4. Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров

Система воспроизведения единиц величин и передачи информации об их размерах всем средствам измерения в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений.

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ единицы физической величины производится с помощью средства измерения.

ПЕРЕДАЧА РАЗМЕРА ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИНЫ – это приведение размера единицы, хранимой поверяемым средством измерения, к размеру единицы, воспроизводимой и хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих единиц при поверке и калибровке СИ.

Существуют ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ - это документы, ус­танавливающие соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы величины от эталона к РСИ, с указанием методов передачи и погрешностей.

Различают ГОСУДАРСТВЕННЫЕ и ЛОКАЛЬНЫЕ поверочные схемы.

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СХЕМЫ регламентируют передачу раз­меров единиц от первичного государственного эталона рабочим средствам измерений, т.е. во главе схемы находится первичный государственный эталон.

Государственная поверочная схема средств измерений

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ПЕРВИЧНЫЕ ЭТАЛОНЫ

ЭТАЛОНЫ 1-ГО РАЗРЯДА

ЭТАЛОНЫ 2-ГО РАЗРЯДА РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ

ЭТАЛОНЫ 3-ГО РАЗРЯДА

ЭТАЛОНЫ 4-ГО РАЗРЯДА

РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

На каждой ступени передачи информации о размере единицы (от разряда к разряду) точность измерения теряется в 3-5 раз. РСИ обладают различной точностью измерений: наиболее точные РСИ при поверке (калибровке) получают размер от рабочих эталонов 1-го разряда, наименее точные – от эталонов низшего разряда (3-го или 4-го).

ЛЕКЦИЯ №2

1. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений.

2. Точность методов и результатов измерений.

3. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

4. Метрологическая надёжность средств измерений.

5. Государственный метрологический контроль и надзор

6. Калибровка средств измерений.

1. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИ — это свойства СИ, влияющие на результат измерений и его точность.

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ – это показатели метрологических свойств, являющиеся их количественной характеристикой.

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИ подразделяются на две группы:

• Свойства, определяющие область применения СИ;

• Свойства, определяющие точность результатов измерения.

Метрологические свойства первой группы определяются такими метрологическими характеристиками, как ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ и ПОРОГ ЧУВ­СТВИТЕЛЬНОСТИ.

Метрологические свойства второй группы определяются такими метрологическими характеристиками, как ПОГРЕШНОСТЬ СИ и КЛАСС ТОЧНОСТИ СИ.

ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ — область значений величины, в пределах кото­рой нормированы допускаемые пределы погрешности измерений.

ПОРОГ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ — минимальное значение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала об измеряемой величине с заданной точностью.

ПРИМЕР: если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это значит, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

ПОГРЕШНОСТЬ СИ – это разность между измеренным значением величины и ее истинным значением.

Выяснить с абсолютной точностью истинное значение никакой величины невозможно. Поэтому на практике вместо истинного значения используют действительное значение величины, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. 

ПОГРЕШНОСТИ СИ могут быть классифицированы по ряду признаков:

 по способу выражения — АБСОЛЮТНЫЕ, ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ;

 по характеру проявления — СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ, СЛУЧАЙНЫЕ;

 по отношению к условиям применения — ОСНОВНЫЕ, ДОПОЛНИТЕЛЬ­НЫЕ.

АБСОЛЮТНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - это разность между измеренным значением величины и ее истинным (действительным) значением:

(1)

где – абсолютная погрешность;

Х_изм — измеренное значение величины;

—действительное значение измеряемой величины.

Однако в большей степени точность СИ характеризует ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины:

. (2)

СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – это погрешность результата измерения, остающаяся постоянной при повторных измерениях одной и той же величины (например, погрешность градуировки).

СЛУЧАЙНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – это погрешность результата измерения, изменяющая случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины, выполняемых с одинаковой тщательностью.

В проявлении случайных измерений не наблюдается никакой закономерности, они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерений и порождают рассеяние результатов. Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений.

ОСНОВНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – погрешность, определяемая в нормальных условиях применения СИ - температура (293 ± 5) К; давление (100 ± 4) КПа; относительная влажность (65 ± 15) %; электрическое напряжение сети (220 В ± 10 %).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – погрешность, дополнительно возникающая вследствие отклонений какой-либо из влияющих величин (температуры, относительной влажности и т.п.) от ее нормального значения.

ПРИВЕДЕННАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений.

Вычисляется по формуле , где— нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

• если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то нормирующее значение определяется равным верхнему пределу измерений;

• если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.

КЛАСС ТОЧНОСТИ СИ — основная метрологическая характеристика СИ, определяющая допускаемые по стандарту значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

ОБОЗНАЧЕНИЕ КЛАССА ТОЧНОСТИ

Обозначения классов точности могут иметь вид:

• заглавных букв латинского алфавита,

• римских цифр,

• арабских цифр.

Если класс точности обозначается латинскими буквами (А, В, С, D), то класс точности определяется пределами абсолютной погрешности.

Если класс точности обозначается римскими цифрами (I, II, III, IV), то класс точности определяется пределами относительной погрешности.

Если класс точности обозначается арабскими цифрами (6; 4; 2,5; 0,001), то класс точности определяется пределами приведённой погрешности.

Значение класса точности СИ маркируют на шкале СИ. Выраженное в процентах, оно может иметь значения 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01; 0,005; 0,002; 0,001 и т. д.

ПРИМЕР: класс точности 0,001 означает, что пределы изменения допускаемой основной погрешности составляют 0,001 %.

Классы точности СИ присваиваются при их разработке по результатам приемочных испытаний. В связи с тем, что при эксплуатации метрологические характеристики СИ обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки).