Реферат: Практикум для курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Сибирский государственный университет

путей сообщения

А.А. Сизова

ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ МЕТРОЛОГИЯ

Практикум для курсовой работы по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация»

Новосибирск 2010

УДК 389 (075.9)

ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ МЕТРОЛОГИЯ. Практикум для курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» / Сост. Сизова А.А. — Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2010. — 30 с .

Содержит краткие теоретические сведения по законодательной метрологии в части разработки методик выполнения измерений, выбора средств для измерений, оценивания погрешностей и неопределенностей результатов измерений, а также практические рекомендации для выполнения курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» раздел «Законодательная метрология».

Практикум предназначен для студентов дневного и заочного обучения по специальности 200503 «Стандартизация и сертификация».

Рассмотрен и рекомендован к печати на заседании кафедры «Электротехника, диагностика и сертификация».

Ответственный редактор

проф., д-р техн. наук Л.Н. Степанова

Рецензент

Главный метролог СГУПС Добролюбова В.Г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..	4
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ……………………………………	5
1.1 Методики выполнения измерений………………………………….	8
1.2 Разработка методик выполнения измерений……………………..	10
1.3 Основные требования к документам на методики выполнения измерений………………………………………………………………..	12
1.4 Неопределенность измерений………………………………………	13
2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ……………..	19
2.1 Требования к содержанию курсовой работы…………………….	19
2.2 Требования к оформлению курсовой работы.…………………..	23
ПРИЛОЖЕНИЕ А Значения коэффициента tp (v ) для случайной величины, имеющей распределение Стьюдента с v степенями свободы	24
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Пример вычисления неопределенности измерений. Измерения силы электрического тока с помощью вольтметра и токового шунта…………………………………………………………	25
ПРИЛОЖЕНИЕ В Пример оформления протокола измерений………	28
Библиографический список……………………………………………..	29

ВВЕДЕНИЕ

Метрологическая деятельность весьма разнопланова и своеобразна. Ее теоретической основой является наука метрология; собственно процесс деятельности определяется понятием метрологическое обеспечение; а регулирование взаимоотношений в этой деятельности возлагается на государственную функцию: обеспечение единства измерений.

Метрологическая деятельность возникла и развивалась как деятельность прикладного характера, поэтому в значительной своей части она естественно участвует в общих рыночных отношениях, однако ее результаты должны отвечать особым требованиям «единства измерений», в силу этого метрологическая деятельность является предметом правового регулирования, объектом воздействия права.

Законодательная метрология – раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений.

Данный практикум содержит теоретические сведения раздела «Законодательная метрология», а также пояснения к выполнению практической части курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Курсовая работа выполняется студентами в соответствии с учебным планом и является самостоятельным этапом в изучении дисциплины.

В процессе курсовой работы студент должен:

1) изложить теоретическую сущность выбранной темы;

2) провести практические исследования и анализ предложенного задания;

3) разработать конкретные рекомендации и способы их реализации по исследуемой теме.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Метрология (от греческого «метро»- мера, «логос» — учение) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения единства и требуемой точности измерений.

В современном обществе метрология как наука и область практической деятельности играют большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы ни использовались результаты измерений. На основе измерений получают информацию о состоянии производственных, экономических и социальных процессов. Измерительная информация служит основой для принятия решений о качестве продукции при внедрении систем менеджмента качества, в научных экспериментах и т.д. И только достоверность и соответствующая точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях управления. Получение недостоверной информации приводит к неверным решениям, снижению качества продукции, возможным авариям.

Для реализации положений большинства Законов РФ (например, «О защите прав потребителей», «О техническом регулировании», «Об энергосбережении» и др.) необходимо использование достоверной и сопоставимой информации.

Эффективное сотрудничество с другими странами, совместные разработки научно-технических программ (например, в области освоения космоса, медицины, охраны окружающей среды и др.), дальнейшее развитие торговых отношений требуют растущего взаимного доверия к измерительной информации, являющейся, по существу, основным объектом обмена при совместном решении научно-технических проблем, основой взаимных расчетов при торговых операциях, заключении контрактов на поставку материалов, изделий, оборудования. Создание единого подхода к измерениям гарантирует взаимопонимание, возможность унификации и стандартизации методов и средств измерений, взаимного признания результатов измерений и испытаний продукции в международной системе товарообмена.

