К рабочим средствам измерений

Образцовое средство измерения предназначено для поверки подчиненных образцовых и рабочих средств измерений (рис. 2.11). Разделение средств измерений на образцовые и рабочие определяется, как это уже указывалось выше, их метрологическим назначением.

К образцовым средствам измерения относятся меры, стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов, образцовые вещества, измерительные приборы и устройства, прошедшие метрологическую аттестацию и утвержденные органами государственной или ведомственной метрологической служб в качестве образцовых.

Образцовые средства измерения выполняют в системе обеспечения единства измерений исключительную и важную роль, т.к. они, с одной стороны, служат теми мостиками, через которые передаются единицы размеров от эталонов к рабочим средствам измерений, где эти эталоны есть, и с другой - выполняют роль носителя исходной, аттестованной информации, о составе, свойствах, строении там, где эталоны отсутствуют.

Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Значение ФВ, приписанное мере, называют номинальным значением меры. Его часто указывают на мере, например, на мерах твердости.

Принципиальная разница между эталоном и мерой (и другими образцовыми средствами измерений) заключается в том, что эталоны воспроизводят и хранят единицу ФВ, а меры обычно воспроизводят и хранят ФВ заданных размеров, в том числе и равную единице ФВ с необходимой для решения данной измерительной задачи точностью. Например, гиря - мера массы, магазин сопротивлений - набор мер электрического сопротивления, меры твердости (ГОСТ 8.335 - 2004), меры теплопроводности твердых тел (МИ 1605 - 87), меры теплоемкости твердых тел (МИ 1869 - 88) и другие.

Стандартный образец - это образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала). Различают стандартные образцы свойств и стандартные образцы состава, и те и другие входят в Государственный реестр стандартных образцов. Примерами стандартных образцов свойств являются: стандартные образцы удельной электрической проводимости сплавов на основе алюминия, предназначенные для ее измерения неферромагнитных металлов и для поверки средств неразрушающего контроля методом вихревых токов (N 1395 - 90 П....1412 - 90 П); существуют аналогичные стандартные образцы сплавов на основе меди и титана; стандартные образцы коэрцитивной силы сталей, предназначенные для градуировки и поверки коэрцитиметров и структуроскопов; стандартные образцы теплопроводности, удельной теплоемкости и т.д.

Наиболее известны и распространены стандартные образцы (СО) состава. Не будь этих мер, металлургическая, машиностроительная и другие области народного хозяйства мгновенно были бы повергнуты в хаос. Стандартные образцы состава металлических материалов изготавливаются и поставляются в виде измельченной стружки или порошка, расфасованных в стеклянные емкости по (20... 250) г., или в виде компактных цилиндров. Основное назначение стандартных образцов состава - это контроль правильности результатов анализа состава соответствующих материалов и, реже, аттестация средств измерений и методик измерений состава.

Среди общих проблем метрологии деятельность по созданию и применению стандартных образцов (СО) состава и свойств веществ и материалов в силу её специфики и значимости выделена в отдельное направление под названием «Государственная служба стандартных образцов (ГССО)», что свидетельствует о её самостоятельном значении в системе обеспечения единства измерений. Это обусловлено следующими обстоятельствами:

-спецификой объектов измерений – разнообразных веществ и материалов и их характеристик, в первую очередь составом, в большинстве случаев не совпадающих с традиционными физическими величинами (линейные размеры, масса, температура, электрическое сопротивление и т.д.), для которых уже сформулированы методические принципы (методики измерений), и, главное, созданы средства обеспечения единства измерений в виде системы соподчиненных эталонов (рис.2.11) и системы передачи размеров единиц;

-спецификой (сложностью деятельности и высокой стоимостью) практического создания СО и оценивания их метрологических характеристик по сравнению с традиционными средствами измерений;

-межотраслевым характером проблемы, которая входит в том или ином объёме в комплекс метрологических работ практически во всех отраслях народнохозяйственного комплекса.

Первая информация об использовании в металлургии «нормальных проб» относится к 1905 г., а официальный выпуск СО в Советском Союзе начался в 1927 г., утверждение и регистрация были возложены на ВНИИМ им. Д.И.Менделеева. После создания ГССО (1978 г.) функции его Головного органа выполняет Уральский научно-исследовательский институт метрологии (УНИИМ), г. Екатеринбург. В настоящее время, несмотря на развал государственного сектора экономики, ежегодное количество химических анализов состава, опирающихся на стандартные образцы, только для металлургии составляет порядка 300 млн. (Производство около 3000 марок сталей, 6000 марок цветных металлов и специальных сплавов, ферросплавов, а также сырья для их получения).

Разработка и изготовление стандартных образцов столь дорогое и ответственное дело, что его приходится брать на себя государству или очень богатым крупным промышленным структурам. Возглавляет Государственную службу стандартных образцов УНИИМ (г. Екатеринбург).

В настоящее время в соответствии с областью применения установлены (ГОСТ 8.315) следующие четыре категории стандартных образцов (СО):

-Межгосударственный стандартный образец состава или свойств веществ и материалов (МСО);

-государственный стандартный образец (ГСО);

-отраслевой стандартный образец (ОСО);

-стандартный образец предприятия (СОП).

В практике центральных заводских лабораторий (ЦЗЛ) предприятий и лабораторий исследовательских институтов СО находят широкое применение при разработке и аттестации методик выполнения измерений (МВИ) количественного химического анализа (МКХА), для оценивания погрешностей МВИ, а также для контроля приписанных МВИ характеристик погрешностей. При разработке МКХА, основанных на инструментальных методах анализа веществ СО используют для построения градуировочных характеристик применяемых в МКХА анализаторов и оценивания погрешностей градуировки.

Металловеды обычно обращаются в химические лаборатории, если перед ними стоит задача, например, изучения влияния химического состава материала на свойства, структуру, механизм и кинетику фазовых превращений. Обращаясь с подобными заявками, никогда не забывайте, что действительный химический состав вашего сплава может быть определен только в том случае, если лаборатория имеет соответствующие исследуемому сплаву СО. Прежде, чем требовать у сотрудников лаборатории высокой точности химического анализа, поинтересуйтесь, а есть ли у них соответствующие СО! При их отсутствии придётся разрабатывать МКХА и, как минимум, СОП, что долго, дорого и требует высокой квалификации исполнителей.

Менее известны образцовые вещества - вещества с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной сертификации. Например, "чистый" цинк служит для воспроизведения температуры 419,505 ⁰С с погрешностью 0,0003 ⁰С, эта температура является одной из реперных (от слова репер - фр. repere - метка, риска, зарубка, отметка, ориентир) точек Международной практической температурной шкалы (МПТШ - 90).

Большая часть мер предназначена для воспроизведения и (или) хранения некоторой физической величины (длины - меры длины, частоты механических колебаний - камертон, массы – гири) одного или нескольких заданных размеров с известной погрешностью, значения которых выражены в соответствующих единицах (мм, Гц, г).

В металловедении наряду со свойствами очень широко исследуют внутреннее строение материалов, поскольку уже давно установлено, что именно внутреннее строение материалов (структура) определяет большую часть их физических и механических свойств. Объёмы структурных исследований сопоставимы с объёмами определения свойств и химического состава сплавов. Поскольку металлы и сплавы являются объектами непрозрачными, то непосредственно наблюдать внутреннее объёмное строение (структуру) в принципе невозможно. На практике обычно об объёмной структуре сплавов судят по изучению

двумерной плоской картины, выявляемой на специально приготовленных образцах – шлифах, и структуру рассматривают как самостоятельный объект анализа. Параметры структуры можно оценить качественно (описательно), количественно, путём измерения или счета некоторых геометрических параметров структуры или полуколичественно – при помощи условных баллов, определяемых сравнением реальной изучаемой структуры со стандартными шкалами.

Эти шкалы нашли свое отражение в многочисленных стандартах, позволяющих относительно быстро и просто оценивать некоторые параметры структуры: количество зерен на 1 мм² площади шлифа, средний диаметр плоского сечения зёрен (ГОСТ 5639), дисперсность структуры мартенсита (ГОСТ 8233), структурно – свободный цементит в малоуглеродистых сталях (ГОСТ 5640), пластинчатый графит серого чугуна (ГОСТ 3443) и другие. На рис. 2.13 показаны примеры таких шкал, которые с точки зрения содержания настоящего пособия могут рассматриваться как своеобразные меры структуры сплавов.

 

ГОСТ 5640-68. Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

 

 

ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали

 

 

ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна

 

Рис.2.12. Примеры балльных (полуколичественных) шкал для оценки