 |
|
Воспроизведение единиц физических величин
При проведении измерений необходимо обеспечить их единство.
Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. На достижение и поддержание на должном уровне единства измерений направлена деятельность государственных и ведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленными правилами, требованиями и нормами. На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), нормативными документами органов метрологической службы и Законом об обеспечении единства измерений.
Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие средства измерений (СИ) одной и той величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым 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 кг (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 
, где m – масса; g – ускорение свободного падения.
Передача размера единицы – это приведение размера единицы, хранимой поверяемым средством измерений, 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, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы присущего данному СИ. 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 средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.
Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения». Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Неизменность – свойство эталона удерживать неизменный размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.
Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины (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 измерений. 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):
1) первичный– обеспечивает хранение и воспроизведение с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами) точностью. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений и бывают:
· международный – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
· государственный (национальный) эталон – это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими научными институтами страны.
· специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях и может заменять первичный эталон (когда нельзя использовать первичный).
2) Вторичный – хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. Они делятся на:
· эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;
· рабочий эталон – мера, измерительный прибор или преобразователь, который применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений (самые распространенные);
· эталон-свидетель – служит для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты (эталон килограмма имеет эталон-свидетель);
· эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам (в случае большого числа поверочных работ с целью сохранения первичного и специального эталона).
В зависимости от количества СИ, входящих в эталон, различают:
· одиночный эталон, в составе которого имеется одно средство измерения (мера, измерительный прибор, эталонная установка) для воспроизведения и (или) хранения единицы;
· групповой эталон, в состав которого входит совокупность средств измерений одного типа, номинального значения или диапазона измерений;
· эталонный набор, состоящий из совокупности СИ, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств. Например, набор эталонных гирь, эталонные наборы ареометров.
Если эталон предназначен для транспортирования к местам поверки, то он называется транспортируемым.
Способы выражения погрешности эталонов устанавливает ГОСТ 8.381-80 «ГСИ. Эталоны. Способы выражения погрешностей».
Передача размеров единиц ФВ от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется с помощью рабочих эталонов. 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 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение».
Поверкой СИ называется установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.
Поверке подвергают СИ, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. При поверке используют эталон. Поверку проводят в соответствии с обязательными требованиями, установленными нормативными документами по поверке. Поверку проводят специально обученные специалисты, аттестованные в качестве поверителей органами Государственной метрологической службы. Результаты поверки средств измерений, признанных годными к применению, оформляют выдачей свидетельства о поверке, нанесением поверительного клеймаили иными способами, установленными нормативными документами по поверке.
Калибровкой СИ называется совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного СИ и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.
На практике чаще всего используют рабочие средства измерения.
Рабочиминазывают средства измерений, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц ФВ.