Современные проблемы метрологии и пути их решения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Целью курсовой работы является анализ состояния современной метрологии, представляющей собой отрасль науки, в которой на первое место поставлены исследования, опирающиеся на физический эксперимент высокой точности.

Содержание работы

1 Введение………………………………………………………………
Теоретическая часть 3
1.1 Основные понятия и задачи метрологии…………………………. 4
1.2 Состояние современной метрологии……………………………… 5
1.3 Объекты регулирования при обеспечении единства измерения.. 7
1.4 Структуры государственной системы обеспечения единства измерений…………………………………………………………….
7
1.5 Цели Федерального закона об обеспечении единства измерений 7
1.6 Эталонная база России………………………………………………. 8
1.7 Государственная метрологическая служба………………………. 8
1.8 Структура Российской системы измерений………………………. 10
1.9 Государственная служба времени и частоты…………………….. 11
1.10 Государственная служба стандартных справочных данных……. 11
1.11 Государственная служба стандартных образцов…………………. 12
1.12 Международное и региональное сотрудничество в области метрологии…………………………………………………………… 13
1.13 Роль стандартизации в повышении эффективности производства 14
1.14 Задачи современной стандартизации……………………………… 16
2 Расчетная часть
2.1 Задача 1………………………………………………………………. 21
2.2 Задача 2……………………………………………………………… 22
3 Заключение…………………………………………………………… 24
4 Список использованной литературы………………………………. 25
5 Приложение……………………………………………………………. 26

Файлы: 1 файл

Васильев АА 19 редактирован2.docx

Основные понятия и задачи метрологии………………………….

Состояние современной метрологии…………………… …………

Объекты регулирования при обеспечении единства измерения..

Структуры государственной системы обеспечения единства измерений……………………………………………………… …….

Цели Федерального закона об обеспечении единства измерений

Государственная метрологическая служба…………………… ….

Структура Российской системы измерений……………………….

Государственная служба времени и частоты……………………..

Государственная служба стандартных справочных данных…….

Государственная служба стандартных образцов………………….

Международное и региональное сотрудничество в области метрологии………………………… …………………………………

Роль стандартизации в повышении эффективности производства

Задачи современной стандартизации………………………………

2 Расчетная часть

Список использованной литературы……………………………….

В последние годы работы по метрологии проводятся по направлениям, определенным Президентом РФ для модернизации российской экономики: энергоэффективность, энергосбережение, ядерные технологии, космические технологии, био и медицинские технологии, информационные и телекоммуникационнные технологии, а также в рамках реализации утвержденной Стратегии обеспечения единства измерений в России до 2015 года.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Теоретическая метрология занимается фундаментальными вопросами теории измерений, разработкой новых методов измерений, созданием систем единиц измерений и физических постоянных.

Прикладная метрология изучает вопросы практического применения результатов разработок теоретической и законодательной метрологии в различных сферах деятельности.

Законодательная метрология устанавливает обязательные правовые, технические и юридические требования по применению единиц величин, эталонов, стандартных образцов, методов и средств измерений, направленные на обеспечение единства и точности измерений в интересах общества.

Предметом метрологии является получение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Главными задачами метрологии являются:

- обеспечение единства измерений (ОЕИ);

- унификация единиц величин и признание их законности;

- разработка систем воспроизведения единиц величин и передача их размеров рабочим средствам измерений.

Основное понятие метрологии — измерение. Измерение — это нахождение значения величины опытным путем с помощью специальных технических средств или совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины.

Значимость измерений выражается в трех аспектах: философском, научном и техническом.

Философский аспект заключается в том, что измерения являются основным средством объективного познания окружающего мира, важнейшим универсальным методом познания физических явлений и процессов. Научный аспект измерений состоит в том, что с помощью измерений осуществляется связь теории и практики, без них невозможны проверка научных гипотез и развитие науки. Технический аспект измерений — это получение количественной информации об объекте управления и контроля, без которой невозможно обеспечение условий проведения технологического процесса, качества продукции и эффективного управления процессом.

Величина — одно из свойств объекта (системы, явления, процесса), которое может быть выделено среди других свойств и оценено (измерено) тем или иным способом, в том числе и количественно. Если свойство объекта (явления, процесса) является качественной категорией, так как характеризует отличительные особенности в различии или общности его с другими объектами, то понятие величины служит для количественного описания одного из свойств этого объекта. Величины подразделяются на идеальные и реальные, последние из которых бывают физические и нефизические. Пример физических величин и их классификация приведены в приложении А.

Количественное содержание индивидуального свойства объекта является размером величины, а числовую оценку ее размера называют значением величины. Например, разные вещества обладают той или иной плотностью, но каждое из них имеет вполне определенное значение: у воды плотность при 20 °С равна 0, 998 г/см 3 , а ртути — 13, 540 г/см 3 . Отсюда следует, что одна и та же величина как вполне определенное свойство будет при одинаковых единицах измерения для разных веществ, фаз и систем отличаться размером.

Единица величины – это фиксированное значение величины, которое принято за единицу данной величины и применяется для количественного выражения однородных с ней величин. Различают истинное значение величины, идеально отражающее свойство объекта, и действительное — найденное экспериментально, достаточно близкое к истинному значению величины и которое можно использовать вместо него.

Единство измерений – такое 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. Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах, в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии в 2009 году осуществляло метрологическую деятельность в рамках предложений, одобренных на 23-й Генеральной конференции по мерам и весам и принятых в качестве рекомендаций для правительств стран –участниц Метрической конвенции.

Приоритетными направлениями работ по обеспечению единства и прослеживаемости измерений в мире признаются:

-здравоохранение (диагностика, терапия и фармацевтическая продукция);

-производство продуктов питания; биотехнологии; нанотехнологии;

-производство современных материалов;

-энергетика (включая новые источники энергии);

- исследования изменений климата и окружающей среды;

-судебная медицина и безопасность;

-исследования в области надежности информационных технологий и коммуникаций; антидопинговый контроль;

-устранение технических барьеров в торговле и оценка соответствия продукции санитарным и фитосанитарным нормам.

Ожидается, что в ближайшем будущем большинство основных единиц средств измерений (СИ), в частности килограмм, ампер, кельвин и моль, получат новое определение на основе фиксированных значений фундаментальных физических констант, что позволит значительно увеличить точность и сопоставимость измерений, проводимых во всем мире.

-совершенствование государственного регулирования в области обеспечения единства измерений, создание механизмов межведомственной координации работ в этой области;

-повышение научно-технического уровня государственных первичных вторичных и рабочих эталонов единиц величин;

-совершенствование технических средств Государственной службы времени, частот и определения параметров вращения Земли;

-создание стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, формирование фонда стандартных справочных данных;

-повышение эффективности государственного метрологического контроля и надзора;

-уточнение условий функционирования системы обеспечения единства измерений и определение целевых показателей деятельности;

-развитие метрологического обеспечения, в том числе в сфере нанотехнологий и наноматериалов;

-разработка административных регламентов, устанавливающих порядок выполнения государственных функций в области обеспечения единства измерений;

-совершенствование организационной структуры российской системы измерений, особенно ее нормативных правовых основ.

Объекты регулирования при обеспечении единства измерений

Объектами регулирования при обеспечении единства измерений являются: единицы величин (килограмм, вольт, секунда и т.д.);

-эталоны единиц величин и стандартные образцы;

-средства измерений (только в части требований по обеспечению единства измерений);

- продукция (только в части количественных характеристик);

-деятельность, связанная с измерениями и обеспечением единства измерений;

-нормативная правовая и организационно методическая базы.

Структура государственной системы обеспечения единства измерений

-федеральные органы исполнительной власти, осуществляющие установленные Правительством Российской Федерации функции в области метрологии;

-систему территориальных органов Росстандарта, осуществляющих государственный метрологический надзор;

-систему национальных метрологических институтов — государственных научных метрологических центров;

Алексеева Елена Павловна – студентка Российского государственного профессионально-педагогического университета.

Мигачева Галина Николаевна - кандидат технических наук, доцент Российского государственного профессионально-педагогического университета.

Аннотация: Объектом является исследование проблем метрологического обеспечения производственной деятельности. Рассмотрение четырех подходов к регулированию отношений в сфере обеспечения единства измерений (ОЕИ), которое является фундаментом МО.

Ключевые слова: Метрологическое обеспечение, промышленное предприятие, метрологическая служба, Ростехрегулирование, единство измерений, метрологическая экспертиза, технологические документы, конструкторские документы, аттестация, калибровка, поверка.

Можно выделить четыре подхода к регулированию отношений в сфере обеспечения единства измерений (ОЕИ), которое представляет собой фундамент МО.

МО – трактуется традиционным для промышленности образом как деятельность, включающая в себя измерения, осуществляемые в процессе разработки, производственного контроля и испытаний изделий, и работы по обеспечению прослеживаемости, или достоверности результатов, этих измерений.

Первый подход, который можно назвать регрессивным, состоит в стремлении вернуться в той или иной форме к преимущественному (в крайнем проявлении – тотальному) централизованному государственному регулированию.

Второй, противоположный, подход можно определить как либеральный; он состоит в желании освободить (в крайнем проявлении – полностью) производственную деятельность от государственного регулирования.

Третий и четвертый подходы представляют собой сочетания первых двух. Их различие сводится к следующему. Третий подход, юридический, предполагает, что государство устанавливает обязательные правила, включая обязательные метрологические процедуры, после чего с помощью правовых инструментов реагирует на последствия их выполнения или невыполнения. При этом сами правила выполняются добросовестными субъектами экономической деятельности, включая мониторинг ситуации силами саморегулируемых организаций.

Четвертый подход, надзорный, исходит из необходимости, силами государства и уполномоченных им органов, следить за выполнением обязательных правил.

Позиция многих специалистов представляет собой комплекс, содержащий элементы различных подходов. Так, например, некоторые из главных метрологов промышленных предприятий, которые, казалось бы, должны поддерживать умеренно либеральный подход, в действительности ратуют за реализацию регрессивного подхода [1]. Это обусловлено не их личными взглядами, но надеждой на то, что государство сможет заставить руководителей их предприятий кардинально изменить негативное или равнодушное отношение вообще к метрологической деятельности и конкретно – к метрологической службе предприятия. Аналогично этому, позиции сторонников того или иного подхода обусловлены не столько их личными взглядами, сколько их должностными интересами и обязанностями. В частности, сотрудники метрологических институтов [2], личный либерализм которых доходит до сомнения в полезности такого федерального органа как Ростехрегулирование, в силу своего должностного положения в системе организаций, подчиненных Ростехрегулированию, публично занимают позицию поддержки и усиления его функций.

Таким образом, налицо новая, сложная ситуация, которая является внешней по отношению к промышленному предприятию и в которой, тем не менее, предприятие должно действовать повседневно, решая текущие и перспективные задачи МО.

Остановимся на соотношении понятия МО.

Соотношение рассматриваемых понятий ранее выглядело следующим образом (см. Рисунок 1).

В настоящее время единство измерений определяется [6] как «состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности не выходят за установленные границы. Иными словами, понятия ОЕИ и МО совпадают по содержанию, что делает одно из них (скорее всего – МО) излишним. Однако практика свидетельствует, что специалисты промышленных предприятий традиционно включают в понятие МО, кроме ОЕИ (в новой трактовке), также проведение производственных (технологических, рабочих) измерений и, зачастую, испытаний продукции (по крайней мере – измерений, проводимых в процессе испытаний). Таким образом, в настоящее время соотношение рассматриваемых понятий, оставаясь формально тем же самым, базируется на другом их содержании (см. Рисунок 2), из которого будем исходить в дальнейшем рассмотрении.

Рисунок 1. Соотношение понятий МО и обеспечения единства измерений (в прошлом).

Рисунок 2. Соотношение понятий МО и обеспечения единства измерений (в настоящем).

Очевидно, что единство измерений представляет собой системообразующий фактор для систем измерений [7]. В зависимости от указанных систем, выделяются системные уровни обеспечения единства измерений.

В настоящее время отраслевой уровень может отсутствовать или заменяться уровнем объединения предприятий, не обязательно отраслевого в строгом смысле, например, уровнем корпорации.

Объектами ОЕИ на предприятии являются все измерения, осуществляемые в процессах конструирования (включая исследовательские и конструкторские испытания), разработки технологии, производства (включая технологический контроль) и приемочных испытаний (всех видов).

Указанная констатация не столь очевидна, как может показаться, поскольку на практике существует тенденция избежать «вмешательства метрологов в работу тех или иных подразделений и специалистов предприятия. Имеются многочисленные примеры потери ресурсов, к которой приводит эта тенденция, которая чаще всего реализуется под лозунгом их экономии.

Исполнителями функций МО на предприятии практически всех основных работников, за исключением обслуживающего персонала, не связанного непосредственно с производственной деятельностью. Что касается самих функций, то в общем виде они сводятся к следующим:

Метрологическая экспертиза (МЭ), в т.ч.

МЭ изделий,
МЭ технических документов; управление измерениями, в том числе
Управление методиками выполнения измерений,
Управление средствами измерений, контроля и испытаний;
Осуществление метрологических, арбитражных и особо точных рабочих измерений.

Каждая из общих функций естественным образом распадается на ряд частных функций, выполнение которых должно быть обеспечено специальными механизмами.

МЭ выполняется различным образом в отношении готовых изделий и их составных частей, конструкторских и технологических документов, тех нестандартизованных МВИ, которые в соответствии с ГОСТ Р 8.563 [8], не подлежат аттестации.

Управление МВИ, в свою очередь, предусматривает их создание, аттестацию и МЭ.

Управление средствами измерений, контроля и испытаний структурируется по двум факторам: видам технических устройств и этапам их жизненного цикла. Следовательно, с одной стороны, нужно говорить об управлении СИ, средствами контроля (СКн) и средствами испытаний (СИсп). С другой стороны, управление любым из этих видов устройств включает в себя:

Оснащение (определение потребности, приобретение, создание);
Учет, хранение и выдачу;
Калибровку (СИ, СКн), поверку (СИ) и аттестацию (СИсп);
Техническое обслуживание и ремонт;
Контроль состояния и применения, включая регистрацию данных о состоянии;
Списание и утилизацию.

В общем виде можно представить процедуру процесса МО, в виде карты (Приведена в Таблице 1).

Введение
1 Анализ современного состояния эталонной базы Республики Казахстан
1.1 Состояниегосударственной эталонной базы
1.2 Сопровождение и обслуживание государственных эталонов
1.3Развитие и обеспечение функционирования
государственной эталонной базы
2 Современные технические средства эталонных комплексов . химические системы
2.1 Эталонные комплексы, построенные на химических явлениях:стандартные образцы твердых, жидких и газообразных веществ, рН. метрия
2.2 Определение химического состава. Анализ эталонов
2.3 Эталоны и эталонное оборудование Республики Казахстан. Физико.химические измерения
2.3.1 Рабочий эталон единицы плотности жидкости 2 разряда (набор ареометров типа АОН)
Список использованной литературы

Средство измерений – техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологическиехарактеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физическойвеличины, размер которой принимается неизменным в течение известногоинтервала времени.
По существу средство измерений в простейшем случае производит двеоперации:
- обнаружение физической величины;
- сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов навоздействие известного и неизвестного размеров.
Действие средств измерений основано на использовании различных физических эффектов, например, пьезо-, тензо-, термо – и фотоэлектрических эффектов и др.
Измерять с приемлемой точностью можно при условии, что средство измерений обеспечивает хранение (или воспроизведение) единицы измеряемой величины практически неизменной как во времени, так и под воздействием факторов окружающей среды. Причем эту неизменность размера единицы во времени и подверженность ее изменениям под воздействием влияющих факторов необходимо контролировать.
Средства измерений имеют некоторые общие признаки, присущие всем средствам измерений независимо от назначения и области применения.
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают следующие средства измерений:
- метрологические, предназначенные для метрологических целей – воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерений;
- рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Их разрабатывают, производят и эксплуатируют в специализированных научно-исследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средств измерений принадлежит ко второй группе.
Выбор средств измерений для конкретных измерительных целей определяется многими факторами. Задача выбора может быть как очень простой, так и достаточно сложной, когда требуется проверка соответствия свойств средства измерения предъявляемым требованиям по быстродействию, надежности, степени защищенности от определенных воздействий и т.п. Но главным требованием является, как правило, обеспечение необходимой точности измерений. Для обоснования этого требования необходимо знать цель измерения. Таких целей две. Они имеют следующие принципиальные отличия:
- определение действительного размера измеряемой величины в заданных единицах;

Министерство образования и науки Республики Казахстан

по
(наименование дисциплины)
Тема:

Современные проблемы метрологии

(фамилия, инициалы)
(оценка)
(подпись) (дата)

Караганда 2014
Введение

Средство измерений - техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.
По существу средство измерений в простейшем случае производит две операции:
- обнаружение физической величины;
- сравнение неизвестного размера с известным или сравнение откликов на воздействие известного и неизвестного размеров.
Действие средств измерений основано на использовании различных физических эффектов, например, пьезо-, тензо-, термо - и фотоэлектрических эффектов и др.
Измерять с приемлемой точностью можно при условии, что средство измерений обеспечивает хранение (или воспроизведение) единицы измеряемой величины практически неизменной как во времени, так и под воздействием факторов окружающей среды. Причем эту неизменность размера единицы во времени и подверженность ее изменениям под воздействием влияющих факторов необходимо контролировать.
Средства измерений имеют некоторые общие признаки, присущие всем средствам измерений независимо от назначения и области применения.
По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают следующие средства измерений:
- метрологические, предназначенные для метрологических целей - воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим средствам измерений;
- рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Их разрабатывают, производят и эксплуатируют в специализированных научно-исследовательских центрах. Поэтому подавляющее большинство используемых на практике средств измерений принадлежит ко второй группе.
Выбор средств измерений для конкретных измерительных целей определяется многими факторами. Задача выбора может быть как очень простой, так и достаточно сложной, когда требуется проверка соответствия свойств средства измерения предъявляемым требованиям по быстродействию, надежности, степени защищенности от определенных воздействий и т.п. Но главным требованием является, как правило, обеспечение необходимой точности измерений. Для обоснования этого требования необходимо знать цель измерения. Таких целей две. Они имеют следующие принципиальные отличия:
- определение действительного размера измеряемой величины в заданных единицах;
- определение соответствия измеряемой величины предписанному (номинальному) размеру, для которого заданы допустимые предельные отклонения.
В первом случае измеряемой величине присваивается размер, достоверность которого полностью определяется погрешностью, имевшей место в момент измерения. Допустимая погрешность назначается, исходя из конкретных задач определения размера.
Во втором случае с помощью измерения проверяют, находится ли размер измеряемой величины в заданном интервале (в поле допуска). При этом изменение (исправление) размера в процессе измерения невозможно [1].

1 Анализ современного состояния эталонной базы Республики Казахстан

1.1 Состояние государственной эталонной базы

В соответствии со статьей 10 Закона Республики Казахстан от 7 июня 2000 года Об обеспечении единства измерений техническую основу государственной системы обеспечения единства измерений в Республике Казахстан образуют государственные эталоны единиц величин, создание и содержание которых осуществляется государством.
По состоянию на 1999 год эталонная база состояла из созданных в 1970-1980 годах и сосредоточенных в южном регионе государственных эталонов, которые морально и технически устарели и их метрологические характеристики не отвечают требованиям, предъявляемым к исходным для страны средствам измерений.
Реализация аналогичных программ за 1999-2006 годы позволила ввести в эксплуатацию новые эталоны, модернизировать ряд эталонов, расширить диапазоны измеряемых величин, повысить точность измерений.
Развитие экономики, а вместе с ней науки и техники обуславливает постоянное обновление применяемого парка средств измерений. Причем обновление происходит в сторону повышения точности и расширения диапазонов измерений.
Ввиду чего, ряд исходных эталонов, принадлежащих метрологическим службам юридических лиц, а также рабочих средств измерений из-за отсутствия соответствующих государственных эталонов, ежегодно вывозятся на поверку за пределы республики (в Россию, Украину).
Такое положение в значительной степени сдерживает выход отечественной продукции на мировой рынок, создает техническую и экономическую зависимость республики от других стран, у которых она вынуждена поверять свои исходные эталоны и рабочие средства измерений.
Особенно это касается интенсивно развивающихся отраслей экономики и приоритетных кластеров, таких как топливно-энергетический комплекс, нефтегазодобывающая, текстильная и пищевая промышленность, металлургия, а также отраслей машиностроения, телекоммуникаций, в которых метрологическое обеспечение находится не на должном уровне.
Для отдельных видов машиностроения и приборостроения организация и выпуск такой продукции как станки для металлообработки, нефтегазодобывающее оборудование и прочие, являются приоритетными в связи с целесообразностью их дальнейшего развития. При осуществлении таких производств используется значительное количество средств измерений геометрических величин: измерения наружных и внутренних размеров, параметров сложных рабочих поверхностей, отклонений от прямолинейности и плоскостности.
В машиностроении, промышленности строительных материалов и в научных исследованиях задействованы приборы для определения твердости по шкале Шора, которые метрологически не обеспечены в республике. Измерители теплопроводности материалов, применяемых в энергетике, машиностроении, строительстве и производстве строительных материалов также вывозятся на поверку за пределы республики.
В здравоохранении, охране и мониторинге окружающей среды, безопасности движения на транспорте, технологических процессах применяются приборы определения освещенности, яркости и светового потока, однако, в республике отсутствует государственный эталон единицы силы света, от которого бы передавался размер [2].
Спектрофотометры видимого излучения, меры спектральных коэффициентов, белизномеры, применяемые в электронике, электротехнике, телевидении, пищевой промышленности, фармацевтике, разведке полезных ископаемых также метрологически не обеспечены.
Повышенная запыленность (массовое содержание взвешенных частиц) и загазованность воздуха рабочей зоны относится к физической группе опасных и вредных производственных факторов, влияющих на безопасность окружающей среды для жизни, здоровья и имущества населения, следствием являются взрывы на производствах, особенно в угольной промышленности, строительстве. Источниками атмосферных аэрозолей (пыль, твердые частицы, взвешенные вещества) являются природные (лесные пожары, пылевые бури), промышленные и бытовые факторы (выбросы промышленных предприятий при пылении отходов производства и применении хвостохранилищ, золоотвалов, терриконов, различных полигонов бытовых отходов, особенно, в крупных городах республики). На предприятиях, вносящих наибольший вклад в загрязнение атмосферы, применяются контрольные приборы, для метрологического обеспечения которых необходим государственный первичный эталон единиц дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов и единицы массовой концентрации частиц в аэродисперсных средах.
В соответствии с Законом средства измерений, используемые при осуществлении государственных и частных учетных операций, подлежат обязательной поверке. Основными средствами измерений при учете материальных ценностей являются меры массы, к которым размер единицы передается по цепочке эталонов от государственного вторичного эталона массы, для расширения диапазонов которого необходимо провести его дооснащение.
Для участия в международных ключевых сличениях, проводимых в рамках Международного Бюро Мер и Весов, необходимы государственный первичный эталон единицы длины и государственный первичный эталон единицы массы - 1 кг из платиноиридиевого сплава. Также первичные эталоны дадут возможность иметь собственные размеры единицы длины - метр и единицы массы - килограмм.
6 января 2006 года Казахстан стал ассоциированным членом Международного Бюро Мер и Весов, главной функцией которого является проведение международных сличений, выполняющих важнейшую роль в осуществлении международной унификации измерений. Результаты сличений публикуются в сети Интернет в виде базы данных по измерительным возможностям государств. Положительные результаты обеспечивают доверие зарубежных партнеров в осуществлении торговых операций и научно-технического сотрудничества.
Для выполнения вышеуказанных работ собственную государственную эталонную базу имеют все зарубежные страны, такие как Германия, Франция, США, Япония, Южная Корея и так далее, содержание и развитие которых финансируется, в том числе и из государственного бюджета. Так, метрологический институт РТВ (Германия) со стопроцентным финансированием из государственного бюджета, для выполнения работ по обеспечению единства измерений имеет 130 государственных эталонов и штат сотрудников 1540 человек.

1.2 Сопровождение и обслуживание государственных эталонов

Эталоны и эталонное оборудование являются комплексом высокоточных средств измерений, на точность которых влияют многие факторы окружающей среды (температура, относительная влажность, атмосферное давление, вибрация, электромагнитные поля), а также их изменение во времени. Исключение или уменьшение влияния указанных факторов является одной из главных задач при хранении единиц величин и передаче размеров от государственных эталонов. Это требует создания соответствующих условий в лабораториях (отопление, кондиционирование, освещение).
На конец 2012 года количество государственных эталонов и эталонного оборудования составляет 137 единиц. В период с 2004 по 2009 годы проведена передача размера единицы более 50 государственным эталонам.

1.3 Развитие и обеспечение функционирования
государственной эталонной базы

Для развития государственной эталонной базы необходимо приобретение государственных эталонов и эталонного оборудования, проведение модернизации и дооснащения существующих эталонов и эталонного оборудования.
Для сопровождения и обслуживания государственных эталонов необходимо:
- проведение сличений (поверок) с межгосударственными и международными, а также национальными эталонами единиц величин зарубежных стран;
- обеспечение условий хранения и эксплуатации приобретаемого оборудования;
- приобретение расходных материалов и вспомогательных средств измерений для государственных эталонов;
- ремонт и сервисное обслуживание государственных эталонов;
- содержание и повышение квалификации персонала, обслуживающего государственные эталоны.
- Для проведения научно-исследовательских работ на международном уровне и повышения квалификации персонала, обслуживающего государственные эталоны необходимо провести их обучение и прохождение длительных стажировок не менее шести месяцев в ведущих метрологических институтах зарубежных стран.

2 Современные технические средства эталонных комплексов - химические системы

2.1 Эталонные комплексы, построенные на химических явлениях: стандартные образцы твердых, жидких и газообразных веществ, рН- метрия

Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов - это образцы веществ и материалов, химический состав или физические свойства которых типичны для данной группы веществ (материалов), определены с необходимой точностью, отличаются высоким постоянством и удостоверены сертификатом. Они играют важную роль в обеспечении единства измерений.
Стандартные образцы, вещества (материалы) с достаточно точно известными и официально аттестованными значениями величин, характеризующих их химический состав (содержание элементов, соединений и др.), свойства (термодинамические, оптические и др.) либо некоторые физико- химические или технические параметры (напр., молярные массы полимеров, площадь поверхности порошков, коррозионная стойкость сплавов). Стандартные образцы изготовляют по специальной технологии; аттестованные значения величин и показатели, характеризующие стандартные образцы, устанавливают по данным тщательно спланированных исследований. Сведения об аттестованных значениях величин, а также др. информацию, необходимую для применения стандартных образцов, приводят в особом документе- свидетельстве. К последнему иногда прилагают инструкции или рекомендации по применению стандартных образцов данного типа. Стандартные образцы используют на стадиях разработки, освоения, эксплуатации и совершенствования методик и приборов для получения градировочных характеристик и для контроля правильности результатов анализов (или др. испытаний) [3].
В последнем случае стандартные образцы периодически подвергают анализу (испытанию) в условиях, типичных для данной лаборатории; устойчивая, достаточно хорошая воспроизводимость значения величины (напр., содержания компонента), приведенного в свидетельстве, рассматривается как доказательство правильности результатов текущих анализов (испытаний).
В РК создана Государственная служба стандартных образцов. Головным центром ГСО является Восточно-Казахстанский филиал РГП КазИнМетр.
Измерение pH - pH-метрия - используется крайне широко не только в химии, но и во многих научных исследованиях других областей знаний, во многих отраслях производства. Подобные измерения производят с помощью приборов, называемых рН-метрами.
В ряде случаев pH реакционной среды оказывает существенное влияние на ход химической реакции. Поэтому контроль значений рН важно проводить как в ходе лабораторных исследований, так и при осуществлении химических реакций в промышленных масштабах. В биологии и медицине величина pH служит для характеристики жизнедеятельности организмов, обнаружения патологических изменений.

2.2 Определение химического состава. Анализ эталонов

Для анализа эталонов и образцов применяется технология жидких реактивов. Данная технология используется для производства и сертификации эталонов, для проведения квалификационных испытаний на автоматических системах и для проведения испытаний методом OES и XRF. Результаты фиксируются для последующей выверки измерительного оборудования и сертификации первичных веществ
Технология жидких реактивов предполагает растворение определенного количества образца металла, обычно в виде стружки, в кислоте . продолжение

В настоящее время количественные характеристики всех практически используемых физических явлений в окружающем нас мире могут быть определены на основе существующих теорий фундаментальных взаимодействий и значений ФФК. Точность, с которой может быть вычислена на основе теории какая-либо характеристи ка процесса, в значительной мере зависит от точности известных соответствующих ФФК. С наибольшей точностью сейчас определена константа электромагнитных взаимодействий. В метрологии применение квантовых стандартов, функционирование которых основано на явлениях микрофизики, также приводит к повышению точности воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров.

Современная метрология претерпела заметные качественные и идеологические изменения. По сути дела, в ее рамках возникла новая наука — фундаментальная метрология — наука о фундаментальных процессах, законах, управляющих этими процессами в физике, и пределах их применимости. Цель метрологии — использование новых физических эффектов для создания и совершенствования естественных эталонов, уточнение значений основных физических констант и способов их согласования, установление принципиальных пределов измерения (квантовых, термодинамических, релятивистских и т. д.).

Роль фундаментальных постоянных в метрологии состоит в возможности установления связи между различными единицами, а также между разными системами таких единиц. В то же время эти константы входят в фундаментальные физические теории, что приводит к инвариантным (по отношению к изменениям системы единиц) соотношениям между результатами измерений разных величин.

Таким образом, фундаментальные константы дают возможность количественно сопоставить выводы основных физических законов и тем самым определяют точность, полноту и единство наших представлений об окружающем мире. К таким представлениям в первую очередь относятся свойства пространства и времени, а также свойства четырех основных физических взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного (ядерного).

Физики-метрологи предлагают замкнутую схему, отражающую необходимые связи в фундаментальной метрологии (рис. 11.4).

Переход к квантовым стандартам (эталонам) в последние годы является основным направлением совершенствования эталонной базы метрологических организаций многих стран, так как квантовые эталоны обладают рядом явных преимуществ при обеспечении стабильности и единства измерений. Разработка, внедрение и применение квантовых стандартов единиц физических величин наивысшей точности в первую очередь базируется на использовании значений ФФК, таких, как скорость света с, постоянная Планка h , постоянная Больцмана к, массы и заряды элементарных частиц

Рис. 11.4. Связи фундаментальной метрологии

(электрона, протона) и т. д. Более того, нахождение с высокой точностью значений ФФК и повышение точности воспроизведения физических единиц и передачи их размера с помощью квантовых эталонов взаимосвязаны.

Сказанное выше позволяет сделать вывод, что основой повышения точности, стабильности и воспроизводимости единиц физических величин с помощью новых эталонов является использование квантовых закономерностей микрофизики и фундаментальных физических констант. Правда, не исключается возможность изменения константы электромагнитных взаимодействий с увеличением возраста Вселенной или даже при движении Земли в пространстве Вселенной. При этом надо учитывать возможное изменение констант не только электромагнитных, но и слабых, сильных и гравитацион ных взаимодействий, что в настоящее время не делается. Кроме ва риаций констант взаимодействий возможны также вариации эле ментарных частиц.

Точность теоретических расчетов различных процессов в пос леднее время существенно возросла и сравнялась с предельной точ ностью, достигаемой при проведении экспериментальных измерений, что позволяет при обработке этих данных использовать вычисленные теоретические значения в качестве опорных.

Перспективным направлением метрологических исследований является замена платиноиридиевого прототипа килограмма квантовым эталоном массы, который будет основан, вероятнее всего, на атомной единице массы и числе Авогадро или постоянной Планка. Для повышения точности воспроизведения единицы и передачи ее размера с помощью квантового эталона массы требуется более точное определение числа Авогадро и постоянной Планка, а также разработка наиболее точных экспериментальных и теоретических методов нахождения масс элементарных частиц, атомов, ионов и молекул. Можно предположить, что в дальнейшем в рамках теории великого объединения всех взаимодействий станет возможно, например, вычислять с высокой точностью массы произвольного количества вещества, состоящего из любых типов частиц, задавая при этом значения одной или нескольких ФФК.

Не исчерпаны возможности совершенствования детища Государственной службы времени и частоты — ВНИИФТРИ, где в 50— 60-х годах прошлого столетия были разработаны лучшие в мире кварцевые часы, созданы квантовые (молекулярные и водородные) генераторы, комплекс аппаратуры государственного первичного эталона времени и частоты, воспроизводящего атомную секунду, система передач сигналов атомного времени по радио- и телевизионным каналам, усовершенствована система определения параметров вращения Земли. Основные метрологические характеристики ГСВЧ с 1967 г. по настоящее время были повышены более чем в 1000 раз. Несмотря на рекордные показатели точности и стабильности, существует возможность значительно улучшить эти показатели при переходе от микроволновых к оптическим стандартам частоты и времени и стандартам частоты нового поколения — атомным фонтанам, в которых используются охлажденные лазерным излучением до температуры порядка милликельвина атомы и ионы. В последние годы наблюдается существенный прогресс в области создания лазеров с высокой стабильностью и точностью воспроизведения частоты излучения.

Изменение функционального назначения астрономических методов в ГСВЧ сопровождалось пересмотром методических и технических приемов их реализации. Потребовалась разработка таких методов измерений и их математической обработки, которые позволили существенно повысить точность и разрешающую способность аппаратуры. В техническом плане это внедрение методов спутниковой дальнометрии (лазерная локация и прием сигналов спутниковых навигационных систем) и метода интерферометрии сверхудаленных космических радиоисточников. Точность этих методов на два порядка превышает точность классических астрооптических определений, но достигается это ценой использования аппаратуры чрезвычайной сложности, создание которой требует значительных капитальных затрат. По этой причине использование таких методов в ГСВЧ активизировалось в основном в последнее время. При этом в дополнение к собственным измерениям привлекаются также данные зарубежных станций.

Одна из задач Государственного метрологического центра ГСВЧ — обеспечение взаимодействия с международными организациями при согласовании ряда важнейших проблем ГСВЧ, а именно:

• обеспечения единства измерений времени и частоты и вклад ГМЦ в формирование группового эталона времени и частоты — сек ция времени МБМИ (Франция);

• обеспечения потребителей единообразной и высокоточной информацией о времени и частоте — ITU (Международный союз электросвязи);

• признания калибровочных, поверочных и аттестационных работ, проводимых в различных странах;

• участия в совместных работах по определению всемирного (астрономического) времени.

В 2005 г. Консультативный комитет по единицам МКМВ принял рекомендацию по возможному изменению определения килограмма, ампера, моля и кельвина на основе фундаментальных физических постоянных величин. Безусловно это приведет и к изменению эталонной базы физических величин.

Измерения усложняются, все большую роль в их осуществлении играют методические факторы. На первый план выходят методики выполнения измерений, в которых значительное место отводится алгоритмам обработки данных. Измерительные эксперименты становятся все более дорогостоящими, что делает необходимой их оптимизацию. Факторами оптимизации, наряду с качеством аппаратуры, становятся также методические, вычислительные и другие аспекты измерений. Все это вместе означает, что метрология должна быть непосредственным заказчиком для приборостроения, электроники, физиков-атомщиков.

Создаваемые в настоящее время на базе новейших технологий системы и комплексы требуют существенного повышения точности и надежности эталонов и других систем метрологии.

Читайте также: