Metrologie v praxi
Eliška Cézová
1.
Úvod
Metrologie se zabývá jednotností a správností měření. Pro podnikovou metrologii bychom měli definovat měřidla, která v daném oboru používáme, řádně je rozčlenit a označit. Zároveň je v podnikové
praxi třeba stanovit postup od nákupu měřidla až po jeho vyřazení
z evidence.
Metrologie je souhrn všech znalostí a činností souvisejících
s měřením a zahrnuje teoretické i praktické aspekty vztahující se
k měření bez ohledu na úroveň jejich přesnosti a bez ohledu na
oblast vědy a techniky, kde se příslušné problémy řeší. Základním
úkolem metrologie je zabezpečit jednotnost a přesnost měření
Základní rozdělení měřidel:
−
−
−
−
−
2.
etalony
kontrolní měřidla
pracovní měřidla stanovená
pracovní měřidla nestanovená
orientační (informativní) měřidla
Charakteristika jednotlivých měřidel
Etalon měřicí jednotky anebo stupnice určité veličiny je měřidlo
sloužící k realizaci a uchovávání této jednotky nebo stupnice a
k jejímu přenosu na měřidla nižší přesnosti. Etalony se nesmí
používat k pracovním (provozním) měřením, slouží výhradně
k zabezpečování jednotnosti měřidel a měření.
Etalony primární jsou mezinárodní a národní (státní). Od těchto
etalonů se odvozují etalony nižších řádů až po hlavní etalony
organizací. Navázání etalonů se provádí pomocí kalibrace (u ČMI).
Kalibrací se zajišťuje jejich jednotnost a přesnost (správnost a
shodnost).
Kontrolní měřidla nenahrazují etalony a nepoužívají se k provoznímu
měření, slouží pouze ke kontrolním účelům a (jsou definována
v řádech podnikové metrologie). Měly by mít řádově vyšší přesnost
než měřidla, která jsou pro příslušná měření použita v provozu.
Návaznost je zajišťována kalibrací na etalon vyššího řádu. (Nejsou
v zákoně uvedena).
Pracovní měřidla nestanovená („pracovní měřidla“) slouží k měření na
výkonných pracovištích, mají vliv na množství a jakost výroby, na
ochranu zdraví a bezpečnosti i životního prostředí. Musí být
periodicky kalibrována (uživatelem, který kalibruje ve vlastním
metrologickém pracovišti nebo využije služeb metrologických
pracovišť jiných subjektů, jež mají své etalony řádně navázané.
Lhůty kalibrace si určuje sám uživatel.
Pracovní měřidla stanovená („stanovená měřidla“) stanoví MPO
(ministerstvo průmyslu a obchodu) vyhláškou (č. 345/2002 Sb.)
k povinnému ověřování s ohledem na jejich význam:
o v závazkových vztazích (např. při prodeji, nájmu, při
poskytování služeb atd.)
o pro stanovení sankcí, poplatků, tarifů a daní
o pro ochranu zdraví
o pro ochranu životního prostředí
o pro bezpečnost při práci
o při ochraně jiných veřejných zájmů chráněných zvláštními
právními předpisy
Orientační (informativní) měřidla jsou definována v řádech podnikové
metrologie jako měřidla jejichž použití neovlivňuje jakost, množství
popřípadě bezpečnost a ochranu zdraví pracovníků při práci. Tyto
měřidla orientačně informují o stavu nebo velikosti jevu nebo
látkového množství (mohou podléhat vstupní kalibraci). (Nejsou
v zákoně uvedena).
Návazností měřidel se rozumí zařazení daných měřidel do nepřerušené posloupnosti přenosu hodnoty veličiny počínající etalonem
nejvyšší metrologické kvality pro daný účel. Způsob návaznosti
pracovních měřidel stanoví uživatel měřidla.
Schéma návaznosti měřidel (SNM) je dokument uvádějící hierarchii
měřidel (od primárních (státních) etalonů až na pracovní měřidla),
sestavený pro měření dané veličiny, popisující postup operací
určených k přenosu hodnoty jednotky této veličiny a stanovující
přesnosti požadované pro každou z těchto operací.
Ověřování je soubor operací skládající se ze zkoušky a opatřením
úřední značkou na měřidle (nevystavuje se ověřovací list) nebo
z vystavením certifikátu (ověřovacího listu), kterým se konstatuje a
potvrzuje, že měřidlo odpovídá předepsaným požadavkům. Nejsou
uváděny výsledky měření, ale konstatuje se shoda parametrů
s příslušnou specifikací.
Ověřením měřidla se potvrzuje, že měřidlo má požadované metrologické vlastnosti, a že odpovídá ustanovením právních předpisů,
technických norem i dalších technických předpisů, popřípadě
schválenému typu.
Kalibrace měřidel je soubor operací, kterými se metrologické vlastnosti
měřidla porovnávají s měřidlem metrologickým navázaným,
zpravidla s etalonem organizace, jiné kalibrační laboratoře nebo
etalonem ČMI. Výsledky kalibrace se zaznamenávají do kalibračního
listu. (Kalibrace na rozdíl od ověřování nekončí opatřením plomby
nebo značky).
Kalibrační postup je předpis, který obsahuje souhrn činností při
kalibraci měřidel a slouží jako návod pro práci zaměstnanců
v kalibrační laboratoři. Každý kalibrační postup by měl být:
• úplný – musí obsahovat potřebné údaje
• správný – bez chyb a nesprávných údajů
• srozumitelný – obsah musí být jednoznačný, aby nevznikaly
pochybnosti o významu jednotlivých údajů a pojmů, zvláště
při používání zkratek
• účelný – musí určovat optimální podmínky pro co
nejefektivnější průběh kalibrace s minimálními náklady a
pracností
• validovaný – musí být potvrzena a uznána platnost postupu
v případě, že se nejedná o postup normalizovaný
• stručný – v textové části uvádět pouze nezbytné a důležité
údaje potřebné ke kalibraci měřidel s použitím správných
technických termínů
• přehledný – čitelný a vhodně upravený
Ukázka kalibračního listu:
Zákony týkající se metrologie najdete v referencích [2], [3] a [4].
Norma týkající se metrologie najdete v referencích [1].
3.
Schéma postupu od koupě měřidla až po jeho vyřazení
Požadavky na měřidlo (obor, rozsah, tolerance, přesnost)
Výběrové řízení na dodavatele
Neshoda
Schválení nákupu a nákup měřidla
Ne
Kontrola shody s požadavky
Ano
Evidence měřidla a určení uživatele
Zabezpečení konfirmace dle měřidla SM, PM
Označení, doba platnosti
Předání uživateli, seznámení s měřidlem
Uživatel pracuje
Ne
Zajistit opravu
měřidla
(externě, interně)
Došlo k poškození či
prošlé konfirmaci
Ano
Vedoucí rozhodne co s měřidlem
Ano
Je měřidlo opravitelné?
Ne
Vyjmutí měřidla z evidence (metrolog)
Metrologická konfirmace dle norem je soubor činností požadovaných
pro zajištění toho, aby měřící vybavení bylo ve shodě s požadavky
na jeho zamýšlené použití. Metrologická konfirmace obecně zahrnuje
kalibraci a ověřování, jakékoli nezbytné seřízení nebo opravu a
následnou rekalibraci, porovnání s metrologickými požadavky na
zamýšlené použití vybavení, stejně jako jakékoli požadované
zapečetění a označení štítkem.
4.
Metrologický řád
Každý podnik, který pracuje s měřidly, má stanovena pravidla
v metrologickému řádu pro daná měřidla, podle nichž se řídí. Za jeho
dodržování a aktualizování odpovídá metrolog, který je řádně
proškolen a je seznámen se všemi měřidly, které jsou v daném
podniku a k jakému účelu jsou využívány. Podnikový metrologický
řád by měl zahrnovat:
− Obsah
− Cíl
− Pojmy, definice, zkratky
− Odpovědnost a pravomoc
− Rozdělení měřidel
− Volba měřidel
− Evidence a značení měřidel
− Výdej měřidel
− Kalibrace měřidel
− Ověřování měřidel
− Vyřazování měřidel
− Související dokumenty
− Přílohy
Přílohy k metrologickému řádu se mohou skládat z těchto
dokumentů:
− evidenční karta měřidla
− seznam pracovních měřidel stanovených
− seznam pracovních měřidel nestanovených
− seznam referenčních materiálů
− kalibrační postup pro nestanovená pracovní měřidla
− matice odpovědnosti
− matice dokumentace
− doklad o převzetí měřidel
− objednávka externí kalibrace
− oznámení o vadném měřidle
5.
Povinnosti uživatele
−
−
−
−
−
−
Používat jen evidovaná měřidla
Ohlásit podezření na neshodu měřidla
Kontrola funkčnosti
Správné užívání
Správné uchovávání
Sledování kalibračních známek a evidenčních čísel
Evidenci měřidel lze vést v papírové podobě nebo v elektronické
formě. Neměli bychom opomíjet dobré rozlišení měřidel, ať už
číselnou řadou či barevně. Díky současným vyspělým technologiím,
jako jsou databáze, lze měřidla evidovat nejen podle data platnosti
kalibračních listů, ale i podle jednotlivých podnikových středisek
nebo podle jmenného seznamu uživatelů či měřidel. Evidenční karta
měřidla by měla obsahovat tyto základní údaje:
− Název měřidla
− Jméno výrobce, model a typové označení
− Výrobní číslo
− Evidenční číslo metrologické evidence
− Datum výroby a datum uvedení do provozu
− Stav při převzetí
− Umístění měřidla
− Podrobné údaje z kontrol včetně údajů o ověření nebo
kalibrace měřidel
− Podrobnosti o prováděné údržbě
− Evidence závad, poškození, úprav a oprav
U každého měřidla je třeba evidovat základní chybu měřidla (udává ji
výrobce). Je to chyba měřidla určená za referenčních podmínek. Tyto
podmínky je třeba zachovávat pro správnost měření a jeho platnost.
Dalším evidovaným údajem je třída přesnosti měřidla, která se
zpravidla vyjadřuje číslem nebo symbolem přijatým dohodou a
nazývaným index třídy.
6.
Nejistoty
Nejistoty měření tvoří parametr připojený k výsledku měření. Je to
odhad části měření, který charakterizuje rozmezí hodnot, v němž leží
skutečná hodnota měřené veličiny.
Nejistota se může dotýkat výsledku měření, ale též hodnot odečítaných na použitých přístrojích, hodnot použitých konstant, korekcí
apod. od kterých nejistota výsledku měření závisí.
Více o nejistotách se dozvíte v referencích [5], [6] a [7]:
a) Nejistota typu A
Nejistotu typu A získáme statistickou analýzou série naměřených
hodnot z opakovaných měření stejné veličiny. Je ovlivněna
náhodnými vlivy.
n
u A ≡ s( y) =
∑(y
i
− y) 2
i =1
n * (n − 1)
Počet opakovaných měření by měl být větší než deset, protože jinak
není možné učinit kvalifikovaný odhad. Pokud není k dispozici
potřebný počet měření, použijeme korigovanou nejistotu uAk
u Ak = k * s ( y )
kde k je koeficient závislý na počtu opakovaných měření. Hodnoty
koeficientu k pro různé počty opakovaných měření jsou v následující
tabulce:
n
9
8
7
6
5
4
3
2
k
1,2
1,2
1,3
1,3
1,4
1,7
2,3
7,0
Příklad výpočtu
jsou v tabulce:
i
yi
1 5,09
2 5,05
3 4,92
4 4,98
5 5,11
nejistoty typu A: Jednotlivé naměřené hodnoty
∆yi
0,077
0,037
-0,093
-0,033
0,097
∆yi 2
0,006
0,001
0,009
0,001
0,009
i
yi
6
4,92
7
5,07
8
5,03
9
4,95
n=9 45,12
∆yi
-0,093
0,057
0,017
-0,063
0,000
∆yi 2
0,009
0,003
0,000
0,004
0,043
n
u A ≡ s( y) =
∑ ( yi − y ) 2
i =1
n * (n − 1)
9
=
∑ ∆y
2
i
1
9 *8
=
0,043
= 0,024324mm
72
Protože bylo naměřeno pouze devět hodnot, je třeba korigovat
nejistotu koeficientem z tabulky, který je roven k=1,2.
u Ak = k * s ( y ) = 1,2 * 0,024324 = 0,029189 mm
b) Nejistota typu B
Standardní nejistota typu B se odhaduje expertním odhadem na
základě dostupných informací a zkušenosti. Nejčastěji použijeme:
− údaje výrobce měřicí techniky (technické parametry použitého
zařízení)
− zkušenosti z předchozích měření
− zkušenosti s vlastnostmi chování materiálů a techniky a
poznatky o nich
− údaje získané při kalibraci a z certifikátů
− nejistoty referenčních údajů v příručkách
Nejistotu etalonu přepíšeme z kalibračního listu. Chybu měřidla
přečteme z návodu.
Příklad určení nejistoty typu B:
Zdroj
Velikost Rozdělení
PřepoZmax ±
čet χi
Nejistota etalonu
0,0015 normální
1
Chyba měřidla
0,02
normální
2
Chyba čtení
0,01
rovnoměrné
3
Deform.ramen
0,016
normální
Přírůstek UBi
UBi=Zmax/ χi
0,0015
0,01
0,005773
2
0,008
ΣUBi = 0,025273 mm
c) Nejistota typu C
Kombinovaná standardní nejistota typu C se získá sloučením
standardní nejistoty typu A (uA) s výslednou standardní nejistotou
typu B (uB):
u C ( x) = u A2 ( x) + u B2 ( x)
Příklad určení nejistoty typu C:
uC ( x) = u A2 ( x) + u B2 ( x) = 0,029189 2 + 0,0252732 = 0,038759 mm
d) Rozšířená nejistota
Rozšířená nejistota je součinem standardní nejistoty měření a koeficientu rozšíření k = 2, což pro normální rozdělení odpovídá pravděpodobnostnímu pokrytí cca 95% (zaručuje interval spolehlivosti
přibližně 95 %).
Příklad určení rozšířené nejistoty:
U = k ∗ u c = 2 * 0,038759 = 0,077518 mm
Výsledek měření má potom tvar: (5,0133±0,077518)mm
7.
Závěr
Přínosy pro firmu v oblasti metrologie jsou především:
− snížení zmetkovitosti a reklamací
− snížení nákladů
− zlepšení image firmy zvýšením jakosti produkce
− zvýšení konkurenceschopnosti
− garance stability jakosti
Reference
[1] Norma ČSN EN ISO 10012 (010360) systémy managementu
měření – požadavky na procesy měření a měřicí vybavení
[2] Zákon č. 505/1990 Sb. se nahrazuje zákonem č. 119/2000 Sb.
[3] Vyhláška č.65/2006 Sb.
[4] Vyhláška č. 345/2002 Sb.
[5] TPM 0051-93 Stanovenie neistot pri meraniach
[6] EAL – R2 Metodika vyjadřování nejistot při kalibracích
[7] Norma ČSN EN ISO/IEC 17 025:2001 Všeobecné požadavky na
způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří.
Adresa autora:
Ing. Eliška Cézová, České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní,
Ústav technické matematiky, Karlovo nám. 13, 121 35 Praha 2
e-mail: [email protected]
Tato práce byla vytvořena za podpory projektu MŠMT 1M06047 - CQR
Download

Metrologie v praxi