Первичные эталоны системы си реферат

Обновлено: 02.07.2024

Эталон — это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них — рабочим средствам измерений.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Эталоны, их классификация и виды

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых должны быть проградуированы все существующие средства измерений одной и той же физической величины.

Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерения с помощью эталонов.

Эталон должен обладать взаимосвязанными свойствами: воспроизводимостью, неизменностью и сличаемостью.

Воспроизводимость - возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается постоянным исследованием эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания "естественных" эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.

Сличаемость - возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития 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 при проведении сличения

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

Национальный эталон утверждается в качестве исходного средства измерения для страны национальным органом по метрологии. В России национальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер н весов (МБМВ). Важнейшая задача деятельности МБМВ состоит в систематических международных сличениях национальных эталонов крупнейших метрологических лабораторий разных стран с международными эталонами, а также и между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений как одного из условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25 лет, а электрические и световые эталоны — один раз в 3 года.

Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном. Вторичные эталоны (их иногда называют "эталоны-копии") могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования. Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и в свою очередь служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда) и рабочим средствам измерений.

Вторичные эталоны по своему метрологическому назначению подразделяются на эталоны-копии, эталоны сравнения и эталоны-свидетели.

Эталон-копия - предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он всегда является его физической копией.

Эталон сравнения - применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

Эталон-свидетель - предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты.

Рабочий эталон - применяется для передачи размера единицы от эталона-копии образцовым средствам измерения и в отдельных случаях - наиболее точным рабочим средствам измерений.

Эталонная база России имеет около 120 государственных эталонов и более 250 вторичных эталонов единиц физических величин, размещенных в ведущих метрологических научно-исследовательских институтах страны.

В области механики в стране созданы и используются 38 государственных эталонов, в том числе первичные эталоны метра, килограмма и секунды, точность которых имеет чрезвычайно большое значение, поскольку эти единицы участвуют в образовании производных единиц всех научных направлений.

Самыми первыми официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть "метр Архива" и "килограмм Архива". С 1872 г. килограмм стал определяться как равный массе "килограмма Архива". Каждый эталон основной или производной единицы Международной системы СИ имеет свою интересную историю и связан с тонкими научными исследованиями и экспериментами.

Например, принятый в 1791 г. Национальным собранием Франции эталон метра, равный одной десятимиллнонной части четверти дуги парижского меридиана, в 1837 г. пришлось пересмотреть. Французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн., а 10 млн. 856 метров. К тому же известно, что происходят, хотя и незначительные, но все же постоянные изменения формы и размера Земли. В этой связи ученые Петербургской академии наук в 1872 г. предложили создать международную комиссию для решения вопроса о целесообразности внесения изменений в эталон метра. Комиссия решила не создавать новый эталон, а принять в качестве исходной единицы длины "метр Архива", хранящийся во Франции. В 1875 г. была принята Международная метрическая конвенция, которую подписала и Россия. Этот год метрологи считают вторым рождением метра как основной международной единицы длины.

Уже в XX в. (1967 г.) были опубликованы исследования более точного измерения парижского меридиана, которые показали, что четверть меридиана равна 10 млн. 1954,4 метра. Таким образом, "метр Архива" всего на 0,2 мм короче меридионального метра.

В 1889 г. был изготовлен 31 экземпляр эталона метра из платино-иридиевого сплава. Оказалось, что эталон № 6 при температуре 0°С точно соответствует длине "метра Архива", и именно этот экземпляр эталона по решению I Генеральной конференции по мерам и весам был утвержден как международный эталон метра, который хранится в г. Севре (Франция). Остальные 30 эталонов были переданы разным государствам. Россия получила № 28 и № 11, причем в качестве государственного был принят эталон № 28.

Погрешность платино-иридиевых эталонов метра, равная + 1.1*10-7 м уже в начале XX в, оценивалась как неудовлетворительная, и в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам выработала другое определение метра — в длинах световых волн, что основано на постоянстве длины волны спектральных линий излучения атомов. Это основа криптонового эталона метра. Погрешность криптонового эталона намного меньше, чем платино-иридиевого, и равна 5-Ю"9.

Однако в космический век и эта точность оказалась недостаточной, а новейшие достижения науки позволили в 1983 г. на XVII Генеральной конференции мер и весов принять новое определение метра как длины пути, проходимого светом за 1/299792458 доли секунды в условиях вакуума. Следует отметить, что на этой же конференции было объявлено точно определяемое современной наукой значение скорости света.

Не менее интересна история эталона единицы массы. "Килограмм Архива", который был принят за эталон массы в 1872 г., представляет собой платиновую цилиндрическую гирю, высота и диаметр которой равны по 39 мм. Прототипы (вторичные эталоны) для практического применения были сделаны из платиноиридиевого сплава, За международный прототип килограмма была принята платиноиридиевая гиря, по точности в наибольшей степени соответствующая массе "килограмма Архива".

По решению I Генеральной конференции по мерам и весам России из 42 экземпляров прототипов килограмма были переданы № 12 и № 26, причем № 12 утвержден в качестве государственного эталона массы (см. рис. 28.1). Прототип № 26 использовался как вторичный эталон.

