Современные проблемы метрологии

Дисциплина: Автоматизация, Техника
Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 17 страниц
В избранное:

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Кафедра

РЕФЕРАТ

по

(наименование дисциплины)

Тема:

Современные проблемы метрологии

Принял:

(фамилия, инициалы)

(оценка)

(подпись) (дата)

Выполнил:

(фамилия, инициалы)

(группа)

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 или щелочи.

При необходимости используется технология отделения стадий концентрации. Для калибровки используются эталонные растворы, приготовленные в зависимости от цели испытаний:

- Базовые растворы, которые готовятся из первичных веществ, при этом состав должен быть строго определен и при возможности сертифицирован

- Высокочистый алюминий для симуляции матрицы [4] .

Эталонные растворы готовятся одновременно с растворами образцов и подвергаются анализу по очереди. Для измерения используются следующие технологии: фотометрия, атомно-абсорбционная спекрография (AAS), оптическая эмиссионная спектрография с электризацией при помощи индуктивносвязанной плазмы (OES-ICP) и массовая спректрография с ионизацией при помощи индуктивносвязанной плазмы (ICP-MS) . ICP-OES и ICP-MS все чаще используются благодаря большой точности измерений.

Рентгеноспектрография (XRF) является точным методом, однако она редко применяется для анализа. Технология похожа на технологию жидких реактивов. Однако вместо эталонных жидких растворов используются эталонные твердые растворы (стеклянные боратные пластины) . Металлическая стружка подвергается химическому или термическому окислению, а затем растворяется в расплавленной боратной смеси. При охлаждении расплав твердеет и образует стеклянную пластину, которая подвергается анализу методом рентгеноспектрографии. Для калибровки используются стеклянные пластины с определенным составов в качестве эталонных образцов. Такие пластины готовятся из оксидов методом расплава. Эталонные и испытуемые образцы подвергаются анализу по очереди.

По сравнению с другими технологиями анализа ICP-OES, ICP-MS и XRF требуют больших капиталовложений и привлечения рабочей силы. Очень часто адекватный анализ можно провести лишь в нескольких лабораториях всего мира. То есть достаточно трудно, а иногда и невозможно ввести стандарты, регулирующие определенные аналитические технологии, так как для этого требуется создание комплексных лабораторий с дорогостоящим оборудованием и опытным персоналом. Поэтому для анализа алюминия и сплавов применяются стандарты контролирующих организаций и DIN/CEN, определяющие критерии и требования к анализу и испытаниям [5] .

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)

Рисунок 2. 1 - Рабочий эталон единицы плотности жидкости 2 разряда

Диапазон значений, в котором воспроизводится единица, составляет 700 ± 2000 кг/м³

Эталон обеспечивает воспроизведение единиц со среднеквадратическим отклонением результата измерений не превышающим 1*10-5 г/см³, предел допускаемой погрешности ± 0, 0001 г/см³; дискретность 1*10-5 г/см³ [6] .

2. 3. 2 Газовый хроматограф Clarus 500

Предназначен для контроля за содержанием углеводородов и галогенсодержащих веществ в различных объектах (например: бензин, пестициды, бифенины в почвах и водных средах)

Рисунок 2. 2 - Эталонное оборудование \ Газовый хроматограф Clarus 500

Состав:

- пламенно-ионизационный детектор (предел детектирования - 5*10-12 г/с по октану, предел допускаемого значения относительного СКО выходного сигнала 2%, предел допускаемого значения отклонения выходного сигнала за 48 часов непрерывной работы - 4%) ;

- электронно-захватный детектор (предел детектирования 5*10 -14 г/с по линдану, предел допускаемого значения относительного СКО выходного сигнала 4%, предел допускаемого значения отклонения выходного сигнала за 48 часов непрерывной работы - 8%) [6] .

2. 3. 3 Эталонное оборудование для контроля содержания нитрозаминов при анализе жиров и спиртов с пределом обнаружения 0, 01 мг/кг жидкостной хроматограф Series 200

Предназначено для контроля нитрозаминов в объектах органического происхождения, позволяет также контролировать содержание ароматических, полиароматических углеводородов, например, бензапирен, нитрозамины.

Рисунок 2. 3 - Жидкостной хроматограф Series 200

Состав:

- детектор (диапазон длин волн - 190 - 700 нм, дрейф нулевого сигнала - не более 0, 0001 Б/час, уровень флуктуационных шумов нулевого сигнала - не более 10 -5, отношение сигнал/шум 10:1)

- флуоресцентный детектор (диапазон длин волн регистрации люминесценции от 25 до 900 нм, отношение сигнал/шум (для спектра КР воды не менее 300:1)

Пределы допускаемого значения изменения выходных сигналов за 8 часов непрерывной работы (для всех типов детекторов) : для площади пика не более 2%, для времен удерживания не более 1%

2. 3. 4 Эталонное оборудование для контроля содержания солей тяжелых металлов и др. в объектах окружающей среды с пределом обнаружения 0, 01 мг/кг

Это двухмодульная система с ацетилен-воздушным пламенем и электротермическим графитовым атомизатором, предназначенная для определения ионов металлов в различных объектах [6] .

Спектральный диапазон: 190-870 нм;

Характеристическая концентрация:

- пламенный атомизатор, мкг/дм³: по меди - 74, 75, по кадмию - 25, 24, по цинку - 16, 16

Рисунок 2. 4 - Атомно-абсорбционный спектрометр Aanalyst 800

- электротермический атомизатор (характеристическая масса в пг) : медь - 16, 49, кадмий - 1, 19, свинец - 28, 71

Относительная погрешность, %

- пламенный атомизатор - 2, 56;

- электротермический атомизатор - 10, 09

Предел обнаружения, мкг/дм³:

- пламенный атомизатор: медь - 1, 47, кадмий - 0, 78, цинк - 1, 48

- электротермический атомизатор: медь - 0, 093, кадмий - 0, 0077, свинец - 0, 056

2. 3. 5 Государственный эталон расхода жидкости в диапазоне от 2, 2х10 -4 до 2, 2х10 -1 м³/с

- компактное передвижное устройство;

- быстрое проведение контроля однопроходным или многопроходным режимом работы и немедленное вычисление К-фактора;

- проверка герметичности;

- автоматическое механическое функционирование обеспечивает бесперебойное течение продукта;

- универсальность - работает совместно с любыми импульсными расходомерами (турбинными, объёмными с принудительным заполнением, вихревыми, кориолисовыми, спиральными, магнитными и др. ) ;

$C:\Documents and Settings\Администратор\Рабочий стол\эталон.JPG$

Рисунок 2. 5 - Государственный эталон расхода жидкости

- возможность в автономных условиях производить без демонтажную поверку расходомеров на месте расположения заявителя;

- имеет электростанцию на 37 кВт и необходимое вспомогательное оборудование для профилактических и промывочных работ;

- коррозиоустойчивость;

- сертификация для применения в опасных условиях

Состав:

- транспортное средство а/м КАМАЗ тягач с тех. отсеком;

- лаборатория на базе п/прицепа ЦИТБА 470;

- испытательное оборудование: поверочная установка ВСР (компакт-прувер) и проливная установка МПСП-1;

- вспомогательное оборудование: механическая рука, узел промывки, электростанция, компрессорная и электрическая сварка;

Характеристики:

- Объём трубы прувера - 120 л

- Диапазоны расхода - от 0, 794 м³/ч до 794 м³/ч (от 13, 247 л/мин до 13247 л/мин)

- Максимальное рабочее давление - 10 230 кПа

- Максимальная рабочая температура - от -29 до + 93°С

С помощью мобильной поверочной лаборатории можно производить с точностью ± 0, 05% без демонтажную поверку расходомеров (ТПУ, счетчиков-расходомеров (объемны, массовых) ) непосредственно в рабочей среде, при условии наличия отводов на узлах учёта.

Подключение поверочной установки к узлу учёта с помощью гибких шлангов высокого давления с размером фланцев 8"

Кроме того, непосредственно в мобильной лаборатории можно производить поверку счётчиков-расходомеров (рабочая среда вода), в том числе теплосчётчиков с расходом от 0, 7 до 200 м³/ч [6] .

2. 3. 6 Рабочий эталон единицы удельной электрической проводимости растворов электролитов

Состав эталона и метрологические характеристики:

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.