Для количественного определения (измерения) того или иного параметра, характеристики продукции, процесса, явления, т.е. любого объекта измерения, необходимо:

— выбрать параметры, характеристики, которые определяют интересующие нас свойства объекта;

— установить степень достоверности, с которой следует определять выбранные параметры, установить допуски, нормы точности и т.д.;

— выбрать методы и средства измерений для достижения требуемой точности;

— обеспечить готовность средств измерений выполнять свои функции привязкой средств измерений к соответствующим эталонам (посредством периодической поверки, калибровки средств измерений);

— обеспечить учет или создание требуемых условий проведения измерений;

— обеспечить обработку результатов измерений и оценку характеристик погрешностей (неопределенностей).

Перечисленные положения представляют собой своеобразную цепь, изъятие из которой какого-нибудь звена неизбежно приводит к получению недостоверной информации и, как следствие, к значительным экономическим потерям и принятию ошибочных решений.

Возможность применения результатов измерений для правильного и эффективного решения любой измерительной задачи определяется следующими тремя условиями:

1 результаты измерений выражаются в узаконенных (установленных законодательством России) единицах;

2 значения показателей точности результатов измерений известны с заданной достоверностью;

3 значения показателей точности обеспечивают оптимальное, в соответствии с выбранными критериями, решение задачи, для которой эти результаты предназначены (результаты измерений получены с требуемой точностью).

Если результаты измерений удовлетворяют первым двум условиям, то о них известно все, что необходимо знать для принятия обоснованного решения о возможности их использования. Такие результаты можно сопоставлять, они могут использоваться в различных сочетаниях, различными людьми, организациями. В этом случае говорят, что обеспечено единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы [1, ст.2].

Третье из перечисленных выше условий определяет требование к точности применяемых методов и средств измерений. Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок контроля, к экономическим потерям. Завышенная точность измерений требует затрат на приобретение более дорогих средств измерений. Поэтому это требование является не только метрологическим, но и экономическим, т.к. связано с затратами и потерями при проведении измерений.

Если при измерениях соблюдаются все три условия, то говорят о метрологическом обеспечении. Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Научной основой метрологического обеспечения является метрология — наука об измерениях; организационной основой МО является метрологическая служба России; техническими средствами МО являются: система средств измерений, эталонов, система передачи размеров единиц от эталона рабочим средствам измерений, система стандартных образцов, система стандартных справочных данных; правила и нормы по обеспечению единства измерений установлены в Федеральном Законе «Об обеспечении единства измерений» (далее Закон) и в нормативных документах Национальной системы обеспечения единства измерений (ГСОЕИ РФ).

С принятием Закона «Об обеспечении единства измерений» в 1993 г. начался этап развития метрологии, который характеризуется переходом к законодательному принципу управления метрологической деятельностью. В 2008 г. был принят новый Закон «Об обеспечении единства измерений», который в более значительной степени гармонизирует российскую систему измерений с международной практикой.

В Законе определена сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений, в которой соблюдение метрологических требований обязательно [1, ст.1]. Также Закон устанавливает формы государственного регулирования в области обеспечения единства измерений [1, ст.11]:

— утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений;

— поверка средств измерений;

— метрологическая экспертиза;

— государственный метрологический надзор;

— аттестация методик (методов) измерений;

— аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.

1.1 Методики выполнения измерений

В соответствии с Законом: «Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны выполняться по аттестованным методикам (методам) измерений… Аттестацию методик (методов) измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, проводят аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели… Порядок аттестации методик (методов) измерений и их применение устанавливается федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений» [1, ст.5].

Методика измерений — совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности [1, ст.2].

В этом определении два положения: методика выполнения измерений (МВИ) – 1) это измерительная процедура (совокупность операций и правил) и 2) требования к показателям точности измерений. Можно считать, что МВИ – измерительная процедура, которой приписаны показатели точности измерений.

Разработки МВИ можно избежать в случае, когда методика измерений предназначена для выполнения прямых измерений с применением средств измерений утвержденного типа, прошедших поверку [1, ст.5] (т.е. результатом измерения является показание средства измерений (СИ), используемого в полном соответствии с его инструкцией по эксплуатации без каких-либо дополнений).

Методику выполнения измерений разрабатывают и документируют, если измерительную задачу необходимо решать в одной из следующих ситуаций:

— измерения выполняют с применением СИ, но в инструкции по эксплуатации этого СИ не приведены ни показатели точности измерений, ни алгоритмы их вычисления по метрологическим характеристикам СИ;

— измерения выполняют по методам, погрешности результатов измерений которых определяются не только погрешностью СИ, но и другими составляющими погрешностей;

— измерения выполняют по методам, для которых требуются новые правила получения результатов измерений, алгоритм вычисления результатов измерений и показателей точности измерений;

— измерения выполняют по методам, когда искомое значение величины определяют по известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям (косвенные измерения);

— измерения, выполняемые при количественном химическом анализе (КХА).

1.2 Разработка методик выполнения измерений

Цель разработки и применения МВИ — обеспечение выполнения измерений с погрешностью, не превышающей нормы погрешности или приписанной характеристики погрешности (неопределенности). Приписанная характеристика погрешности измерений — характеристика погрешности любого результата совокупности измерений, полученного при соблюдении требований данной методики [2].

Разработку МВИ осуществляют на основе исходных данных, которые включают: назначение МВИ, требования к точности измерений, условия выполнения измерений и другие требования к МВИ.

Для разработки МВИ необходимо иметь следующие данные:

— Область применения (объект измерений, в том числе наименование продукции и контролируемых параметров, характеристики объекта измерений, а также область использования — для одного предприятия, для отрасли и т. п.).

— Наименование измеряемой величины, характеристики измеряемой величины (диапазон и частотный спектр, значения неинформативных параметров и т. д.). При измерении величин, не установленных ГОСТ 8.417-2002, в назначении МВИ указывают развернутое определение этих величин, либо ссылки на нормативные документы, содержащие такие определения.

— Требования к характеристикам погрешности (неопределенности) измерений.

Требования к характеристикам погрешности (неопределенности) измерений и (или) характеристикам составляющих погрешности измерений (систематической и случайной составляющим) являются основными исходными требованиями для разработки МВИ.

Требования к характеристикам погрешности измерений могут быть установлены:

— в нормативных документах: в межгосударственных и национальных стандартах (например, ГОСТ 8.051-86 «Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм»), в отраслевых документах (например, РД 34.11.321-96 «Нормы точности измерений технологических параметров тепловых электростанций») и др.;

— исходя из требований к достоверности контроля (вероятностей ошибок контроля первого и второго рода) или погрешности результатов испытаний [3].

Часто на практике для установления требований к характеристикам погрешности измерений используют отношение погрешности измерений к допуску на контролируемый параметр (такое отношение должно быть, как правило, не более 1:3; а в обоснованных случаях 1:2,5 – 1:2).

Требования к характеристикам погрешности измерений выражают в соответствии с [3], требования к неопределенности – в соответствии с [4].

Условия измерений задают в виде номинальных значений и (или) границ диапазона возможных значений влияющих величин (например, по ГОСТ 8.050 – 73 «Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений»).

Кроме того, для разработки МВИ могут потребоваться и другие сведения, например, о наличие СИ, в том числе утвержденных типов, и др.

Разработка МВИ, как правило, включает следующие этапы:

— анализ измерительной задачи;

— выбор метода и средств измерений (в том числе стандартных образцов, аттестованных смесей), вспомогательных и других технических средств;

— установление последовательности и содержания операций при подготовке и выполнении измерений, обработке промежуточных результатов и вычислении окончательных результатов измерений;

— организация и проведение эксперимента (метрологических исследований) по оценке показателей точности МВИ с целью установления приписанных характеристик погрешности (неопределенности) измерений, характеристик составляющих погрешности; экспериментальная апробация установленного алгоритма выполнения измерений;

— установление приписанной характеристики погрешности (неопределенности) измерений, характеристик составляющих погрешности измерений с учетом требований, содержащихся в исходных данных на разработку МВИ;

— разработка процедур и установление нормативов контроля точности получаемых результатов измерений с учетом требований ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002;

— разработка проекта документа (раздела, части документа) на МВИ;

— метрологическая экспертиза проекта документа на МВИ;

— аттестация МВИ;

— утверждение проекта документа на МВИ.

1.3 Основные требования к документам на методики выполнения измерений

МВИ в зависимости от ее сложности, назначения и области применения излагают в:

— отдельном документе (стандарте, инструкции, рекомендации и т. п.);

— разделе или части документа (разделе стандарта, технических условий, конструкторского или технологического документа и т. п.).

Документ на МВИ должен содержать вводную часть и следующие разделы:

— требования к погрешности измерений или приписанные характеристики погрешности измерений;

— средства измерений, вспомогательные устройства, материалы, растворы;

— метод (методы) измерений;

— требования безопасности, охраны окружающей среды;

— требования к квалификации операторов;

— условия измерений;

— подготовка к выполнению измерений;

— выполнение измерений;

— обработка (вычисление) результатов измерений;

— контроль погрешности результатов измерений;

— оформление результатов измерений.

Рекомендации по построению и изложению документов на МВИ приведены в [2, Приложение В].

1.4 Неопределенность измерений

Понятие «неопределенность измерений» введено в практику описания точности средств измерений взамен термина «погрешность измерений». Неопределенность измерений — это параметр, связанный с результатом измерения, который характеризует рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине. [4] Основное различие двух терминов состоит в том, что оценка точности дается не по отклонению от «истинного значения» величины (погрешность) а по разбросу значений, которые могут с определенной вероятностью быть приписаны результату измерений (неопределенность). Важной особенностью концепции «неопределенность измерения» является то, что составляющие неопределенности классифицируются не по природе их возникновения (как систематическая и случайная погрешность), а по методу их определения. Составляющие, определенные путем статистической обработки многократных измерений относятся к типу А, составляющие, определенные другими методами – к типу В. Все составляющие перечня неопределенностей называются «стандартные неопределенности», подчеркивая тем самым что они выражены в терминах среднего квадратического отклонения (СКО) соответствующих распределений и что при расчете суммарной неопределенности различие в методах (типах) их определения стирается и все составляющие имеют при сложении один статус.

Практические рекомендации по применению неопределенности измерений установлены в РМГ 43 – 2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений».

Основным количественным выражением неопределенности измерения является стандартная неопределенность (u ) и суммарная стандартная неопределенность (uc ). В тех случаях, когда это необходимо, вычисляют расширенную неопределенность U = k×uc, где k — коэффициент охвата (числовой коэффициент, используемый как множитель суммарной стандартной неопределенности для получения расширенной неопределенности). Между характеристиками погрешности измерения и неопределенностями измерений существует определенное соответствие: СКО соответствует стандартной неопределенности, доверительные границы — расширенной неопределенности (рисунок 1).

При вычислении неопределенности измерений следует придерживаться последовательности:

1 Составление модели неопределенности (математическое моделирование процесса измерения)

Y = f (X1 ,…, Xm ). (1)

СКО, характеризующее случайную погрешность		Стандартная неопределенность, вычисленная по типу А
СКО, характеризующее неисключенную систематическую погрешность		Стандартная неопределенность, вычисленная по типу В
СКО, характеризующее суммарную погрешность		Суммарная стандартная неопределенность
Доверительные границы погрешности		Расширенная неопределенность

Рисунок 1 — Сопоставление оценок характеристик погрешности и неопределенностей результатов измерений

2 Определение оценок x1 ,…, xm входных величин X1 ,…, Xm, внесение поправок на известные систематические факторы, возникающие в процессе измерения.

3 Определение оценки y результата расчета измерения выходной величины Y .

y = f (x 1 ,…, xm ). (2)

4 Определение стандартных неопределенностей u (xj ) входных величин X1 ,…, Xm .

Стандартные неопределенности u (xj ) входных величин X1 ,…, Xm определяют, либо с помощью статистических методов (стандартная неопределенность по типу А), либо иными методами (стандартная неопределенность по типу В).

