A METROLÓGIÁRÓL ÉS A MÉRÉSÜGYRÕL RÖVIDEN 2004
MÉRÉSÜGYI KÖZLEMÉNYEK AZ ORSZÁGOS MÉRÉSÜGYI HIVATAL HIVATALOS LAPJA A szerkesztésért felelõs: Dr. Pákay Péter az Országos Mérésügyi Hivatal elnöke Szerkesztõ: Gyarmati Béla Szerkesztõség: Budapest XII., Németvölgyi út 37-39. H-1535 Budapest 114, Pf 919 tel.: (06-1) 458-5800 fax.: (06-1) 355-0598 e-mail: merkozl@omh.hu A MÉRÉSÜGYI KÖZLEMÉNYEK 9. különszáma Kereskedelmi forgalomba nem hozható! A MÉRÉSÜGYI KÖZLEMÉNYEK elõfizetéséhez kérjen számlát (átutaláshoz), vagy csekket (készpénzes fizetéshez) a (06-1) 201 8564 telefaxon a terjesztést végzõ INNOVAPRESS Bt-tõl! Kiadja: INNOVAPRESS Bt. H-1027 Budapest II. Fõ utca 68. tel.: (06-1) 201-7083 fax: (06-1) 201-8564 Felelõs kiadó: ifj. Komornik Ferenc üv. ig. Megjelenik negyedévenként Elõfizetés útján terjeszti a kiadó HU ISSN-0026-0002
A METROLÓGIÁRÓL ÉS A MÉRÉSÜGYRÕL RÖVIDEN METROLÓGIA RÖVIDEN A MÉRÉSÜGY ÉS A NEMZETKÖZI KERESKEDELEM 2004
A m e t r o l ó g i á r ó l é s a m é r é s ü g y r õ l r ö v i d e n Fordította: dr. Pataki péter (A metrológia röviden) Bánkuti László (A mérésügy és a nemzetközi kereskedelem) Lektorálta: Deák Éva Szerkesztõ: Gyarmati Béla
A m e t r o l ó g i á r ó l é s a m é r é s ü g y r õ l r ö v i d e n Elõszó A metrológia és mérésügy fogalmakat hétköznapi életünkben ritkán használjuk, jelentésük gyakran homályos, jóllehet az általuk takart tevékenység mind a társadalom, mind az egyének életére jelentõs mértékben kihat. Mirõl is van szó? A mérésrõl, a pontos, megbízható, helyes értéket szolgáltató mérésrõl. Néhány kiragadott példa: gyógyulásunk függ a pontos méréseken alapuló orvosi diagnózistól, gazdasági sikerünk múlhat azon, hogy precízen elkészített és bevizsgált termékeket gyártunk, a kibocsátott szén-dioxid mennyiség befolyásolja éghajlatunkat, meg kell bíznunk a benzinkút által kiadott üzemanyag mennyiségében. A rossz, pontatlan mérések alapján rossz döntések születhetnek, veszélyeztetve az élet, a környezet vagy a vagyon biztonságát. A metrológia, a mérés tudománya az õsidõkig nyúlik vissza. A kereskedelem fejlõdése fokozatosan szükségessé tette a mérések világméretû egységesítését. A tudományok fejlõdése pedig együtt járt a mérések pontossága és megbízhatósága iránti igény rohamos növekedésével. A modern társadalmakban a fogyasztó védelme, az áruk és a szolgáltatások mennyiségének és minõségének garantálása állami feladat, amelynek ellátását a jogalkotók törvényekkel, rendeletekkel szabályozzák. Így alakult ki a metrológia törvényes ága, a mérésügy. A nemzetközi munkamegosztás és a gazdaság világméretû globalizációja szükségessé teszi az áruk és szolgáltatások szabad áramlása elõtti adminisztratív akadályok lebontását, amelynek elõfeltétele a mérési eredmények és a tanúsítványok kölcsönös elismerése. Világszerte, így hazánkban is egyre többen foglalkoznak vagy kerülnek kapcsolatba a mérésekkel, így a metrológiai fogalmak, a mérésügyi elõírások pontos ismerete nélkülözhetetlen. Nem véletlen, hogy szinte egyszerre jelent meg két nemzetközi kiadvány, ami tömör információt kíván nyújtani a metrológiai és a mérésügyi alapfogalmakról, a szervezetekrõl és az elõírásokról. Úgy gondoltuk, hasznos lehet a hazai érdeklõdõk számára, ha mindkét anyag fordítását átdolgozás nélkül, egy füzetben adjuk közre, vállalva a helyenkénti átfedéseket. Bízunk abban, hogy a metrológiával és a mérésüggyel kapcsolatos fogalmak alaposabb megértése a füzetben talált információk révén tovább mélyítheti, még hatékonyabbá teheti együttmûködésünket az Országos Mérésügyi Hivatal mûszaki-hatósági szolgáltatásait igénybevevõ partnereinkkel. Dr. Pákay Péter az OMH elnöke Budapest, 2004. november 5
A m e t r o l ó g i á r ó l é s a m é r é s ü g y r õ l r ö v i d e n A METROLÓGIÁRÓL ÉS A MÉRÉSÜGYRÕL RÖVIDEN METROLÓGIA RÖVIDEN.................................................7 A MÉRÉSÜGY ÉS A NEMZETKÖZI KERESKEDELEM.........................65 6
Metrológia röviden
Metrológia röviden A fordítás az alábbi kiadvány alapján készült: Metrology - in short, 2nd edition, December 2003, ISBN: 87-988154-1-2 Szerzõk: Preber Howarth, DFM, Matematiktorvet Building 3007 DK-2800 Lyndby, Denmark, pho@dfm.dtu.dk Fiona Redgrave, NPL, Queens Road, Teddington TW11 OLW, United Kingdom, fiona.redgrave@npl.co.uk Az eredeti kiadvány címlapfotóját a dániai Nagy Baelt keleti hídjáról Soren Madsen készítette A kiadvány az EUROMET project 673 keretében készült. Az EUROMET project 673 résztvevõi: BNM Franciaország, CSIRO NML Ausztrália, DFM Dánia, EUROLAB, JV Norvégia, NIST USA, NPL Egyesült Királyság, PTB Németország, SP Svédország CMI Cseh Köztársaság, CSIR NML Dél-Afrika, EOTC, IRMM Európai Bizottság, MIRS Szlovénia, NMi-VSL Hollandia, NRC Kanada, SMU Szlovákia, Fordította: Dr. Pataki Péter, OMH, Budapest Németvölgyi út 37-39., H-1124, ppataki@omh.hu 8
Metrológia röviden Összefoglaló A magyar változat alapjául szolgáló Metrológia röviden 2. kiadásának célja a metrológiai tudatosság növelése és a metrológiai forráshivatkozások közös keretének megvalósítása. Ehhez a metrológia használóinak egy áttekinthetõ és könnyen kezelhetõ kézikönyvet ad a legfontosabb metrológiai fogalmakról. A Metrológia röviden nemzetközi kiadvány az EU Versenyképes és Fenntartható Növekedés (GROWTH) Programja részeként szervezett METROTRADE A nemzetközi kereskedelem metrológiai támogatása és a REGMET A nemzeti metrológiai intézetek és az EU szabályozó hatóságai közötti párbeszéd bõvítése programok keretében készült, az Európai Bizottság és a résztvevõk finanszírozásában. 9
Metrológia röviden Tartalomjegyzék 1 Bevezetés.................................................13 1.1 A mérõ emberiség...........................................13 1.2 A metrológia kategóriái........................................15 1.3 A Metrológia röviden nemzeti kiadványai..........................15 2. Metrológia.................................................17 2.1 Ipari és tudományos metrológia.................................17 2.1.1 Szakterületek...............................................17 2.1.2 Etalonok...................................................21 2.1.3 Hiteles anyagminták..........................................21 2.1.4 Visszavezethetõség és kalibrálás................................21 2.1.5 Referencia eljárások..........................................22 2.1.6 Bizonytalanság..............................................25 2.1.7 Vizsgálat...................................................27 2.2 Mérésügy ( a törvényes metrológia ).............................27 2.2.1 Mérõeszközök jogi szabályozása................................28 2.2.2 Mérõeszközök EU szabályozása................................28 2.2.3 Az EU mérõeszköz-szabályozás végrehajtása.....................29 2.2.4 Felelõsségi körök............................................30 2.2.5 Mérés és vizsgálat a jogi szabályozásban.........................31 3. Metrológiai szervezet........................................33 3.1 Nemzetközi infrastruktúra......................................33 3.1.1 A Méteregyezmény...........................................33 3.1.2 CIPM Kölcsönös Elismerési Megállapodás........................35 3.1.3 Nemzeti Metrológiai Intézetek..................................36 3.1.4 Feljogosított nemzeti laboratóriumok.............................37 3.1.5 Akkreditált laboratóriumok.....................................37 3.1.6 ILAC......................................................37 10
Metrológia röviden 3.1.7 OIML......................................................40 3.1.8 IUPAP.....................................................41 3.2 Európai infrastruktúra.........................................42 3.2.1 Metrológia - EUROMET.......................................42 3.2.2 Akkreditálás - EA............................................42 3.2.3 Mérésügy - WELMEC.........................................43 3.2.4 EUROLAB..................................................44 3.2.5 EURACHEM................................................44 3.2.6 COOMET..................................................44 3.3 Amerikai infrastruktúra........................................44 3.3.1 Metrológia - SIM.............................................44 3.3.2 Akkreditálás - IAAC..........................................45 3.4 Ázsia-Csendes-óceáni infrastruktúra.............................45 3.4.1 Metrológia - APMP...........................................45 3.4.2 Akkreditálás - APLAC.........................................46 3.4.3 mérésügy - APLMF..........................................46 3.5 Afrikai infrastruktúra..........................................47 3.5.1 Metrológia - SADCMET.......................................47 3.5.2 Akkreditálás - SADCA........................................47 3.5.3 mérésügy - SADCMEL........................................47 4. Mértékegységek............................................49 4.1 SI alapegységek.............................................51 4.2 SI származtatott egységek.....................................53 4.3 SI-n kívüli egységek..........................................55 4.4 SI-prefixumok...............................................57 4.5 SI egységek nevének és jelöléseinek írása........................58 5. Metrológiai információk az Interneten ( linkek ).................60 6. Irodalomjegyzék............................................63 11
Metrológia röviden Elõszó a 2. nemzetközi kiadáshoz Örömmel jelentetjük meg a Metrológia röviden kézikönyv 2. kiadását. Célunk, hogy egy egyszerû, de mégis összefoglaló referencia forrást adjunk a metrológiáról mind a tárgykörrel foglalkozók, mind az általános érdeklõdõk részére. A kézikönyv hasznos azoknak, akik nem tájékozódtak a témában de szeretnének megismerkedni vele, és azoknak is, akik különbözõ szinteken járatosak a metrológiában és szeretnének még többet tudni vagy egyszerûen specifikus tájékoztatást akarnak kapni. Azt reméljük, hogy a Metrológia röviden kézikönyv hozzájárul ahhoz, hogy a metrológiát technikai és szervezeti oldalról is többen megismerjék és alkalmazzák. Az 1988- ban megjelentetett elsõ kiadás sikeresnek bizonyult és széles körben használták a metrológia területén. Ezt a 2. kiadást erre a sikerre építettük és még több ismeretet még szélesebb olvasói körnek kívánunk nyújtani. A Metrológia röviden célja, hogy a metrológia iránti bizalmat erõsítse és egy közös metrológiai hivatkozási rendszert hozzon létre mind Európában mind Európa és a világ többi régiója között. Ez különösen fontos ma, amikor egyre nagyobb hangsúlyt kap a mérések és vizsgálatok egyenértékûsége a kereskedelmet korlátozó mûszaki akadályok lebontása szemszögébõl. Mivel a metrológia fejlõdése szorosan kötõdik a tudomány és technika eredményeihez, szükségessé vált a Metrológia röviden korszerûsítése ezen fejlõdést figyelembe vételével. Következésképpen ezen 2. kiadás tartalmát kibõvítettük, ismertetjük a CIPM Kölcsönös Elismerési Egyezményt (MRA), bõvebb ismeretet adunk a mérési bizonytalanságról a mérésekben és vizsgálatokban érdekeltek részére. Remélem, ezen új kiadás az elõzõnél még népszerûbb lesz és még szélesebb körben használják majd és ezáltal egy közös metrológiai referencia rendszer jön létre, ezzel segítve a világ különbözõ régiói közötti kereskedelmet. Paul Hetherington az EUROMET elnöke Dublin, 2003. november 12
1 Bevezetés Metrológia röviden 1.1 A mérõ emberiség Halálbüntetésre számíthatott, aki elfelejtette, vagy figyelmen kívül hagyta azon kötelességét, hogy minden teliholdkor kalibrálja a hosszmértékét. Ez a fenyegetés a fáraók templomainak és piramisainak építéséért felelõs udvari építészeket érintette az õsi Egyiptomban, 3000 évvel Krisztus elõtt. Az elsõ királyi könyök meghatározása a mindenkori uralkodó fáraó alkarjának könyökétõl a kinyújtott középsõ új hegyéig tartó távolság, plusz kezének szélessége volt. Az eredeti méretet véséssel egy fekete gránitra vitték át. Az építõmunkások gránitból vagy