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева" (г. Санкт-Петербург) на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20 +/- 3°С, относительная влажность 65%. Один раз в 10 лет с ним сличаются два вторичных эталона.

При сличении с международным эталоном наш национальный эталон массы получил значение 1,0000000877 кг. Для передачи размера единицы массы от прототипа № 12 вторичным эталонам используются специальные весы № 1 и № 2 с дистанционным управлением на 1 кг; весы № 1 изготовлены фирмой "Рупрехт", a № 2 - НПО "ВНИИМ им Д.И. Менделеева". Погрешность воспроизведения килограмма составляет 2*10-9.

За 100 с лишним лет существования описанного прототипа килограмма, конечно, были попытки создать более современный эталон на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц (протона, электрона и т.д.). Однако на современном уровне научно-технического прогресса пока не удалось воспроизвести этим новейшим методом массу килограмма с меньшей погрешностью, чем существующая.

Перспективы развития эталонов

За последние годы получены высокие результаты точности и надежности эталонов, создаваемых на основе использования квантовых эффектов, что позволяет предположить возможность создания новых эталонов в недалеком будущем.

С использованием квантовых эффектов был создан современный эталон ампера и ома. Квантовые эталоны характеризуются высокой степенью стабильности значений погрешности воспроизведения единиц величин.

С помощью новых методов и средств измерений уточняются фундаментальные физические константы, поэтому точность квантовых эталонов будет возрастать.

Ученые полагают, что квантовые эталоны можно будет считать "вечными мерами", так как способность воспроизведения единиц физических величин у таких эталонов не подвержена влиянию внешних условий, географического местонахождения и времени.

Если будет создан эталон массы на основе возможностей ядерной физики, то многие существующие эталоны перейдут в разряд "вечных", поскольку размерности их величин связаны так или иначе с массой. В таких условиях изменится и система поверки и калибровки, которая привязана к государственным эталонам, т.е. произойдет ее децентрализация, что обеспечит значительный экономический эффект.

Ожидается появление возможности создания сравнительно недорогих квантовых эталонов и рабочих средств измерений на основе практического использования эффекта высокотемпературной сверхпроводимости, что послужит началом нового периода в развитии фундаментальной и практической метрологии

Современная теория единства измерений (теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров) наряду с теориями построения средств измерений и точности измерений традиционно является центральным разделом в теоретической метрологии. В совокупности решаемых задач, единство измерений можно охарактеризовать как состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведённых величин, а погрешности измерений известны с заданной точностью.

Содержание

Работа состоит из 1 файл

Эталоны - реферат.doc

Третья причина создания специальных государственных эталонов — существенная смена характера объекта измерений. Например, смена агрегатного состояния вещества при переходе от измерения объемного расхода жидкости к измерению объемного расхода газа, от плотности жидкости к плотности твердых веществ, от скорости твердого тела к скорости жидкости или газового потока и т. д. Или — смена вида элементарных частиц, например, при измерении параметров нейтронного и электронного полей. В этих случаях не меняются не только природа и единица физической величины, но и ее определение, однако может резко измениться способ (метод) измерения из-за резкого различия свойств объектов измерения при смене природы этого объекта.

Наконец, еще одну обширную группу особых условий составляют измерения физических величин, сильно зависящих от какой-либо другой величины, при изменении влияющей величины. Примером являются измерения теплоемкости или теплопроводности при разных значениях температуры излучаемого образца, измерения поглощенной дозы гамма-излучения (или другого вида излучения) при различных значениях энергии этого излучения, измерения различных параметров оптического излучения для разных длин волн и т. п.

Возможны и более сложные случаи особых условий в виде комбинаций из перечисленных выше четырех типов, например, в области акустических измерений, где измеряются переменные звуковые давления в различных средах (водной и воздушной). Во всех этих случаях могут создаваться специальные государственные эталоны.

Необходимость обеспечения единства измерений в особых условиях является необходимым условием создания специальных эталонов, но недостаточным. Достаточным условием может служить невозможность передачи с требуемой точностью размера единицы от первичного эталона к средствам измерений данной величины в особых условиях. Таким образом, первичные государственные эталоны воспроизводят единицу данной физической величины и являются самыми высокоточными измерительными устройствами среди всех средств измерений этой величины; специальные государственные эталоны также воспроизводят эту единицу, но в соответствующих особых условиях, и являются самыми высокоточными среди всех средств измерений данной величины в этих особых условиях.

Таким образом, для каждой физической величины должен быть (если обоснована необходимость централизации воспроизведения единицы) только один государственный первичный эталон. Специальных же государственных эталонов для той же физической величины может быть несколько в зависимости от числа представляющих практический интерес особых условий измерений и от возможностей первичной системы воспроизведения и передачи размера единицы.

Система передачи единицы физической величины от эталона к рабочим средствам измерений называется поверочной схемой. Она имеет несколько ступеней и в общем виде может быть представлена структурной схемой, показанной на рисунке 1.

Передача единицы величины от эталона ко всем рабочим средствам измерений осуществляется не единожды, а периодически, ибо нельзя гарантировать, что хранение единицы в рабочем средстве измерений не повлечет изменение размера этой единицы через некоторое время.

Рабочие средства измерений, или просто средства измерений, могут быть существенно разного класса точности, поэтому сличение их с эталоном производится на соответствующей ступени поверочной схемы.

Схема состоит из некоторого числа ступеней передачи размера единицы физической величины. На каждой ступени используется один из методов поверки. Каждая ступень характеризуется допускаемой погрешностью поверки.

Стандартизованы следующие общие методы поверки:

метод непосредственного сличения (т.е. без специальных средств сравнения);
метод сличения при помощи компаратора;
метод прямых измерений;
метод косвенных измерений.

Государственная поверочная схема для каждой физической величины или даже для конкретных диапазонов устанавливается стандартом (ГОСТ Р). Она представляется в документах чертежом (графически). [4]

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭТАЛОНЫ ОСНОВНЫХ ЕДИНИЦ СИ

В соответствии с современными положениями СИ в качестве основных единиц приняты:

единица длины — метр (м);
единица массы — килограмм (кг);
единица времени — секунда (с);
единица силы электрического тока — ампер (А);
единица термодинамической температуры —кельвин (К):
единица силы света — кандела (кд);
единица количества вещества — моль (моль).

Каждая из основных единиц имеет строгое определение, выработанное в решениях Генеральной конференции мер и весов.

Метр — длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299792458 доли секунды.

Килограмм — масса, равная массе международного прототипа килограмма, хранящегося в международном бюро мер и весов.

Секунда — интервал времени, равный 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 .

Ампер — сила неизменяющегося электрического тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 -7 Н.

Кельвин — интервал температуры, равный 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540 ·10 12 Гц, энергетическая сила излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт · ср -1 .

Моль — количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в образце из углерода - 12 массой 0,012 кг.

Выбор размеров основных единиц, как известно, произволен. В приведенных определениях отражены принципы преемственности размеров единиц и максимальной точности их воспроизведения. Номенклатура основных единиц позволяет охватить все области науки и техники.

До недавнего времени единицы плоского угла (радиан, равный углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу) и телесного угла (стерадиан, равный телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной размером с радиус этой сферы) были выделены в особую группу так называемых дополнительных единиц. С 1995 года они переведены в разряд производных единиц.

В настоящее время созданы и действуют государственные эталоны для единиц длины, массы, времени, температуры, силы света, силы электрического тока. Для единицы количества вещества (моля) эталоны пока не созданы нигде в мире, по-видимому, прежде всего по той причине, что практическое использование такого эталона не очень ясно. [4]

Общее число государственных эталонов основных единиц (18) значительно (в 3 раза) превышает число воспроизводимых ими основных единиц (6), так как и для основных единиц потребовалось создание не только первичных, но и специальных эталонов. Так, для основной единицы длины (метра) функционируют 5 государственных эталонов: помимо первичного эталона метра, созданы специальные эталоны для таких специфических областей линейных измерений, как измерения длин волн оптического излучения в спектроскопии, измерения параметров шероховатости, измерения параметров эвольвентных поверхностей для зубчатых зацеплений, измерения амплитуды перемещений при колебательном движении твердых тел. Для основной единицы температуры — кельвина — функционируют 7 государственных эталонов; для единицы силы тока — ампера — 3 государственных эталона; для остальных основных единиц (килограмма, секунды и канделы) в настоящее время имеется только по одному (первичному) государственному эталону.

Эталонная база России является, с одной стороны, самостоятельной и независимой, а с другой стороны, адаптированной к европейской и мировой системам обеспечения единства измерений.

Основными направлениями развития эталонной базы России в настоящее время являются:

оптимизации эталонной базы по составу и структуре;
создание системы взаимосвязи эталонов, в том числе "естественных", основанных на фундаментальных физических константах и статистических физических исследованиях в области воспроизведения основных и важнейших производных единиц;
создание систем эталонов, в которой разумно сочетается централизованное и децентрализованное воспроизведение единиц;
поисковое исследование и внедрение новых физических явлений и технологий, способных обеспечить научный прорыв при создании эталонов;
разработка предельных по точности методов и средств измерений эталонного значения.

Эти направления конкретизованы в научно-технической программе "Эталоны России", главная цель которой – создание новых и совершенствование существующих государственных эталонов в таких важнейших областях науки и техники, как механика, электромагнетизм, термодинамика, оптико-физика, физикохимия, ядерная физика и др. [5]

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Российская метрологическая энциклопедия. – Санкт-Петербург. Лики России, 2001.

2. ГОСТ 8.057-80 ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения.

3. Тарбеев Ю. В., Балалаев В. А. Государственные эталоны СССР. – М.: Машиностроение, 1981.

4. Кузнецов В. А., Ялунина Г. В. Метрология (теоретические, прикладные и законодательные основы): Учеб. пособие. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.

5. Сергеев А. Г., Крохин В. В. Метрология: Учебное пособие для вузов. – М.: Логос, 2000.

Рисунок 1. Структура передачи единицы физической величины рабочим средствам измерений различной точности.

Международная система единиц (СИ) — система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM).
При этом под Международной системой величин (англ. International System of Quantities, ISQ) понимается система величин, основанная на подмножестве семи основных величин: длине, массе, времени, электрическом токе, термодинамической температуре, количестве вещества и силе света.

Содержание

Работа содержит 1 файл

Эталоны единиц системы СИ..docx

Сличаемостъ — возможность обеспечения сличения с эталоном других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития 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 при проведении сличений.

По месту в этой иерархической цепочке эталоны подразделяют на первичные, вторичные и рабочие.

Первичным эталоном называют эталон, который воспроизводит единицу и передает ее размер вторичным эталонам. Первичный эталон выполняет задачу воспроизведения единицы величины для ее использования при всех измерениях данной величины. Очевидно, что уровни точности наиболее ответственных метрологических и рабочих измерений определяются точностями первичных эталонов. Поэтому при создании первичных эталонов всегда стремятся обеспечить наиболее высокую точность, которую можно достигнуть на данном этапе развития науки и техники. После воспроизведения единицы ее размер по иерархической цепочке эталонов доводится до каждого эталона.

Рисунок 1 иллюстрирует этот процесс. Из рисунка видно, что передача размера единицы идет двояко: не только от более точных эталонов менее точным, но и путем расширения диапазонов величины и условий измерений. При этом, поскольку результат каждого измерения отягощен какой-то неопределенностью, в системе передачи размера единицы непрерывно возрастает неопределенность этой единицы. Первичный эталон передает размер единицы вторичным эталонам, которые функционируют в более широком диапазоне измерений, но являются менее точными. Вторичные эталоны передают размер единицы рабочим эталонам (образцовым СИ (далее ОСИ)), а те — менее точным рабочим эталонам (ОСИ).

Рис. 1. Схема воспроизведения единицы и передачи ее размера эталонам

Количество ступеней передачи определяется требованиями к точности рабочих СИ и поэтому не может быть очень большим. Во многих видах измерений увеличение диапазонов величины и условий измерений (частота, температура и т. д.) привело к невозможности обеспечить передачу размера единицы с требуемой точностью от действующего первичного эталона всем СИ этого вида. В этих случаях создают несколько первичных эталонов одной единицы, отличающихся диапазонами измерений или условий измерений.

Например, в России единицу давления воспроизводят семь различных первичных эталонов, шесть из которых хранятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева и один во ВНИИФТРИ.

В приведенных примерах первичным и эталонами называются государственные эталоны, хранящиеся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, единиц давления в диапазоне 0,05-10 МПа и удельной теплоемкости в диапазоне температур 273,15-700 К. Для обеспечения единства измерений размеры единицы, воспроизводимые этими эталонами, согласуются в граничных областях значений.

Все остальные эталоны не участвуют в воспроизведении единиц. Они хранят размеры единиц, полученные от более точных эталонов, и (или) передают их менее точным эталонам и рабочим СИ.

Первичный специальный эталон – первичный эталон, воспроизводящий единицу в специфических условиях (высокие и сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давления, температуры, особые состояния вещества и т.д.

Вторичные эталоны получают размеры единиц от первичных эталонов и передают его рабочим эталонам.

Эталон сравнения (англ. transfer standard) – вторичный эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Рабочий эталон (англ. working standard) – вторичный эталон, предназначенный для передачи размера единицы образцовым и наиболее точным рабочим средствам измерений

Рабочие эталоны предназначены для пове рки и калибровки рабочих СИ. При необходимости их подразделяют на разряды: 1-й, 2-й, 3-й и т. д. В этом случае рабочие эталоны 1-го разряда также передают размер единицы рабочим эталонам 2-го разряда, рабочие эталоны 2-го разряда — рабочим эталонам 3-го разряда и т. д.

После перехода на международную классификацию статус ОСИ (в том числе серийно выпускаемых ОСИ низших разрядов) как бы сравнялся со статусом первичных и вторичных эталонов, со всеми вытекающими последствиями негативного характера для последних. Чтобы восстановить прежнее положение и в то же время не противоречить международной классификации эталонов, в настоящее время принято решение оба термина (и рабочий эталон, и ОСИ) применять в России как равноправные.

В состав эталонов включают:

средства воспроизведения единицы (первичные измерительные преобразователи, измерительные установки);
средства хранения размеров единицы (меры);
средства передачи размеров единицы (компараторы, эталоны сравнения);
средства хранения и передачи размеров единицы (измерительные приборы);
другие СИ и технические средства (средства контроля условий измерений, вычислительные средства, системы питания, измерительные принадлежности и др.).

Конструктивно эталоны и ОСИ могут быть оформлены в виде измерительных установок, называемых в этом случае поверочными установками.

Эталонная установка – измерительная установка, входящая в состав эталона.
Примечание. Эталон может состоять из нескольких эталонных установок

Поверочная установка – измерительная установка, укомплектованная рабочими эталонами или образцовыми средствами измерений (ОСИ) и предназначенная для передачи размера единицы подчиненным ОСИ и (или) рабочим средствам измерений.

Поверочная схема для средств измерений (англ. hierarchy scheme) – иерархическая структура, устанавливающая соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от исходного эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешностей при передаче), утверждаемая в установленном порядке в качестве нормативного документа.
Примечание. Различают государственные, локальные и межгосударственные поверочные схемы.

Государственная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на все средства измерений данной величины, имеющиеся в стране, и утверждаемая в качестве нормативного документа национальным органом по метрологии.

Локальная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на средства измерений данной величины, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации), и утверждаемая в качестве нормативного документа организацией (учреждением, подразделением - для отдельного предприятия), отвечающей за обеспечение единства измерений.

Межгосударственная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на средства измерений данной величины, применяемые (и поверяемые) в заинтересованных странах СНГ с единым метрологическим пространством, и утверждаемая в качестве межгосударственного нормативного документа.

Основные метрологические требования к эталонам и ОСИ должны обеспечивать высокую точность результатов измерений при воспроизведении единицы, хранении и (или) передаче ее размера.

Важнейшим требованием является высокая стабильность, позволяющая обеспечить неизменность размера единицы. Именно этим объясняется осуществленный на рубеже XX и XXI веков переход на воспроизведение основных и многих производных единиц путем реализации высокостабильных квантовых физических эффектов. Необходимыми также являются высокая чувствительность и малая случайная погрешность эталона, а также его низкая чувствительность к изменению условий измерений.

Средством повышения точности измерений на эталоне и уменьшения личных погрешностей оператора является автоматизация измерительных и вычислительных операций. В то же время размер диапазона условий измерений не является существенной характеристикой, т. к. в целях повышения точности эталонных измерений эталоны, как правило, применяются при фиксированных (чаще всего нормальных) условиях измерений.

По числу одноименных СИ, входящих в эталон, различают одиночные эталоны, эталонные наборы и групповые эталоны.

Одиночный эталон – эталон, в составе которого имеется одно средство измерений (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы.

Групповой эталон (англ. collective standard) – эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений, применяемых совместно для повышения точности воспроизведения единицы или ее хранения.
Примечания:

Групповые эталоны подразделяют на групповые эталоны постоянного или переменного составов.
За результат измерений принимают обычно среднее арифметическое значение результатов измерений однотипными средствами измерений или эталонными установками.

Другая разновидность эталонов — эталонный набор — представляет собой объединение одиночных эталонов с различными номинальными значениями, которое позволяет расширить диапазон воспроизводимых, хранимых как стандартное отклонение среднего арифметического значения.

Централизованную систему обеспечения единства измерений можно организовывать в метрологических службах различного уровня: на отдельном предприятии, в ведомстве, в стране в целом.

При этом иерархическую цепочку передачи размера единицы всем СИ этого вида измерений, применяемым в данной метрологическойской службе, будет возглавлять один, наиболее точный эталон. Этот эталон называется исходным эталоном (предприятия, ведомства, страны). Таким способом обеспечивается прослеживаемость всех измерений, выполняемых на предприятии или в ведомстве к своим исходным эталонам, а через них — к исходным эталонам страны.

Исходный эталон (англ. reference standard) – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами из имеющихся в данном виде измерений (в стране или группе стран, в регионе, министерстве (ведомстве), организации, предприятии или лаборатории), от которого получают размер единицы подчиненные ему средства измерений.
Примечания:

В некоторых странах СНГ в качестве исходного эталона единицы той или иной величины служит вторичный эталон, который получает размер единицы от первичного эталона страны - хранителя этого эталона.
Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами.

Эталон-копия – вторичный эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим эталонам и заменяющий в обоснованных случаях первичный эталон.
Примечание. Эталон-копия не всегда является физической копией первичного эталона

Исходные эталоны страны в международной метрологической практике называются национальными эталонами, в нашей стране их называют государственными эталонами.

Национальные эталоны являясь наиболее точными СИ своих стран, во многом определяются их научные и технологические возможности. Обычно они хранятся и применяются в национальных метрологических институтах (НМИ).

Существуют три различные методики их создания.

В соответствии с первой методикой НМИ создает первичный эталон, который осуществляет воспроизведение единицы в точном соответствии с ее определением. Это наиболее фундаментальный подход, обеспечивающий прочную связь между определением единицы и ее физическим воплощением в первичном эталоне.

Однако это наиболее трудный и дорогостоящий подход.

Вторая методика также предусматривает создание первичного эталона, но не путем физической реализации теоретического определения, а на основе квантовых физических эффектов, использование которых позволяет реализовать размер единицы, значение которого согласовано с ее определением. Такой способ позволяет создавать эталоны, обладающие высокой степенью воспроизводимости.

Примерами служат использование частотно-стабилизированных лазеров для создания эталона метра, эффекта Джозефсона — для вольта и эффекта Холла — для ома.

Третья методика заключается в использовании в качестве национального эталона вторичного эталона, которому размер единицы передается путем периодического сличения с национальным эталоном какого-либо другого НМИ. Наиболее крупные и развитые в научном и технологическом плане страны, в их числе и Россия, имеющие потребность в как можно более высоком уровне точности во всех видах измерений, используют первую или вторую методику. Поэтому национальные эталоны этих государств, как правило, являются первичными эталонами. Небольшие страны, не обладающие полным спектром современных отраслей промышленности и поэтому не ощущающие потребность в высокой точности в ряде видов измерений, при создании национальных эталонов часто вынуждены использовать третью методику, как менее затратную. Учитывая это, МБМВ установило, что каждый НМИ при создании своих национальных эталонов имеет право самостоятельного выбора методики их создания.

Основные понятия об эталонах. Метрологическая классификация эталонов. Законодательная классификация эталонов в России. Международный прототип единицы массы. Хранение, применение и сличение эталонов. Требования к повышению точности эталона длины.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	08.06.2014
Размер файла	470,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для измерения плоского угла устанавливаются ГОСТ 8.016--81. Первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

* интерференционного экзаменатора для воспроизведения единицы и передачи ее размера в область малых углов;

* угломерной автоколлимационной установки для передачи размера единицы;

* 12-гранной кварцевой призмы для контроля стабильности эталона.

Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение градуса со среднеквадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 0,01" при 132 совокупных относительных измерениях 12-гранной призмы. Неисключенная систематическая погрешность не превышает 0,02"

3. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ

Характеристика основной относительной погрешности аналого-цифрового преобразователя (АЦП) нормирована двучленной формулой:

где, с,d - результаты измерений;

Umax - предел измерения АЦП (Вольт); Umax=100.

U- результат однократного измерения (В); U = 75.

Измерения выполнены в нормальных условиях.

Вычислить пределы абсолютной и относительной инструментальной погрешности результата измерений.

Определение основной инструментальной погрешности.

Пределы допускаемой основной относительной погрешности АЦП могут быть нормированы в соответствии с ГОСТ 8.401 двучленной формулой:

Предел относительной инструментальной погрешности результата измерений.

Обратимся теперь к абсолютной инструментальной погрешности:

где, - относительная инструментальная погрешность;

- абсолютная инструментальная погрешность;

X= U - результат однократного измерения.

Предел абсолютной инструментальной погрешности результата измерений.

Относительная погрешность =0,066%

Абсолютная погрешность =0,05В

Результат измерения: 750,05В

Определение дополнительной инструментальной погрешности

Определить дополнительную инструментальную погрешность этого же преобразователя, вызванную изменением температуры окружающей среды. (t0= 280C)

Дополнительная инструментальная погрешность также связана с классом точности прибора и выражается в той же форме, что и основная погрешность.

Измерение показаний электроизмерительного прибора класса точности, вызванное г изменением температуры окружающей среды, не должно выходить за пределы г % на каждые 10° С изменения температуры в пределах рабочего интервала температур (для расчета дополнительной инструментальной погрешности).

Например, изменение показаний электроизмерительного прибора класса 0,5, вызванное изменением температуры окружающей среды, не должно выходить за пределы 0,5% на каждые 10°С изменения температуры в пределах рабочего интервала температур,

Конкретная связь дополнительной погрешности с классом точности раскрывается в частных стандартах на средства измерения.

Для цифровых приборов (класс точности которых задается в виде c/d) дополнительная инструментальная погрешность доп, вызванная изменением температуры на Дt градусов относительно нормальной (200 С) и выраженная в процентах, не превышает значения:

где, ХN= Umax - предел измерения АЦП;

t- интервал температур.

c=0,06, d=0,02, ХN= Umax=100 В. X= U = 75 В.

где,доп-дополнительная относительная инструментальная погрешность

где, Ддоп -дополнительная абсолютная инструментальная погрешность.

Определение методической погрешности

Средство измерений применяется для измерения падения напряжения на участке цепи в соответствии с рисунком. Выходное сопротивление средства измерений равно 1500кОм.

Вычислить относительную погрешность результата применения , указать её характер.

Указать границы общей погрешности результата измерений с учётом инструментальной погрешности.

Рис.3 Электрическая цепь.

RЦ= 20кОм ; RН =30кОм; RВ=1500кОм

где, RН _- сопротивление напряжения;

RЦ - эквивалентное сопротивление;

RВ - сопротивление вольтметра.

где, - подключение вольтметра;

ДU - систематическая погрешность

Объект измерения - электрическая цепь. Измерению подлежит параметр этой цепи, а именно, постоянное напряжение на ее участке, сопротивление которого равно . Эквивалентное сопротивление остальной части цепи равно . Истинное значение измеряемого напряжения, которое было на сопротивлении до подключения вольтметра, равно . Средство измерений - стрелочный вольтметр, собственное сопротивление которого RВ = 400кОм.

где, Е - сила шунтирования;

В этих формулах напряжение, которое возникает после подключения вольтметра в силу шунтирования этого участка цепи сопротивлением вольтметра (напряжение уменьшится, общий ток в цепи увеличится, тем самым объект измерений изменяется). В результате этого влияния вольтметра на цепь возникает систематическая погрешность. В данном случае она может быть почти полностью исключена путем введения поправки. Остаточная погрешность будет определяться точностью, с которой известны значения величин, входящих в выражение для ? U.

При Ux=75В; Е=75/0,595 = - 0,005*75/0,595=-0,6В.

Общий результат U = 75,00 0,03В

Если ввести поправку, то измеряемая величина

Выполнены многократные измерения напряжения.

Получены результаты: 25,59; 25,78; 25,66; 25,79

Произвести обработку результатов многократных измерений:

- исключить из ряда измерений результаты с грубыми погрешностями (ошибками);

- оценить случайную составляющую погрешности;

- определить результат измерения и его суммарную погрешность и доверительные границы суммарной погрешности.

Результате n=4 измерений величины x0 получен массив результатов измерений, который на языке математической статистики называется выборкой, элементы этого массива называются выборочными значениями измеряемой величины, а их количество - объемом выборки.

Вариационный ряд образуется путем перестановки исходного массива результатов многократных измерений в порядке их возрастания. Такая перестановка получается естественным путем при нанесении результатов на числовую ось. Элементы нового массива получают новые порядковые номера, и эти новые номера заключаются в круглые скобки:

Получаем вариационный ряд:

Среднее арифметическое значение результата

Наиболее распространенной точечной оценкой математического ожидания является среднее арифметическое значение результатов многократных измерений, то есть выборочных данных:

где, X - Cреднее арифметическое значение результата;

n - количество измерений.

Среднеквадратическое значение рассеяния результатов многократных измерений

Среднеквадратическое значение случайной погрешности результатов

где, среднеквадратическое значение случайной погрешности результатов.

Табл.1. Результаты измерений.

Исключение из ряда измерений результатов с грубыми погрешностями

Выделить из результатов измерения минимальное Xmin=25,59, максимальное Xmax = 25,79 значения и вычислить отношения V1 и V2

где, Xmax - максимальное значение;

Xmin - минимальное значение.

V1=(25,79 -25,70)/0,187=0,48; V2=(25,70- 25,59)/ 0,187=0,59

Граничное значение в гр= 1.69 (Взято из таблицы распределения случайных величин Груббса-Смирнова , по вероятности Р=0.95 и объему выборки n =4)

Обе величины V1 и V2 меньше, чем граничное значение, поэтому результатов с грубыми погрешностями нет.

Оценка доверительного интервала для истинного значения измеряемой величины при доверительной вероятности P=0,95

Доверительный интервал - интервал, который накрывает действительное значение оцениваемой величины с заданной вероятностью P.

Из расчетов, проведенных выше, известно:

среднее арифметическое значение оцениваемой величины =25,70,

Среднеквадратическое значение случайной погрешности результатов =0,05

. При заданном значении доверительной вероятности Р =0,95 и числе измерений n по таблицам определяют коэффициент Стьюдента tp

Для доверительной вероятности Р=0,8 и числе измерений n=4 коэффициент Стьюдента tp= 2.78.

Если неизвестна (не задана) приборная погрешность, то границы доверительного интервала определяют по формуле

==0,05= 0,14 (14)

где, - границы доверительного интервала;

tp - граница температур.

Окончательный результат многократных измерений записывается в виде:

х = ; при Р=0,95.

х = 25,70 0,14В

Табл.2. Результат измерений и его суммарная погрешность

Величина,

Погрешность прибора класса точности 0,025/0,05

Погрешность прибора температурная

Суммарная погрешность

Результат измерения с учетом всех погрешностей:

V=25,70 - 0,6 0,15 =25,10,15В, Р=0,8

Вывод: Из представленных расчетов видно, что результат измерений с учетом всех погрешностей составил 25,10,15В; вероятность составила - 0,8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эталонная база России является, с одной стороны, самостоятельной и независимой, а с другой стороны, адаптированной к европейской и мировой системам обеспечения единства измерений.

Основными направлениями развития эталонной базы России в настоящее время являются:

· оптимизации эталонной базы по составу и структуре;

· создание системы взаимосвязи эталонов, в том числе "естественных", основанных на фундаментальных физических константах и статистических физических исследованиях в области воспроизведения основных и важнейших производных единиц;

· создание систем эталонов, в которой разумно сочетается централизованное и децентрализованное воспроизведение единиц;

· поисковое исследование и внедрение новых физических явлений и технологий, способных обеспечить научный прорыв при создании эталонов;

· разработка предельных по точности методов и средств измерений эталонного значения.

Эти направления конкретизованы в научно-технической программе "Эталоны России", главная цель которой - создание новых и совершенствование существующих государственных эталонов в таких важнейших областях науки и техники, как механика, электромагнетизм, термодинамика, оптико-физика, физикохимия, ядерная физика и др.

Так же произведя в данной работе вычисления я получила расчеты погрешностей.

Предел относительной инструментальной погрешности результата измерений составил: .

Предел абсолютной инструментальной погрешности составил: =0,05В.

Дополнительная относительная инструментальная погрешность составила : доп=0,053%.

Дополнительная абсолютная инструментальная погрешность составила: Ддоп = 0,04В.

Методическая погрешность составила : U = 72,200,03В.

Среднее арифметическое значение результата составило: =25,70.

Среднеквадратическое значение случайной погрешности результатов составило:=0,05.

Среднеквадратическое значение рассеяния результатов многократных измерений составило:= 0,187.

Методическая погрешность составила: = 0,6.

Случайная составляющая составила: = 0,14.

1. Тарбеев Ю. В. Государственные эталоны СССР. [Текст] / Ю. В. Тарбеев, В. А Балалаев - М.: Машиностроение, 2004. - 122 с.

2. Кузнецов В. А. Метрология (теоретические, прикладные и законодательные основы): Учеб. пособие. [Текст] / В. А. Кузнецов, Г. В. Ялунина - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 188 с.

3. Сергеев А. Г. Метрология: Учебное пособие для вузов. [Текст] / А. Г. Сергеев, В. В. Крохин - М.: Логос, 2004. - 56 с.

4. Борисов Ю.И. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник. [Текст] / Ю.И. Борисов, А.С. Сигов и др.; Под ред. А.С. Сигова. - М. Форум: Инфра-М, 2005. - 205 с.

5. Руководство по выражению неопределенности измерения. [Текст] - ВНИИМ, С-Пб.: 2005.

6. РМГ29-99 "Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения". [Текст] - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2006. - 50 с.

7. ГОСТРИСО9000-2005.Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. [Текст] - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2005. -30 с.

8. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством. [Текст] / И.Ф. Шишкин - М.: Изд-во стандартов,2004. - 342 с.

9. ГОСТ8.057-80 ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения. [Текст] - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 24 с.

10. Сергеев А.Г. Сертификация: Учебное пособие для студентов вузов. [Текст] / А.Г. Сергеев, М.В. Латышев - М.: Издательская корпорация"Логос", 2002. -248 с.

11. Кузнецов В.А. Общая метрология. [Текст] / В.А.Кузнецов, Г.В. Ялунина - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 211 с.

12. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. [Текст] / С.Г. Рабинович - Л.: Энергия, 2005. - 112 с.

13. Бурдун Г.Д. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов. [Текст] / Г.Д. Бурдун, Б.Н. Марков - М., Издательство стандартов, 2003. - 56 с.

14. Чертов А.Г. Единицы физических величин. [Текст] / А.Г. Чертов -М.: Высшая школа, 2001. - 67 с.

15. Кудряшова Ж.Ф. Методы обработки результатов наблюдений при измерениях. [Текст] / Ж.Ф. Кудряшова, С.Г. Рабинович, К.А. Резник - Москва-Ленинград, Издательство стандартов, 2007. - 203 с.

16. Глухов В.И. Методика технических измерений в машиностроении: Учеб. пособие для вузов. [Текст] / В.И. Глухов - Омск: Изд-во ОмГТУ, - 2001. - 248 с.

17. Марков Б.Н. Основы метрологии: Учеб. пособие. [Текст] / Б.Н. Марков, В.И. Телешевский - М.: Высшая школа, - 2006. - 736 с.

18. Лифиц И.М. Основы стандартизации, метрологии, сертификации. [Текст] / И.М. Лифиц - М.: Юрайт, 2001. - 306 с.

19. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. Гриф МО, -3-е издание, переработанное и дополненное. [Текст] / Г.Д. Крылова - М.: ЮНИТИ, 2003. - 413 с.

20. Марков Н.Н. Метрологическое обеспечение в машиностроении: Учебник для вузов. [Текст] / Н.Н. Марков - М.: СТАНКИН,2002. - 156 с.

21. Радкевич Я.М. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. Гриф МО. [Текст] / Я.М. Радкевич - М.: Высшая школа , 2004. - 312 с.

22. Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: Учебник для вузов. [Текст] / Д.Ф. Тартаковский - М.: Высшая школа, 2002. -205с.

25. Димов Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб. для вузов. [Текст] / Ю. В. Димов -- Издательство: Питер, 2004. - 402

26. Клевлеев В. М. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник . [Текст] / В. М. Клевлеев -- М.: ИНФРА-М, 2004. - 127 с.

27. Никифоров А. Д. Метрология, стандартизация и сертификация: Учеб. пособие [Текст] / А. Д. Никифоров -- М.: Высш. шк., 2005. - 356 с.

28. Пономарев С. В. Метрология, стандартизация, сертификация: учебник для вузов. [Текст] / С. В. Пономарев -- Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. - 189 с.

29. Герасимова Е. Б. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие. [Текст] / Е.Б.Герасимова, Б. И. Герасимов -- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010. - 506 с.

30. Гончаров А. А. Метрология, стандартизация и сертификация: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. [Текст] / А. А. Гончаров -- М.:Академия,2008.-299с.

31. Марусина М.Я. Основы метрологии, стандартизации и сертификации: Учебное пособие [Текст] / М.Я. Марусина -- СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. - 220 с.

32. Зайцев С. Л. Нормирование точности: Учеб. пособие для сред. проф. образования. [Текст] / С. Л. Зайцев -- М.: Академия, 2004. - 305 с.

Читайте также: