39 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ
В 1954 г. Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть ключевых единиц физических величин для употребления в международных связях, это: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина.
В последующие годы она претерпела некоторые изменения, вследствие чего в системе появилось семь основных единиц.
Метр (единица длины) – длина пути которую проходит свет в вакууме за 1/29979457 долю секунды.
Килограмм (единица массы) – масса, которая равна массе международного прототипа килограмма.
Секунда (единица времени) – продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, которое соответствует переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия–133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей.
Ампер (единица силы электрического тока) – сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, находящимся на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2 χ 10 Н на каждый метр длины.
Кельвин (единица термодинамической температуры) – также применяется шкала Цельсия.
Моль (единица количества вещества) – это количество вещества системы, которая содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углерода 12 массой 0,012 кг.
Кандела (единица силы света) – это сила света в заданном направлении источника, который испускает монохроматическое излучение частотой 540 χ 10 Гц, энергетическая сила вэтом направлении составляет 1/683 Вт/ср.
Эти определения трудны и требуют хорошего уровня знаний (прежде всего в физике). Но они дают представление о появлении принятых единиц. Их трактовка в течение развития науки усложнилась, в результате чего появилась возможность представить основные единицы как достоверные и точные и установить их как общую основу для всех стран мира.
Система СИ считается наиболее совершенной по сравнению с предыдущими системами. В системе СИ для измерения плоского и телесного радиан, а также большого числа производных единиц пространства и времени, тепловых и световых величин, помимо основных единиц, имеются дополнительные единицы.
После принятия Генеральной конференцией по мерам и величинам Международной системы единиц почти все значительные международные организации ввели ее в рекомендации по метрологии.
В 1963 г. система СИ начала свое существование в России как следствие введения надлежащего государственного стандарта, невзирая на то, что в это время все государственные стандарты обладали силой закона и были обязательными для выполнения.
В наше время можно сказать, что система СИ является международной, но все же используются и внесистемные единицы (тонна, сутки, гектар, литр и т. д.).
4 °CЕРТИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Сертификация средств измерений начала проводиться в России с 1984 г., когда было издано постановление Совета министров СССР "О сертификации экспортной продукции, включая средства измерений для экспортных поставок".
Сертификация средств измерения в больших масштабах стала осуществляться с 1992 г. после введения в России системы обязательной сертификации по ГОСТ Р. Затем в 1993 г. был принят Закон "О сертификации продукции (в том числе и средств измерений) и услуг". В настоящее время в РФ проводится сертификация средств измерений на основании Федерального Закона "О техническом регулировании".
Сертификация средств измерений имеет большое значение для нормального функционирования всех отраслей хозяйственного комплекса Российской Федерации и особенно для ведущих, основных составляющих базы рыночной экономики.
Сертификация средств измерений проводится аккредитованными (имеющими лицензию) органами метрологической службы. При проведении сертификации выполняется всестороннее исследование средств измерений с целью выявления их метрологических свойств (в первую очередь диапазона измерений) чувствительности (если это измерительные приборы) действительного значения (если это меры)), погрешности, определения условий применения и других особенностей.
При метрологической сертификации также проверяются неизменность метрологических свойств средств измерений во времени и действие влияющих величин на погрешность средства измерений.
С правовой точки зрения метрологическая сертификация есть акт признания законным конкретного средства измерений (нового или в новом качестве). На основании результатов метрологической сертификации устанавливается минимум операций, которые необходимо выполнять в дальнейшем при поверке этого средства измерений.
Метрологическая организация, проводившая сертификацию, одновременно утверждает методику предстоящей поверки и поверочную схему. Это дает возможность решить вопрос о дальнейшем метрологическом обслуживании данного средства измерений.
Сертификация оформляется документально, при этом владельцу средства измерений выдается сертификат качества или соответствия, позволяющий пользоваться средством измерений в том качестве, которое указано в документе.
41 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭТАЛОНОВ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Еще во второй половине прошлого века (XX) в метрологии начали использовать квантовые эффекты для построения эталонов единиц физических величин. Как известно, в 1960 г. была принята международная система единиц – первая система (СИ) такого рода, признанная на международном уровне.
Основными достоинствами СИ являются:
1) универсальность – охват всех областей науки и техники;
2) унификация единиц для всех областей хозяйственных комплексов всех стран мира и видов измерений: механических, тепловых, магнитных, электрических, световых, акустических и т. д. Например, вместо ряда применявшихся ранее единиц работы и энергии (кгс^м; кал, л; Вт^с; Дж и др.) в СИ предусмотрена одна системная единица джоуль (Дж) как единица работы, энергии, количества теплоты; вместо нескольких единиц давления (атм.; ат.; кгс/см ; мм рт. ст.; мм вод. ст.; бар.; дин/см ; Н/м ; Па и др.) введена одна единица – Паскаль (Па) как универсальная системная единица давления механического напряжения модуля упругости;
3) возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определениями;
4) когерентность единиц – все производные единицы СИ получают из уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны 1 и т. д.
Международная система единиц была принята на XI Генеральной конференции по мерам и весам в октябре 1960 г. В последующем в нее вносились изменения и дополнения. В настоящее время СИ состоит из семи основных единиц, двух дополнительных и ряда производных, число которых неограниченно. Соответственно СИ были разработаны семь основных эталонов. Из них, например, эталоном метра теперь считается длина пробега светового луча в вакууме за 1/299792458 долю секунды (т. е. данный эталон основан на квантовом эффекте). А секундой является промежуток времени, за который атом цезия совершает 9 192 631 770 колебаний (т. е. периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия–133, принято в 1967 г., резолюция № 1 XIII – ой Генеральной конференции по мерам и весам).
Эталон силы света – канделы (cd, J) – определен как сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 54θ χ 10 Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср (эталон утвержден резолюцией № 3 в 1979 г. XVI Генеральной конференцией по мерам и весам). В 1960–1970–е гг. учеными было установлено, что квантовый характер излучения света атомами связан с переходом атомных электронов из одного энергетического состояния в другое.
42 ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ
Первостепенной задачей испытаний является нахождение значения величины при заданных режимах и влияющих факторах.
Целью испытаний является оценка продукции благодаря выявлению количественных и качественных характеристик.
Предметом испытаний является продукция, подлежащая испытанию.
Главным критерием объекта испытаний является то, что по итогам испытаний принимается заключение по этому объекту: о его годности или негодности к применению, а также возможности испытания на следующих проверках, о возможности массового выпуска и т. д.
Характеристика объекта обозначается при испытаниях путем анализа, измерения, диагностирования, фиксации событий по ходу испытания и т. д.
Характеристики свойств объектов (приобретение ими качественных свойств) при испытаниях оцениваются либо (при принятии заданных требований характеристик объекта) контролируются.
К субъектам испытаний можно отнести персонал, участвующий в ходе испытаний. Первостепенными требованиями, предъявляемыми к ним, являются: образование, квалификация, опыт работы и т. д.
Испытания в системах обязательной сертификации ИС и компонентов ИС, подлежащих обязательной сертификации в системе ГОСТ Р или других системах в соответствии с действующим законодательством, должны предшествовать утверждению типа ИС.
Допускается проводить испытания в системах обязательной сертификации ИС и компонентов ИС одновременно с испытаниями с целью утверждения типа.
Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, сходимостью, правильностью, воспроизводимостью, а также размером допускаемых погрешностей.
Достоверность измерения – степень доверия к результатам измерений. Измерения, для которых известны вероятные характеристики отклонения результатов от истинного значения, относятся к достоверным.
Сходимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Она отражает влияние случайных погрешностей.
Под правильностью измерения понимается качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.
Воспроизводимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях (в различное время, в различных местах).
43 КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Испытания – главные методы оценки соответствия по сертификации. Ключевой задачей испытаний является оценка продукции с помощью получения количественных и качественных характеристик.
Различают следующие виды испытаний:
1) исследовательские испытания выполняют для исследования объекта при том или ином внешнем воздействии;
2) добавочные испытания проводят для оценки воздействия изменений, которые были внесены в техническую документацию для обеспечения достижения нужных значений показателей качества продукции;
3) приемочные испытания проводят для установления вероятности поставки на производство той или иной продукции;
4) квалифицированные испытания проводятся для оценивания готовности предприятия к изготовлению серийной продукции. Испытанию подлежат первые образцы продукции, выпущенной по лицензии;
5) приемосдаточные испытания проводятся для установления пригодности продукции к ее использованию. Испытанию подлежит произведенная единица продукции или выборка из партии. Служба технического контроля изготовителя проводит эти испытания;
6) периодические испытания проводят для:
а) периодической проверки качества выпускаемой продукции;
б) доказательства качества продукции, выпущенной в период контроля;
в) подтверждения результативности методов испытания, используемых при приемочном контроле.
Испытанию подлежит продукция установившегося массового производства.
Типовые испытания проводят для оценки вносимых изменений в технологический процесс. Образцы выпущенной продукции, в изготовление которых внесены изменения, подлежат сертификации.
Инспекционные испытания проводят с целью проверки неизменности качества продукции. Испытания ведут органы государственного и вневедомственного надзора.
Сертификационные испытания назначают с целью установления соответствия продукции требованиям стандартов. Проведением сертификационных испытаний занимаются испытательные центры.
Подконтрольную эксплуатацию проводят с целью доказательства соответствия продукции во время условий ее применения. Испытанию подлежат образцы, для которых создают условия, соответствующие эксплуатационным.
Эксплутационные периодические испытания проводят для обеспечения возможности эксплуатации продукции в дальнейшем, если изменения ее свойств может создать угрозу безопасности здоровья, или уменьшение эффективности ее применения. Для испытания берут единицу эксплуатируемой продукции через определенные интервалы наработки. Испытания проводятся органами государственного надзора.
44 СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Большое число средств измерений одной физической величины, применяемых в России, не позволяет передать им размер единицы с наивысшей точностью от одного исходного средства измерений, которое воспроизводит единицу. Поэтому в стране созданы специальные системы технических средств поверок. Технические средства этих систем, расположенные в определенном порядке в соответствии с их точностью, принимают участие в последовательной передаче размера единицы от исходного средства измерений всем средствам измерений этой физической величины. Порядок передачи устанавливается нормативно-техническими документами специального вида, называемыми поверочными, и правилами поверочной деятельности. По данным статистики эти документы составляют 94 % от общего объема метрологических документов. Технические и нормативные средства обеспечения единообразия средств измерений одной физической величины представляют собой упорядоченные системы средств измерений и документов, предназначенные для достижения общей цели.
На практике их принято называть системами воспроизведения единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений составляют метрологические НИИ Госстандарта, низший – лаборатории государственного надзора и специальные поверочные лаборатории промышленных предприятий. Указанные системы непрерывно совершенствуются, следуя в русле развития всех отраслей хозяйственного комплекса РФ, при этом работа метрологических служб по совершенствованию проводится по следующим направлениям:
1) совершенствование существующих и создание новых методов и средств измерений высшей точности с целью повышения точности воспроизведения единиц и передачи их размеров. Эта работа проводится метрологическими НИИ, а также лабораториями РАН РФ, приборостроительных предприятий и различных ведомств;
2) создание высококачественных образцовых средств измерений и поверочных установок, обеспечивающих передачу размеров единиц от эталонов рабочим средствам измерений с требуемой точностью и производительностью. Эта проблема решается также органами метрологической службы (НИИ, лабораториями, центрами);
3) рациональное распределение вторичных эталонов, образцовых средств измерений и поверочных установок между поверочными метрологическими лабораториями. Кооперация поверочных лабораторий метрологических служб на базе их специализации создает предпосылки эффективного применения высокопроизводительных автоматизированных средств поверки;
4) разработка и внедрение нормативных документов, способствующих нормальному функционированию систем воспроизведения единиц физических величин (исполнители – органы метрологической службы всех видов и уровней).
45 СЕРТИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Сертификационные испытания нужны для установления соответствия продукции запросам стандартов. Этими испытаниями занимаются испытательные центры, они не должны зависеть от производителя. По итогам испытаний сертифицируемый объект получает сертификат соответствия. В сертификационной документации обозначаются методы испытаний.
Обычно испытания по сертификации проводят как самостоятельные испытания, но в некоторых ситуациях могут применять квалифицированные, приемочные и периодические испытания.
Результаты сертификационных испытаний достигаются при наличии:
1) компетентности испытательных лабораторий, которая доказывается ее аккредитацией;
2) единства методов испытаний (которые используются при общепринятых стандартах);
3) небольшой восприимчивости методов испытаний к изменениям условий, которое обеспечивается точным употреблением физических принципов и строгостью изложения характеристик систем испытаний, их погрешностей;
4) использования должных средств испытаний и слежки за их нормальным техническим состоянием.
Испытаниям по сертификации подвержена продукция, предназначенная для выпуска товарной продукции. Также испытания по сертификации продукции проводят на безопасность для окружающей среды, а также жизни и здоровья человека. Испытания по сертификации на надежность проводят для соответствия показателей надежности продукции технического применения. Эти показатели бывают следующих видов:
1) безотказность, т. е. качество объекта сохранять способность работать в течение определенного времени;
2) долговечность – способность объекта сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени;
3) ремонтопригодность – свойство объекта сохранять и восстанавливать работоспособное состояние при помощи ремонта;
4) сохранность – способность объекта сохранять показатели безотказности в течение определенного срока. Она имеет свойство сопротивляться отрицательному воздействию внешних условий. Сохранность выражается по двум направлениям: во время хранения и во время применения объекта после хранения и транспортировки;
5) срок сохранности – это время хранения и транспортировки объекта, во время которой изменения показателей безотказности и долговечности находятся в допускаемых пределах.
Беря за основу особенности и назначение объекта, срок сохранения до ввода в эксплуатацию охватывает срок сохранности в упаковке, в консервированном виде, а также монтаж и хранение в другом упакованном виде.
Чаще всего для каждого вида продукции свойственны не все, а лишь некоторые из названных показателей, это часто зависит от предназначения продукции, специфик условий ее использования.