fából készült másolatokat kaptak, ezek megõrzése az építész kötelessége volt. Habár idõben és távolságban egyaránt messze vagyunk ettõl a kiindulási ponttól, a társadalmakban mindig hangsúlyos volt a helyes mérés. Közelebbi idõpont 1792 Párizsa, amikor két platina etalonnal megvalósítva a méter és a kilogramm õspéldányát megalapozták a Méterrendszert, a mai Nemzetközi Egységrendszer, az SI elõfutárát. A mai Európában méréseink költsége a kombinált GDP több mint 1%-a, gazdasági haszna viszont a GDP 2-7%-a [4], tehát a metrológia mindennapi életünknek természetes és szerves része lett. Kávét és deszkát a súly vagy a hossz alapján vásárlunk; mérjük a vizet, az elektromosságot, a hõmennyiséget, és ez hatással van háztartásunkra. A fürdõszobamérleg hatással van hangulatunkra, ahogy a rendõrségi jármûsebesség-mérõ és lehetséges pénzügyi következményei is. A gyógyszerhatóanyagok mennyiségének, a vérminta mérésének, a sebészeti lézer hatásának pontosnak kell lenniük ahhoz, hogy a páciens egészségét ne veszélyeztessék. Szinte lehetetlennek tûnik leírni bármit is súlyának és méretének közlése nélkül: napsütötte órák, mellbõség, alkoholtartalom, a levél súlya, szobahõmérséklet, keréknyomás, és így tovább. Csak a vicc kedvéért, próbáljunk meg társalgást folytatni a méretre, súlyra vonatkozó szavak nélkül! Aztán itt van a kereskedelem, áruforgalom és államigazgatás, amelyek szintén függnek a mértékektõl. A pilóta gondosan figyeli a magasságot, az útirányt, az üzemanyag felhasználást és a sebességet, az élelmiszerfelügyelõ a baktérium-tartalmat, a tengerhatóság a vizkiszorítást, a cégek az alapanyagokat méretük és súlyuk alapján vásárolják és hasonló egységekkel specifikálják saját gyártmányaikat. Mérések alapján szabályozzák a folyamatokat és jelzik a veszélyeket. Az ismert bizonytalanságú mérési módszer az alapja az ipari minõségirányításnak. Általánosságban elmondható, hogy a legtöbb modern iparágban az elállítási költség 10-15%-a a gyártás során végrehajtott mérések költsége. 13
Metrológia röviden Végül, a tudomány teljes mértékben függ a mérésektõl. Geológusok mérik a lökéshullámokat, amelyeket földrengéseket okozó gigantikus erõk keltenek, csillagászok türelmesen mérik a távoli csillagok halvány fényeit a koruk meghatározása céljából, a részecskefizikusok felujjonganak, amikor sok millió másodperces mérés után képesek kimutatni egy végtelenül kicsi részecske jelenlétét. A mérõberendezés elérhetõsége és használatósága alapvetõ a tudósoknak kutatási eredményeik objektív dokumentálásához. A mérés tudománya a metrológia valószínûleg a legõsibb tudomány és alkalmazásának ismerete minden tudományos tevékenység szükséges alapja. A mérés közös ismeretanyagot kíván A metrológia látszólag olyan megállapodott terület, amely csak néhányak által ismert, de sokak által használt mély ismeretanyagot ölel fel a használók egyként hisznek abban, hogy közös a felfogásuk arról, hogy valójában mit is jelent az a kifejezés, hogy méter, kilogramm, liter, watt, stb. A bizalom alapvetõ a metrológia alkalmazásában a földrajzi és szakmai határokon átívelõ emberi tevékenységek összekapcsolására. A bizalmat erõsítik az együttmûködési hálózatok növekedése, a közös mértékegységek, a közös mérési eljárások, és a különbözõ országok etalonjainak és laboratóriumaink elismerése, akkreditálása és kölcsönös vizsgálatok. Az emberiségnek az a több évezredes tapasztalata, hogy az élet egyszerûbb, ha együttmûködnek a metrológiában. A metrológía a mérés tudománya A metrológia három fõ tevékenységet ölel fel: 1. Nemzetközileg elfogadott mértékegységek meghatározása, például a méter. 2. A mértékegység megvalósítása valamilyen tudományos módszerrel, például a méter megvalósítása lézer használatával. 3. A visszavezetési lánc létrehozása a mérés értékének és pontosságának meghatározásával, dokumentálásával és ezen ismeretanyag terjesztésével, például a dokumentált kapcsolat a finommechanikai mûhely mikrométere és az etalon laboratórium optikai hosszúságmérése között. A metrológia fejlõdik... A metrológia alapvetõ a tudományos kutatásban, ugyanakkor a tudományos kutatás alapja a metrológia fejlõdésének. A tudomány folyamatosan elõre tolja a lehetõségek frontját, a tudományos metrológia pedig követi ezen új felfedezések metrológiai vonatkozásait. Ez egyre jobb metrológiai eszközparkot ad a kutatók kezébe felfedezéseik folytatásához ezért csak a fejlõdésre képes metrológiai területek lehetnek az ipar és a kutatás állandó partnerei. 14
Metrológia röviden Következésképp, az ipari és a törvényes metrológiának fejlõdnie kell ahhoz, hogy lépést tartson az ipar és társadalom szükségleteivel ahhoz, hogy fontos és hasznos maradhasson. Ez ösztönöz a Metrológia röviden kiadvány állandó fejlesztésére. Természetesen a fejlesztés legjobb útja az Olvasók tapasztalatainak összegyûjtése, ezért a kiadók köszönettel veszik a megjegyzéseket, legyenek azok akár kritikák, akár elismerések. Bármelyik szerzõnek (a magyar változat esetében a fordítónak) címzett levelet egyaránt méltányolunk. 1.2 A metrológia kategóriái A metrológiát három kategóriába sorolják bonyolultságuktól és pontosságuktól függõen: 1. A tudományos metrológia a mérési etalonok rendszerezésével, fejlesztésével és fenntartásával foglalkozik (legmagasabb szint). 2. Az ipari metrológia az ipari gyártás és vizsgálat mérõeszközeinek megfelelõ mûködését hivatott biztosítani. 3. A mérésügy körébe azon mérések tartoznak, amelyek hatással vannak a gazdasági tranzakciók átláthatóságára, az egészségvédelemre, a biztonságra ( törvényes metrológia ). Az alapmetrológia (az angol fundamental metrology nem egy nemzetközileg szabványosított definíció) egy adott terület legnagyobb pontosságú szintjét jelöli. Az alapmetrológia úgy jellemezhetõ, mint a tudományos metrológia csúcsa. 1.3 A METROLÓGIA RÖVIDEN nemzeti kiadványai A Metrology-in short eredeti nemzetközi kiadása számos nemzeti kiadásban is megjelent, amelyek követték az eredeti kézikönyv koncepcióját. Az angol változat a nemzetközi kiadvány. 2003-ig a következõ nemzeti kiadások jelentek meg: Cseh: Metrologie v kostce Elsõ kiadás kinyomtatott formában, 2002-ben (fjelinek@cmi.cz). Második kiadás elektronikus formában 2003-ban (fjelinek@cmi.cz). Horvát: Metrologija ukratko Elektronikus formában 2000-ben. Dán: Metrologi - kort og godt Elsõ kiadás 1000 példányban 1998-ban (pho@dfm.dtu.dk). Második kiadás 2000 példányban 1999-ben (pho@dfm.dtu.dk). 15
Metrológia röviden Angol: Metrology in short (nemzetközi kiadás) Elsõ nemzetközi kiadás 10 000 példányban 2000-ben (pho@dfm.dtu.dk). Második nemzetközi kiadás 10 000 példányban 2003-ban (pho@dfm.dtu.dk). Finn: Metrology in short Elsõ kiadás 5000 példányban 2001-ben (mikes@mikes.fi). Második kiadás 2002-ben (mikes@mikes.fi). Litván: Metrologija trumpai Elsõ kiadás 100 példányban 2000-ben (rimvydas.zilinskas@ktu.lt). Második kiadás 2000 példányban 2004-ben (vz@lvmt.lt). Portugál: Metrologia - em sintese Elsõ változat 2500 példányban 2001-ben (ipq@mail.ipq.pt). Koreai: Elõkészületben, megjelentetése várható 2004-ben. Olasz: Elõkészületben, megjelentetése várható 2004-ben. Magyar: Metrológia röviden A második nemzetközi kiadás alapján 2004-ben (ppataki@omh.hu). 16
2. Metrológia Metrológia röviden 2.1 Ipari és tudományos metrológia A tudományos és az ipari metrológia az 1.2 bekezdésben vázolt három metrológiai terület közül az elsõ kettõ. A metrológiai tevékenységek, vizsgálatok és mérések hatékonyan járulnak hozzá számos ipari tevékenység minõségéhez. Ez megköveteli a visszavezethetõséget, ami épp olyan fontossá válik, mint maga a mérés. A metrológiai felkészültség elismerése a visszavezethetõségi lánc minden egyes szintjén a kölcsönös elismerési egyezményekkel, megállapodásokkal mint például a CIPM MRA és az ILAC MRA valamint akkreditálásokkal és nemzetközi szakértõi átvilágításokkal történhet. 2.1.1 Szakterületek A tudományos metrológiát a BIPM 9 szakterületre osztja: tömeg, elektromosság, hosszúság, idõ és frekvencia, hõmérséklet, ionizáló sugárzások és radioaktivitás, fotometria és radiometria, akusztika valamint anyagmennyiség. Az EUROMET-en belül van két további szakterület: az áramlásmérések, valamint az interdiszciplináris metrológia. Nincs formális nemzetközi definíció a szakterületeket felosztó részterületekre. Az EUROMET-ben alkalmazott részterületek listáját a 2.1 táblázat tartalmazza. 17
Metrológia röviden 2.1 táblázat: Szakterületek, részterületek és fontos etalonok (Csak a technikai területeket tartalmazza) Szakterület Részterület Fontos etalonok TÖMEG és kapcsolódó mennyiségek Tömegmérés Erõ- és nyomásmérés Tömegetalonok, etalon mérlegek, tömeg-komparátorok Erõmérõ cellák, erõmérõgépek, erõ-, momentum- és nyomaték átalakítók, olaj- illetve gáz nyomóközegû dugattyús nyomáse- Térfogat- és sûrûségmérés Viszkozitásmérés Üveg areométerek, laboratóriumi üvegedények, vibrációs sûrûségmérõk, üvegkapilláris viszkoziméterek, rotációs viszkoziméterek, viszkozitás skála ELEKTROMOSSÁG és MÁGNESESSÉG DC mérések Kriogén áramkomparátorok, Josephson- és quantum Hall effektusok, Zener diódás referenciák, potenciometrikus módszerek, komparátor hidak AC mérések AC/DC átalakítók, etalon kondenzátorok, légkondenzátorok, etalon induktivítások, kompenzátorok, wattmérõk Nagyfrekvenciás mérések Termoátalakítók, kaloriméterek, bolométerek Nagy áram- és nagyfeszültség-mérések Áram és feszültség mérõtranszformátorok, nagyfeszültségû referencia források HOSSZÚSÁG Hullámhosszok és interferometria Stabilizált lézerek, interferométerek, lézer interferometriás mérõrendszerek, interferometriás komparátorok Dimenzionális metrológia Mérõhasábok, mérõskálák, lépcsõs hasábok, beállító gyûrûk, beállító hengerek, dugós idomszerek, magasság etalonok, mérõórák, mérõmikroszkópok, optikaisík etalonok, koordináta mérõgépek, pásztázó lézermikroszkópok Szögmérések Autocolimatorok, forgó asztalok, szögetalonok, poligonok, vízszintmérõk Alakzatok Egyenes-, felület-, párhuzamosság-, derékszög-, kör-etalonok, hengerek Felületi minõség Érdességmérõk lépcsõs etalonjai, érdesség etalonok, érdességmérõk 18
Metrológia röviden Szakterület Részterület Fontos etalonok IDÕ és FREKVENCIA Idõmérés Cézium atomóra, idõintervallum mérõ Frekvencia Atomóra, kvarc oszcillátorok, lézerek, elektronikus számlálók és frekvencia szintetizátorok, (geodéziai hosszúságmérõk) HÕMÉRSÉKLETMÉRÉS Érintéses hõmérsékletmérés Gázhõmérõk, ITS 90 fixpontok, ellenálláshõmérõk, hõelemek Érintésmentes hõmérsékletmérés Magas hõmérsékletû feketetestek, kriogén radiométerek, pirométerek, Si fotodiódák Nedvességtartalom Tükrös harmatpontmérõk vagy elektronikus higrométerek, kettõs nyomás/hõmérséklet nedvességgenerátorok IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS és RADIOAKTIVÍTÁS Elnyelt dózis-nagy dózisok ipari alkalmazása Kaloriméterek, elnyelt dózisteljesítményben kalibrált üreges ionizációs kamrák, dichromat dozismérõk Elnyelt dózis-gyógyászati alkalmazás Kaloriméterek, ionizációs kamrák Sugárvédelem Ionizációs kamrák, referencia sugárnyaláb és sugártér, proporcionális és más számlálók, TEPC, Bonner neutron-spektrométer Radioaktivitás Üreges ionizációs kamrák, hiteles radioaktiv anyagminták, gamma és alfa spektroszkopia, 4π gamma detektorok FOTOMETRIA és RADIOMETRIA Optikai radiometria Kriogén radiométer, detektorok, stabilizált lézer referencia források, referencia anyagok-au szálak Fotometria Látható fény tartományú detektorok, Si fotodiódák, kvantumhatásfok detektorok Színmérés Spektrométerek 19
Metrológia röviden SZAKTERÜLET RÉSZTERÜLET Fontos etalonok FOTOMETRIA és RADIOMETRIA IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS és RADIOAKTIVITÁS Optikai radiometria Optikai szálak Kriogén radiométer, detektorok, stabilizált lézer referencia források, referencia anyagok Au szálak Referencia anyagok Au szálak ÁRAMLÁS Gázáramlás (térfogatáramlás) Harang proverek, forgókamrás gázmérõk, turbinás gázmérõk, transzfer mérõk kritikus fúvókákkal Vízáramlás (térfogat-, tömeg- és energiaáramlás) Térfogat etalonok, szintmérõk Coriolis tömegáram etalonok, induktív áramlásmérõk, ultrahangos áramlásmérõk Víztõl eltérõ folyadékok áramlása AKUSZTIKA, ULTRAHANG és REZGÉS Anemometria (légsebesség) Akusztikai mérések gázokban Anemométerek Etalon mikrofonok, pisztonfonok, kondenzátor mikrofonok, hang kalibrátorok Gyorsulásmérés Akusztikai mérések folyadékokban Ultrahang Gyorsulásmérõk, erõ átalakítók, vibrátorok, lézer interferométerek Hidrofonok Ultrahang-teljesítmény mérõk, sugárzási erõmérleg ANYAGMENNYISÉG Környezeti kémia Hiteles anyagminták, tömegspektrométerek, Klinikai kémia kromatográfok Anyagok kémiája Élelmiszer-kémia Nagytisztaságú anyagok, hiteles anyagminták Hiteles anyagminták Biokémia Mikrobiológia ph mérések 20
Metrológia röviden 2.1.2 Etalonok Az etalon olyan mérték, mérõeszköz, anyagminta vagy mérõrendszer, amely egy mennyiség egységét, illetve egy vagy több ismert értékét meghatározza, megvalósítja, fenntartja vagy reprodukálja és referenciaként szolgál. Példa: A métert a fénysugár által vákuumban 1/299 792 458 másodperc alatt befutott úthosszal határozzák meg. Elsõdleges szinten a métert jódstabilizált hélium-neon lézer hullámhosszával valósítják meg. Alacsonyabb szinten anyagi mértékeket, például mérõhasábokat használnak, amelyek visszavezetése optikai interferometriával történik, amikor is a mérõhasáb hosszának meghatározására a fent említett lézer hullámhossza szolgál referenciaként. Az etalonok különbözõ szintjeit a visszavezetési láncban a 2.1 ábra mutatja. A metrológiai szakterületek és részterületek fontosabb etalonjait a 2.1.1 bekezdés 2.1 táblázata tartalmazza. Nem létezik nemzetközi összesítés az összes lehetséges etalonról. 2.1.3 Hiteles anyagminták A hiteles anyagminta* olyan referencia anyag, amelynek egy vagy több jellemzõ értékét tanúsítják olyan mérési eljárással, amelyik biztosítja ahhoz a megvalósított egységhez való visszavezethetõséget, amelyikben az adott jellemzõ értékét kifejezik. Minden tanúsított értékhez adott megbízhatósági szinttel ( konfidenciaszinttel ) megadott bizonytalanság tartozik, A hiteles anyagmintákat rendszerint tételenként gyártják. A tételbõl vett minta jellemzõ értékének mérésébõl származó mérési bizonytalanság az egész tételre érvényes. 2.1.4 Visszavezethetõség és kalibrálás Visszavezethetõség A visszavezethetõségi lánc, lásd 2.1 ábra, ismert bizonytalanságú kalibrálások megszakítatlan láncolata. Ez biztosítja, hogy a mérési eredmény vagy az etalon értéke kapcsolódjon egy magasabb szinten lévõ referenciához, az elsõdleges etalonig bezárólag. A kémiában és biológiában a visszavezethetõséget gyakran hiteles anyagminta vagy valamilyen referencia eljárás biztosítja, lásd 2.1.3 és 2.1.5 bekezdéseket. * A hiteles anyagmintának kétféle angol elnevezése és jelölése használatos: CRM (certified reference material, [UK]), illetve SRM (standard reference material [US]). 21
Metrológia röviden A legmagasabb nemzetközi szinthez való visszavezethetõséget egy végfelhasználó közvetlenül a nemzeti metrológiai intézeten, vagy közvetetten egy szekunder kalibráló laboratóriumon keresztül biztosíthatja. A különbözõ kölcsönös elismerési megállapodások eredményeként a visszavezetés a felhasználó országán kívüli laboratóriumban is elvégeztethetõ. Kalibrálás Egy mérés visszavezethetõségének alapvetõ eszköze az alkalmazott mérõeszköz vagy anyagminta kalibrálása. A kalibrálás során egy mérõeszköz vagy anyagminta legfontosabb jellemzõit határozzák meg. A kalibrálás módja az etalonnal vagy hiteles anyagmintával való közvetlen összehasonlítás. A kalibrálás tanúsítására Kalibrálási bizonyítványt adnak ki, és a legtöbb esetben egy címkét helyeznek fel a kalibrált eszközre. Három fõ okból kell kalibrált eszközzel rendelkezni: 1. Biztosítani kell, hogy a mutatott érték összhangban legyen más mérésekkel. 2. Meghatározható legyen a mutatott érték pontossága. 3. Meg kell teremteni az eszköz megbízhatóságát, vagyis, hogy bízni lehessen benne. 2.1.5 Referencia eljárások A referencia eljárások olyan vizsgálati, mérési vagy analitikai eljárások, amelyek pontosan ismertek és bizonyítottan kézben tarthatók, és más, hasonló célú eljárások minõségének vizsgálatára, vagy referencia anyagok, referencia objektumok jellemzésére, vagy referencia érték meghatározására szolgálnak. A referencia eljárás eredményének bizonytalanságát kielégítõen kell megbecsülni és ennek összhangban kell lennie a tervezett felhasználással. Összhangban a fenti meghatározással a referencia eljárás a következõkre használható: Más hasonló célra használt mérési vagy vizsgálati eljárások megfelelõségigazolására és bizonytalanságuk meghatározására. Anyagjellemzõk referencia értékeinek meghatározására, amelyek kézikönyvbe, adatbázisokba foglalhatók, vagy amelyeket referencia anyagok vagy referencia objektumok testesítenek meg. 22
Metrológia röviden 2.1 ábra: A visszavezethetõségi lánc BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) Az egység meghatározása Nemzeti metrológiai intézetek vagy kijelölt nemzeti laboratóriumok Külföldi nemzeti elsõdleges etalon Hazai nemzeti elsõdleges etalon Kalibráló laboratóriumok, gyakran akkreditáltak Referencia etalonok Vállalkozások Ipari etalonok Végfelhasználók Mérõeszközök A nemzeti metrológiai infrastruktúra A bizonytalanság a visszavezethetõségi láncon lefelé haladva növekszik. Az ipari etalonokat a magyar metrológiai szóhasználatban használati etalonoknak nevezik (Szerk.) 23
Metrológia röviden A GUM bizonytalanság filozófiája: 1) Egy X mérendõ mennyiség értéke pontosan nem ismert, ezért véletlenszerûen változó valószínûségi változónak tekintjük. 2) Az x mérési eredmény az E(X) várható érték egyik becslése. 3) Az u(x) standard bizonytalanság a V(X) variancia becslésének négyzetgyöke. 4) A-típusú kiértékelés A várható értéket és a varianciát az ismételt mérések statisztikai értékelésével becslik meg. 5) B-típusú kiértékelés A várható értéket és a varianciát más (nem statisztikai) módszerekkel becslik. Leggyakrabban használt módszer egy valószínûségi eloszlás, például egyenletes eloszlás feltételezése, ami tapasztalaton vagy más információn alapszik. 24
Metrológia röviden 2.1.6 Bizonytalanság A bizonytalanság a mérési eredmény minõségének mennyiségi mértéke, lehetõvé teszi a mérési eredmény összehasonlíthatóságát más eredményekkel, referenciákkal, mûszaki jellemzõkkel vagy szabványokkal. Minden mérés hibával terhelt, ezért a mérési eredmény eltér a mérendõ mennyiség helyes értékétõl. Megfelelõ idõ és erõforrások esetén a mérési hiba legtöbb forrása felderíthetõ, és a mérési hiba meghatározható és korrigálható (például kalibrálások által). Ugyanakkor ritkán van idõ és erõforrás ezeknek a mérési hibáknak teljes körû meghatározására és korrigálására. A mérési bizonytalanságot különbözõ módon lehet meghatározni. Széles körben használt és elfogadott módszer amit például az akkreditáló testületek is elfogadnak az ISO által javasolt GUM-módszer, amint azt az Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez c. kiadvány tartalmazza [6]. A GUM-módszer filozófiája és fõ pontjai az elõzõ és a következõ oldalon láthatók. Példa: Egy bizonyítványban a mérési eredmény formája Y = y ± U, ahol U a bizonytalanság kettõnél nem több értékes számjeggyel, y pedig a bizonytalansággal összhangban lévõ számú számjeggyel szerepel, példánkban hét számjeggyel. Ellenállásmérõvel való ellenállásmérésnél a mûszerrõl leolvasható érték 1,000 0520 7 Ω, ahol a mûszer bizonytalansága a gyári specifikáció alapján 0,081 mω. Ezek alapján a bizonyítványban közölt mérési eredmény a következõ: R = (1,000 053 ± 0,000 081) Ω, a kiterjesztési tényezõ k = 2 A mérési eredményben közölt bizonytalanság gyakran kiterjesztett bizonytalanság, amit az eredõ standard bizonytalanságból egy kiterjesztési tényezõvel való szorzással származtatnak, amelynek értéke rendszerint k = 2, az így kapott intervallum az eredmény normális eloszlása esetében körülbelül 95%-os konfidencia szintnek felel meg. 25