4.1 Стандартная неопределенность по типу А uА (xj ) j -й входной величины Xj выражается в виде СКО от среднеарифметического значения j -й входной величины Xj , вычисленной по формуле:

, (3)

где nj – количество единичных наблюдений j -й входной величины Xj ;

i – порядковый номер единичного наблюдения j -й входной величины Xj ;

xji – численное значение (результат) i -го единичного наблюдения j- й входной величины Xj .

4.2 Стандартная неопределенность по типу В uВ (xj ) j -й входной величины Xj , в случае, когда она является неисключенной систематической погрешностью, вычисляется по формуле:

, (4)

где θj – границы неисключенной систематической погрешности j -й входной величины Xj ;

αj – коэффициент, соответствующий принятому для данной j -й входной величины Xj закону распределения (нормального, равномерного, треугольного) внутри границ ±θj .

Для равномерного распределения αj = , а для нормального αj = 2 (при вероятности р = 0,95).

Стандартная неопределенность по типу В, зависит от закона распределения. При условии неполноты сведений о возможных значениях j -й входной величины Xj, чаще всего допускают, что они распределяются по равномерному (прямоугольному) закону в заданных границах относительно оценки xj этой самой величины Xj . При этом стандартная неопределенность по типу В представляет собой оценку СКО.

5 Попарная корреляция (или статистическая зависимость) оценок x1, …, xm соответствующих входных величин X1, …, Xm выражается с помощью коэффициентов корреляции.

Коэффициент корреляции r (x j , xk ) оценок xj и xk j -й и k -й входных величин Xj и Xk соответственно выражает их статистическую зависимость, является безразмерной величиной и находится в пределах от минус 1 до 1 включительно. При r (x j , xk ) = 0 корреляция отсутствует. При зависимости обеих оценок xj и xk входных величин Xj и Xk только от одной переменной коэффициент корреляции r (x j , xk ) =1 или r (x j , xk ) = –1.

Для вычисления коэффициента корреляции r (x j , xk ) используют согласованные пары измерений (xjl , xkl ) (где l = 1; …, nkj; nkj — число согласованных пар результатов измерений):

, (5)

где xjl и xk l – согласованная пара результатов измерений j -й и k -й входных величин Xj и Xk соответственно;

и – среднеарифметические значения j -й и k -й входных величин Xj и Xk соответственно.

6 Вычисление суммарной стандартной неопределенности uc (y )

6.1 В случае отсутствия корреляции между оценками x1, …, xm входных величин X1 , …, Xm, суммарная стандартная неопределенность uc (y ) выходной величины Y определяется по формуле:

, (6)

где u (xj ) – стандартная неопределенность, j - й входной величины Xj, вычисленная по типу А или В.

6.2 При наличии корреляции между оценками xj и xk соответствующих входных величинам Xj и Xk суммарная стандартная неопределенность uc (y ) выходной величины Y определяется по формуле:

, (7)

где r (x j , xk ) — коэффициент корреляции;

u (xj ) и u (x k ) – стандартные неопределенности j - й и k -й входных величин Xj и X k, вычисленные по типу А или В.

7 Расширенную неопределенность измерения U получают путем умножения суммарной стандартной неопределенности uс (y ) измеряемой величины Y на коэффициент охвата k :

. (8)

В общем виде коэффициент охвата k выбирают в соответствии с формулой

, (9)

где — квантиль распределения Стьюдента с эффективным числом степеней и доверительной вероятностью р. Значения коэффициента приведены в Приложении А.

Эффективное число степеней свободы определяют по формуле

, (10)

где — число степеней свободы при определении оценки j-й входной величины, при этом для вычисления неопределенностей по типу А, для вычисления неопределенностей по типу В [4].

Часто на практике для упрощения вычисления неопределенности результатов измерений делают предположение о нормальности закона распределения возможных значений измеряемой величины Y и полагают, что k = 2 при p = 0,95 или k = 3 при p = 0,99. Если же предполагают равномерность закона распределения, то k = 1,65 при p = 0,95 или k = 1,71 при p = 0,99 [4].

