Kontrola a měření

KONTROLA A MĚŘENÍ pro SPŠ strojní

doc. Ing. LEOŠ BUMBÁLEK, Ph.D., a kolektiv

KONTROLA A MĚŘENÍ pro SPŠ strojní

PRAHA 2009

Učebnice seznamuje studenty s koncepcí metrologického systému v ČR, základními pojmy matematické statistiky, veličinami a jednotkami, měřením základních fyzikálních veličin, měřením délek a úhlů, hodnocením jakosti povrchu vyrobených součástí, zkouškami mechanických a technologických vlastností materiálů, komplexním měřením součástí, kontrolou výrobních strojů a metalografickými metodami zkoumání materiálů.

Autorský kolektiv: doc. Ing. Leoš Bumbálek, Ph.D. doc. Dr. Ing. Vladimír Pata doc. Ing. Jiří Pernikář, CSc. doc. Ing. Stanislav Věchet Ing. Karel Němec, Ph.D. Ing. Klára Hanzlíková, Ph.D.

Fotodokumentace: Ing. Bohuslav Doňar, CSc.

Lektorovali: doc. Ing. Rudolf Dvořák, CSc. Ing. Miloslava Fiřtová

© doc. Ing. Leoš Bumbálek, Ph.D., za kolektiv, 2009 ISBN 978-80-7333-072-9

OBSAH

PŘEDMLUVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1

ÚVOD DO KONTROLY A MĚŘENÍ (J. Pernikář) . . . . . . . . . . . .

11

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

Technická kontrola ve strojírenském podniku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koncepce metrologického systému v České republice . . . . . . . . . . . . Základní pojmy v metrologii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Základní pojmy matematické statistiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Veličiny a jednotky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Základy teorie chyb měření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Podmínky správného měření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 13 16 19 27 30 32

2

MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH FYZIKÁLNÍCH VELIČIN (J. Pernikář) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

Měření teploty a tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Teplotní stupnice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozdělení teploměrů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dotykové (dilatační) teploměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Odporové teploměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Termoelektrické teploměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bezdotykové teploměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Indikátory teploty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Měření tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rozdělení tlakoměrů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kapalinové tlakoměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deformační tlakoměry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Snímače tlaku s elektrickým výstupem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Měření průtoku a rychlosti proudění kapalin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Měření síly, momentu síly, práce a výkonu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Síla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Moment síly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Práce a výkon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 35 38 38 43 44 46 48 49 51 52 53 53 54 57 57 59 60

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3

5

2.4.4 Měření otáček . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5 Měření vlhkosti, hustoty a viskozity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61 62

3

MĚŘENÍ DÉLEK A ÚHLŮ (V. Pata) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66

3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.3 3.4

Rozdělení měřidel délky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mechanická měřidla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrická měřidla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Optická měřidla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Souřadnicové měřicí stroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kalibrace měřidel délky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrola úhlů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

66 67 83 85 88 92 96

4

HODNOCENÍ JAKOSTI POVRCHU (L. Bumbálek, V. Pata) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

104

MECHANICKÉ A TECHNOLOGICKÉ VLASTNOSTI MATERIÁLŮ (S. Věchet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

115

5

5.1 Mechanické vlastnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Statická zkouška tahem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Tečení materiálů a mechanické zkoušky při zvýšených teplotách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Měření tvrdosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Zkouška rázem v ohybu podle Charpyho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.5 Únavové zkoušky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Technologické vlastnosti a jejich zkoušení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Zkoušky slévárenských vlastností . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Zkoušky svařitelnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Zkoušky tvařitelnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Zkoušky obrobitelnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3

6

115 116 123 125 129 131 139 139 139 143 146

ZKOUŠKY BEZ PORUŠENÍ MATERIÁLU (K. Němec) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

148

Vizuální metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kapilární metody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Magnetické a elektromagnetické metody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Magnetická metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metoda vířivých proudů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zkoušky ultrazvukem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Průchodová metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Odrazová (impulsová) metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rezonanční metoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

149 149 150 150 151 152 153 153 154

6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3

Zkoušky prozařováním . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zkouška prozařováním rentgenovým zářením . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gamagrafie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neutronografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

155 155 157 158

7

KOMPLEXNÍ MĚŘENÍ SOUČÁSTÍ (J. Pernikář) . . . . . . . . . . . .

159

7.1 7.2 7.3 7.4

Kontrola závitů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrola ozubených kol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontrola vaček . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Komplexní měření konkrétní součásti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

159 162 164 166

8

KONTROLA VÝROBNÍCH STROJŮ (V. Pata) . . . . . . . . . . . . . .

169

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.6.1 8.6.2 8.6.3 8.7

170 171 173 173 176 177 177 180 181

8.10

Geometrické zkoušky přímosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody založené na měření délky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metody založené na měření úhlů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometrické zkoušky rovinnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometrické zkoušky kolmosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otáčení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Obvodové házení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Periodický axiální pohyb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Čelní házení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zkoušky přesnosti a opakovatelnosti nastavení polohy v číslicově řízených osách . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geometrická přesnost strojů pracujících bez zatížení . . . . . . . . . . . . . Zkoušky kruhové interpolace u číslicově řízených obráběcích strojů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vibrace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

METALOGRAFIE (K. Hanzlíková) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

189

Metalografická mikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Světelná mikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Příprava metalografických výbrusů pro světelnou mikroskopii . . . . . Hodnocení metalografického výbrusu pomocí světelné mikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.4 Barevná metalografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Fraktografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

189 189 193

LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

206

8.8 8.9

9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3

181 185 186 188

199 200 205

7

PŘEDMLUVA

Kontrola a měření je rozsáhlá disciplína, která zasahuje téměř do všech oblastí života. Mimo strojírenství, kterým se tato publikace zabývá přednostně, se musí správně a spolehlivě měřit ve sportu, lékařství, stavebnictví, dopravě, obchodě a v mnoha dalších oborech. Základní podmínky správného měření však platí pro všechny obory stejně. Prvním předpokladem je znalost a respektování všech zákonů a vyhlášek, které jsou v České republice pro oblast metrologie vydávány Ministerstvem průmyslu a obchodu. Metrologie je vědní disciplína, která se kontrolou a měřením zabývá. Člení se na:

• vědeckou, • legální, • praktickou. Legální metrologie se zabývá legislativním zabezpečením metrologie, tj. zákony a vyhláškami, které platí v České republice. Na rozdíl od technických norem, které jsou pouze informativní, zákony se musí dodržovat. Nedodržení Zákona o metrologii, které může mít za následek velké hmotné škody, se může trestat pokutou až do výše 1 mil. Kč. Proto je důležité, aby podmínky správného měření definované v zákonech a vyhláškách ovládali nejen pracovníci metrologie, ale i jejich nadřízení. Základním požadavkem je přímá návaznost měřidel nepřerušovaným řetězcem na mezinárodní etalon (standard, normál) nejvyššího řádu pro reprodukci hodnot dané veličiny. Měření je soubor činností, jejichž cílem je stanovit hodnotu veličiny. Je nutné uvědomit si, že skutečnou neboli pravou hodnotu veličiny není možné přesně zjistit, neboť nemáme absolutně přesná měřidla a nemůžeme zajistit ani referenční podmínky měření. Proto k výsledku měření musíme přiřadit tzv. nejistotu měření, která stanoví interval, ve kterém se bude tato pravá hodnota nacházet s danou pravděpodobností. Při každém měření je třeba kvantifikovat všechny charakteristiky definující přesnost měření. Spolehlivě definovat například chyby měření a jejich eliminaci můžeme pouze pomocí metod matematické statistiky. Proto je v úvodu této učebnice stať, která se zabývá touto problematikou v nezbytně nutném rozsahu. 9

Ve strojírenských podnicích je nejčastěji měřenou veličinou délka. Měří se jak absolutními, tak i komparačními neboli rozdílovými měřidly. Aplikace při měření délek se používá při kontrole různých strojních prvků a parametrů, jako jsou závity, ozubená kola, jakost povrchu, kontrola tvaru a polohy. Neméně důležitá je také kontrola a měření dalších fyzikálních veličin, jako je tlak, teplota, průtok a další. V učebnici jsou popsány základní principy měření a měřidel. Rozsah a podrobnosti odpovídají požadavkům středoškolského studia, hlavní důraz se klade na srozumitelnost a přehlednost. Významná část učebnice je věnována zkouškám technických materiálů, včetně metalografie a fraktografie. Kontrola přesnosti výrobních strojů má v našem průmyslu velkou tradici, základ představuje kontrola geometrické přesnosti, jejíž základ byl ustaven téměř před sto lety. Moderní kontrolní prostředky pozvedly kontrolu na kvalitativně vyšší úroveň. Pomocí výsledků kontroly dnes můžeme přesnost stroje řízeného počítačem zlepšit významným způsobem i bez zásahu do mechanické části stroje. Doufáme, že tato učebnice bude dobře sloužit jako podklad ke studiu nejen studentům, ale že ji jako pomůcku budou používat i technici v praxi. Autoři

10

1

ÚVOD DO KONTROLY A MĚŘENÍ

1.1

TECHNICKÁ KONTROLA VE STROJÍRENSKÉM PODNIKU

Technická kontrola je důležitou částí podnikového systému řízení jakosti. Jejím cílem není pouze vyřazování nekvalitních výrobků, ale především předcházení vzniku chyb. Zvyšování nákladů na technickou kontrolu je vyváženo snižováním nákladů na výrobu zmetků, garanční opravy atd. Technická kontrola v podniku sestává ze čtyř základních částí:

• • • •

vstupní, výrobní, výstupní, kontrola pracovních prostředků.

Důležitým faktorem pro zajištění jakosti výroby je osobní odpovědnost jednotlivých pracovníků. Na rozdíl od dřívějšího stavu v našich podnicích jsou dnes za jakost odpovědni především příslušní vedoucí pracovníci v čele s ředitelem podniku. Základním předpisem, který určuje, kdy se má jaká kontrola do procesu výroby zařadit, je technologický postup. Zařazování kontrolních operací, které samy o sobě nic nevyrábějí a přitom zvyšují výrobní náklady, je třeba provádět tak, aby byla zajištěna jakost výroby. Kontrolní operace se zařazují zpravidla po každé výrobní operaci, zvláště pak v následujících případech:

• • • •

kontrola polotovarů, kontrola před a po tepelném zpracování, kontrola před a po náročné operaci, konečná kontrola.

Jak je z uvedeného zřejmé, je třeba provádět kontrolu před náročnými operacemi (např. výroba ozubení), aby nebyla náročná operace prováděna zbytečně na vadném polotovaru.

11

Vstupní technická kontrola zajišťuje, aby všechny vstupy, tzn. materiál, polotovary, subdodávky atd., odpovídaly všem požadavkům na jakost. K jejím základním pracovním činnostem patří:

• kontroluje rozměry a jakost nakupovaného materiálu a polotovarů, • kontroluje funkci a úplnost nakupovaných výrobků, • ověřuje vzorky nově dodávaných polotovarů a výrobků a dává souhlas k odběru,

• vyhotovuje protokoly o provedených kontrolách, • dohlíží na správné třídění, značení a pak ukládání dodávek materiálu a výrobků,

• v případě nejakostních dodávek projednává s dodavatelem nápravu, • spolupracuje při inventarizaci zásob materiálu, • navrhuje, ověřuje a zavádí nové kontrolní metody a vypracovává kontrolní návodky pro náročné kontrolní operace.

