1.3. Обеспечение единства измерений

1.3.1. Эталоны и стандартные образцы

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) – комплекс установленных стандартами взаимоувязанных правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений.

Технической основой ГСИ являются:

1. Система (совокупность) государственных эталонов единиц и шкал физических величин – эталонная база страны.

2. Система передачи размеров единиц и шкал физических величин от эталонов ко всем СИ с помощью эталонов и других средств поверки.

3. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств систем измерения, обеспечивающих исследования, разработки, определение с требуемой точностью характеристик продукции, технологических процессов и других объектов.

4. Система государственных испытаний СИ, предназначенных для серийного или массового производства и ввоза из-за границы партиями.

5. Система государственной и ведомственной метрологической аттестации, поверки и калибровки СИ.

6. Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.

7. Система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

Эталон единицы величины – это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной величины. От эталона единицы величины передается разрядным эталонам, а от них – рабочим средствам измерений (рис. 4).

Рис. 4. Схематическое изображение системы передачи размера

единицы физической величины

Эталоны классифицируются 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 измерений для страны национальным органом по метрологии.

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и 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. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных. Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличаются каждые 25 лет.

Вторичные эталоны (их называют «эталоны-копии») создают и утверждают в случае необходимости организации поверочных работ и предохранения первичных эталонов от износа. По метрологическому назначению вторичные эталоны делят на эталоны-копии, эталоны сравнения и рабочие.

Эталон-копию применяют вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи ее размера рабочим эталонам. Он всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (находятся в различных органах метрологической службы и их нельзя транспортировать).

Рабочий эталон применяют для хранения единицы и передачи ее размера образцовым средствам измерения высшего разряда и при необходимости наиболее точным рабочим мерам и измерительным приборам. Допускается применение государственного эталона в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталона.

Вторичные эталоны выполняют в виде комплекса средств измерений, одиночного эталона или эталонного набора.

Различают децентрализованное и централизованное воспроизведение единиц. При децентрализованном – единицы воспроизводятся там, где выполняются измерения, а при централизованном – информация о единицах передается с места их централизованного хранения и воспроизведения. Оно осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами.

В России действует Государственная служба стандартных образцов (ГССО) в составе НПО ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

Передача информации о размерах единиц

Обеспечение правильной передачи размера единиц физических величин 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 средствам измерений 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». Поверочные схемы делятся на: государственные, ведомственные и локальные.

Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу.

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.

Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам.

Правильность и точность заложенной в средства измерения информации о размере единиц устанавливается при утверждении типа средств измерений. Сохранность этой информации контролируется при первичной и всех последующих поверках средств измерений.

Использование для градуировки, аттестации и поверки средств измерений непосредственно государственных эталонов не допускается. По государственным эталонам устанавливаются значения физических величин вторичных эталонов. Среди вторичных эталонов различают: эталоны-свидетели, предназначенные для проверки сохранности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты; эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом; эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере рабочим эталонам (рис. 5).

На рис. 5 приведен один из вариантов схемы передачи информации о размере единицы от государственного эталона к средствам измерений, из которой видно, что от вторичных эталонов информацию о размере единицы получают нижележащие эталоны (1-го, 2-го, 3-го и 4-го разрядов) и рабочие средства измерений.

Не допускается использование рабочих средств измерений для передачи информации о размере единицы другим средствам измерений.

Количество ступеней от рабочего эталона до средства измерений зависит от требуемой точности передачи размера единицы и особенностей данной единицы. Известно, что на каждой ступени передачи информации точность теряется в 3-5 раз. Таким образом, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных средств измерений число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации о размере единицы непосредственно от эталона-копии.

Рис. 5. Общий вид государственной поверочной схемы