Метрологическое обеспечение производства

Единицы физических величин можно выбрать произвольно, получить по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами – эти единицы называются производными.

Единицы физических величин объединяются в системы единиц по определенным принципам, т. е. произвольно устанавливаются единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и через них по формулам получают все производные единицы для данной области измерений. Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

Развитие метрической системы мер в различных отраслях науки и техники происходило разобщённо и привело к появлению многих систем единиц физических величин и большого количества внесистемных единиц.

Возможность устранения многообразия применяемых единиц появилась после разработки Единой универсальной системы единиц, охватывающей все отрасли науки и техники. Эта система единиц была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам (МОМВ) в 1960 г. и получила наименование «Международная система единиц». В Российской Федерации применяются в настоящее время единицы величин Международной системы единиц, обозначаемой сокращенно SI (начальные буквы французского наименования «Systeme International d Unites»). На территории нашей страны SI действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417 «ГСИ. Единицы физических величин».

Основными единицами (их семь) являются следующие: длины – метр (м), массы – килограмм (кг), времени – секунда (с), силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кандела (кд), количества вещества – моль (моль).

Первые три единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к ним четвертой (кельвина) можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин.

Метр, килограмм, секунда, ампер служат основой для образования производных единиц в области электрических, магнитных измерений и измерений ионизирующих излучений, а моль используется для образования единиц в области физико-химических измерений.

Дополнительными в Международной системе являются единица плоского угла (радиан) и единица телесного угла (стерадиан). Они используются для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами (например, угловая скорость). В практических задачах для измерения угловых величин используются угловой градус, минута, секунда.

В действующую нормативно-техническую документацию на продукцию должны быть внесены единицы СИ и единицы, допускаемые к применению наравне с этими единицами.

Международная система единиц имеет целый ряд преимуществ, главные из которых следующие.

1. Унификация единиц физических величин на базе SI. Вместо исторически сложившегося многообразия единиц (системных, разных систем и внесистемных) для каждой физической величины устанавливается одна единица и четкая система образования кратных и дольных единиц.

2. Универсальность SI. Система охватывает все области науки, техники и народного хозяйства.

3. Принцип когерентности (согласованности). Выбор основных единиц системы обеспечивает согласованность механических и электрических единиц. Например, ватт – единица механической мощности (равный джоулю в секунду) равняется мощности, выделяемой электрическим током силой 1 ампер при напряжении 1 вольт. В SI, подобно другим когерентным системам единиц, коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях, определяющих производные единицы, равны безразмерной единице. Когерентные производные единицы системы SI образуются с помощью простейших (определяющих) уравнений связи между величинами, в которых величины приняты равными единицам SI.

Пример простейшего уравнения связи для получения производной единицы скорости V = l / t, где V – скорость, l – длина пройденного пути, t – время. Подстановка вместо l, t и V их единиц дает [V] = [м] / [с] = 1 м/с. Следовательно, когерентной единицей скорости является метр в секунду.

4. Удобство для практического применения основных и большинства производных единиц SI.

5. Четкое разграничение единиц массы (килограмм) и силы (ньютон).

6. Упрощенная запись уравнений и формул в различных областях науки и техники. Достигается значительная экономия времени при расчетах в силу отсутствия в формулах, составленных с применением единиц SI, пересчетных коэффициентов, вводимых в связи с тем, что отдельные величины в этих формулах выражены в разных системах единиц.

7. Установление одной общей единицы – джоуль для всех видов энергии (механической, тепловой, электрической и др.) в Международной системе единиц.

Преимущества системы обусловливают:

а) повышение эффективности труда проектировщиков, конструкторов, производственников, научных работников;

б) облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах;

в) лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технических и экономических связей между разными странами.

В связи с тем, что национальные стандарты приобрели статус добровольно применяемых документов, возникла необходимость в регламентации применения единиц величин в Российской Федерации с помощью нормативного документа более высокого ранга. Постановлением Правительства РФ от 31.10.2009 г. №879 утверждено «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации» (с изменениями на 09.03.2022 г.). При разработке этого документа был учтен опыт регламентации применения единиц величин, накопленный в период применения ГОСТ 8.417.

В акте закреплены единицы величин, допускаемые к применению:

– основные единицы международной системы – метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела;

– производные единицы величин, определенные через основные единицы;

– когерентные единицы;

– десятичные кратные и дольные единицы;

– относительные и логарифмические единицы;

– внесистемные единицы величин, применяемые в отдельных областях деятельности.

Кроме того, в постановлении установлены правила образования наименований производных, когерентных, десятичных кратных и дольных единиц SI, правила применения единиц величин в нормативных правовых актах, нормативно-технических, научно-технических, конструкторских, технологических документах, учебниках и других изданиях.

Следует обратить внимание на отмену применения такой устаревшей величины, как лошадиная сила, и замену ее на современную единицу мощности – киловатт (1 л.с. = = 0,7355 кВт), а также на допуск к применению новых величин, таких как байт, которые необходимы для решения вопроса метрологического обеспечения средств цифровой связи.

До 2016 г. допускались к применению следующие внесистемные единицы величин: грамм-сила, килограмм-сила; килограмм-сила на квадратный сантиметр; миллиметр водяного столба; техническая атмосфера. Почти пятьдесят внесистемных единиц допускаются к применению в различных областях измерений без какого-либо ограничения срока применения.

Внесистемные единицы по отношению к системным единицам разделяют на четыре вида:

1) допускаемые к применению наравне с системными единицами (например, тонна, градус, минута, секунда, литр);

2) допускаемые к применению в специальных областях (например, диоптрия – единица оптической силы в оптике; карат – единица массы в ювелирном деле; тскс – единица плотности в текстильной промышленности и т.д.);

3) временно допускаемые к применению единицы;

4) изъятые из употребления (например, миллиметр ртутного столба – единица давления и некоторые другие).

Хотя SI нашла очень широкое применение в мире, тем не менее, в некоторых странах существуют также другие национальные системы единиц. Например, в США применяются такие единицы, как фунт (1 фунт = 0,454 кг), галлон (1 галлон = 3,785 л), дюйм (1 дюйм = 2,54 см), а также другие внесистемные единицы. Внесистемные единицы могут также использоваться, например, в навигации (1 морская миля = 1852 м) или в торговле сырой нефтью (1 баррель = 159 л).

Дольные и кратные единицы, применяемые в Международной системе единиц СИ (SI) – это единицы, в целое число раз бóльшие исходных (кратные единицы) и в целое число раз меньшие исходных (дольные единицы). Для образования наименований и обозначений соответствующих десятичных долей дольных и кратных единиц используют множители и приставки, приведённые в таблице 1.

Приставку (и её обозначение) пишут слитно с наименованием и обозначением единицы, например, килогерц (кГц), гектопаскаль (гПа). Присоединение подряд двух приставок и более не допускается (например, пикофарад, но не микромикрофарад). Поскольку наименование основной единицы массы СИ (SI) – килограмм – содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы приставки присоединяются к наименованию грамм (например, миллиграмм, но не микрокилограмм). Дольную единицу массы – грамм, составляющую 10—3 от единицы массы СИ (SI) – килограмма, применяют без присоединения приставки. Если единица образована как произведение или отношение единиц, приставку присоединяют к наименованию первой единицы, например, килопаскаль – секунда на метр (но не паскаль-килосекунда на метр). Исключения допускаются лишь в обоснованных случаях, например, тонна-километр (но не килотонна-метр).

Таблица 1.

Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц

Тема 2.2 Субъекты метрологии

Деятельность по обеспечению единства измерений основывается на законодательстве Российской Федерации об обеспечении единства измерений и осуществляется следующими субъектами:

1) федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию, оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений и федеральному государственному метрологическому контролю (надзору);

2) подведомственными федеральному органу исполнительной власти, осуществляющему функции по оказанию государственных услуг и управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений, государственными научными метрологическими институтами и государственными региональными центрами метрологии;

3) Государственной службой времени, частоты и определения параметров вращения Земли, Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, руководство которыми осуществляет федеральный орган исполнительной власти, осуществляющий функции по оказанию государственных услуг и управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений;

4) метрологическими службами, а также аккредитованными в соответствии с законодательством Российской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями.

Основными задачами федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию, оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений и государственному метрологическому контролю (надзору), являются:

1) разработка государственной политики и нормативно-правовое регулирование в области обеспечения единства измерений, а также координация деятельности по нормативно-правовому регулированию в данной области;

2) организация взаимодействия с органами государственной власти иностранных государств и международными организациями в области обеспечения единства измерений;

3) реализация государственной политики в области обеспечения единства измерений;

4) координация деятельности по реализации государственной политики в области обеспечения единства измерений;

5) осуществление федерального государственного метрологического контроля (надзора) и координация деятельности по его осуществлению;

6) межведомственная координация деятельности по разработке и производству измерительной техники в Российской Федерации;

7) организация мониторинга состояния системы обеспечения единства измерений, прогнозирования измерительных потребностей экономики и общества.

Различают три уровня субъектов метрологии: международный, региональный и национальный (рис. 2.1).

Расшифровка аббревиатур:

МКМВ – Международный комитет мер и весов;

МБМВ – Международное бюро мер и весов;

МОЗМ – Международная организация законодательной метрологии;

ИСО – Международная организация по стандартизации;

ТК – технический комитет;

ГНМЦ – государственные научные метрологические центры;

РКС – Российская калибровочная служба;

МСО – метрологическая служба отраслей;

МСП – метрологическая служба предприятий;

ЦСМ – центр стандартизации и метрологии.

Рисунок 2.1 – Структура субъектов метрологии

Международный уровень представлен международными метрологическими организациями, в состав которых входят представители национальных организаций по метрологии, а региональный – метрологическими организациями стран определенного региона земного шара. Национальный уровень метрологии имеет два подуровня:

– государственный;

– службы юридических лиц.

Каждая группа субъектов национального подуровня обладает определенными функциями и областью компетентности.

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (далее – Минпромторг) осуществляет регулирование метрологической деятельности в следующих формах: представление в Правительство РФ проектов нормативных правовых актов; рассмотрение и утверждение нормативных правовых актов; осуществление связи с другими федеральными органами исполнительной власти, ведущими метрологическую деятельность.

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (далее – Росстандарт) осуществляет государственное управление обеспечением единства измерений. Росстандарт находится в ведении Минпромторга. Росстандарт является федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в сфере технического регулирования и метрологии, осуществляет лицензирование деятельности по изготовлению и ремонту средств измерений, а также функции по государственному метрологическому контролю и надзору. Федеральное агентство осуществляет также контроль и надзор за соблюдением обязательных требований национальных стандартов и технических регламентов до принятия Правительством Российской Федерации решения о передаче этих функций другим федеральным органам исполнительной власти.

К компетенции Росстандарта относится:

– представление Правительству РФ предложений по единицам величин, допускаемым к применению;

– установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

– определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

– осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

– осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров Российской Федерации о признании результатов испытаний и поверки средств измерений;

– руководство деятельностью Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения единства измерений;

– участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

Государственная метрологическая служба (далее – ГМС) находится в введении Росстандарта и включает:

– государственные научные метрологические центры;

– органы Государственной метрологической службы на территориях республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга. Органы Государственной метрологической службы осуществляют государственный метрологический контроль и надзор на территориях субъектов Федерации.

Государственные научные метрологические центры (далее – ГНМЦ) несут ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов единиц величин, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений.

В состав Государственной метрологической службы входят такие ГНМЦ, как:

– Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (далее – ВНИИМС);

– Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (далее – НПО ВНИИМ им. Д. И. Менделеева);

– Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (далее – ВНИИФТРИ);

– Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений (далее – ВНИИОФИ);

– Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (далее – СНИИМ), г. Новосибирск;

– Уральский научно-исследовательский институт метрологии (далее – УНИИМ), г. Екатеринбург/

Главным центром Государственной метрологической службы является ВНИИМС. Важнейшими направлениями деятельности ВНИИМС как главного центра Государственной метрологической службы ГМС являются общее научно-методическое руководство и координация деятельности метрологических служб, а также разработка научно-методических, организационных, технико-экономических и правовых основ метрологического обеспечения народного хозяйства.

Главными центрами эталонов являются:

– ВНИИМ (специализация величины длины и массы, механические величины, теплофизические величины, ионизирующие излучения, давление, физико-химический состав и свойства веществ);

– ВНИИФТРИ (радиотехнические и магнитные величины, время и частота, акустические и гидроакустические величины, низкие температуры, ионизирующие излучения, давление, твердость, характеристики аэрозолей и т. д.). Во ВНИИФТРИ хранится эталон времени;

– ВНИИОФИ (оптические и оптико-физические величины, акустооптическая спектрометрия, измерения в медицине, измерения параметров лазеров);

– СНИИМ (радиотехнические, электрические и магнитные величины и др.).

Государственная метрологическая служба несет ответственность за метрологическое обеспечение измерений в стране на межотраслевом уровне и осуществляет государственный метрологический контроль и надзор метрологических служб юридических лиц.

В состав органов Государственной метрологической службы входят Государственные региональные центры стандартизации, метрологии и испытаний (далее – ЦСМ), осуществляющие государственный метрологический контроль и надзор во всех регионах России.

ЦСМ создаются в форме федеральных бюджетных учреждений или федеральных автономных учреждений для выполнения работ и (или) оказания услуг в целях обеспечения реализации полномочий федерального органа исполнительной власти.

Приоритетными направлениями деятельности Государственных региональных центров стандартизации, метрологии и испытаний является проведение испытаний для целей государственного надзора, осуществление поверки средств измерений, испытаний средств измерений с целью утверждения их типа, осуществление контрольных мероприятий за соответствием выпускаемых и применяемых средств измерений утвержденным типам, проведение инспекционного контроля аккредитованных метрологических служб юридических лиц оценка состояния измерений в испытательных и измерительных лабораториях.

Кроме того, в области обеспечения единства измерений ЦСМ выполняют платные работы и оказывают платные услуги юридическим и физическим лицам, включая:

– калибровку и поверку средств измерений, аттестацию испытательного оборудования,

– аттестацию методик выполнения измерений, проведение исследований (испытаний) продукции,

– проведение межлабораторных сравнительных испытаний продукции,

– ремонт средств измерений, изготовление эталонов и стандартных образцов, проведение судебных экспертиз и др.

Тема 2.3 Метрологическая служба юридических лиц

Метрологическая служба юридических лиц представлена метрологическими службами федеральных органов управления и предприятий (далее – МСП), являющихся юридическими лицами. Метрологические службы в государственных органах управления и на предприятиях создаются при необходимости в установленном порядке для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений, а также для осуществления метрологического контроля и надзора. При выполнении работ в сферах, где необходима поверка средств измерения, создание метрологических служб и иных организационных структур по обеспечению единства измерений является обязательным.

Метрологические службы юридических лиц осуществляют метрологический контроль путем калибровки средств измерений, надзора за состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками измерений, эталонами единиц величин, применяемыми для калибровки средств измерений, а также за соблюдением установленных метрологических правил и норм. Кроме того, они осуществляют проверки своевременности представления средств измерений на испытания в целях утверждения типа средств измерений, а также на поверку и калибровку.

МСП, организаций и учреждений включает отдел главного метролога, другие структурные подразделения (поверочные и измерительные лаборатории, группу ремонта средств измерений, бюро проката, и т. д.) и создается для выполнения задач по обеспечению единства измерений и метрологическому обеспечению исследований, разработки, испытаний и эксплуатации продукции или иных областей деятельности, закрепленных за предприятием.

Деятельность МСП регулируется в соответствии с требованиями Р 1323565.1.045—2023 «Рекомендации по стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Типовое положение о метрологической службе юридических лиц и индивидуальных предпринимателей», утвержденными и введёнными в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июня 2023 г. №395-ст.

Метрологические службы создаются с целью выполнения функций и задач по обеспечению единства измерений при исследовании и проектировании, разработке, изготовлении (производстве), поставке, эксплуатации (потреблении, хранении), ремонте и ликвидации продукции, при оказании услуг, в том числе государственных, или в иных областях деятельности, определенных учредительными документами юридических лиц (объединений юридических лиц) и индивидуальных предпринимателей, а также для осуществления метрологического контроля (надзора).

Для выполнения возложенных на метрологическую службу задач она должна иметь положение, структуру, систему обеспечения качества, персонал, необходимые рабочие эталоны, помещения, условия, обеспечивающие проведение поверки средств измерений.

Задачи, функции и права МСП, порядок организации и координации и другие аспекты их деятельности определяются положениями о метрологических службах, утверждаемыми руководителями или уполномоченными ими лицами этих юридических лиц (объединений юридических лиц) или индивидуальными предпринимателями.

Положение о метрологической службе юридического лица (объединения юридических лиц) и индивидуального предпринимателя разрабатывается на основе положений законодательства Российской Федерации об обеспечении единства измерений, нормативных правовых актов федеральных органов исполнительной власти, государственных корпораций, устава юридического лица (объединения юридических лиц) и настоящих рекомендаций.

Положение о метрологической службе юридических лиц (объединений юридических лиц) и индивидуальных предпринимателей содержит информационные данные о юридическом лице (объединении юридических лиц) и индивидуальном предпринимателе соответственно и определяет организационную структуру метрологической службы, задачи, функции, права и обязанности ее участников, порядок организации и координации деятельности метрологической службы.