Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров метрология кратко

Обновлено: 04.07.2024

После выбора основных единиц системы единиц и выбора производных единиц возникает проблема создания эталонов единиц физической величины и специальной измерительной аппаратуры для поверки рабочих средств измерений, получивших название образцовых средств измерений. Эталоны, как правило, предназначены для воспроизведения размера единицы физической величины. Кроме эталонов в отечественной метрологии единицы физических величин воспроизводятся на установках высшей точности (УВТ) и на исходных образцовых средствах измерений (ИОСИ).

Однозначного толкования разграничений между этими тремя понятиями до сих пор не существует. Возможные версии неоднозначны. Например, одна из точек зрения состоит в том, что если средство измерения высшей точности создано в Госстандарте РФ, то это эталон. Если в каком-либо министерстве или ведомстве, то УВТ или ИОСИ. Другая точка зрения состоит в том, что если точность измерения на средстве высшей точности сопоставима с точностью других эталонов, то его можно считать эталоном. И, наконец, третья точка зрения - считать все, что создается в столице эталоном, а все, что создается в регионах - УВТ или ИОСИ. Последнее, несмотря на разумность основного посыла, все-таки смысла лишено, т. к. Главная палата мер и весов России традиционно находится в Санкт-Петербурге и именно там находится большинство эталонов РФ. На самом деле статус средства высшей точности определяется каждый раз индивидуально. Во внимание принимается престижность. Эталон - более престижное образование, чем УВТ или ИОСИ. Кроме того, учитываются массовость вида измерений, распространенность рабочих приборов по территории страны или по различным ведомствам. Приборы узкого круга использования, например озонометры, вполне можно метрологически обеспечить установкой высшей точности. Напротив, приборы массового использования, например термометры, желательно обеспечивать используя эталон. С этим же фактором связана простота или сложность утверждения средства измерения высшей точности. Сложнее всего по процедурным соображениям создать и утвердить эталон. Проще всего - установку высшей точности.

Образцовые средства измерений представляют собой меры и измерительные приборы, предназначенные для поверки и градуировки других средств измерений. На такие приборы выдаются свидетельства на право проведения поверки. Образцовые средства измерений особенно необходимы в массовых видах измерений. Метрологические правила предписывают поверять средство измерения другим средством, погрешность показаний которого в 2-3 раза ниже, чем у поверяемого прибора.

Метрологическая цепь передачи размера единицы от эталона к рабочим средствам измерения, принятая сначала в СССР, а теперь в России, получила название поверочной схемы. Обобщенный вида поверочной схемы приведен на рис.

Несколько лет назад поверочная схема на средства измерений имела законодательный характер. В настоящее время многие поверочные схемы составляются как документ рекомендательный.

Структура поверочной схемы состоит из нескольких полей, соответствующих ступеням передачи размера единиц. В верхнем поле указывают название эталона. В этом же поле помещают название вторичных эталонов, специальных эталонов, рабочих эталонов. Под полем эталонов располагают поле образцовых средств измерений различных разрядов. Под полем образцовых средств располагается поле рабочих средств измерений. Наименование средств измерений и эталонов указывают на поверочной схеме в прямоугольниках. Метод передачи размера единицы от эталона через образцовые средства к рабочим приборам указывают на поверочной схеме между полями в овалах или кружках.

В период существования СССР в нашей стране поверочные схемы имели статус государственного стандарта, т. е. были обязательными к исполнению по всей территории. В отсутствие рыночного регулирования качества продукции, в том числе и измерительной техники, такая мера были и оправдана и необходима. На самом деле такая практика обладала целым рядом недостатков. Самый главный из них - это создание препятствий на пути внедрения новой техники. Если создавался какой-либо измерительный прибор высокого класса точности, то применение его затруднялось до внесения его в поверочную схему. Поскольку эта процедура непростая и занимает много времени, часто хорошие приборы долгое время оказывались как бы вне закона, т. е. их использование и поверка были затруднены.

Еще один недостаток жесткой системы соблюдения предписаний поверочной схемы - это необходимость иметь во всех центрах поверки большое количество образцовых приборов. Нельзя, например, было поверять рабочие приборы непосредственно по рабочим эталонам.

С другой стороны, практика использования поверочных схем у нас в стране и в странах СЭВ сыграла и большую положительную роль в метрологии. При составлении поверочных схем тщательно анализировались различные методы и средства измерения какой-либо физической величины, а результат представлялся в лаконичной доступной форме.

Средства измерения высшей точности - эталоны - подразделяются на несколько категорий. Эталон, воспроизводящий единицу с наивысшей в стране точностью, называется государственным первичным эталоном. Для воспроизведения единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от существующих эталонов технически неосуществима с требуемой точностью, создаются специальные эталоны. Это могут быть измерения в условиях повышенного или пониженного давления, высокой влажности, измерения в крайних областях диапазона, например оптические измерения в инфракрасной и ультрафиолетовой областях, и т.д.

В метрологической практике широко используются вторичные эталоны, рабочие эталоны и эталоны-копии. Эти эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного первичного эталона. Существуют также следующие категории эталонов:

эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут быть сличаемыми друге другом;
эталон-свидетель - вторичный эталон, применяемый для проверки сохранности государственного эталона или для его замены в случае порчи или утраты.

Эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предназначенный для передачи размера рабочим эталонам. Он не всегда может быть точной физической копией государственного эталона. Рабочий эталон - это вторичный эталон, применяемый для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам или наиболее точным рабочим средствам измерений.

Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эталона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплекса средств измерений и в виде эталонного набора. Пример одиночного эталона - эталон массы в виде платино-иридиевой гири. Пример группового эталона - эталон-копия вольта, состоящая из 20 нормальных элементов.

Пример комплекса средств измерений - эталон единицы молярной доли концентрации компонентов в газовых смесях. В этом виде измерений различные компоненты, различные диапазоны концентраций, различные газы-разбавители создают огромное количество измерительных задач с одной общей идеологией. По этой причине один эталон состоит из нескольких десятков измерительных установок. И, наконец, пример эталонного набора - набор средств измерения плотности жидкостей для различных участков диапазона.

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

По мере рассмотрения различных видов измерений мы не раз будем сталкиваться с той или иной разновидностью общего определения категорий и понятий, так как метрологический терминологический набор достаточно жестко определен, а в технике иногда пренебрегают требованиями к терминам.

В международной метрологической практике такого широкого набора разновидностей эталонов не обозначено. Международные эталоны, хранящиеся в Международном бюро по мерам и весам, воспроизводят ограниченное число единиц физических величин. Обычно это либо основные единицы системы СИ, либо единицы, которые могут быть воспроизведены на уровне точности, равной или даже превосходящей точность эталона основной единицы. Пример такого эталона - эталон Вольта на эффекте Джозефсона. Меньшее в сравнении с отечественным число международных эталонов объясняется тем, что во многих странах понятие эталон и образцовое средство измерения не имеют четкого разграничения. Существует емкое понятие - стандарт (standart) - что по смыслу может быть переведено как вторичный стандарт (образцовое средство измерения) или как эталон (исходное образцовое средство измерения).

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения

Глава 3. Воспроизведение и передача размеров физических величин.

Как уже было указано, единство измерений - это такое состояние измерений, при котором результаты измерений выражаются в узаконенных единицах, а их погрешность известна с заданной вероятностью. Так же указывалось, что измерение - это нахождение значения ФВ опытным путем с помощью специальных технических средств - средств измерений. (Их определение было дано в главе 1.)

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все СИ. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.

Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц ФВ осуществляется с помощью эталонов и образцовых СИ. Высшим звеном в цепи передачи размеров единиц ФВ являются эталоны. (Определение всех видов эталонов было дано в главе 1).

Основное назначение эталонов - обеспечение материально-технической базы воспроизведения и хранения единиц ФВ.

Принципы систематизации эталонов по воспроизводимым единицам.

Основные единицы ФВ Международной системы СИ должны воспроизводится централизованно с помощью Государственных эталонов.

Дополнительные, производные, а при необходимости и внесистемные единицы, исходя из технико-экономической целесообразности, воспроизводятся одним из двух способов:

централизованно - с помощью единого для всей страны Государственного эталона;
децентрализовано - посредством косвенных измерений, выполненных в органах метрологической службы с помощью образцовых средств измерений (ОСИ).

Централизованно воспроизводится большинство важнейших производных единиц Международной системы единиц СИ:

ньютон - сила, 1 Н=1 кг × м × с -2 ;
джоуль - энергия, работа, 1 Дж=1 Н × м;
паскаль - давление ,1 Па=1 Н × м -2 ;
Ом - электрическое сопротивление;
вольт - электрическое напряжение.

Децентрализовано воспроизводятся единицы, размер которых не может передаваться прямым сравнением с эталоном (например, единица площади) или, если поверка мер посредством косвенных измерений проще, чем сравнение с эталоном, и обеспечивает необходимую точность (например, единица вместимости и объема). При этом создаются поверочные установки высшей точности.

Государственные эталоны хранятся в метрологических институтах Госстандарта РФ. По решению Госстандарта РФ допускается их хранение и применение в органах ведомственных метрологических служб.

Кроме национальных эталонов единиц ФВ существуют международные эталоны, хранимые в Международном бюро мер и весов. Под эгидой Международного бюро мер и весов проводится систематическое международное сличение национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий с международными эталонами и между собой. Так, например, эталон метра и килограмма сличают раз в 25 лет, эталоны электрического напряжения, сопротивления и световые - раз в 3 года.

Большинство эталонов представляют собой сложные и весьма дорогостоящие физические установки, требующие для своего обслуживания и применения ученых высочайшей квалификации, обеспечивающих их эксплуатацию, совершенствование и хранение.

Рассмотрим примеры государственных эталонов.

Эталон длины.

До 1960 года действовал следующий эталон метра: Метр определялся как расстояние при 0 ° С между осями двух соседних штрихов, нанесенных на платиново-иридиевом бруске, хранящемся в Международном бюро мер и весов, при условии что эта линейка находится при нормальном давлении и поддерживается двумя роликами диаметром не менее 1 см, расположенными симметрично в одной продольной плоскости на расстоянии 571 мм один от другого.

Требование к повышению точности (платиново-иридиевый брусок не позволяет воспроизводить метр с погрешностью, меньшей 0,1 мкм), а также целесообразность установления естественного и неразмерного эталона привели к созданию в 1960 году нового, действующего по настоящее время, эталона метра, точность которого на порядок выше старого. В новом эталоне метр определяется как длина, равная 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 5 d ₅ атома криптона-86.

Физические принципы эталона: возбужденные пары и газы излучают свет, в спектре которого имеется ряд линий. Каждая линия определяется источником монохроматического излучения с определенной длиной волны. Атомы излучают свет после возбуждения, когда они переходят в одно из состояний с более высокого уровня энергии Е₁, Е₂, Е₃. Е _n . Затем атом возвращается в какое-либо другое строго допустимое (дискретное) энергетическое состояние с более низким уровнем энергии. Этот процесс связан с излучением световой энергии.

Государственный первичный эталон метра РФ состоит из следующего комплекса аппаратуры:

Источник излучения - газоразрядная лампа с изотопом криптона-86.
Эталонный интерферометр с фотоэлектрическим микроскопом и рефлектором для измерений длины в пределах (0. 1000) мм, снабженный платиновым термометром сопротивления и дифференциальными термопарами для точных измерений температуры.
Эталонный спектроинтерферометр для измерения длин волн в пределах (200. 3000) мм.