Výrobní technická kontrola zajišťuje technickou kontrolu v průběhu výroby. Její základní činnosti jsou následující:

• kontroluje jakost prvních kusů vyrobených po seřízení stroje nebo po použití jiného materiálu,

• zavádí, příp. sama provádí všechny druhy kontrol předepsané technologickým postupem,

• přejímá dobré kusy pro další zpracování, označuje kusy opravitelné a vy• • • • •

řazuje zmetky, určuje příčiny a druhy vad a viníky, zajišťuje zmetkové řízení, provádí technologické a funkční zkoušky, uplatňuje požadavky na laboratorní zkoušky, kontroluje dodržování technologické kázně, navrhuje, ověřuje a zavádí nové metody výrobní kontroly a vypracovává návodky pro kontrolu náročných kontrolních operací.

Výstupní technická kontrola zajišťuje technickou kontrolu hotových výrobků. Její základní činnosti jsou následující:

• kontroluje funkci a úplnost hotových výrobků před expedicí, • kontroluje komplexnost dodávek včetně příslušenství, náhradních dílů, průvodní dokumentace atd.,

• kontroluje provedení konečné úpravy výrobků, konzervace, balení, • kontroluje demontáž výrobků, jestliže se výrobek expeduje v komponentech,

• potvrzuje jakost výrobků, tam kde je to nutné, předkládá výrobky zástupci odběratele,

• zpracovává předepsanou kontrolní dokumentaci (zkušební protokoly, atesty atd.),

12

• vyřazuje nejakostní výrobky, • zajišťuje zmetkové řízení, které určí příčiny a viníky vad, • provádí nebo zajišťuje provádění typových, ověřovacích a dlouhodobých zkoušek.

Kontrola pracovních prostředků následuje po dokončení výroby a výstupní kontroly výrobků. Její základní činnosti jsou následující:

• provádí přejímání a kontrolu nářadí, • provádí kontrolu ve výrobě speciálních strojů a nářadí, • provádí kontrolu přesnosti výrobních strojů. U složitých a náročných kontrolních operací, zvláště v oblasti výrobní kontroly, se zpracovávají na potřebné úrovni kontrolní návodky, které definují kontrolní technologii. Tyto kontrolní návodky musí obsahovat:

• předmět (objekt) kontroly – jakostní charakteristiky výrobku, kontrolované rozměry, drsnost povrchu, tepelné zpracování atd.,

• prostředky kontroly – kontrolní přístroje či zařízení, měřicí prostředky, přípravky atd.,

• způsob kontroly, včetně specifikace metody – kontrola porovnáváním, zkoušením, měřením atd.,

• subjekt kontroly – dělníka (samokontrola), seřizovače, mistra, technické• • •

ho kontrolora, pracovníka zkušebny či laboratoře, externího odborníka, komisi atd., místo kontroly – přímo ve výrobě, na kontrolním pracovišti, ve zkušebně či laboratoři, na externím pracovišti atd., zařazení kontroly – v průběhu operace (mezioperační kontrola), po dané operaci (pooperační kontrola), finálně atd., četnost kontroly – každého kusu, výběrem, tj. buď namátkově, nebo statisticky.

1.2

KONCEPCE METROLOGICKÉHO SYSTÉMU V ČESKÉ REPUBLICE

Po vzniku České republiky a ustavení jejích orgánů byly formulovány postupné kroky pro zajištění podmínek pro přijetí do Evropské unie (EU). Tyto kroky se týkají také harmonizace postupů posuzování shody a evropských předpisů pro metrologické a zkušební zabezpečení národního hospodářství.

13

Zákon č. 20/1993 Sb., o zabezpečení státní správy v oblasti technické normalizace, metrologie a státního zkušebnictví, ve znění zákona č. 22/1997 Sb., a zákon č. 505/1990 Sb. ve znění zákona č. 119/2000 Sb. a dalších dodatků určuje působnost těchto orgánů státní správy:

• Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (MPO), • Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ),

• Českého metrologického institutu (ČMI), • Českého institutu pro akreditaci (ČIA). Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR (MPO) mimo jiné zabezpečuje řízení státní politiky v oblasti metrologie a zajišťuje řízení ostatních orgánů státní správy (ÚNMZ, ČMI, ČIA). Vydává zákony a vyhlášky. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ) provádí v oblasti metrologie zejména tyto činnosti:

• • • •

řídí činnost orgánů státní metrologie, autorizuje organizace pro výkony státní metrologie a pro úřední měření, stanoví měřidla podléhající povinnému ověřování, schvaluje metrologické předpisy, tj. metodické pokyny pro metrologii a technické předpisy.

Český metrologický institut (ČMI) se podle svého statutu věnuje zejména těmto činnostem:

• zabezpečuje českou státní primární a sekundární etalonáž jednotek a stupnic fyzikálních a technických veličin,

• uchovává, zdokonaluje a mezinárodně porovnává předmětné etalony, včetně přenášení hodnot jednotek na sekundární etalony,

• provádí výzkum a vývoj v oblasti metrologie, • podílí se na certifikaci výrobků a certifikaci systémů řízení jakosti z hlediska metrologického zabezpečení.

Český institut pro akreditaci (ČIA) provádí mimo jiné následující činnosti:

• buduje a zajišťuje akreditační systém v ČR podle evropských norem, • provádí akreditaci zkušebních a kalibračních laboratoří, • zastupuje ČR v příslušných mezinárodních organizacích. Autorizovaná metrologická střediska (AMS) jsou organizace, které Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ) autorizoval k určitým výkonům v oblasti státní metrologie po akreditaci, spočívající v prověření úrovně jejich metrologického i prostorového vybavení a kvalifikace pracovníků. 14

Autorizované metrologické středisko provádí v rozsahu autorizace zejména státní metrologickou kontrolu měřidel a uchovávání etalonů. ÚNMZ státnímu metrologickému středisku přiděluje, popř. odnímá úřední značku pro ověření měřidla. Působnost všech uvedených orgánů státní správy je určena zákonem č. 505/1990 Sb., o metrologii, ve znění dalších dodatků, Část Ι – všeobecná ustanovení. Jednotlivé paragrafy definují práva a povinnosti fyzických osob, základní měřicí jednotky, měřidla, jejich kontrolu a návaznost. § 1 – Práva a povinnosti fyzických osob, které jsou podnikateli, a právnických osob (subjekty) a orgánů státní zprávy k zajištění jednotnosti a správnosti měření. § 2 – Základní měřicí jednotky. Jsou uvedeny v tab. 1. Tab. 1. Základní jednotky Jednotka Veličina název

značka

metr

m

hmotnost

kilogram

kg

čas

sekunda

s

elektrický proud

ampér

A

termodynamická teplota

kelvin

K

mol

mol

kandela

cd

délka

látkové množství svítivost

§ 3 – Měřidla: 1. 2. 3. 4.

etalony, pracovní měřidla stanovená (stanovená měřidla) – vyhláška MPO, pracovní měřidla nestanovená (pracovní měřidla), certifikované referenční materiály.

Etalon je ztělesněná míra, měřicí přístroj, referenční materiál nebo měřicí systém, které jsou určeny pro definování, realizování, uchovávání nebo reprodukování jednotky nebo jedné či více hodnot veličiny k použití pro referenční účely. Etalony a pracovní měřidla se kalibrují. 15

Kalibrace je soubor úkonů, kterými se stanoví za specifikovaných podmínek vztah mezi hodnotami veličin, které jsou indikovány měřicím přístrojem a odpovídajícími hodnotami, které jsou realizovány etalony. Stanovená měřidla jsou stanovena vyhláškou MPO. Podléhají schvalování typu (ČMI) a povinnému ověřování ve stanovených lhůtách. Ověřuje se shodnost měřidla s certifikátem vydaným při schválení typu. Součástí ověření je i kalibrace. Jedná se o měřidla důležitá pro zajištění bezpečnosti práce, ochranu životního prostředí, veřejné zájmy, ochranu spotřebitele, měřidla používaná v obchodním styku, atd. § 4 – Státní metrologická kontrola měřidel. Věnuje se schvalování typu, prvotnímu a následnému ověřování stanovených měřidel a certifikaci referenčních materiálů. § 5 – Návaznost měřidel. Popisuje zařazení daných měřidel do nepřerušované posloupnosti přenosu hodnoty veličiny počínaje etalonem nejvyšší metrologické kvality pro daný účel. Pracovní měřidla – zodpovídá za ně uživatel měřidla. Státní etalony – schvaluje ÚNMZ, uchovává ČMI. Hlavní etalony – lhůtu kalibrace stanovuje uživatel, provádí ČMI nebo SKS (středisko kalibrační služby). Autorizovaná metrologická střediska (AMS), která ÚNMZ na základě jejich žádosti autorizoval k ověřování stanovených měřidel se musí řídit vyhláškami MPO: č. 344/2002, kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření, č. 345/2002, kterou se stanoví měřidla k povinnému ověřování a měřidla pod léhající schválení typu, č. 264/2000, o základních měřicích jednotkách a o jejich označování. Poznámka: Čísla vyhlášek se časem mohou měnit.

1.3

ZÁKLADNÍ POJMY V METROLOGII

Základní pojmy používané v metrologii jsou definovány v ČSN 01 0115, Mezinárodní slovník základních a všeobecných termínů v metrologii. Pro kvantifikaci metrologických veličin se používá mezinárodní soustava jednotek SI (subjekty a orgány státní správy jsou povinny je používat na základě zákona č. 505/1990 Sb., o metrologii, ve znění zákona č. 119/2000 Sb.), založená na sedmi základních jednotkách. V praxi se pro kvantifikaci používají i násobky a díly jednotek metrologických veličin.

16

Problematikou měření se zabývá vědní obor metrologie. Ta operuje v oblasti přesnosti a chyb měření s následujícími základními termíny:

• • • • • • •

hodnota (veličiny), pravá hodnota (veličiny), konvenčně pravá hodnota (veličiny), opakovatelnost (výsledků měření), reprodukovatelnost (výsledků měření), měření, výsledek měření.

Hodnota (veličiny) je velikost blíže určené veličiny obecně vyjádřená jako (měřicí) jednotka násobená číselnou hodnotou. Pravá hodnota (veličiny) je hodnota, která je ve shodě s definicí dané blíže určené veličiny (jedná se o hodnotu, která by byla získána naprosto přesným měřením; pravé hodnoty jsou neurčitého charakteru; v podstatě je nelze určit). Konvenčně pravá hodnota (veličiny) je hodnota, která je přisuzována blíže určené veličině a která je přijata, někdy konvencí, jako hodnota, jejíž nejistota je vyhovující pro daný účel, obecně se jedná o hodnotu získanou pomocí referenčního etalonu nebo měřidla o 1 řád přesnějšího. Opakovatelnost (výsledků měření) je těsnost shody mezi výsledky po sobě následujících měření téže měřené veličiny provedených za stejných podmínek měření. Podmínky opakovatelnosti – tentýž postup měření, tentýž pozorovatel, tentýž měřicí přístroj, totéž místo, opakování v průběhu krátké časové periody. Opakovatelnost může být kvantitativně vyjádřena charakteristikami rozptylu výsledků (např. směrodatnou odchylkou). Reprodukovatelnost (výsledků měření) je těsnost shody mezi výsledky měření téže veličiny provedenými za změněných podmínek měření. Mezi změněné podmínky měření lze zahrnout – princip měření, metodu měření, pozorovatele, měřicí přístroj, referenční etalon, místo, podmínky použití, čas. Reprodukovatelnost může být kvantitativně vyjádřena charakteristikami rozptylu výsledků. Měření je soubor činností, jejichž cílem je stanovit hodnotu veličiny. Výsledek měření je hodnota získaná měřením přisouzená měřené veličině. Jako výsledek měření mohou být přijaty:

• • • •

hodnota indikovaná přístrojem, průměr z několika hodnot získaných za podmínek opakovatelnosti, nekorigovaný výsledek, korigovaný výsledek. 17

Korekce, která se přidává k výsledku měření, má hodnotu systematické chyby, ale opačné znaménko. Úplný výsledek měření obsahuje také údaj o nejistotě měření. Přesnost měření je dána těsností shody mezi výsledkem měření a (konvenčně) pravou hodnotou měřené veličiny. Přesnost je kvalitativní pojem a nedá se kvantifikovat. K základním charakteristikám přesnosti měřidla, které se dají kvantifikovat, patří rozlišitelnost, největší dovolená chyba a nejistota měření. Rozlišitelnost (indikačního zařízení) je kvantitativní vyjádření způsobilosti indikačního zařízení rozlišit velmi blízké hodnoty indikované veličiny. Rozlišitelnost je interpretována například jako hodnota jednoho dílku stupnice. (Pozor – největší dovolená chyba měřidla je zpravidla větší než rozlišitelnost, proto při odečítání měřené hodnoty na stupnici neodhadujeme zlomky nejmenšího dílku.) Největší dovolená chyba (měřidla) je extrémní hodnota chyby daného měřidla povolená specifikacemi, normou, garantovaná výrobcem atd. Žádný výsledek měření provedený za regulérních podmínek nesmí mít chybu větší, než je dovolená. Největší dovolená chyba měřidla (δ) závisí zpravidla na absolutní hodnotě měřené veličiny:

+δ (µm)

4 3

B.L

2

C A

1 0 100

200

300

400

–δ (µm)

–1 –2 –3 –4

Obr. 1. Geometrická interpretace vztahu δ = ± (A + B . L) ≤ C

18

500

L (mm)

δ = ± (A + B . L) ≤ C (µm),

(1.1)

kde L je hodnota měřené veličiny v mm (případně v m), A – konstanta zahrnující vliv náhodných chyb, B – konstanta zahrnující vliv nevyloučených systematických chyb, C – horní hranice chyby δ. Uvedený vztah platí pro měření jakékoli veličiny. Geometrická interpretace výše uvedeného vztahu je znázorněna na obr. 1. Nejistota měření je výsledek k vyhodnocování měření charakterizující rozsah hodnot, v němž leží pravá hodnota měřené veličiny, obecně s danou pravděpodobností. Interpretace nejistoty měření: Mějme výsledek měření Y a k němu přiřazenou nejistotu měření U. Pak v intervalu (Y – U; Y + U) leží hledaná pravá hodnota veličiny s danou pravděpodobností (většinou 95 %).

1.4

ZÁKLADNÍ POJMY MATEMATICKÉ STATISTIKY

V definici přesnosti měření je termín pravá hodnota měřené veličiny. Je to hodnota, která je ve shodě s definicí dané blíže určené veličiny, která by byla získána naprosto přesným (perfektním) měřením. Pravé hodnoty jsou neurčitého charakteru, v podstatě je nelze určit. Měřením získaná hodnota (výsledek měření) se hledané pravé (skutečné) hodnotě pouze více, nebo méně blíží. Proto se k výsledku měření musí uvádět informace o nejistotě měření, která definuje interval symetrický kolem výsledku měření, ve kterém s danou pravděpodobností leží hledaná pravá hodnota veličiny. K získání informace o nejistotě měření nestačí provést pouze jedno měření. Měření se opakuje za stejných podmínek (podmínek opakovatelnosti) vícekrát, čímž se získá soubor hodnot, tzv. výběrový soubor, který vypovídá o základním souboru, ze kterého byl odvozen (v tomto případě se jedná o soubor s nekonečně velkým počtem měření). Statistický soubor (základní) má v podstatě dva základní parametry, které nás zajímají:

• střední hodnotu, • rozptyl. Tyto hodnoty nelze zjistit, proto z výběrového souboru vypočítáme odhad těchto parametrů, který může být bodový nebo intervalový.

19