные требования, предъявляемые к испытательным лабораториям: независимость, беспристрастность, неприкосновенность и техническая компетентность. Заявители сертификации - это изготовители, продавцы и потребители. Основными функциями органов сертификации являются: разработка правил и порядка проведения сертификации; аттестация и аккредитование испытательных лабораторий; допуск предприятий и других и изготовителей к сертификации; выдача сертификатов соответствия или лицензий; рассмотрение споров о качестве сертификационной продукции. Система сертификации должна обеспечивать свободный доступ изготовителям, потребителям, общественным организациям, органам по сертификации, испытательным лабораториям, а также всем другим заинтересованным предприятиям, организациям и отдельным лицам к информации о ее деятельности, в том числе о правилах, участниках, результатах аккредитации и сертификации. Также должна обеспечиваться конфиденциальность информации, составляющей коммерческую тайну. В любой системе сертификации процесс сертификации проводится по установленным схемам. Схема сертификации - состав и последовательность действий третьей стороны при оценке соответствия продукции, услуг и систем качества. Обычно система сертификации может отражаться несколькими схемами. При выборе схемы необходимо учитывать особенности производства, испытаний, поставки и использования конкретной продукции, требуемый уровень доказательности, возможные затраты заявителя. Схема сертификации должна обеспечивать необходимую доказательность системы сертификации. Для этого рекомендуется использовать общепризнанные схемы, в том числе и международные. 16.4. Сертификация средств измерений В последние годы во многих развитых странах и в том числе в Российской Федерации к средствам измерений, применяемым в сферах государственного метрологического контроля и надзора (ГМКиН), стали предъявляться специфические законодательные требования. Поэтому испытания средств измерений, проводимые для утверждения типа, а также их поверка являются традиционными видами деятельности государственных метрологических служб. В Российской Федерации Система испытаний и утверждения типа средств измерений действует в соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений» и направлена на обеспечение выполнения метрологических норм и правил им предусмотренных. Кроме того, на средства измерений распространяются действия Закона Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг». Система сертификации средств измерений начала функционировать с момента ее регистрации, так как она была практически подготовлена организацион- 167 но, методически, нормативно и экспериментально и ясны перспективы ее развития. Сертификация средств измерений в Российской Федерации осуществляется согласно Системе сертификации средств измерений, которая предусматривает:  добровольную сертификацию средств измерений на соответствие метрологическим нормам и правилам;  разработку и ведение нормативных документов, устанавливающих метрологические нормы и правила на средства измерений;  разработку и ведение типовых про грамм испытаний для сертификации средств измерений;  апробирование и утверждение в процессе сертификации методик калибровки средств измерений, а также подготовку предложений по межкалибровочным интервалам;  аттестацию методик выполнения измерений с помощью сертифицированных средств измерений;  создание разветвленной сети аккредитованных по видам измерений органов по сертификации средств измерений и испытательных лабораторий (центров) конкретных групп средств измерений;  сотрудничество с национальными метрологическими службами стран по взаимному признанию аккредитации органов, лабораторий (центров), сертификатов соответствия, знаков соответствия, а также результатов сертификации средств измерений. Так как ряд групп средств измерений, применяемых в сферах ГМКиН, включены в Перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации, актуальной становится проблема взаимоувязки работ по метрологии и сертификации. Сейчас в рамках Системы испытаний и утверждения типа стала обязательной проверка в предусмотренных Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» специализированных государственных центрах испытаний всех характеристик и технических требований на испытываемые средства измерений. Сертификацию средств измерений только на соответствие метрологическим нормам и правилам выполняют в рамках добровольной Системы сертификации средств измерений, зарегистрированной Госстандартом Российской Федерации в соответствии с Законом РФ «О сертификации продукции и услуг». Испытания с целью сертификации средств измерений, изготовленных разработчиком и подлежащих применению в сферах ГМКиН, совмещают с испытаниями на соответствие средств измерений утвержденному типу. Согласно нормативным документам сертификацию средств измерений осуществляют аккредитованные органы по сертификации средств измерении по результатам испытаний, проведенных аккредитованными испытательными лабораториями (центрами) как самостоятельными, так и входящими в состав органов по сертификации. Орган по сертификации выдает сертификат соответствия на средства измерений, подлежащие применению в сфере ГМКиН, только при положительных результатах испытаний на соответствие утвержденному типу. 168 Любой вид сертификации базируются на высокой компетенции специалистов, которые реализуют ее процедуры и разрабатывают законодательные и нормативно – методические документы, а также готовят техническую базу. Опыт ведения работ по сертификации в Российской Федерации показал, что имеется острая необходимость в подготовке специалистов по вопросам стандартизации и сертификации. Причем не только для органов по сертификации и испытательных лабораторий, но и для предприятий промышленности и сферы услуг, т.е. для тех, кто работает на стадии обеспечения соответствующего уровня качества и готовит к сертификации результаты своего труда. 169