Метрология, стандартизация и сертификация

МОСКОВСКИЙ 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕААКQИОННЬIЙ 

С О В Е Т 

Председатель 

Л.А. ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

л.х.гитис 

Члены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

В.В. КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

в.и.осипов 

э.м. соколов 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В.ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИН 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик Р 
А ЕН 

академик Р 
АЕН 

академик Р 
АЕН 

академик Р 
А ЕН 

академик РАН 

акаделtик РАН 

академик МАН 
ВШ 

академик РАН 

профессор 

академик РАН 

академик РАН 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

Я.М. РАДКЕБИЧ 

А. Г. СХИРТ 
ЛАДЗЕ 

Б.И. ЛАКТИОНОВ 

МЕТРОЛОГИЯ, 

СТАНДАРТИЗАЦИЯ 

И СЕРТИФИКАЦИЯ 

Допущепо .Vчебии·.методичесюш обьедитmие.11 по о6разооапию а oбJIUCIIIII автанит"зироваиио~--о .маитиостроеиия а качеств/! учебиика 

д:tя ,·тудеитов аыситх у•1е6иых заведt:~шй. обучающ11х''Н по иаправле,тю тхJготошщ бакалавров 'Техиuлагин. о6ор)Юоваиие 11 овтамаШ/1:/UЦif.Н .натшu)(·mроите:/ьиы.х nj.ЮиЗаодств" 11 
специальиостя.,,: 

''1i:хнология .лtaUIШIOCmpoeuuя'': ''Метащrоо6ра6атываю11JIIt! ''тапки 

и кw.тлек,:ы ": 
"Инструмrштальпые cru:mC.!•IЫ .мои.шнострошпельиых 

производста" (nanpaflлemre nод.-'?оmовк11 дrт;щшtрооаииых специшшстов "КоиструкторсА.·о-техиолигическое o6ecm!•temte Аtаишlю,.троительиых прошводств ''): 
''Авmа11аmизации теrиологичес~о.·их 

прочессов 11 npmtЗtloд,-тв (о маиитостроетт)" (направление поr~'?йтовА11 дllfL'Ia\lllfXIODIIIIЬIX cnf!ЦIIO/IIICmOO ''A6nJQAIQnJIIJIIfJOGai/HЫC! 

техпологи и и npmtзвoikmaa '') 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО 

УНИВЕРСИТЕТА 

2 о о 3 

УДК 389.14+658.516+621.753.1.3 
ББК 30.10 

р 15 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением 

по образованию в области автоматизированного машипостроения 

(гриф выдан 26.11.2001 г., письмо N!! 130155) 

ФЕДЕРАЛЬНАЯ ПРОГРАММА КНИГОИЗДАНИЯ РОССИИ 

Рецензенты: 

• 
кафедра «Измерительные информационные системы и технологию> 
МГГУ «Станкию> (зав. кафедрой, проф., д-р техн. наук В.И. Телеtuевский); 

• 
кафедра «Технология машиностроения и робототехнических комплексов» Белгородской государственной академии строительных матсриалов (зав. кафедрой, проф., д-р техн. наук А.А. Погонин); 
• 
проф., д-р техн. наук В.В. Алексеев (Московский государственный 

геологоразведочный университет, кафедра «Механизация и автоматизация горных и геологоразведочных работ») 

Радкевич Я.М., Схиртладзе А.Г., Лактионов Б.И. 

Р 15 
Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для 

вузов.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003.- 788 с. : ил. 

ISBN 5-7418-0201-Х (в пер.) 

Рассмотрены вопросы метрологии как науки об измерениях, методах и 

средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точносm. 

Приведсны важнейшие сведения о физических величинах и единицах их измсреIШЯ, методах математической обработки результатов измерений, положения 

Государственной системы стандартизации, унификации и аrрсгатировашщ 

комплексной и опережающей стандартизации, основные понятия в области 

оценки качества продукции, принципы построения системы допусков и посадок, 

основные нормы взаимозаменяемости типовых соединений деталей машин. 

Изложены методы обоснования требований к точности основных сопряжеrшй, 

стандартизации геометрических параметров деталей, оргаrшзационные, llаучrютехнические и нормативно-методические основы сертификации продукции и 

услуг. 

Для студентов высших учебных заведений. Представляет интерес для широкого круга специалистов. 

ISBN 5-7418-0020 1-Х 

УДК 389.14+658.516+621.753.1.3 

ББК 30.10 

© Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртладзе, 

Б.И. Лактионов, 2003 

©Издательство МГГУ, 2003 
© Дизайн книги. 

