10.3 Эталоны, их классификация, виды

Эталон - это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерения. От эталона единица величины передается разрядным эталонам, а от них - рабочим средствам измерений. Эталоны классифицируют 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 измерения для страны национальным органом по метрологии. В России национальные (государственные) эталоны утверждает Госстандарт РФ.

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 между собой, что необходимо для обеспечения достоверности, точности и единства измерений, как одного из условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин системы СИ, так и производных.

Установлены определенные периоды сличения. Например, эталоны метра и килограмма сличают каждые 25лет, а электрические и световые эталоны 1 раз в 3 года. Первичному эталону соподчинены вторичные и рабочие (разрядные) эталоны. Размер воспроизводимой единицы вторичным эталоном сличается с государственным эталоном.

Вторичные эталоны (их иногда называют «эталоны-копии») могут утверждаться либо Госстандартом РФ, либо государственными научными метрологическими центрами, что связано с особенностями их использования.

Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и, в свою очередь, служат для передачи размера менее точному рабочему эталону (или эталону более низкого разряда) и

рабочим средствам измерений.

Какие виды эталонов существуют еще? Зачем они нужны? лекция 11

11.1 Классификация измерений

Измерения как экспериментальные процедуры определения значений измеряемых величин весьма разнообразны, что определяется множеством измеряемых величин, различным характером их изменения во времени, различными требованиями к точности измерения и т.д.

По способу получения информации измерения делятся на:

А. Прямые измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно путем сравнения с мерой этой величины. Примерами таких измерений являются измерения длины линейкой (мерой длины), измерения электрического напряжения вольтметром (мерой является шкала) и т.п.

Б. Косвенные измерения, при которых искомое значение величины определяют на основании прямых измерений других физических величин, связанных с искомой величиной некоторой, заранее известной, функциональной зависимостью. Например, мощность электрической цепи постоянного тока можно определить, проведя прямые измерения силы тока и напряжения.

В. Совокупные измерения, при которых проводятся одновременно измерения нескольких однородных величин с определением искомой величины путем решения системы уравнений. Число уравнений системы не должно быть меньше числа искомых величин.

В качестве примера совокупных измерений рассмотрим метод измерения величины взаимоиндуктивности между двумя катушками. Имеются катушки с индуктивностями L₁ и L₂ для получения искомого результата сначала соединяют катушки так, чтобы их магнитные поля складывались, при этом общая индуктивность L₀₁=L₁+L₂+2М, где М - взаимоиндуктивность между катушками. Затем катушки соединяют так, чтобы их магнитные поля вычитались. В этом случае общая индуктивность L₀₂=L₁+L₂-2М. значения L₀₁ и L₀₂ получают с помощью прямых измерений. Решение уравнений для L₀₁ и L₀₂ позволяет найти искомую величину М, измеряемую в генри,

М= (L₀₁ +L₀₂)/4.

Г. Совместные измерения, при которых проводятся измерения 2х или нескольких неоднородных физических величин с целью нахождения зависимости между ними. Примером совместных измерений является: нахождение коэффициентов «а» и «в» при известной зависимости сопротивления терморезистора от температуры:

r₁=r₀+at+bt²,

где r₁ и r₀ - значения сопротивлений при данной температуре и температуре t=20°С соответственно, a и b - постоянные температурные коэффициенты с единицами Ом/°С и Ом/(°С)² соответственно. В данном случае приходится измерять неоднородные величины (сопротивление - Ом, температура - °С).

Как при совокупных, так и при совместных измерениях, искомые значения находятся путем решения системы уравнений. Поэтому эти измерения близки друг другу. Различают их как было указано выше только потому, что при совокупных измерениях одновременно измеряется несколько однородных физических величин, а при совместных - несколько неоднородных физических величин. Если провести разделение операций, проводимых при совокупных измерениях, то они приводят к прямым измерениям, а совместные - к косвенным.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений измерения разделяются на:

А. Статические измерения, которые проводятся при практическом постоянстве измеряемой величины (в статическом режиме).

Б. Динамические измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется (в динамическом режиме).

К статическим относятся измерения параметров, которые в процессе наблюдения не изменяются во времени или рассматриваются неизменяющимися (размеры обработанной детали, индуктивность катушки, электрическое напряжение и т.д.).

Динамический режим может возникать при измерении неизменяющейся величины непосредственно после включения средства измерений вследствие его инерционности. Через некоторое время наступает статический режим, при котором измерения могут рассматриваться как статические.

Кроме того, в современных технологических и других процессах за время измерений величины могут претерпевать те или иные изменения, и в этом случае измерения также являются динамическими. К ним относятся измерения параметров периодических и апериодических сигналов, изменения которых можно описать только вероятностными закономерностями. Характерным для «чистых» динамических измерений является то, что результат измерений изменяющейся во времени физической величины представляется совокупностью ее значений с указанием моментов времени, которым соответствуют эти значения. В других случаях результат динамического измерения может быть представлен некоторым усредненным числовым значением.

В. Статические измерения, связанные с определением характеристик случайных процессов, шумовых сигналов и др.