книги / Метрология, стандартизация, сертификация в строительном материаловедении

Действительное значение физической величины находят экспериментальным путем; оно настолько приближается к истинному значению, что для определенных целей может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение физической величины, найденное с допустимой техническими требованиями погрешностью, принимают за действительное значение.

Погрешность измерения – отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины. Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике лишь приближенно оценивают погрешности измерений, сравнивая результаты измерения со значением этой же величины, полученным с точностью в несколько раз более высокой. Например, погрешность измерения размеров образца линейкой, которая составляет – 1 мм, можно оценить, измерив образец штангенциркулем с погрешностью не более 0,05 мм. Различают погрешность абсолютную, выражаемую в единицах измеряемой величины, и относительную, представляющую собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерений делят на меры и измерительные приборы.

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря – мера массы).

Измерительный прибор – средство измерений, которое служит для воспроизведения измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем. Простейшие измерительные приборы (например, линейка, штангенциркуль) называют измерительным инструментом.

Основные метрологические показатели приборов:

цена деления шкалы – разность измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы;

начальное и конечное значение шкалы – соответственно наи-

меньшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале; диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности.

61

elib.pstu.ru

Погрешности измерения – результат взаимного наложения ошибок, вызываемых различными причинами: погрешностью самих измерительных приборов, погрешностями, возникающими при пользовании прибором и считывании результатов измерений и погрешностей от несоблюдения условий измерения.

При достаточно большом числе измерений среднее арифметическое результатов измерений приближается к истинному значению, а погрешность уменьшается.

Иногда при измерениях так называемая грубая погрешность измерения существенно повышает погрешность, ожидаемую при данных условиях. Результаты измерений, содержащие грубые погрешности, исключают из рассмотрения как недостоверные.

Средства измерений выбирают таким образом, чтобы их допускаемая погрешность в заранее установленных условиях применения, т.е. с учетом всех дополнительных погрешностей, не превышала погрешности, установленной стандартом или техническими условиями (ТУ) на данный вид измерения (испытания) материала. Применять средства измерения, погрешность которых значительно ниже требуемой стандартом, нерационально, особенно при комплексном испытании материала, когда другие измерения проводятся с большей погрешностью. Например, измерение массы и объема пробы материала при расчете его плотности нужно выполнять средствами измерения, имеющими приблизительно одинаковую погрешность.

Единство измерений обеспечивается установлением единиц измерений и разработкой их эталонов. На XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960) была принята Международная система единиц (СИ), которая заменила сложную совокупность систем единиц и отдельных внесистемных единиц, сложившихся на основе метрической системы мер. В России СИ принята в качестве стандартной, а в области строительства ее применение регламентировано СН 528-80 «Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве». Переход на новую систему единиц в условиях сложного хозяйства нашей страны в короткие сроки невозможен, поэтому до настоящего времени в части технической документации, в шкалах приборов и аппаратов используютстарыеединицыфизическойвеличины.

62

elib.pstu.ru

Допуск – допускаемое отклонение числовой характеристики ка- кого-либо параметра от его номинального (расчетного) значения

всоответствии с заданным классом точности. Допуск задают на геометрические размеры деталей и изделий, на механические, физикохимические и другие величины (например, прочность, твердость, химический состав).

Допуски указывают в стандартах, технических требованиях или чертежах изделий в виде двух предельных размеров (наибольшего

инаименьшего), между которыми находится действительный размер, т.е. размер, определяемый измерением. Вместо предельных размеров

втехнической документации обычно указывают номинальный размер, полученный при расчетах данного изделия, и два предельных отклонения – верхнее и нижнее, равные соответственно алгебраической разности наибольшего и наименьшего предельных размеров

иноминального размера. Например, при определении стандартной консистенции гипсового теста (ГОСТ 23789-79) диаметр расплыва теста должен быть (180±5) мм; отклонение размеров керамического кирпича по длине составляет не более 5 мм, а по ширине – 4 мм

(ГОСТ 530-95).

Допуски устанавливают для поддержания необходимого качества материалов, изделий и взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц машин, аппаратов и сооружений.

Взаимозаменяемость – свойство одинаковых деталей и сборочных единиц, позволяющее производить сборку или заменять их без предварительной подгонки. Взаимозаменяемость имеет большое народнохозяйственное значение и является одной из предпосылок организации массового и крупносерийного производства

Встроительстве проблема взаимозаменяемости особенно остро встала в связи с развитием сборного строительства, когда различные детали и сборочные единицы одного здания или сооружения производятся различными предприятиями. В этом случае эффективная сборка здания возможна лишь при обеспечении взаимозаменяемости

исоблюдении требуемых допусков.

Измерение – это сравнение исследуемой величины с другой однотипной величиной, принятой за единицу измерения.

63

elib.pstu.ru

Истинного значения измеряемой величины мы не получаем никогда. Результаты измерений дают лишь ее приближенное значение. Это связано с природой измеряемых объектов и с принципиальной невозможностью абсолютно точных измерений.

Различные измерительные приборы дают возможность получить значение измеряемой величины с той или иной степенью точности. Точность прибора – его свойство, характеризующее степень приближения показаний этого прибора к действительному значению измеряемой величины. Точность прибора зависит от физического явления, на основе которого построен метод измерения, а также от точности изготовления отдельных частей прибора (допуски).

Все погрешности измерений делят на два типа: систематические

ислучайные.

Воснове теории случайных ошибок лежат два предположения, подтвержденные опытом.

1. При большом количестве измерений ошибки одинаковой величины, но разного знака встречаются с одинаковой частотой.

2. Вероятность появления ошибки тем меньше, чем больше ее абсолютная величина.

При бесконечно большом числе измерений истинное значение измеряемой величины равно среднеарифметическому значению всех результатов измерения.

Нормальное распределение отклонений от истинного значения характеризуется двумя параметрами: генеральным средним значением случайной величины и дисперсией.

Для оценки границ доверительного интервала используют коэффициент, который называют«коэффициентом(критерием) Стьюдента».

Для оценки точности измерений введено понятие относительной ошибки, равной отношению абсолютной ошибки результата измерений к среднему значению измеряемой величины.

Для оценки измеряемой величины вычисляют ее средние значения, которые оценивают с помощью среднего квадратического значения и взвешенного среднего.

Впроцессе исследования материалов, особенно в тех случаях, когда преследуется цель – установить, чем влияние некоторого фактора на свойства материала, получаемого в одном эксперименте, от-

64

elib.pstu.ru

личается от влияния на свойства такого же материала, полученного

вдругом эксперименте. Для решения этого вопроса необходимо выяснить, является ли расхождение средних значимым или находится

впределах ошибки эксперимента. Устанавливают значимость расхождения средних значений с помощью критерия Стьюдента.

Математическое описание эмпирических зависимостей, полученных в экспериментах, производят с помощью метода наименьших квадратов (МНК).

Основные термины и понятия

Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Дисперсия – стандартная ошибка во второй степени.

Допуск – допускаемое отклонение числовой характеристики ка- кого-либо параметра от его номинального (расчетного) значения в соответствии с заданным классом точности.

Единица физической величины – числовое значение этой ве-

личины, равное 1.

Значение физической величины – численная оценка физиче-

ской величины конкретного объекта в принятых единицах. Измерение – сравнение исследуемой величины с другой одно-

типной величиной, принятой за единицу измерения.

Калибровка – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона.

Коэффициент (критерий) Стьюдента – величина, соответст-

вующая нормальному – Гауссову – распределению случайных погрешностей при данном количестве измерений.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Относительная ошибка – отношение абсолютной ошибки результата измерений к среднему значению измеренной величины.

65

elib.pstu.ru

Поверка – операция, проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям.

Погрешность измерения – отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

Систематическая погрешность – погрешность, вызванная не-

правильным выбором метода измерений, неправильной установкой прибора или другими неправильными действиями экспериментатора.

Сличаемость – возможность сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующей техники измерения.

Случайная погрешность – погрешность, вызванная большим количеством случайных величин, действие которых при каждом измерении различно и не может быть учтено заранее.

Среднеарифметическая величина – частное от деления суммы всех результатов измерений на их количество.

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Стандартизация – нахождение решений для повторяющихся задач в сфере науки, техники и экономики.

Стандартная ошибка измерения – абсолютное значение от-

клонения измеренной величины от среднего.

Стандартный образец – образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Физическая величина – свойство, физических объектов, устанавливемое измерением.

Эталон – средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

66

elib.pstu.ru

Контрольные вопросы

1.Дайте определение физической величины. Приведите примеры физических величин, относящихся к механике, оптике, магнетизму и электричеству.

2.Что такое шкала физической величины? Приведите примеры различных шкал ФВ.

3.Что такое размерности физической величины? Запишите размерность следующих величин: паскаль, генри, ом, фарад и вольт.

4.Дайте определение системы физических величин и системы единиц физических величин. Приведите примеры основных и производных физических величин и единиц.

5.Сформулируйте основные принципы построения систем единиц физических величин.

6.Назовите производные единицы системы СИ, имеющие специальные названия.

7.Назовите приведенные значения физических величин, используя кратные и дольные приставки: 5,3·1013 Ом; 10,4·1013 Гц; 2,56·107 Па; 4,67·104 Ом; 0,067 м; 0,098 с; 7,65·10–3 с; 3,34·10–6 Ф; 45,6·10 –9 с; 12,3·10–13 Ф.

8.В чем заключается единство измерений?

9.Что такое эталон единицы физической величины? Какие типы эталонов вам известны?

10.Что такое поверочная схема и для чего она предназначена? Какие существуют виды поверочных схем?

11.Что такое поверка средств измерений и какими способами она может проводиться?

12.Для чего используются стандартные образцы? Назовите их метрологические характеристики. Приведите пример стандартных образцов.

13.Расскажите о государственных эталонах основных единиц системы СИ. Проанализируйте каждый из них с точки зрения неизменности во времени и воспроизводимости.

67

elib.pstu.ru

Список литературы по теме 1

1.Баталин Б.С. Строительные материалы: исследования, изобретения. – Пермь: Изд-во Перм. гос. ун-та, 1992. – 144 с.

2.Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1991.

3.Камке Д., Крамер К. Физические основы единиц измерений. –

М.: Мир, 1980.

4.Лапидус В.А. Стандарт QS 9000. Что это и как к нему относиться? // Стандарты и качество. – 1996. – № 12. – С. 51–55.

5.Нормирование и использование метрологических характеристик и средств измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1985.

6.Сергеев А.Г., ЛатышевМ.В. Сертификация. – М.: Логос. 1999.

7.Сергеев А.Г., Латышев М.В. Сертификация. Карманная энциклопедия студента. – М.: Логос, 2001.

8.Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. – М.: Логос, 2000.

9.Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Карманная энциклопедия студента. – М.: Логос, 2001.

10.Тюрин Н.И. Введение в метрологию. – М.: Изд-во стандартов,

1985.

11.Якушев А.И., Воронов Л.И., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и измерительная техника. – М.: Машиностроение, 1986.

68

elib.pstu.ru

Тема 2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Лекция 8. История развития нормативов и стандартов в России и других странах

Стандартизация – это деятельность по установлению норм, правил и характеристик (требований) 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.

Стандартизация как вид деятельности зародилась в глубокой древности. Еще в Древнем Египте при строительстве пользовались кирпичами постоянного, «стандартного», размера; при этом специальные чиновники занимались контролем размеров кирпичей. Замечательные памятники греческой архитектуры: знаменитые храмы, их колонны, портики – собраны из сравнительно небольшого числа «стандартных» деталей. Древние римляне применяли принципы стандартизации при строительстве водопроводов – трубы этих водопроводов были постоянного размера.

В 1904 г. на совещании правительственных делегатов Международного конгресса по электричеству в г. Сент-Луис (США) было принято решение в целях обеспечения сотрудничества технических обществ мира создать Комиссию для рассмотрения вопросов стандартизации

терминологии и номинальных параметров электрических машин. В 1906 г. в Лондоне на конференции представителей 13 стран была фор-

69

elib.pstu.ru

мально утверждена Международная электротехническая комиссия (МЭК). В состав МЭК вошли представители более 50 стран. Комиссия состоит из 100 комитетов и 500 подкомитетов, разрабатывающих рекомендации, которые в последние годы получили права международных стандартов в областях электротехники и радиоэлектроники. Сегодня МЭК проводит работу по следующим направлениям: унификация терминологии, обозначения маркировки; стандартизация материалов, применяемых в электротехнике и радиоэлектронике; рекомендации по стандартизации электротехнического оборудования и электробытовых приборов, включая электрическую безопасность; рекомендации для электрических измерительных приборов и методов измерений, стандартизации элементов, узлов и аппаратуры, применяемой в радиосвязи, телевидении, дальней связи, в системах управления и т. д.; стандартизацияразличного специальногоэлектрооборудования.

Параллельно с деятельностью МЭК возникла необходимость стандартизации в различных областях техники: строительной, автомобильной, общего машиностроения, авиационной и т. д.

После окончания Второй мировой войны, 14 октября 1946 г. в Лондоне состоялась конференция, в которой приняли участие 64 делегата из 25 стран. В результате была создана Международная организация по стандартизации (ИСО), а 24 октября 1946 г. состоялось первое предварительное заседание Генеральной ассамблеи этой организации. Были утверждены ее Устав и Правила процедуры. День основания ИСО – 23 февраля 1947 г.

Сейчас в ИСО представлены 118 стран. Деятельность ИСО по стандартизации основывается на результатах достижений науки, техники и практического опыта. В настоящее время Россия является членом ИСО.

В1947 г. МЭК присоединился к ИСО на автономных правах. Для согласования (работы МЭК и ИСО) был создан постоянный Координационный комитет ИСО/МЭК.

ВРоссии начало стандартизации относят к XVIII в., когда Петр I издал указ о стандартизации в области вооружения и судостроения.

Во второй половине XIX в. развитие судостроения, железнодорожного транспорта, различных отраслей машиностроения привело к появлению первых русских стандартов; это были стандарты пред-

70

elib.pstu.ru