Список обозначений и сокращений
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. М. Лобанков
МЕТРОЛОГИЯ,
СТАНДАРТИЗАЦИЯ,
СЕРТИФИКАЦИЯ
Учебное пособие
Уфа
Издательство УГНТУ
2017
УДК 389:550.832
ББК 30.10:26
Л 68
Рецензенты:
зав. кафедрой геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений
УГНТУ, доктор технических наук, профессор Ю.А. Котенев
главный геофизик по НИОКР АО «Башнефтегеофизика»,
доктор технических наук В.М. Коровин
Профессор кафедры физической электроники и нанофизики
Башкирского государственного университета, доктор химических наук
М.Ю. Доломатов
Лобанков В.М.
Л 68 Метрология, стандартизация, сертификация: учебное пособие /
В.М. Лобанков. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2017. – 187 с.
ISBN
Изложены основы метрологии с учетом положений Федерального закона «Об обеспечении единства измерений» от 26.08.2008 № 102-ФЗ, терминов международного словаря по метрологии VIM3-2008 и РМГ 29-2013 «Метрология. Основные термины и определения». На основе анализа измерительного процесса рассмотрены измеряемые параметры модели объекта измерений, адекватность модели объекту, неопределенность и погрешность измерений, поправки, суммирование погрешностей и формы представления результата измерений. Приведены комплексы нормируемых метрологических характеристик средств измерений. Рассмотрены измерения в неоднородных средах, особенности эталонов и методик измерений.
|
|
|
Даны основы метрологической деятельности по обеспечению единства измерений через воспроизведение и передачу единиц физических величин. Приведено описание методик построения типовых калибровочных функций и методик поверки с показателями качества и достоверности, а также эталонов основных единиц международной системы SI. Изложены основы технического регулирования (стандартизация и сертификация) и деятельность метрологической службы геофизикой компании.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Геофизика» и «Геофизические методы исследования скважин», «Метрология и метрологическое обеспечение». Пособие может быть рекомендовано также студентам других специальностей, работникам метрологической, геологической, интерпретационной службы геофизических предприятий, разработчикам измерительной техники и аспирантам.
УДК 389:550.832
ББК 30.10:26
| ISBN | © ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», 2017 © Лобанков В.М., 2017 |
Оглавление
|
|
|
Введение.. 7
I ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.. 10
1 Измерения и наука об измерениях. 10
1.1 Метрология. 10
1.2 Физические величины.. 10
1.3 Единицы физических величин. 12
1.4 Постулаты и аксиомы метрологии. 12
1.5 Измерения физических величин. 13
1.6 Концепция неопределенности. 16
1.7 Концепция погрешности. 18
1.8 Основное «уравнение» измерений и результат измерений. 19
1.9 Шкалы физических величин. 22
2 Измерительный процесс. 24
2.1 Реальность и ее отображение в сознании. 24
2.2 Сравнение измерений со стрельбой по мишени. 25
2.3 Идеальный измерительный процесс. 26
2.4 Реальный измерительный процесс. 27
3 Классификация измерений. 30
3.1 Технические и лабораторные измерения. 30
3.2 Прямые и косвенные измерения. 30
3.3 Совокупные и совместные измерения. 31
3.4 Статические и динамические измерения. 31
3.5 Однократные и многократные измерения. 32
4 Неопределенность измерений. 33
4.1 Систематические и случайные эффекты.. 33
4.2 Неопределенность как свойство измерений. 34
4.3 Показатели неопределенности и их оценивание. 35
4.4 Дефинициальная неопределенность. 36
4.5 Представление показателей неопределенности в результате измерений. 37
|
|
|
5 Погрешность измерений. 38
5.1 Погрешность как показатель неопределенности. 38
5.2 Систематическая погрешность и ее модели. 39
5.3 Случайная погрешность и ее модели. 42
5.4 Нормированная допускаемая погрешность. 47
5.5 Суммарная погрешность и достоверность измерений. 49
5.6 Представление погрешности в результате измерений. Правила округления. 54
6 Классификация погрешностей измерений. 57
6.1 Методические, инструментальные и субъективные. 57
6.2 Систематические и случайные. 58
6.3 Статические и динамические. 58
6.4 Абсолютные и относительные. 58
6.5 Оцененные и нормированные. 59
7 Поправки и их погрешности. 60
7.1 Истинное значение поправки и ее модели. 60
7.2 Оценка поправки в нормальных условиях. 63
7.3 Оценка поправки в рабочих условиях. 63
7.4 Погрешность оцененной поправки. 63
8 Средства измерений. 65
8.1 Меры и стандартные образцы.. 65
8.2 Приборы и преобразователи. 66
8.3 Установки и системы.. 67
8.4 Контроль стабильности свойств СИ во времени. 67
8.5 Измерения при контроле и испытаниях. 69
8.6 Геофизические измерительные системы.. 70
9 Нормируемые метрологические характеристики. 71
9.1 Источники инструментальной погрешности. 71
9.2 Группы нормируемых МХ.. 71
9.3 Характеристики основной погрешности. 72
|
|
|
9.4 Характеристики влияния. 73
9.5 Классы точности. 76
10 Методика измерений. 78
10.1 Методика как нормативный документ. 78
10.2 Назначение методики измерений. 78
10.3 Основные этапы разработки. 79
10.4 Требования к изложению.. 80
10.5 Референтная методика измерений. 81
10.6 Правильность и прецизионность. 81
10.7 Обобщенная схема выполнения прямых измерений. 83
11 Измерения в неоднородных средах. 86
11.1 Среды с плоскими и цилиндрическими границами раздела. 86
11.2 Кажущееся значение величины.. 87
11.3 Методики скважинных измерений. 88
11.4 Интерпретация результатов скважинных измерений. 91
11.5 Методические погрешности МСИ.. 93
II ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ.. 102
12 Метрологическое обслуживание и прослеживаемость. 102
12.1 Метрологическая деятельность. 102
12.2 Показатель правильности измерений. 103
12.3 Прослеживаемость и ее подтверждение. 104
13 Воспроизведение единиц величин. 106
13.1 Эталоны единиц величин. 106
13.2 Классификация эталонов. 107
14 Эталоны единиц основных величин системы SI. 110
14.1 Метр – единица длины.. 110
14.2 Секунда – единица времени. 111
14.3 Килограмм – единица массы.. 111
14.4 Кельвин – единица температуры.. 112
14.5 Ампер – единица электрического тока. 112
14.6 Моль – единица количества вещества. 113
14.7 Кандела – единица силы света. 113
14.8 Перспективы переопределения основных единиц. 113
15 Передача единиц величин. 115
16 Калибровка (градуировка) средств измерений. 117
16.1 Калибровочные функции. 117
16.2 Способы построения линейной КФ вида Y = a + bх. 119
16.3 Способы построения параболической КФ вида 
.......................... 122
16.4 Способы построения логарифмической КФ вида 
....................... 125
16.5 Способ построения линейной КПФ вида 
. 127
17 Определение поправок и других МХ.. 129
17.1 Аддитивная и мультипликативная поправка. 129
17.2 Среднее квадратическое отклонение. 130
17.3 Вариация (гистерезис) показаний. 131
17.4 Изменение показаний СИ за нормированное время непрерывной работы.. 131
17.5 Поправочная функция влияния изменения температуры на показания аппаратуры.. 132
17.7 Изменения показаний аппаратуры, обусловленные взаимным влиянием
измерительных каналов. 133
18 Поверка средств измерений. 135
18.1 Подтверждение соответствия. 135
18.2 Основные операции поверки. 136
18.4 Качество и достоверность поверки. 138
19 Закон «Об обеспечении единства измерений». 142
Вопросы для самопроверки по второй главе. 145
III ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ В ГЕОФИЗИКЕ.. 146
20 Основы технического регулирования. 146
21 Стандартизация в геофизике. 148
22 Сертификация геофизической продукции. 153
23 Закон «О стандартизации в РФ». 159
Вопросы для самопроверки. 163
Заключение. 164
Список литературы.. 166
Приложение АКраткий терминологический справочник по метрологии. 168
Приложение Б Краткий терминологический справочник по техническому регулированию.. 182
Список обозначений и сокращений
Вист – истинное значение измеряемой величины (измеряемая величина);
Вэ – эталонное значение измеряемой величины;
Визм – показание СИ (измеренное значение величины);
Визм.н – показание СИ в нормальных условиях;
Визм.р – показание СИ в рабочих условиях;
Вк – кажущееся значение измеряемой величины;
Y – измеряемая величина (при построении КФ);
Х или x – выходной сигнал СИ (при построении КФ);
θист – истинное значение поправки к показанию прибора.
θн – поправка к показанию прибора в нормальных условиях;
θр – поправка к показанию прибора в рабочих условиях;
Δ – абсолютная погрешность измерений или поправки;
δ – относительная погрешность измерений;
σ – среднее квадратическое отклонение;
u – стандартная неопределенность (uncertainty);
uc – суммарная стандартная неопределенность;
U – расширенная неопределенность;
kP – коэффициент охвата для расширенной неопределенности при вероятности Р;
kP – коэффициент, используемый при оценке суммарной систематической
погрешности интервалом при вероятности Р;
S – выборочное стандартное отклонение;
SI – международная система единиц;
ГИС – геофизические измерения в скважинах;
ГХ – градуировочная характеристика;
ИС – измерительная система;
КФ – калибровочная функция;
КПФ – калибровочно-поправочная функция;
МИ (МВИ) – методика измерений (методика выполнения измерений);
МСИ – методика скважинных измерений;
НМХ – нормируемые метрологические характеристики СИ;
РСК – Российская система калибровки;
СИ – средство измерений;
СКО – среднее квадратическое отклонение (стандартное отклонение);
СО – стандартный образец;
УЭС – удельное электрическое сопротивление.
Введение
«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять» – это высказывание Д.И. Менделеева отражает важность роли измерений в научно-техническом прогрессе современного общества. Результаты измерений в разных странах должны быть сопоставимы.
Деятельность с использованием средств измерений можно разделить на «измерительную деятельность», связанную непосредственно с рабочими СИ, хранящими единицу величины, и «метрологическую деятельность», связанную с эталонами, воспроизведением, хранением и передачей единиц величин СИ, а также с определением поправок к показаниям приборов, уже хранящих единицу.
Соответственно в метрологии – науке об измерениях раздельно рассматриваются две обособленные части единой теории измерений.
Первая часть – собственно теория измерений величин, созданная в предположении, что СИ уже хранит единицу, переданную ранее от эталона с обоснованной погрешностью. Основное содержание здесь связано с научным обоснованием методики получения результата измерений в виде измеренного значения величины и погрешности.
Вторая часть – теория метрологического обслуживания измерений. Она посвящена вопросам создания эталонов единиц величин, обоснования погрешности их воспроизведения и передачи другим эталонам или рабочим СИ.
Метрология находится в постоянном развитии, её основные положения и научная терминология постоянно претерпевают изменения. Законодательно значительная часть этих общих положений отражена в Федеральном законе Российской Федерации № 102-ФЗ от 26 июня 2008 г. «Об обеспечении единства измерений». Изменения в терминологии также произошли в Международном словаре по метрологии VIM-3 (2008 г.) [35] и РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения [22].
Основы общей метрологии были заложены Д.И. Менделеевым и создавались учеными применительно к измерениям параметров объектов (однородных сред, предметов, процессов, явлений). Благодаря исследованиям профессора Маликова М.Ф. и профессора Широкова К.П. (ВНИИМ им. Д.И. Менделеева) в середине ХХ века метрология стала признанной сформировавшейся наукой.
Постулировалось существование «истинного значения величины», определение которого невозможно вследствие неидеальности измерительного процесса. Неопределённость соотношения измеренного и истинного значений измеряемой величины изначально рассматривалось как общее свойство любого измерения – неточность измерений. Одновременно погрешность измерений ошибочно (по нашему мнению) трактовалась как «разность между измеренным и истинным значениями величины». Поскольку истинное значение величины всегда неизвестно, то указанная неизвестная разность не вязалась ни с теорией, ни с практикой измерений. На практике специалисты всё же понимали её как неопределённость этой разности и для представления результата измерений вынуждены были дополнительно вводить новые понятия.
С целью устранения возникшего терминологического противоречия
в 1979 г. Международный комитет мер и весов (МКМВ) предложил вместе с понятием «погрешность измерений» использовать понятие «неопределённость измерений» (uncertainty) и в 1995 г. Международная организация по стандартизации (ISO) опубликовала «Руководство по выражению неопределённости измерений» [31]. В России развиваются две концепции измерений – концепция погрешности и концепция неопределенности.
На наш взгляд необходим синтез этих концепций на базе нового определения понятия «систематическая погрешность измерений», рассматривая его в вероятностном смысле как «показатель точности измерений, выраженный интервалом, в котором могла бы оказаться разность между измеренным значением величины и её истинным значением с заданной вероятностью»,а также нового определения понятия «случайная погрешность измерений»как«показатель точности измерений, выраженный интервалом, в котором могла бы оказаться разность между средним измеренным значением величины и математическим ожиданием показаний с заданной вероятностью». Показатели неточности и показатели неопределенности измерений – это одни и те же показатели – систематическая и случайная погрешность.
В основу новой редакции пособия положены тексты лекций, прочитанных автором студентам геофизических и геологических специальностей Уфимского государственного нефтяного технического университета и Башкирского государственного университета, а также метрологам геофизических предприятий в Центре дополнительного профессионального образования «Урал-Гео».
В советские времена был популярен лозунг: «Знание – сила». Знать – значит ведать. Знания могут быть истинными или ложными. Стремление к достоверным знаниям можно расценивать как избавление человека от невежества (неведения, незнания). В таком устремлении проявляется свободная воля каждого познающего мир человека.
Автор данного пособия излагает достигнутый на сегодня уровень знаний в области метрологии и не претендует на их абсолютную истинность. Возможны и другие подходы в изложении учебного материала. «Все подвергай сомнению» – рекомендовал известный философ-материалист Карл Маркс.
В первой главе изложены основы понимания (представления в нашем сознании) сути измерительного процесса, представления о неопределенности и погрешности измерений, о правильности и прецизионности методик, о поправках к показаниям, о результатах измерений. Дана классификация СИ, рассмотрены их нормируемые метрологические характеристики.
Вторая глава посвящена метрологическому обслуживанию измерений. Рассмотрены воспроизведение, передача и хранение единиц величин, включая калибровку и поверку СИ с участием эталонов, а также способы обеспечения требуемой точности измерений.
В третьей главе даны основы технического регулирования с учетом положений закона «О техническом регулировании» № 184-ФЗ от 27.12.2002 г. и закона «О стандартизации в Российской Федерации» № 162-ФЗ от 29.06.2015 г.
В приложениях даны краткие справочники основных метрологических терминов и терминов в сфере технического регулирования.
В тексте иногда встречается повторение одной и той же мысли в разных местах пособия. Это не ошибка, а прием, который автор использует, чтобы читатель сконцентрировал на этой мысли внимание и, по возможности, запомнил важную информацию.
Автор надеется, что эта книга окажется полезной не только для студентов, но и широкому кругу метрологов и инженеров-геофизиков, будет способствовать совершенствованию геофизических измерений и геофизических исследований в целом. Он также будет признателен читателям за высказанные замечания.
lobankov-vm@mail.ru
gfugntu@mail.ru
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 451; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!