Лекции по "Метрологии"

Лекция 14

 

Обеспечение единства измерений. Передача информации о размере единицы  от эталона рабочим средствам измерений

Под обеспечением единства измерений понимают - деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с законодательными актами, а также правилами и нормами, установленными государственными стандартами и другими нормативными документами по обеспечению единства измерений

Разновидности эталонов

Эталон единицы величины - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Эталоны создаются для воспроизведения и хранения единиц физических величин и передачи их размера средствам измерений, применяемым  в стране с целью обеспечения единства измерений.

Эталоны по подчиненности подразделяются на первичные (исходные) и вторичные (подчиненные).

Первичные эталоны воспроизводят и хранят единицу величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

Исходным называется эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.

Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства (ведомства) или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон. Вторичный или рабочий эталон, являющийся исходным эталоном для министерства (ведомства) нередко называют ведомственным эталоном.

Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами

По принадлежности эталоны могут иметь наименование государственные.

Государственный эталон единицы величины - эталон единицы величины, находящийся в федеральной собственности.

Первичные эталоны являются исходными для страны, и им присваивают наименования «Государственный первичный эталон».

Государственный первичный эталон единицы величины - государственный эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей в Российской Федерации точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории Российской Федерации. Государственный первичный эталон называют национальным эталоном в случаях сличения эталонов, принадлежащих отдельным государствам, с международным эталоном или проведений круговых сличений эталонов ряда стран.

Под сличением эталонов единиц величин - совокупность операций, устанавливающих соотношение между единицами величин, воспроизводимых эталонами единиц величин одного уровня точности и в одинаковых условиях.

Ранее рабочие эталоны назывались образцовыми средствами измерений (ОСИ). В целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной, сегодня образцовые средства измерений называются рабочими эталонами. При необходимости рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, ..., -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.

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.

К вторичным относят эталоны-копии, эталон сравнения и рабочие эталоны. Эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам; эталоны сравнения - для взаимного сличения эталонов, которые по тем или иным причинам нельзя непосредственно сличать друг с другом; рабочие эталоны - для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

По количеству входящих в состав эталона средств измерений эталоны подразделяются на одиночные и групповые, а также на эталонные наборы.

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

Групповой эталон - 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.

Групповые эталоны подразделяются на групповые эталоны постоянного или переменного составов.

Эталонный набор - эталон, состоящий из совокупности средств измерений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств.

Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охватить определенную область значений физической величины.

Государственные эталоны создает, утверждает, хранит и применяет Федеральное Агентство по Техническому Регулированию и Метрологии.

В состав государственных эталонов включают средства измерений, при помощи которых:

- хранят и воспроизводят единицу;

- контролируют условия измерений, неизменность воспроизводимого и хранимого размера единицы;

-  осуществляют передачу размера  единицы.

Под воспроизведением единицы физической величины понимают - совокупность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона.

Различают воспроизведение основных и производных единиц

Воспроизведение основной единицы - воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы.

Например, воспроизведение единицы длины - метра - в соответствии с его определением, принятым на XVII ГКМВ в 1983 г., заключается в создании при помощи первичного эталона в специальных условиях длины пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени, равный 1/299792458 с. При этом скорость света в вакууме принята за константу (299792458 м/с).

Воспроизведение производной единицы - определение значения физической величины в указанных единицах на основании измерений других величин, функционально связанных с измеряемой величиной.

Например, воспроизведение единицы силы - ньютона - осуществляется на основании известного уравнения механики F = mg, где m - масса, g - ускорение свободного падения

Под хранением эталона понимают совокупность операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.

При хранении первичного эталона выполняют регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера. Для наблюдения за правильным хранением, сличением и исследованием эталонов назначаются ученых хранителей государственных эталонов из числа ведущих в данной области специалистов-метрологов.

Под передачей единицы величины понимают приведение единицы величины, хранимой средством измерений, к единице величины, воспроизводимой эталоном данной единицы величины или стандартным образцом.

Вторичные эталоны создают, хранят и применяют министерства (ведомства), а утверждают - центры эталонов.

В состав вторичных центров включают средства измерений, при помощи которых хранят и контролируют условия хранения, передают размер единицы.

Измерительные установки, входящие в состав эталона подразделяют на эталонную и поверочную установки.

Эталонной называется измерительная установка, входящая в состав эталона. Эталон может состоять из нескольких эталонных установок. Например, в состав государственного первичного эталона единицы активности радионуклидов входит шесть эталонных установок.

Поверочной называется измерительная установка, укомплектованная рабочими эталонами и предназначенная для поверки рабочих средств измерений и подчиненных рабочих эталонов

Эталонную базу страны составляет совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране.

Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов установлены в ГОСТ 8.057-80 «Эталоны единиц физических величин. Основные положения». Порядок разработки, утверждения, регистрации, хранении и применения установлены в ГОСТ 8.372-80.

Технической основой обеспечения единства измерений являются:

- воспроизведение единиц физических величин;

- передача информации о размере единицы от эталонов рабочим средствам измерений;

- метрологическая аттестация и поверка средств измерений.

Различают централизованное и децентрализованное воспроизведения единиц. При централизованном воспроизведении единица физической величины воспроизводится государственным эталоном. Информация о размере единицы физической величины передается всем средствам измерений в стране. При децентрализованном воспроизведении единица физической величины воспроизводится там, где выполняются измерения.

Схемы передачи информации о размерах единиц при их централизованном воспроизведении называют поверочными.

Поверочная схема - нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче).

Различают государственные и локальные поверочные схемы

Государственная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране.

Государственные поверочные схемы разрабатываются метрологическими институтами. Они возглавляются первичными эталонами.

Локальная поверочная схема - поверочная схема, распространяющаяся на средства измерений данной физической величины, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации).

Локальная схема разрабатывается метрологической службой юридического лица и согласовывается с территориальным органом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (ФАпоТРиМ).

Содержание и построение поверочных схем устанавливает ГОСТ 8.061-80.

Схема передачи информации о размере единицы представлена на рис. 1.

 

 

 

Поле эталонов

Рабочие

эталоны

2-го

разряда

Рабочие

эталоны

3-го

разряда

Рабочие

эталоны

4-го

разряда

Поле

рабочих СИ

 

 

Рисунок 1 – Схема передачи информации

о размере единицы

 

1 – государственный эталон; 2 –  метод передачи размера единицы; 3 – эталон-копия; 4 – эталон сравнения (для международных сличений); 5 – рабочий эталон; 6–8 – рабочие эталоны 1, 2 и 3-го разрядов, 9 – рабочие СИ

 

 

Содержание и построение поверочных схем установлены ГОСТ 8.061-80 «Поверочные схемы. Содержание и построение».

На чертеже поверочной схемы указываются:

– наименования СИ и методов поверки;

– номинальные значения или диапазон значений физических величин;

– допускаемые значения погрешностей СИ;

– допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Чертеж поверочной схемы состоит из полей, расположенных друг над другом и разделенных штриховыми линиями. Поля должны иметь наименование: «Государственный эталон», или «Эталон» (вторичный эталон); «Рабочие эталоны», «Рабочие СИ».

Методы передачи размера единицы физической величины

К основным методам поверки средств измерений относятся:

– непосредственное сличение рабочих СИ с эталонным средством измерения или меры с эталонной мерой;

– измерение эталонным средством измерения величины, воспроизводимой поверяемой мерой;

– прямое измерение поверяемым средством измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой (однозначной или многозначной);

– сличение эталонной и поверяемой мер с помощью компаратора;

– поверка с применением косвенных измерений.

Метод непосредственного сличения поверяемого средства измерения с эталонным средством - наиболее распространенный метод поверки в области электрических и магнитных измерений.

Основой метода является проведение одновременных измерений одного и того же значения физической величины поверяемым и эталонным средством измерения. Структурная схема поверки методом непосредственного сличения представлена на рис. 2.

При поверке с помощью данного метода устанавливают некоторое значение величины Х и сравнивают результаты измерения этой величины эталонным средством измерения  и поверяемым средством измерения .

Абсолютная погрешность поверяемого средства измерения будет определяться как

                              .