Издательство МГГУ, 2003 

РАЗДЕЛ J 

МЕТРОЛОГИЯ 

ВВЕДЕНИЕ 

Метрология возникла как наука о различных мерах и соотношениях между ними. Слово метрология образовано из двух 

греческих слов: JlE'tpov мера и Л.оуо~ учение, что буквально можно перевести как «учение о мераю>. 

Измерения являются одним из важнейших путей познания 

природы, дают количественную характеристику окружающего 

нас мира, помогают раскрыть действующие в природе закономерности. Д. И. Менделеев, подчеркивая значение измерений 

для науки, писал: «Наука начинается с тех пор, как начинают 

измерять ... точная науканемыслима без меры». 

Измерения имеют большое значение в современном обществе. Они дают возможность обеспечить взаимозаменяемость 

узлов и деталей, безопасность труда, позволяют совершенствовать технологию и повышать качество продукции. 

Круг величин, подлежащих измерению, определяется разнообразием явлений, с которыми приходится стаm<Иваться человеку, например, измерения длины, площади, объема, массы, механических, тепловых, электрических, световых и других величин. 

Сравнение опытным путем измеряемой величины с другой, 

подобной ей, принятой за единицу, составляет общую основу 

любых измерений. 

Разделом науки, изучающей измерения, является метрология. 

Метрология наука об измерениях, методах и средствах 

обеспечения их единства и способах достижения требуемой 

точности. 

В метрологии решаются следующие основные задачи: разработка общей теории измерений единиц физических величин и 

их систем, методов и средств измерений, методов определения 

точности измерений, основ обеспечения единства и единообразия средств измерений, эталонов и образцовых средств измерений, методов передачи размеров единиц от эталонов и образцовых средств измерений к рабочим средствам измерений. 

7 

Решение многих задач метрологии является важной государственной задачей. Например, во многих странах мира мероприятия по обеспечению единства и требуемой точности измерений 

установлены законодательно, узаконены единицы измерений, 

регламентировано проведение регулярной поверки мер и измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, порядок испытаний и аттестации вновь выпускаемых средств измерений. 

Глава 1 

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ 
И 
ЕДИНИЦЫ 
ИХ ИЗМЕРЕНИЯ 

1.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ 

Технологическая деятельность человеюt связана с измерением различных физических величин. 

Физическая величииа-это характеристика одного из свойств 

физического объекта (явления или процесса), общая в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта. 

Значеиие физической величитtы это оценка ее величины в 

виде некоторого числа принятых для нее единиц или числа по 

принятой для нее шкале. Например, 120 мм- значение линейной величины; 75 кг- значение массы тела, НВ\90- число 

твердости по Бринеллю. 

Измереиием физической величины называют совокупность 

операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу, или воспроизводящую ШI<алу физической величины. Эти операции заключаются в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с 

целью получения значения этой величины в форме, наиболее 

удобной для использования. 

В теории измерений принято, в основном, пять типов шкал: 

наименования, порядка, интервалов, отношений и абсолютная. 

Шкала наи.меноваиий характеризуется только отношением 

эквивалентности. По своей сути она является ка<Jествешюй, не 

содержит нуля и единицы измерения. Примерам такой шкалы 

является оценка цвета по наименованиям (атласы цветов), и так 

как каждый цвет имеет множество вариаций, то такое сравнение может выполнить только опытный эксперт, обладающий 

соответствующими зрительными возможностями. 

8 

Шкала порядка характеризуется отношением эквивалентности и порядка. Для практического использования такой шкалы 

необходимо установить ряд эталонов. Классификация объектов 

осуществляется сравнением интенсивности оцениваемого свойства с его эталонным значением. К шкалам порядка относятся, 

например, шкала землетрясений, шкала силы ветра, шкала 

твердости тел и т. п. 

Шкала разтюстей отличается от шкалы порядка тем, что 

кроме отношений эквивалентности и порядка добавляется эквивалентность интервалов (разностей) между различными количественными проявлениями свойства. Она имеет условные 

нулевые значения, а величина интервалов устанавливается по 

согласованию. Характерным примерам такой шкалы является 

шкала интервалов времени. Интервалы времени можно суммировать (вычитать). 

Шкала оттюшений описывает свойства, к которым применимы отношения эквивалентности, порядка и суммирования, а 

следовательно, вычитания и умножения. Эти шкалы имеют естественное нулевое значение, а единицы измерений устанавливаются по согласованию. Для шкалы отношений достаточно 

одного эталона, чтобы распределить все исследуемые объекты 

по интенсивности измеряемого свойства. Примерам шкалы отношений является шкала массы. Масса двух объектов равна 

сумме масс каждого из них. 

Абсолютная lUKaлa обладает всеми признаками шкалы отношений, но дополнительно в ней существует естественное однозначное определение единицы измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам (отношениям одноименных физических величин, описываемых шкалами отношений). 

Среди абсолютных шкал выделяются шкалы, значения которых 

находятся в пределах 0-1. Такой величиной является, например, коэффициент полезного действия. 

Большинство свойств, которые рассматривают в метрологии, описываются одномерными шкалами. Однако имеются 

свойства, описание которых может быть выполнено только с 

применением многомерных шкал. Например, трехмерные шкалы цвета в колориметрии. 

Практическая реализация шкал конкретных свойств достигается путем стандартизации единиц измерений, шкал и (или) 

способов и условий их однозначного воспроизведения. Поня
9 

тие неизменной для любых точек шкалы единицы измерений 

имеет смысл только для шкал отношений и интервалов (разностей). В шкалах порядка можно говорить только о числах, 

приписанных конкретным проявлениям свойства. Говорить о 

том, что такие числа отличаются в такое-то число раз или на 

столько-то процентов, нельзя. Для шкал отношений и разностей иногда недостаточно установить только единицу измерений. Так, даже для таких величин, как время, температура, 

сила света (и другие световые величины), которым в Международной системе единиц (СИ) соответствуют основные единицы 
секунда, Кельвии и кандела, практические системы измерений 

опираются также на специальные шкалы. Кроме того, сами 

единицы СИ в ряде случаев базируются на фундаментальных 

физических константах. 

В этой связи можно выделить три вида физических величин, 

измерение которых осуществляется по различным правилам. 

К первому виду физических величин относятся величины, 

на множестве размеров которых определены лишь отношения 

порядка и эквивалентности. Это отношения типа «мягче», 

«тверже)), «теплее)), «холоднее)) и т.д. 

К величинам такого рода относятся, например, твердость, 

определяемая как способность тела оказывать сопротивление 

проникновению в него другого тела, температура, как степень 

нагретости тела и т. п. 

Существование таких отношений устанавливается теоретически или экспериментально с помощью специальных средств 

сравнения, а также на основе наблюдений за результатами воздействия физической величины на какие-либо объекты. 

Для второго вида физических величин отношение порядка 

и эквивалентности имеет место как между размерами, так и между разностями в парах их размеров. Так, например, разности 

интервалов времени считаются равными, если расстояния между соответствующими отметками равны. 

Третий вид составляют аддитивные физические величины. 

Аддитивиыми физическими величшюми называются величины, на множестве размеров которых определены не только отношения порядка и эквивалентности, но операции сложения и 

вычитания. К таким величинам относятся длина, масса, сила 

тока и т. п. Их можно измерять по частям, а также воспроизво
10 

дить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании отдельных мер. Например, сумма масс двух тел это 

масса такого тела, которое уравновешивает на равноплечных 

весах первые два. 

1.2. ПОНЯТИЕ О СИСТЕМЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 

Множество физических величин представляют собой некоторую систему, в которой отдельные величины связаны между 

собой системой уравнений. 

Система фюических величин это совокупность взаимосвязанных физических величин, образованная в соответствии с 

принятыми nринципами, когда одни величины nринимаются за 

независимые, а другие являются функциями независимых величин. Система физических величин содержит основные физические величины, условно принятые в качестве независимых от 

других величин этой системы, и производные физические величины, определяемые через основные величины этой системы. 

Основная физическая величина это физическая величина, 

входящая в систему единиц и условно nринятая в качестве независимой от других величин этой системы. 

Производпая единица системы едиииц единица производной 

физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами. 

Производпая единица называется когерентной, если в этом 

уравнении числовой коэффициент принят равным единице. Соответственно, система единиц, состоящая из основных единиц и 

когерентных производных, называется когерентной системой 

единиц физических величин. 

Для каждой физической величины должна быть установлена единица измерения. 

Едииица физической величины физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено значение, 

равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных физических величин. 

Кроме основных и производных физических величин различают кратные, дольные, когерентные, системные и внесистемные единицы. 

Число независимо установленных величин равно разности 

числа величин, входящих в систему, и числа независимых уравнений связи между величинами. 

ll