Метрология, стандартизация и сертификация методов и средств контроля конструкций

Под метрологическим обеспечением подразумевается совокупность действий по установлению и применению научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Метрологическое обеспечение базируется на трех основах: научной, технической и организационной.

Рис. 3.10. Возможная функциональная структура метрологического обеспечения строительства

Научной основой метрологического обеспечения является метрология. Техническую основу метрологического обеспечения составляют система государственных эталонов единиц физических величин, образцовых и рабочих средств измерений, стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, а также система обязательной государственной и ведомственной поверки и аттестации средств измерений. Организационной основой является метрологическая служба страны, состоящая из государственной и ведомственных метрологических служб (рис. 3.10).

Средства измерений — это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Они включают в себя меры, измерительные приборы, установки и системы. Многие современные приборы являются универсальными, т. е. применение их позволяет измерять более одной величины. Все приборы можно разделить на стандартные, выпускаемые серийно в соответствии с утвержденными стандартами, и не стандартизированные, т. е. не предназначенные для серийного или массового производства. В настоящее время значительная часть средств измерения выпускается серийно в соответствии с действующими стандартами. Стандарты представляют собой нормативные документы, регламентирующие основные параметры и размеры, а также рекомендующие методику контроля качества изготовления приборов и инструментов. В зависимости от сферы действия различают стандарты государственные (ГОСТ), отраслевые (ОСТ), республиканские (РСТ) и стандарты предприятия (СТП). В практике строительства зданий и сооружений специалистам приходится выполнять большой комплекс различного рода измерений. Выбор того или иного средства измерений обусловлен условиями работы на объекте, размером и формой измеряемого параметра, требуемой точностью измерения и многими другими факторами. При этом исполнители учитывают основные метрологические показатели имеющихся технических средств измерений, а именно: цену деления шкалы, интервал деления шкалы, пределы измерения и погрешности измерения, а также измерительное усилие. Под ценой деления шкалы понимают разность значений величин, соответствующих двум соседним делениям шкалы.

Цену деления шкалы измерительного средства не следует принимать за точность отсчета, поскольку последняя определяется погрешностью отсчета, которая хотя и зависит от цены деления шкалы, но бывает, как правило, меньше нее. Под интервалом деления шкалы понимают расстояние между двумя соседними делениями шкалы. Под допускаемой погрешностью измерительного средства понимают наибольшую погрешность, при которой это средство может быть признано годным и допущено к измерениям. Для всех видов измерительных средств, выпускаемых промышленностью, обязательно устанавливают точностные характеристики, определяющие их пригодность к применению по назначению. Кроме того, для всех средств измерений указывают пределы измерений, т. е. наибольший и наименьший размеры, которые можно измерить данным инструментом с установленной для него точностью.

Технические средства измерений и приемы их использования являются основными составляющими методов измерения, которые различают по способу получения значений измеряемых величин. Метод непосредственной оценки — определение всей измеряемой величины непосредственно по показаниям измерительного средства. Примером может служить определение размеров колонны с использованием рулетки. Метод сравнения с мерой — определение отклонения измеряемой величины от известного заданного размера установочной меры или образца. Для этого метода характерно использование различного рода калибров в качестве технических средств измерений. Под единством измерений понимают такое состояние процесса, когда его результаты с заданной вероятностью удовлетворяют установленным требованиям и выражены в принятой системе единиц. При этом единство и достоверность измерений обеспечиваются системой мероприятий по метрологическому обеспечению, в содержание которого входят: установление и применение правил и норм точности измерений; выявление оптимальной номенклатуры параметров средств измерений; обеспечение технологических процессов современными методиками измерений; разработка образцовых мер и средств измерений для передачи единиц физических величин от эталонов к рабочим приборам; обеспечение готовности средств измерений к выполнению измерений с заданной точностью.

При оценке метрологических качеств средства измерений и возможности его использования проверяют его параметры и метрологические характеристики, к которым в первую очередь относят диапазон и погрешность измерений. Контроль метрологических характеристик, проводимый государственной или ведомственной метрологической службой, осуществляют путем испытаний, поверок, аттестации средств измерений, а также надзора за их состоянием и применением. Под испытанием понимают совокупность экспериментальных операций, проводимых со средством измерений для установления соответствия его технических параметров, размеров и характеристик нормативным требованиям. Испытаниям могут подвергаться как средства, так и объекты измерений (строительные конструкции и их положение). В частности, для подтверждения устойчивости технологического процесса или соответствия выпускаемой строительной продукции ее утвержденному типу проводят контрольные (периодические) испытания.

Под поверкой средства измерений понимают контроль его метрологической исправности (соответствие установленным требованиям) и (или) определение конкретных значений метрологических характеристик средства измерений (обычно диапазона и погрешности измерения). Поверки различают первичные — при выпуске средства измерений из производства или ремонта, и периодические — осуществляемые через определенные промежутки времени. Поверки состоят из метода, средства и операции. При этом под методом поверки понимают совокупность правил и приемов проведения поверки, а под средством поверки — технические средства (рабочие эталоны, образцовые средства измерений, аппаратуру, устройства), необходимые для осуществления поверки. Операция поверки — отдельный самостоятельный этап, в результате которого определяют фактическое значение метрологической характеристики (чаще всего погрешность измерения) поверяемого средства измерений.

Следующим видом контроля средств измерений является метрологическая аттестация, представляющая исследование средства измерений, выполняемого метрологическими органами, для установления его соответствия своему назначению. На основании аттестации выдается официальный документ с указанием полученных данных. Метрологический надзор — контроль за производством, состоянием, применением и ремонтом средств измерений. Поверка или аттестация средств измерений сводится к сличению рабочих средств измерений с эталоном или образцовыми средствами измерений на основании поверочной схемы — утвержденного в установленном порядке документа, устанавливающего средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от эталона рабочим средствам измерений.

Сущность разделения мер и приборов на рабочие и образцовые лежит не в конструкции и не в точности, а в назначении приборов. Прибор может предназначаться, как правило, или для практических измерений, или для хранения и передачи единиц, т. е. для использования в качестве образцового. Только меры и приборы самой низшей точности не могут быть образцовыми. Образцовые меры и приборы нельзя применять для практических измерений — это одно из основных правил метрологии. Образцовый прибор изолируется и выполняет только функции поверки и градуировки. Не каждую меру и не каждый измерительный прибор можно использовать как образцовые. К образцовым приборам предъявляют более высокие требования в отношении воспроизводимости, стабильности показаний, чем к аналогичным рабочим приборам.

В поверочной схеме, применяемой на предприятии, группируются образцовые и рабочие меры и приборы (рис. 3.11). Образцовые меры и приборы высшей (для предприятия) точности располагаются в верхней части схемы. Это исходные средства измерения, по точности уступающие государственному эталону, поэтому их не следует называть эталонными. Эти меры и приборы в определенные сроки поверяют в метрологической организации. В нижней части поверочной схемы предприятия находятся образцовые меры и приборы различных разрядов, по которым поверяют рабочие средства измерений. Некоторые рабочие приборы по точности даже могут превосходить образцовые, предназначенные для поверки менее точных рабочих

Рис. 3.11. Общая схема поверки средств измерений

приборов, однако из этого нельзя делать вывод о возможности применения приборов одновременно в качестве рабочих и образцовых. Если по согласованию с органами Госстандарта образцовое средство измерения было использовано в качестве рабочего, то допустимость дальнейшего его применения как образцового определяет метрологическая служба, проводившая аттестацию средства измерений.

Стандартизованы методы и средства измерений, предназначенные для определения:

• состава материалов (химического, минерального, фазового);
• структуры материалов (твердого вещества, порового пространства); показателей качества, установленных стандартом технических условий на данный материал.

Показатели качества могут быть:

• физическими величинами с соответствующей размерностью, общими в качественном отношении для материалов, но индивидуальными для каждого материала в количественном отношении (плотность, теплопроводность и др.);
• техническими характеристиками, измеряемыми в условных единицах и оцениваемыми по условным шкалам (водонепроницаемость, морозостойкость и т. п.).

Для определения показателей качества применяют физические методы, использующие законы физики и соответствующие количественные зависимости, а также сравнительные методы измерения технических характеристик в условных единицах (циклы замораживания и оттаивания и т. п.). В некоторых случаях удается установить корреляционную связь между физическим и техническим показателями качества материала. Примером является связь между коэффициентом фильтрации воды и маркой по водонепроницаемости бетона. Единицы физических величин, необходимые в строительно-мон-тажных работах, а также наименования и обозначения единиц устанавливают СН 528—80 «Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве».

Стандартизация средств измерений возможна лишь после проведения их государственных испытаний. Государственные испытания включают в себя экспертизу технической документации на вновь разрабатываемые средства измерений и их экспериментальное исследование, проводимые органами государственной метрологической службы либо по их поручению. Эти испытания проводят для определения степени соответствия средств измерений установленным нормам, потребностям промышленности и современному уровню развития приборостроения, а также целесообразности их производства. Следует отметить, что иногда стандартизуются методы, которые требуют применения средств измерений, не выпускаемых серийно и не имеющих метрологического обеспечения. В этих случаях стандарт не может считаться внедренным, а результаты его использования не имеют юридической силы.