Место хранения эталона метра - ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

Среднее квадратическое отклонение (СКО) воспроизведения единицы метра не превышает 5 × 10 -9 м .

Эталон постоянно совершенствуется с целью повышения точности, стабильности, надежности. В частности, для эталона метра в настоящее время рассматриваются пути повышения точности с учетом последующих достижений физики.

Методы повышения точности базируются на возможности использования атомных пучков в вакууме как источников монохроматического излучения, стабилизированных лазеров в качестве источников интенсивного монохроматического излучения с узкой спектральной линией и др. физические эффекты.

Эталон массы.

Государственный первичный эталон килограмма РФ хранится во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Он обеспечивает воспроизведение единицы массы 1 кг с (СКО) не более 3 × 10 -8 кг . В состав государственного первичного эталона килограмма входят:

Копия международного прототипа килограмма - платиново-иридиевый прототип №12, представляющий собой гирю в виде цилиндра с закругленными ребрами диаметром 39 мм и высотой 39 мм.
Эталонные весы №1 и №2 на 1 кг с дистанционным управлением для передачи размера единицы массы от прототипа №12 эталонам-копиям и от эталонов-копий рабочим эталонам.

Эталон времени и частоты

Государственный первичный эталон РФ времени и частоты хранится во ВНИИФТРИ.

В эталоне используются квантовые меры, в которых за опорную меру принимается частота, соответствующая частоте перехода в атомах или молекулах выбранного вещества. Квантовые меры разделяются на реперы и хранители. Реперы включаются эпизодически с целью осуществления поверок и регулировок СИ частоты, а хранители (представляющие собой часы) работают непрерывно.

В состав Государственного эталона времени входят:

цезиевый репер и часы;
водородный репер и часы;
рубидиевые часы (квантовый генератор на рубидиевом кристалле с оптической накачкой);
аппаратура внутренних и внешних сличений эталонов;
аппаратура обеспечения.

СКО погрешности воспроизведения времени по частоте не превышает 10 -13 Гц при неисключенной систематической погрешности не более 10 -12 Гц.

Эталон единицы силы электрического тока - ампера.

Этот эталон хранится во ВНИИМ. Он состоит из следующих частей:

токовые весы;
аппаратура для передачи размера единицы силы тока, в которую входит катушка электрического сопротивления, получившая значение сопротивления от первичного эталона единицы электрического сопротивления - Ома.

СКО погрешности воспроизведения не превышает 4 × 10 -6 , неисключенная систематическая погрешность не превышает 8 × 10 -6 .

Эталон единицы температуры.

Этот эталон представляет собой очень сложную установку. Измерение температуры в диапазоне (0,01. 0,8) К осуществляется по температурной шкале термометра магнитной восприимчивости ТШТМВ. В диапазоне (0,8. 1,5) К используется шкала гелия-3 ( 3 Не), основанная на зависимости давления насыщенных паров гелия-3 от температуры. В диапазоне (1,5. 4,2) К используется шкала гелия-4 ( 4 Н), основанная на том же принципе. В диапазоне (4,2. 13,81) К температура измеряется по шкале германиевого термометра сопротивления ТШГТС. Используется зависимость R = R ( t ). В диапазоне (13,81. 6300) К используется международная практическая шкала МПТШ-68, основанная на ряде воспроизводимых равновесных состояний различных веществ.

Передача размеров единиц от первичного эталона рабочим мерам и средствам измерения осуществляется с помощь разрядных эталонов (рис. 3.1).

Разрядный эталон - мера, измерительный преобразователь или измерительный прибор, служащий для поверок по ним других СИ и утвержденный в органах Государственной метрологической службы.

Схема передачи размеров (метрологическая цепь), от эталонов к рабочим СИ (первичный эталон эталон-копия разрядные эталоны рабочие СИ) представлена на рис.3.1).

Между разрядными эталонами существует соподчиненность:

эталоны первого разряда поверяются непосредственно по эталонам-копиям;
эталоны второго разряда - по эталонам 1-го разряда и т.д.

Отдельные рабочие СИ наивысшей точности могут поверяться по эталонам-копиям, высшей точности - по эталонам 1-го разряда.

Разрядные эталоны находятся в метрологических институтах Государственной метрологической службы (МС), а также в поверочных лабораториях отраслевых МС, которым в установленном порядке предоставлено право поверки СИ.

СИ в качестве разрядного эталона утверждаются органом Государственной МС. Для обеспечения правильности передачи размеров ФВ во всех звеньях метрологической цепи должен быть установлен определенный порядок. Этот порядок приводится в поверочных схемах.

Как уже было указано, поверочная схема - это исходный документ, утвержденный в установленном порядке и устанавливающий средства, методы и параметры точности передачи размеров единиц ФВ от первичного или разрядного эталона рабочим СИ.

Различают Государственные поверочные схемы и локальные (отдельных региональных органов Государственной МС или ведомственных МС). Поверочные схемы содержат текстовую часть и необходимые чертежи и схемы.

Строгое соблюдение поверочных схем и своевременная поверка разрядных эталонов - необходимые условия для передачи достоверных размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений.

Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров
Метрологические характеристики средств измерения
Калибровка средств измерения
Условия обеспечения эффективности измерений при управлении технологическими процессами и производством
Основные понятия теории метрологической надежности
Метрологическая надежность и межповерочные интервалы
Выбор средств измерения

Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерения (далее — СИ) одной и той же величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.

Воспроизведение единицы физической величины — это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей точностью посредством государственного эталона или исходного образцового СИ. Различают воспроизведение основной и производной единиц.

Воспроизведение основной единицы — это воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов. Например, единица массы — 1 килограмм (точно) воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное значение 1 кг. На основании последних международных сличений (1979 г.) платиноиридиевая гиря, входящая в состав государственного эталона РФ, имеет массу 1,000000087 кг .

Воспроизведение производной единицы — это определение значения ФВ в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведение единицы силы — ньютона — осуществляется на основании известного уравнения механики
F = mg, (3.1)
где т — масса;
g — ускорение свободного падения.

Хранение единицы — совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ. Хранение эталона единицы ФВ предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживать метрологические характеристики эталона в установленных пределах. При хранении первичного эталона выполняются регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера.

Эталон — средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057—80.

Перечень эталонов не повторяет перечня ФВ. Для ряда единиц эталоны не создаются из-за того, что нет возможности непосредственно сравнивать соответствующие ФВ, например, нет эталона площади. Не создаются эталоны и в том случае, когда единица ФВ воспроизводится с достаточной точностью на основе сравнительно простых средств измерений других ФВ.

Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются ФВ, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

Сличаемость — возможность сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующей техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений в результате сличений.

Различают следующие виды эталонов (РМГ 29—99):

В зависимости от количества СИ, входящих в эталон, различают:

одиночный эталон, в составе которого имеется одно СИ (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы;
групповой эталон, в состав которого входит совокупность СИ одного типа, номинального значения или диапазона измерений;
эталонный набор, состоящий из совокупности СИ, позволяющий воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств. Например, эталонные разновесы (набор эталонных гирь), эталонные наборы ареометров.

Если эталон (иногда специальной конструкции) предназначен для транспортирования к местам поверки (калибровки) СИ или сличений эталонов данной единицы, то он называется транспортируемым.

Способы выражения погрешности эталонов устанавливает ГОСТ 8.381—80. Погрешности государственных первичных и специальных эталонов характеризуются неисключенной систематической погрешностью и нестабильностью. Неисключенная систематическая погрешность описывается границами, в которых она находится. Случайная погрешность определяется средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений при воспроизведении единицы с указанием числа независимых измерений. Нестабильность эталона задается изменением размера единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, за определенный промежуток времени.

Оценки погрешностей вторичных эталонов характеризуются отклонением размеров хранимых ими единиц от размера единицы, воспроизводимой первичным эталоном. Для вторичного эталона указывается суммарная погрешность, включающая случайные погрешности сличаемых эталонов и погрешности передачи размеров единицы от первичного (или более точного) эталона, а также нестабильность самого вторичного эталона. Суммарная погрешность вторичного эталона характеризуется либо СКО результата измерений при его сличении с первичным эталоном или вышестоящим по поверочной схеме вторичным эталоном, либо доверительной границей погрешности с доверительной вероятностью 0,99.

Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды: 1, 2 и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для различных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема — это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности, и утвержден в установленном порядке. Основные положения о поверочных схемах приведены в ГОСТ 8.061—80. Поверочные схемы делятся на государственные и локальные.

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ данной ФВ, имеющиеся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу.

Локальная поверочная схема распространяется на СИ данной ФВ, применяемые в данном регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (организации).

Локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам для СИ одних и тех же ФВ. Они могут быть составлены при отсутствии государственной поверочной схемы. В них допускается указывать конкретные типы (экземпляры) СИ. Локальные поверочные схемы оформляют в виде чертежа:

от эталона 1 к объекту 5 методом 3 (рис. 3.5, а) ) ;
от эталона 1 к объектам поверки 5 и 6 методом 3 (рис. 3.5, б));
от эталона 1 к объекту поверки 5 методом 3 или 4 (рис. 3.6, в));
от эталона 1 к объекту поверки 5 методом 3 и объекту поверки 6 методом 4 (рис. 3.6, г)).

Рис. 3.5. Локальные поверочные схемы

Поверочная схема устанавливает передачу размера единиц одной или нескольких взаимосвязанных величин. Она должна включать не менее двух ступеней передачи размера. Поверочную схему для СИ одной и той же величины, существенно отличающихся по диапазонам измерений, условиям применения и методам поверки, а также для СИ нескольких ФВ допускается подразделять на части. На чертежах поверочной схемы должны быть указаны:

наименования СИ и методов поверки;
номинальные значения ФВ или их диапазоны;
допускаемые значения погрешностей СИ;
допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Правила расчета параметров поверочных схем и оформление чертежей поверочных схем приведены в ГОСТ 8.061—80 и в рекомендациях МИ 83—76.

Поверка — это операция, проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке СИ, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого СИ с более точным СИ — рабочим эталоном. Различают поверки: первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную, комплексную, поэлементную и выборочную (РМГ 29—99).

Основные требования к организации и порядку проведения поверки СИ приведены в правилах по метрологии ПР 50.2.006—94, а также в рекомендациях МИ 187—86 и МИ 188—86.

Поверка выполняется метрологическими службами, которым дано на это право. Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми нормативно-техническими документами.

В ряде случаев поверку называют градуировкой. Градуировка — нанесение на шкалу отметок, соответствующих показаниям образцового СИ или определение по его показаниям уточненных значений величины, соответствующих нанесенным отметкам на шкале рабочего СИ.

Если СИ не подлежат обязательному метрологическому контролю и надзору, то они подвергаются калибровке.

Калибровка — это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона.

По результатам калибровки определяют действительное значение измеряемой величины, показываемое данными СИ, или поправки к его показаниям. Можно оценить погрешность СИ и ряд других метрологических характеристик.

Поверка измерительных приборов проводится методами:

непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых образцовыми мерами соответствующего класса точности;
непосредственного сличения показаний поверяемого и некоторого образцового прибора при измерении одной и той же величины. Основой данного метода служит одновременное измерение одного и того же значения ФВ поверяемым и образцовым СИ. Разность показаний этих приборов равна абсолютной погрешности поверяемого средства измерений.

Существуют и другие методы поверки, которые, однако, используются гораздо реже.

Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями образцового и поверяемого СИ. Обычно, когда при поверке вводят поправки на показания образцовых средств измерений, это соотношение принимается равным 1 : 3 (исходя из критерия ничтожно малой погрешности). Если же поправки не вводят, то образцовые СИ выбираются из соотношения 1 : 5. Соотношение допускаемых погрешностей поверяемых и образцовых СИ устанавливается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей, допускаемых значений ошибок Iи II родов и иногда может значительно отличаться от указанных ранее цифр.

Для ряда областей измерений, и в первую очередь для физико-химических измерений, чрезвычайно перспективным средством повышения эффективности поверочных работ является применение стандартных образцов (далее — СО). Правила работы с СО устанавливает ГОСТ 8.315—97. Согласно этому документу, стандартный образец состава и свойств веществ и материалов — это средство измерений в виде вещества (материала), состав или свойства которого установлены аттестацией. Можно дать и другое определение: стандартный образец — образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующих свойство или состав этого вещества (материала).

Стандартные образцы предназначены для обеспечения единства и требуемой точности измерений посредством:

градуировки, метрологической аттестации и поверки СИ;
метрологической аттестации методик выполнения измерений;
контроля показателей точности измерений;
измерения ФВ, характеризующих состав или свойства веществ материалов, методами сравнения.

Стандартные образцы состава и свойств в отличие от мер характеризуются значительным влиянием неинформативных параметров (примесей, структуры материала и др.). При использовании СО очень часто необходимо учитывать функции влияния таких параметров.

В зависимости от сферы действия и области применения определяется уровень утверждения стандартных образцов. По этому признаку они делятся на государственные, отраслевые и стандартные образцы предприятий. Тем СО, которые включены в поверочные схемы, присваивают разряды.

Стандартные образцы объединяются в типы. Тип — это классификационная группировка образцов, определяющими признаками которых являются одно и то же вещество, из которого они изготовлены, и единая документация, по которой они выполнены. Типы СО допускаются к применению при условии их утверждения и регистрации в соответствующем реестре. Для каждого типа СО при их аттестации устанавливается срок действия (не более 10 лет) и определяются метрологические характеристики, которые нормируются в документации на их разработку и выпуск. К ним относятся:

При проведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единством измерений понимается ФЗ №102 состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы; ГОСТ Р 8000-2000: Состояние измерений, при котором их результаты выражены в узако-ненных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установлен-ные границы с заданной вероятность; РМГ 29-99: Состояние измерений, характе-ризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

Обеспечение единства измерений: Деятельность, направленная на установ-ление и применение научных, правовых, организационных и технических основ, правил, норм и средств, необходимых для достижения заданного уровня ЕИ.

Система обеспечения единства измерений: Совокупность субъектов, норм, средств и видов деятельности, достаточная для обеспечения заданного уровня единства измерений.

Государственная система обеспечения единства измерений: Государственная система управления субъектами, нормами, средствами и видами деятельности по обеспечению заданного уровня единства измерений в РФ.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие СИ одной и той же величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.

Воспроизведение единицы физической величины — Совокупность операций по материализации единицы ФВ с помощью государственного первичного эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц.

Передача размера единицы — это приведение размера единицы, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при поверке или калибровке. Размер единицы передается "сверху вниз" — от более точных СИ к менее точным.

Хранение единицы — совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.

Эталон РМГ 29-99 — СИ (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы ФВ и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Эталон ФЗ №102 - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность — свойство эталона удерживать неизменным размер, воспроизводимой им единицы, в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Сличаемостъ — возможность сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений в результате сличений.

Различают следующие виды эталонов (РМГ 29-99):

• первичный эталон — обеспечивает хранение и воспроизведение ФВ с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Они составляют техническую основу ГСИ;

• государственный или национальный — это первичный или специальный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства. ГЭ подлежат периодическим сличениям с ГЭ-ми других стран. Термин "национальный эталон" применяется в случаях проведения сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или при проведении так называемых круговых сличений эталонов ряда стран;

• международный — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами;

• вторичный — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. Вторичные эталоны по назначению делят на эталоны сравнения, рабочие эталоны, эталоны-свидетели и эталоны-копии;

• эталон сравнения — применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом;

• эталон-свидетель служит для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Известно, что в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель;

• эталон-копия предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Его создают в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению.

• рабочий эталон — применяется для передачи размера единицы ФВ рабочим средствам измерений. Это самые распространенные эталоны.

Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной.

При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, . n-й), как это было принято для ОСИ. В этом случае передачу размера единицы осуществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. При этом от последнего рабочего эталона в этой цепочке размер единицы передают рабочему средству измерений

В зависимости от количества СИ, входящих в эталон, различают:

• одиночный эталон, в составе которого имеется одно СИ (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы;

• групповой эталон, в состав которого входит совокупность СИ одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения;

• эталонный набор, состоящий из совокупности СИ, позволяющий воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств. Например, эталонные разновесы (набор эталонных гирь), эталонные наборы ареометров.

Способы выражения погрешности эталонов устанавливает ГОСТ 8.381-80. Погрешности государственных первичных и специальных эталонов характеризуются неисключенной систематической погрешностью (НСП) и нестабильностью. НСП описывается границами, в которых она находится. Случайная погрешность определяется средним квадратическим отклонением (СКО) результата измерений при воспроизведении единицы с указанием числа независимых измерений. Нестабильность эталона задается изменением размера единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, за определенный промежуток времени.

Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема — это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности при передаче (и утвержденный в установленном порядке).

Государственная поверочная схема - поверочная схема, распространяющаяся на все СИ данной ФВ, имеющиеся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу.

Локальная поверочная схема распространяется на СИ данной ФВ, применяемые в данном регионе, отрасли или на отдельном предприятии (организации). Локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам для СИ одних и тех же ФВ.

Поверка — это операция, проводимая официально уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных МХ и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Основной МХ, определяемой при поверке СИ, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого СИ с более точным СИ - рабочим эталоном. Различают поверки: первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную, комплексную, поэлементную и выборочную.

СИ, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми нормативно-техническими документами.

В ряде случаев поверку называют градуировкой. Градуировка СИ — определение градуировочной характеристики СИ. Градуировочная характеристика СИ зави-симость между значениями величин на входе и выходе СИ, - полученная экспери-ментально (нанесение отметок на шкалу, соответствующих показаниям рабочего эталона или определение по его показаниям уточненных значений величины).

Если СИ не подлежит обязательному метрологическому контролю и надзору, то оно подвергаются калибровке.

Калибровка — это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученной с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенной с помощью эталона с целью определения действительных МХ этого средства измерений.

По результатам калибровки определяют действительное значение измеряемой величины, показываемое данными СИ, или определяют поправки к его показаниям, или оценивают погрешность этих средств.

Поверка измерительных приборов проводится методом:

• непосредственного сравнения измеряемых величин и величин, воспроизводимых рабочими эталонами соответствующего класса точности;

• непосредственного сличения показаний поверяемого и образцового прибора при измерении одной и той же величины. Основой данного метода служит одновременное измерение одного и того же значения ФВ поверяемым и образцовым СИ. Разность показаний этих приборов равна абсолютной погрешности поверяемого СИ.

Существуют и другие методы поверки, которые, используются реже.

Для ряда областей измерений, и в первую очередь для физико-химических измерений, перспективным средством повышения эффективности поверочных работ является применение стандартных образцов (СО). Согласно ГОСТ 8.315-97, стандартный образец состава и свойств веществ и материалов — это средство измерений в виде вещества (материала), состав или свойства которого установлены аттестацией. Можно дать и другое определение: стандартный образец — образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Читайте также: