Системы передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерения. Поверочные схемы.

Высокая точность эталона бесполезна, если её нет возможности передать образцовым и рабочим СИ. Поэтому метрологической службой страны предусмотрена много ступенчатая система передачи размеров единицы каждой величины к рабочим СИ. Эта система изображается в виде поверочной схемы. ПС представляет собой документ, который устанавливает средства, методы и точность передачи размера единицы данной величины от эталона или исходного образцового СИ рабочим СИ.

ПС изображается в виде последовательно ветвящейся диаграммы. На ней каждая ступень соответствует передаче размера единицы физической величины между эталонами и образцовыми СИ.

Госуд.поверочную схему для каждой физической величины возглавляет Государ. Первичный эталон единицы физической величины. Поверочная схема регламентирует порядок и точность передачи единиц, методы и средства поверки. Вначале путем сравнения точность эталона передается образцовым СИ, затем от образцового СИ точность передается рабочим СИ.

Рис. Структура эталонной базы

Вначале обычно единицу физической величины передают от рабочего эталона образцовым СИ. Они подразделяются на исходные и подчиненные.

Исходные образцовые СИ являются такими СИ, от которых размер единицы передается с наивысшей в данном звене метрологической службы точностью.

В зависимости от погрешности аттестации образцовые СИ подразделяются на разряды. Для различных методов измерений устанавливается различное число разрядов образцовых СИ. Разряды служат основой для их метрологического соподчинения: образцовые СИ 1-го разряда поверяются, как правило по рабочим эталонам, а 2-ого и последующих разрядов – по образцовым СИ предшествующих разрядов.

Пример: Образцовой мерой э.д.с. 1-ого разряда являются нормальные элементы с погрешностью ±2·10^-4 %, а образцовыми мерами 2-ого разряда – нормальные элементы с погрешностью ±5·10^-4 %. Образцовые меры массы(гири) и измерительные приборы для измерения давлений делятся на 4 разряда.

Передача единицы от эталона или образцового СИ к рабочим СИ осуществляется путем поверки. Для поверки мер используются следующие методы:

1)сличение при помощи компаратора путем сравнения выходной величины меры и эталона;

2) прямое измерение величины, воспроизводимой поверяемой мерой, измерительными приборами более высокого класса точности;

3) косвенное измерение;

4) калибровка набора мер посредствам совокупных измерений.

В качестве примера приведем поверочную схему для СИ времени и частоты.

Для поверки измерительных приборов используются следующие методы.

1.Непосредственное сличение показаний поверяемого и образцового измерительных приборов. Погрешность поверяемого прибора принимается равной разности их показаний.

2. Использование меры более точной, чем поверяемый прибор: выходная величина меры подается на вход поверяемого прибора. Погрешность прибора равна разности показаний прибора и значения выходной величины меры.

Исходные образцы СИ		Рубидиевый генератр №0012 41-50 = 1·10-10
		Сличение при помощи компоратора 47-50 = 5 ·10-8
Образцовые СИ	Кварцевый генератор № 10125 41-50; 1 и 5 МГц	Синтезатор частоты №295 46-31= 5 ·10-8	Электронный частотомер №11/323 10Гц- 70 ГГц=5 ·10-8
Рабочие СИ	Сличение при Помощи компоратора 47-5 =510-8	Метод прямых измерений=5 ·10-8	Непосредственное сличение= 1·10-4
	Генераторы частоты И синтезаторы Частоты=5 ·10-8	Элетронно- Счетные частотомеры = 10-6-10-7	Резонансные Частотомеры=10-3

Меры электрических величин

Мера это средство измерений, предназначаемое для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры бывают однозначные и многозначные.

Однозначная мера воспроизводит одно значение физической величины, например, катушка сопротивления воспроизводит некоторое значение сопротивления, нормальный элемент –значение э.д.с.

Многозначная мера служит для воспроизведения ряда значений одной и той же физической величины путем плавного или дискретного изменения величины. Примером многозначных мер является магазин сопротивлений, магазин емкостей, индуктивностей. Многозначные меры напряжения и тока получили название калибраторов.

Мера э.д.с.

Широко распространенный метод э.д.с. является нормальный элемент(НЭ). НЭ используется в составе эталона э.д.с. для хранения размера единицы вольта в период между измерениями, а так же в качестве вторичных эталонов и образцовых мер. Принцип работы Н.Э. основан на зависимости Э.Д.С. гальванической цепи от концентрации ионов в электролите и окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах.

Рис. Схемы нормальных элементов

При неизменной концентрации электролита и постоянной температуре Э.Д.С. Н.Э. весьма не стабильна.

В зависимости от концентрации электролита Н.Э. разделяются на насыщенные и не насыщенные.

Основные параметры Н.Э.

Класс точности	Действительное Значение ЭДС при 200С,В	Допускаемое изменение ЭДС, мкВ		Темпер. Примен. 00С
		За год, мкВ	За 3 суток
0,001	1,01859-1,01863	10	5	20±0,5
0,002	1,01856-1,01866	20	10	20±2
0,005	1,01850-1,0187	50	30	10-40
0,02	1,0186-1,0194	200	70	5-55

Насыщенные Н.Э. характеризуются высокой воспроизводимостью и стабильностью Э.Д.С. во времени, но относительно большим температурным коэффициентом Э.Д.С. (около 50 мкв/К).

Действительно значение Э.Д.С. ( в вольтах) насыщенных Н.Э. можно определить по формуле ( З.И.Зеликовского)

где - в микровольтах.

Ненасыщенные Н.Э. характеризуются малым температурным коэффициентом Э.Д.С. ( около 2-3 мкв/К), но относительно не большой стабильностью Э.Д.С. во времени.

Внутреннее сопротивление вновь изготовленных насыщенных Н.Э. – 1000 Ом, ненасыщенных - 600 Ом.

Ток нагрузки : насыщенных Н.Э.- 1 мкА, ненасыщенных – 10мкА.

Класс точности - % изменения ЭДС за год.

- для насыщенных. Для ненасыщенных малый коэффициент изменения от t не учит – 100мкВ.

Меры сопротивления

Государственные первичный эталон электрического сопротивления состоит из 10-ти манганиновых катушек электрического сопротивления с номинальным значением 1 Ом, помещенных в двойных герметических катушках, заполненных сжатым воздухом. Средние значения сопротивления(ГОСТ8.028-86) группы катушек 1,00000024 Ом.

Образцовые меры выполняются на одно значение сопротивления 10±n Ом, где n целое число. Катушки снабжаются 2 парами зажимов: токовыми и потенциальными.

Материал-манганин( лента или проволока).

Рабочие меры – сопротивление на постоянном токе выпускаются в диапазоне значений 10^-4…10⁵ Ом с погрешностью 0,001%.

Меры высокого сопротивления( на микропроводе) в диапазоне 10⁶…10¹⁰ Ом выпускаются с погрешностью 0,002%.

Меры сопротивления на переменном токе изготавливаются в виде безреактивных катушек класса 0,02 с номинальным значением 10^-8 10^-6 с.

Образцовые средства 1-ого разряда - 1·10^-4 ÷10¹⁰Ом , а так же прецизионные резисторы погрешностью 5·10^-5÷10^-2 %. В качестве рабочих СИ применяют измерит. рабочего сопротивления омметры, мосты=тока, однозначные и многозначные меры эл. Сопротивления R,мосты и токи измерения полного сопротивления.

Меры ёмкости

Государственный первичный эталон единицы емкости(ГОСТ 8.371-80) представляет собой расчетный конденсатор, построенный по теории Томсона-Аэмпаура. Конденсатор состоит из 4-х стальных цилиндров диаметром 50 мм и длиной 500 мм, оси которых расположены параллельно в углах квадрата. Между ними расположен экранный стержень , ось которого находится в центре квадрата. Выходной емкостью является емкость между диагональными стержнями.

Образцовые меры емкости имеют диапазон и по частоте( до сотен МГц) и по номинальным значениям ( 10^-3 -10⁸ пф) значительно более широкие, чем у образцовых мер индуктивности. Погрешность мер ёмкости зависит от их разряда и находится в пределах 0,003±1,5%.

Образцовые меры емкости до 4 ·10^-3 пф имеют воздушный диэлектрик ;

10⁴ -10⁶ пф – слюдяной; 10⁶ -10⁸ - стирофлексовый. Применять воздух в качестве диэлектрика для больших емкостей затруднительно из-за низкой диэлектрической проницаемости воздуха. Из-за этого значительно растут габариты. Конденсатор емкостью 10⁵ пф с воздушным диэлектриком имеет размеры 400х500 мм и имеет массу 10 кг.

Меры индуктивности

Новый эталон единицы индуктивности (ГОСТ8.029-80) состоит из комплекса в который входят:

1)группа из 4 торроидальных катушек индуктивности;

2)эталонный индуктивно-ёмкостный мост.

Номинальное значение индуктивности каждой из торроидальных катушек равно 10·10^-3 Гн С.К.О. погрешность воспроизведения эталона индуктивности не превышает 1·10^-6.

Образцовые и рабочие меры индуктивности выпускаются для звукового диапазона частот в пределах 10^-8 ÷1 Гн, для частот 50÷10⁶ МГц. Предельный допуск относительно основной погрешности 0,01±0,5%.