8 Полный результат измерения должен содержать в себе оценку значения y выходной величины Y и значение расширенной неопределенности измерения U с указанием доли p ожидаемых значений, которые могли бы быть обосновано ей (выходной величине) приписаны:

, р = … (11)

Данная запись буквально означает следующее: большая доля (р ) ожидаемых значений, которые могли бы быть обосновано приписаны к измеренной величине Y, находятся в интервале от (y – U ) до (y + U ).

Пример вычисления неопределенности измерения приведен в Приложении Б.

2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

2.1 Требования к содержанию курсовой работы

Курсовая работа представляет собой машинописный текст объемом 30-40 страниц стандартного формата, включая таблицы, рисунки, приложения. Она состоит из введения, двух разделов, заключения, списка литературы, приложений.

Во введении (3-4 страницы) обосновывается актуальность выбранной темы, четко формулируются цель и задачи курсовой работы.

Первый раздел представляет собой изложение теоретических положений по рассматриваемой теме (10-15 страниц). Особое внимание здесь должно быть уделено обобщению новых теоретических разработок, применению новых нормативных и правовых документов, имеющемуся опыту в области законодательной метрологии по выбранной теме для исследования. Раздел должен состоять из 2-3 подразделов, имеющих свою нумерацию и наименование, не совпадающее с наименованием раздела, но раскрывающее его сущность.

Второй раздел курсовой работы (15-20 страниц) является практической частью, в которой студент должен описать методику выполнения измерений физической величины (задание выдается преподавателем).

Для этого необходимо изучить раздел 1 данного практикума, рекомендуемую литературу и нормативно-техническую документацию, регламентирующую проведение измерений конкретной физической величины.

Данный раздел должен состоять из следующих подразделов:

— описание объекта измерений и измеряемой величины, заданные условия измерений;

— характеристика погрешности (неопределенности) измерений;

— выбор методов и средств измерений;

— выбор алгоритма обработки и оформление результатов измерений;

— последовательность и содержание операций при подготовке и выполнении измерений.

В подразделе «Характеристика погрешности (неопределенности)» необходимо по исходным данным определить, какие составляющие будут учитываться при оценивании погрешности (неопределенности) измерений. Например, если условия измерений отличаются от нормальных, то в погрешности измерения должна учитываться дополнительная погрешность СИ наряду с основной; если измерения многократные, то должны рассматриваться случайная и систематическая составляющая погрешности измерений; если измерение предполагается косвенным методом, то должна учитываться методическая составляющая погрешности; если рассматриваются косвенные измерения с введением констант, то также необходимо учитывать погрешность округления и т.д. [2, Прил. А]. При рассмотрении неопределенности измерений, необходимо выбрать вид неопределенности, оцениваемой при измерениях (суммарная, расширенная неопределенность, стандартная неопределенность по типу А или по типу Б). Также в данном подразделе необходимо указать значения пределов (границ) допускаемой погрешности измерений, которым должны удовлетворять все результаты измерений, полученные путем применения разрабатываемой методики измерений в заданных условиях.

Подраздел «Выбор методов и средств измерений» выполняется в соответствии с [5].

Выбор методов и средств измерений осуществляется на основании следующих задаваемых исходных данных:

— вида и, при необходимости, описания: объектов измерений; свойства объекта, которое должно быть определено в соответствии с поставленной задачей измерений; других свойств объекта измерений, способных влиять на погрешности измерений;

— вида измеряемой величины, диапазона ее возможных значений, наибольшей возможной частоты (скорости) ее изменения;

— характеристики внешних условий проведения измерений и режимов работы объектов измерений (далее — внешних условий), способных влиять на погрешности измерений;

— пределы допускаемых характеристик погрешности измерений.

Предварительный выбор методов и средств измерений осуществляется следующими этапами:

1) Устанавливают вид измерений, используемых в методике для определения значений измеряемой величины — прямые или косвенные.

2) На основании заданных исходных данных и решения, принятого по виду измерений устанавливают виды и типы используемых в методике средств измерений, а также других технических средств, таких, например, как вспомогательные источники энергии, средства автоматизации, средства вычислительной техники и др. Предварительный выбор типов средств измерений основывают на комплексе нормированных для них метрологических характеристик, других технических характеристик, рабочих условий применения типов средств измерений. На данном этапе производится ориентировочный расчет погрешностей средств измерений в реальных для методики условиях применения. При этом можно руководствоваться общими рекомендациями, изложенными в [6, 7].

3) Составляют схему соединений средств измерений с объектом измерений, между собой (если их несколько), с другими техническими средствами.

4) Если предполагается, что для удовлетворения требований к погрешности измерений необходимо будет при измерениях уменьшать влияние случайных составляющих погрешности измерений, предварительно устанавливают число измерений (наблюдений) и соответствующий алгоритм обработки их отдельных результатов.

5) Если предполагается, что для удовлетворения требований к погрешности измерений необходимо будет при измерениях уменьшать систематические составляющие погрешности измерений, выбирают методику исключения (уменьшения) систематических составляющих погрешности.

В подразделе «Выбор алгоритма обработки и оформление результатов измерений» необходимо описать алгоритм обработки результатов измерений:

— для многократных измерений по [8];

— для однократных измерений по [9];

— для косвенных измерений по [10];

— оценивание неопределенности измерений по [4].

Результаты измерений оформляются в виде протокола измерений. Форма протокола измерений должна содержать:

— название документа, его регистрационный номер;

— наименование измеряемой физической величины и объекта измерений;

— наименование и основные метрологические характеристики средств измерений, вспомогательных устройств, используемых при измерениях;

— схема (способ) измерения – если предусмотрено методикой измерений;

— условия проведения измерений;

— результаты наблюдений, получаемые в процессе измерений (в табличной форме);

— результат измерений с указанием полученной погрешности (неопределенности) измерений;

— дату проведения измерений;

— подпись, фамилию и инициалы, должность лица, проводившего измерения.

Пример оформления протокола измерений приведен в Приложении В.

В подразделе «Последовательность и содержание операций при подготовке и выполнении измерений» описывается последовательность и содержание процедур, необходимых для проведения измерений и получения результатов с заданной точностью по описываемой методике, с учетом выбранных средств измерения и их схем (способов) подключения к объекту измерения (и/или между собой).

В заключении делаются основные выводы и предложения, полученные по итогам всей курсовой работы (2-3 страницы).

Список литературы должен содержать десять и более источников, используемых при написании курсовой работы.

В приложениях приводятся схемы, графики, рисунки, таблицы, справочные данные, а также разработанная форма протокола измерений.

2.2 Требования к оформлению курсовой работы

Курсовая работа оформляется в соответствии с требованиями СТО СГУПС 01 СДМ.01-2007 Система управления качеством. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Значения коэффициента tp (v ) для случайной величины, имеющей распределение Стьюдента с v степенями свободы

v	tp (v )
p = 0,95	p = 0,99
3	3,182	5,841
4	2,776	4,604
5	2,571	4,032
6	2,447	3,707
7	2,365	3,499
8	2,306	3,355
9	2,262	3,250
10	2,228	3,169
12	2,179	3,055
14	2,145	2,977
16	2,120	2,921
18	2,101	2,878
20	2,086	2,845
22	2,074	2,819
24	2,064	2,797
26	2,056	2,779
28	2,048	2,763
30	2,042	2,750
¥	1,960	2,576

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

Пример вычисления неопределенности измерений. Измерения силы электрического тока с помощью вольтметра и токового шунта

Б.1 Уравнение измерений

(Б.1)

где I — сила тока;

V — напряжение;

R — сопротивление шунта.

Б.2 Нахождение результата измерений

Б.2.1 В результате измерений напряжения при температуре t = (23,00 ± 0,05) °С получают ряд значений Vi в милливольтах (где i = 1, …, n; n = 10):

V 1	V 2	V 3	V 4	V 5	V 6	V 7	V 8	V 9	V 10
100,68	100,83	100,79	100,64	100,63	100,94	100,60	100,68	100,76	100,65

Б.2.2 На основе полученных значений вычисляют среднее арифметическое значение напряжения , мВ, по формуле

. (Б.2)

Б.2.3 Значение сопротивления шунта R 0, Ом, установлено при его калибровке для I = 10 А и t = 23,00 °С и равно:

R 0= 0,010088 Ом.

Б.2.4 Результат измерений силы тока I, А, получают по формуле

(Б.3)

Б.3 Вычисление неопределенности измерений

Б.3.1 По типу А вычисляют стандартную неопределенность, обусловленную источниками неопределенности, имеющими случайный характер.

Б.3.1.1 Стандартную неопределенность напряжения, обусловленную источниками неопределенности, имеющими случайный характер, u A (V ) определяют по формуле

(Б.4)

u A (V ) = 3,4×10-2 мВ,

Б.3.1.2 Стандартную неопределенность силы тока, обусловленную источниками неопределенности, имеющими случайный характер, u A определяют по формуле

, (Б.5)

Б.3.2 По типу В вычисляют стандартные неопределенности, обусловленные источниками неопределенности, имеющими систематический характер. Распределение значений величин внутри границ считают равномерным.

Б.3.2.1 Границы систематического смещения при измерениях напряжения, определенные при калибровке вольтметра, равны ±(3×10-4 ×V + 0,02). Тогда соответствующую стандартную неопределенность u B,V вычисляют по формуле

, (Б.6)

Б.3.2.2 Границы, внутри которых лежит значение сопротивления шунта, определены при калибровке шунта и равны ±(7×10-4R ). Тогда при R = R 0соответствующую стандартную неопределенность u B,R вычисляют по формуле

, (Б.7)

Б.3.2.3 Границы изменения значения сопротивления шунта, обусловленного изменением температуры, равны ±(a×Dt ×R 0). Соответствующую стандартную неопределенность u B,t получают в соответствии с формулой

, (Б.8)

В дальнейшем этой составляющей неопределенности (ввиду ее малости по сравнению с другими составляющими) можно пренебречь.

Б.3.2.4 Суммарную стандартную неопределенность u B, вычисленную по типу В, определяют по формуле

, (Б.9)

Б.3.3 Суммарную стандартную неопределенность u c вычисляют по формуле

, (Б.10)

Б.3.4 Эффективное число степеней свободы v eff рассчитывают по формуле

, (Б.11)

Б.3.5 Коэффициент охвата k получают по формуле

. (Б.12)

Б.3.6 Расширенную неопределенность U 0,95 определяют следующим образом

, (Б.13)

Б.4 Полный результат измерения

, р =0,95.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(справочное)

Пример оформления протокола измерений

Протокол измерений № _____

_____массы образца ролика подшипника ______

наименование измеряемой величины и объекта измерений

Средство измерений: _______весы платформенные передвижные ВСП-2/0.5-1 по ГОСТ 29329-92 __________________________________

Условия измерений: __соответствуют значениям рабочих условий эксплуатации весов по Руководству по эксплуатации весов ВСП-2/0.5-1; количество наблюдений n = 150; доверительная вероятность p = 0,95 ________

Таблица 1 – Результаты наблюдений

i	1	2	…	n
mi

Результат измерений: (n = 150; p = 0,95)

_______________ _____________ _______________

Должность подпись Ф.И.О.

Библиографический список

1 Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 года № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

2 ГОСТ Р 8.563 – 96 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений

3 МИ 1317 – 2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров

4 РМГ 43 – 2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений»

5 МИ 1967 – 89 Государственная система обеспечения единства измерений. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения

6 «Методический материал по применению ГОСТ 8.009—84»

7 РД 50-453-84 Методические указания. Характеристики погрешности средств измерений в реальных условиях эксплуатации. Методы расчета

8 ГОСТ 8.207 – 76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

9 Р 50.2.038 – 2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений

10 МИ 2083 – 90 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей

11 Лифиц И.М. Стандартизация, метрология и сертификация: Учеб. для вузов, — М.: Юрайт, 2007

Учебное издание

Законодательная метрология.

Практикум для курсовой работы по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация».

Составители

Редактор

Технический редактор

Корректор

Компьютерная верстка

Изд. лиц. ЛАР № 021277 от 06.08.98

Подписано в печать