Цель и основные задачи работы. 1.1.1. Целью работы является закрепление теоретических знаний в области теории измерений, получение практических навыков применения приборов и инструментов

 

1.1.1. Целью работы является закрепление теоретических знаний в области теории измерений, получение практических навыков применения приборов и инструментов для измерений веса и линейных размеров предметов, определения их объема и плотности, а также оценки результатов измерений с учетом погрешностей измерения.

1.1.2. Работа выполняется в два этапа.

На первом этапе проводятся исследования, в ходе которых студент должен освоить методики измерения веса и оценки погрешностей измерения веса.

На втором этапе студент должен освоить методику измерений линейных размеров, вычислений по ним площади и объема, а также оценки погрешностей измерений и расчетов.

1.1.3. Для проведения работы рекомендуется использовать следующие приборы и инструменты:

• измерение весовых характеристик - весы механические, электронные и аптекарские;

• измерение линейных размеров - линейка, штангенциркуль и микрометр;

• измерение объема сыпучих веществ - мерная посуда.

Работа проводится с образцами, предоставляемыми преподавателем, ведущим занятие.

1.1.4. В ходе занятия каждый студент должен:

- ознакомиться с настоящими методическими материалами, изучить инструкции по эксплуатации приборов;

- самостоятельно подготовить приборы к работе;

- произвести измерения на представленных учебных образцах в соответствии с заданиями;

- с учетом метрологических характеристик использованных для измерений приборов определить возможные диапазоны действительных значений измеренных величин;

- по результатам измерений выполнить расчеты объемов и плотностей заданных объектов, оценить погрешности вычислений.

По результатам работы необходимо:

- оформить письменный отчет;

- защитить отчет, в ходе защиты дать ответы на контрольные вопросы.

 

1.2. Понятия измерения, погрешности
и единиц измерений

1.2.1. Чтобы определить вес объекта таможенного контроля, отнести кристалл к группе алмазов или менее ценных камней, определить состав веществ в объекте контроля и т.п., необходимо произвести некоторые измерения.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технического средства. Результатом измерения является значение физической величины.

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений.

По своей сложности средства измерений могут существенно различаться, даже если предназначены для измерения одной и той же величины. Так, для измерения длины может применяться обычная линейка, представляющая собой деревянную или металлическую рейку с делениями. В то же время для измерения длины существуют лазерные измерительные электронно-оптические устройства - более сложные и дорогостоящие, но обеспечивающие значительно более высокую точность измерений.

1.2.2. Все измерения разделяются на прямые и косвенные.

При проведении прямых измерений непосредственно регистрируется численное значение интересующей нас величины Y_к. Например, механические стрелочные весы выполняют прямое измерение веса объекта контроля. Под весом объекта прогибается пружина, связанная со стрелкой. Положение стрелки на проградуированном циферблате сразу показывает вес. Измерение линейкой длины предмета - также пример прямых измерений.

При косвенных измерениях интересующая нас величина недоступна прямому измерению. В этом случае наблюдается и измеряется другая величина - Z_к, которая является некоторой функцией от интересующей нас величины Y_к. Например, объем древесины в некотором штабеле досок обычно определяют, измеряя линейные размеры штабеля (высоту, ширину, длину). Для определения объема перемножают полученные при измерениях значения.

В качестве других примеров можно указать на определение электрической мощности по измерениям действующей силы тока и активного сопротивления электроприбора (P=I²·R), измерение плотности твердого тела путем измерений его массы и объема (ρ =m/V), определение типа кристалла по измерению его температуропроводности и т.д.

1.2.3. Измерения должны выполняться в узаконенных единицах с определенной неизменной погрешностью. Очень важно также, чтобы разные средства, производящие измерение одной и той же величины, давали одинаковые значения. Например, весы экспортера и таможни при взвешивании одного и того же веса должны давать одинаковые показания.

Поэтому проведение измерений предполагает наличие системы единиц для оценки значений измеряемых параметров, которая должна быть всеобщей, понятной и удобной для применения, а также наличие эталонов единиц измерений.

1.2.4. Эталон единицы величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерения данной величины[1].

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц СИ. Она включает в себя систему единиц МКС (механические единицы) и систему МКСА, или систему Джорджи (электрические единицы). В системе СИ первоначально было шесть основных единиц, которые в 1971 г. были дополнены величиной для определения количества вещества (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Основные единицы системы СИ

 

Величина	Обозначение	Наименование	Обозначение (рус)	Размерность
Длина	l	Метр	м	L
Масса	m	Килограмм	кг	M
Время	t	Секунда	с	T
Электрический ток	I	Ампер	А	I
Температура	T, q	Кельвин	К	q
Сила света	In	Кандела	кд	J
Количество вещества	n	Моль	моль	–

 

Через основные единицы системы СИ определяются все другие единицы. Например, единица мощности «ватт» определена через размерности ML²T^-3 (метр, килограмм², секунда^-3).

Системой СИ введены также стандартные наименования и обозначения десятичных кратных и дольных единиц: милли, микро, кило и др.

Существуют и другие системы единиц. Так, в Англии и Северной Америке до сих пор широко распространена английская система (в ней для измерения длины используются дюйм и фут, веса – фунт и т.д.). Однако система СИ постепенно вытесняет другие системы единиц.

1.2.5. Чтобы обеспечить совместимость единиц измерений при их применении в разных местах, создана система эталонов единиц измерений.

Существует четыре различных уровня эталонов: рабочие, вторичные, первичные и международные. Рабочие и вторичные эталоны хранятся в отраслевых лабораториях. Рабочие используются для контроля и калибровки лабораторного инструмента (в том числе различных технических средств контроля) в данной отрасли производства, а также для выполнения некоторых точных измерений. Вторичные служат для контроля и калибровки рабочих эталонов.

Первичные эталоны хранятся в специальных национальных лабораториях. Они могут использоваться для калибровки присланных в лабораторию вторичных эталонов. Сами первичные эталоны калибруются путем проведения специальных измерений, результаты которых выражаются в фундаментальных единицах.

Международные эталоны хранятся в Международном бюро мер и весов (Франция). Они не подлежат использованию для измерений или калибровки и периодически проверяются путем выполнения абсолютных измерений в соответствующих фундаментальных единицах. Что из себя представляют эти эталоны? Так, эталон метра менялся несколько раз. Первоначально он был определен как десятимиллионная часть меридиана Земли, проходящего через Париж, и был выполнен в виде платино- иридиевого стержня. Сегодня метр представляет собой длину, которую пробегает свет в вакууме за время 1/299792458 с (из этого определения следует, что по международным стандартам скорость света равна 299 792 458 м/с). В качестве международной секунды в 1967 г. на XIII Генеральной конференции по мерам и весам определена продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя определенными уровнями основного состояния атома ¹³³Cs.

1.2.6. Всякое измерение дает лишь приближенный результат. Проделав эксперимент и измерив некоторую физическую величину, нельзя утверждать, что получено ее истинное значение. Все измерительные средства, в том числе и относящиеся к техническим средствам таможенного контроля (ТСТК), всегда делают измерения с определенной погрешностью.

Погрешность измерений – отклонение результата измерений от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Иными словами, показанное прибором значение может несколько отличаться от действительного значения измеряемого параметра. Это может быть следствием несовершенства реализованной в приборе методики измерения, результатом старения электронных компонент прибора или деформаций его конструктивных элементов и т.п. Например, весы могут показывать значение 1, 0 кг, в то время как действительное значение равно 999 г.

Поэтому, чтобы делать обоснованные выводы по показаниям технического средства контроля, надо знать возможные отклонения его показаний из-за погрешности. Обычно возможные пределы погрешности прибора указываются в его паспорте и эксплуатационной документации.

1.2.7. Знание погрешности позволяет оценить, насколько полученный результат может быть близок к истинному значению, иными словами, определить, в каких пределах может быть действительное значение. В ответственных случаях полученный результат измерения обычно указывают с оценкой погрешности. Например, запись: «Х=25±2» означает, что истинное значение величины Х находится, скорее всего, в пределах от 23 до 27.

При таможенном контроле зачастую очень важно оценить и указать точность результата измерения. Если ее не учитывать, то можно принять неправильное классификационное решение, в результате которого владелец товара и/или таможня понесет значительные финансовые потери. Пусть химический состав сплава измерен как 32, 7% хрома, 33, 8% железа и 33, 5% никеля. В какую позицию ТН ВЭД его следует отнести? Если погрешность данного измерения составляет ±0, 1%, то можно отнести этот сплав к позиции 7202 «Ферросплавы» (так как железа в нем однозначно больше, чем других химических элементов), а если ±1%, то из приведенных результатов нельзя сделать каких-либо выводов (нельзя однозначно отнести его к ферросплавам или к сплавам никеля).

1.2.8. Точность, которой следует добиваться при измерении, зависит от его цели. Далеко не всегда следует стремиться провести измерение как можно более точно, тем более что проведение особо точных измерений, как правило, требует повышенных материальных и временных затрат. Предположим, что образец сплава содержит в соответствии с анализом 4, 95% платины, а точность измерений была ±0, 05%. Ясно, что в данном случае такая точность избыточна, так как сплав даже с гораздо меньшим содержанием платины (более 2%) будет отнесен к позиции 7110 «Платина необработанная, или полуобработанная, или в виде порошка».

1.2.9. Погрешность измерения техническим средством обычно указывают в его эксплуатационной документации. Погрешности каждого конкретного средства определяют в ходе его поверки, при этом используют образцовые средства измерений с очень низкими погрешностями.

Погрешность может меняться при изменениях действительного значения измеряемой величины. Из практики применения измерительной техники известно, что зачастую погрешность измерений можно уменьшить, повторяя измерение несколько раз и формируя результат как среднее.

Погрешности, возникающие в нормальных условиях работы измерительного прибора, называют основными. Изменение основной погрешности, обусловленное изменением внешних условий относительно нормальных, вызывает появление дополнительных погрешностей.

1.2.10. Существуют различные способы задания погрешности прибора. Так, для обычной металлической линейки погрешность обычно задают как значение половины ее наименьшего деления. Часто погрешность задают формулой N±d, где N – результат измерения, d – максимально возможное отклонение действительного значения от результата измерения. Однако погрешность может описываться и более сложной формулой. Так, для дозиметра РМ 1621 основная относительная погрешность измерения мощности эквивалентной дозы описывается выражением d = ±(15+0, 0015/Н +0, 01Н)%, где Н – измеренная мощность.

При нормировании погрешностей прибора устанавливают пределы допускаемых погрешностей (основной и всех дополнительных), а также нормальные условия и допускаемые отклонения от нормальных значений для всех влияющих факторов. Обобщенной характеристикой пределов допускаемых погрешностей является класс точности измерительного прибора. Классы точности и соответствующие им пределы погрешностей устанавливаются государственными стандартами. Для приборов, измеряющих разные физические величины, установлены свои классы точности.

1.2.11. Показания ТСТК, полученные в процессе таможенного контроля, зачастую используются как одно из оснований для заведения дел о нарушении таможенных правил, направлении на экспертизу, конфискации объектов контроля и т.п. Однако, согласно статьям 26.2 и 26.8 КоАП, в качестве доказательств могут применяться только показания специальных технических средств, «утвержденных в установленном порядке в качестве средств измерения, имеющих соответствующие сертификаты и прошедших метрологическую проверку». Следовательно ТСТК, показания которых используются в качестве доказательств, в обязательном порядке должны проходить метрологическую аттестацию.

Вопросы организации и проведения метрологической аттестации оговариваются в специальных документах. Организации, имеющие измерительные приборы, периодически передают их в лаборатории метрологической службы для поверки, в ходе которой производятся регулировки с целью приведения характеристик приборов к паспортным. Для обеспечения этих требований выпускаемые промышленностью измерительные приборы подлежат метрологической аттестации.

Правовые основы обеспечения единства измерений регулируются в России Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений».

Контроль за правильностью измерений осуществляет метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации осуществляет Федеральное агентство по метрологии и техническому регулированию (ранее Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации – Госстандарт России).

В соответствии с Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» Государственный метрологический контроль и надзор распространяется на ряд сфер, в число которых входят «банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции». При выполнении работ в приведенных в Законе сферах создание метрологических служб или иных организационных структур по обеспечению единства измерений является обязательным. Это положение Закона послужило основанием для создания в 2000 г. в Государственном таможенном комитете РФ ведомственной метрологической службы, так как в нем в соответствующем перечне указаны таможенные операции.

1.2.12. Все измерительные приборы, разрешенные к использованию, вносятся в государственный реестр средств измерений. Для этого нужно, чтобы они прошли необходимые испытания и проверки и отвечали всем государственным требованиям, предъявляемым к средствам измерений. Только тогда прибор можно называть измерительным. Производитель, прежде чем запустить новый измерительный прибор (например, весы) в массовое производство, должен проверить его на соответствие государственным требованиям в специализированной и аттестованной организации. Если прибор успешно проходит проверку, то оформляется специальный документ (сертификат об утверждении типа средств измерений). Утвержденный тип средства измерения вносится в Государственный реестр средств измерений, что сопровождается нанесением на прибор специального знака установленной формы. Сертификат об утверждении типа средств измерений выдает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии РФ.