Эталонные средства измерений.

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– средство измерения (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы физической величины с наивысшей точностью для данного уровня развития измерительной техники с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений.

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 развитияизмерительной 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.

Сличаемостъ — 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.

По своему метрологическому назначению эталоны делятся на первичные, специальные и вторичные.

Первичный эталонобеспечивает воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны — это уникальные средства измерений, которые представляют собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Первичные эталоны составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима и для этих условий заменяет первичный эталон.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденные в качестве исходного для страны, называются государственным эталоном. Его утверждение проводит главный метрологический орган страны — Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.

Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочныхработ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона.

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

Эталон-копия — предназначен для передачи размера единицырабочим 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.

Погрешности первичных эталонов характеризуются неисключенной систематической погрешностью, случайной 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.

Рабочие эталоны при необходимости подразделяют на 1-й, 2-й и последующие разряды, определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. При этом рабочие средства измерений 1-го разряда считаются исходными и подлежат поверке непосредственно по рабочим эталонам 1-го разряда. Рабочие средства измерений 2-го, 3-го и последующих разрядов являются подчиненными и подлежат поверке по рабочим эталонам 1-го, 2-го и последующих разрядов соответственно.

Различным видам измерений, исходя из требований практики и уровня точности измерений, устанавливают различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых соответствующими стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

На рис. 5 показана метрологическая последовательность передачи размеров единиц физических величин от первичного эталона рабочим, от рабочих эталонов – рабочим мерам и измерительным приборам (рабочим средствам измерений).

Рис. 1. Структура передачи размеров единиц физических величин.

Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема – нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и который утвержден в установленном порядке. Поверочные схемы делят на государственные, ведомственные и локальные.

Государственная поверочная схема распространяется на все имеющиеся средства измерений данной физической величины.

Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке.

Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие поверке в отдельном органе метрологической службы.

Государственную поверочную схему разрабатывают в виде национального стандарта, состоящего из ее чертежа и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу. Ведомственную и локальную поверочные схемы оформляют в виде чертежа. Ведомственные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам. Поверочная схема устанавливает передачу размера единиц одной или нескольких взаимосвязанных величин.

Чертежи поверочной схемы состоят из полей, расположенных друг под другом, и имеют наименования: «Эталоны», «Рабочие эталоны n-го разряда», «Рабочие средства измерений». Упрощенная структура чертежа поверочной схемы дана на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенная структура чертежа поверочной схемы.

На чертежах поверочной схемы должны быть указаны:

· наименования средств измерений и методов поверки;

· номинальные значения физических величин или их диапазоны;

· допускаемые значения погрешностей средств измерений;

· допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Методы поверки (градуировки) средств измерений (на рис. 6 обозначены как СИ) поверочной схемы делятся на прямые или косвенные, непосредственные, сличение при помощи средств сравнения (например, компаратора). Наименования СИ заключают в прямоугольники, а методов поверки — в горизонтальные овалы; передачу размеров единиц «сверху вниз» изображают сплошными линиями, соединяющими объекты поверки с соответствующими средствами, откуда передается размер единицы.