Текст лекций по дисциплине «Поверка средств измерений»

1 Общие вопросы поверки средств измерений. Нормативно техническая база поверки ……………………………………………………………………..	2
1.1 Введение. Поверка и ее значение в практике измерений………………….	2
1.2 Организация и порядок проведения поверки СИ……………………….....	3
1.3 Методы и способы поверки СИ …………………………………………….	7
1.4 Система передачи размеров единиц физических величин от эталонов рабочим СИ. Поверочные схемы ……………………………………………….	12
1.5 Методики поверки СИ ……………………………………………………....	29
1.6 Калибровка СИ ………………………………………………………………	42
1.7 Определение межповерочных и межкалибровочных интервалов СИ …...	47
2 Поверка средств измерений параметров электрических сигналов ………...	56
2.1 Поверка электронных аналоговых и цифровых вольтметров и амперметров ……………………………………………………………………..	56
2.2 Поверка электронно-счетных частотомеров ……………………………....	61
2.3 Поверка универсальных электронно-лучевых осциллографов …………..	64
2.4 Поверка анализаторов спектра последовательного действия ……………	70
3 Поверка средств измерений параметров цепей с распределенными постоянными …………………………………………………………………….	74
4 Поверка измерительных генераторов ………………………………………..	78
4.1 Поверка низкочастотных генераторов …………………………………..…	78
4.2 Поверка высокочастотных генераторов …………………………………...	79
4.3 Поверка СВЧ генераторов ………………………………………………….	80
4.4 Поверка генераторов импульсов …………………………………………...	80

1 Общие вопросы поверки средств измерений. Нормтивнотехническая база поверки

1.1 Введение. Поверка и ее значение в практике измерений

Поверка нужна для реализации одной из форм государственного или ведомственного метрологического контроля. Контроль выполнения требований соответствующих НД на разных стадиях существования средств измерений выполняют по-разному. Это и технический контроль, и государственные испытания, и метрологическая аттестация, и поверка, и калибровка.

Цель поверки  установить:

1) находятся ли метрологические характеристики (МХ) СИ в заданных пределах;

2) нет ли в средстве измерений неисправных или недостаточно надежных деталей, узлов и блоков, которые могут стать причиной недопустимых изменений МХ или выхода СИ из строя.

СТБ 8003 – 93 (с изменениями 2000г.) дает следующее определение поверки. Поверка СИ  совокупность операций выполняемых органами государственной метрологической службы и субъектами хозяйствования с целью определения и подтверждения СИ установленным требованиям.

В словаре Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ) дается следующее определение поверки:

Поверка  комплекс операций осуществляемых органами национальной службы законодательной метрологии (или другими компетентными органами) имеющих целью определение и констатацию того факта, что СИ полностью удовлетворяет требования постановлений о поверке.

Суть поверки заключается в следующем:

1) поверка  это одна из форм государственного или ведомственного метрологического контроля;

2) цель поверки установить соответствие СИ метрологическим и техническим требованиям, установленным в НД и признание СИ годным к применению;

3) поверка проводится опытным путем по официально утвержденным методикам поверки;

4) поверку проводят лица, аттестованные в качестве поверителей в порядке установленном Госстандартом;

5) если результаты или итоги поверки положительные, то на СИ и (или) НД наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается свидетельство о поверке, а если они отрицательны, то СИ бракуется и выдается извещение о его непригодности с указанием причин.

В отличие от метрологической аттестации, представляющей собой полное исследование СИ, поверка это совокупность стандартизированных проверок ограниченного числа важнейших и наименее стабильных характеристик СИ.

1.2 Организация и порядок проведения поверки СИ

Организацию и порядок проведения поверки регламентирует СТБ 8003 - 93 (с изменением №1 03.01.2000г.) Система обеспечения единства измерений Республики Беларусь. Поверка СИ. Организация и порядок проведения.

1.2.1 Виды поверки

В зависимости от целей и назначения результатов виды поверки классифицируются по следующим признакам:

1) в зависимости, какой метрологической службой она произведена  поверка подразделяется на государственную и просто поверку;

2) в зависимости от этапа работы СИ поверка делится на первичную, периодическую и внеочередную;

3) в зависимости от характера проведения поверка подразделяется на инспекционную и экспертную.

Обязательную государственную поверку осуществляют органы государственной метрологической службы и аккредитованные поверочные лаборатории, которым передается право на проведение поверки СИ данной номенклатуры. Поверку осуществляют метрологические службы предприятий или организаций.

СИ, которые применяются только для установления факта изменения размера физической величины без количественной оценки этого изменения, относятся к разряду индикаторов и на них наносится обозначение "И". Они не подвергаются поверке.

СИ, применяемые для учебных или демонстративных целей, также не подвергаются поверке, и на них наносится обозначение "У".

1.2.1.1 Первичная поверка

Первичную поверку проводят при выпуске СИ из производства или ремонта, а также пи ввозе по импорту СИ прошедших государственные приемочные испытания по СТБ 8001. Цель первичной поверки  придание СИ статуса юридической пригодности. Государственной первичной поверке подвергают СИ, подлежащие обязательной государственной поверке, а также все СИ после ремонта, выполненного приборостроительными предприятиями для сторонних организаций. Конкретную номенклатуру этих СИ устанавливает территориальный орган Госстандарта при выдаче свидетельства на право проведения производства, ремонта и поверки СИ.

Эту поверку проводят на контрольно  поверочных пунктах, которые находятся на предприятии. Если число СИ невелико, то их для поверки представляют в территориальные органы Госстандарта.

На государственную первичную поверку СИ предъявляют после их приемки отделом технического контроля или лицом ответственным за качество изготовления и ремонта СИ.

Первичную проверку СИ не подлежащих обязательной государственной поверке проводят метрологические службы предприятий. Работники этих служб должны иметь удостоверения ведомственного поверителя.

На поверяемое СИ, которое прошло первичную поверку с положительными результатами, наносят оттиск поверительного клейма и оформляют соответствующие документы. СИ прошедшие поверку и нереализованные предприятиями-изготовителями в течение срока гарантии, подлежат повторной поверке непосредственно перед отправкой их потребителю.

1.2.1.2 Периодическая поверка

Периодическая поверка проводится через межповерочные интервалы с учётом обеспечения пригодности к применению СИ на период между поверками.

Цель этой поверки – обеспечение пригодности к применению между поверками. Периодическую поверку проводят при эксплуатации и хранении СИ через межповерочные интервалы. Эти интервалы устанавливаются при государственных испытаниях СИ и могут быть скорректированы с учётом результатов их эксплуатации, периодических поверок и контрольных испытаний.

Установленные межповерочные интервалы для находившихся на хранении СИ следующие:

1) для поступивших после выпуска из производства не более гарантированных сроков;

2) для бывших в эксплуатации СИ - не более удвоенных межповерочных интервалов для этого СИ.

Государственную периодическую поверку СИ проводят в календарные сроки, установленные годовыми планами поверки.

1.2.1.3 Внеочередная поверка

Внеочередная поверка проводится при эксплуатации и хранении СИ в независимости от сроков их периодической поверки.

Цель внеочередной поверки – подтвердить или опровергнуть пригодность СИ к применению. Эта поверка проводится при:

1) установке СИ, являющегося комплектующим изделием другого изделия, если срок его поверки наступает ранее срока поверки СИ, в комплект которого оно входит;

2) повреждения поверительного клейма, пломбы или утрате документов, подтверждающих прохождение СИ периодической или первичной поверки;

3) во вводе СИ в эксплуатацию после длительного хранения;

4) необходимости удостовериться в исправности СИ;

5) поступлении СИ в продажу после длительного хранения;

6) проведении входного контроля на предприятии;

7) корректировке межповерочных интервалов.

1.2.1.4 Инспекционная и экспертная поверки

Инспекционная поверка проводится при осуществлении государственного метрологического надзора и метрологического контроля за состоянием и применением СИ. Эта поверка проводится с целью установления:

1) пригодности СИ к применению;

2) правильности результатов последней поверки;

3) соответствие принятых межповерочных интервалов условиям эксплуатации СИ.

Эту поверку можно проводить не по всем сразу, а по выборочному числу операций поверки. Государственную инспекционную поверку обязательно проводят в присутствии представителей проверяемого предприятия. Если результаты поверки показывают неудовлетворительное состояние СИ, то поверительные клейма погашают, свидетельство о поверке аннулируют, а паспортах делают записи о непригодности СИ к применению.

Экспертная поверка проводится при возникновении спорных вопросов по МХ, а также по исправности СИ и пригодности их к применению. Она проводится по письменному обращению заявителя.

Цель этой поверки доказать или опровергнуть утверждение о том, что СИ исправно, его МХ находятся в норме и оно пригодно к применению.

Экспертную поверку проводят органы государственной метрологической службы (ГМС) при метрологической экспертизе СИ по требованию суда, прокуратуры, милиции, других государственных контролирующих органов, а также по письменному заявлению предприятий и отдельных граждан при возникновении спорных вопросов. Эта поверка проводится в объемах, необходимых для обоснования и заключения экспертизы о состоянии СИ, правильности их применения и поверки.

При осуществлении этой поверки в необходимых случаях могут присутствовать заявители, а также представители заинтересованных сторон. По результатам экспертной поверки составляют заключение, которое утверждает руководитель органа Госстандарта, проводящего поверку.

Если СИ признаны по результатам экспертной поверки непригодными к применению, то поверительные клейма погашаются и делают соответствующие записи документах. СИ, являющиеся вещественными доказательствами, оставляют в том виде, в котором они были представлены на метрологическую экспертизу.

1.2.2 Область использования и перечень СИ подлежащих поверке

Обязательной поверке подлежат СИ, используемые в торговле, здравоохранении, обеспечении защиты и безопасности государства, промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, связи, коммунальном хозяйстве, на транспорте и других сферах деятельности при:

1) проведении торгово-коммерческих, таможенных, почтовых и налоговых операций;

2) диагностике и лечении заболеваний человека;

3) контроле за медикаментами;

4) контроле за состоянием окружающей среды;

5) хранении, перевозке и уничтожении токсичных, легких на возгорание, взрывчатых и радиоактивных веществ;

6) контроле за безопасностью и условиями труда;

7) определение безопасности и качества продукции, соответствия ее реальных характеристик заданным;

8) контроле за всеми видами сырья и продуктов питания;

9) проведении испытаний, поверки, метрологической аттестации и калибровки СИ;

10) измерениях, результаты которых служат для регистрации национальных и международных спортивных рекордов.

Перечень СИ, подлежащих обязательной поверке устанавливается Госстандартом и приведен в приложении А к стандарту СТБ 8.003-93.

СИ, которые не подлежат обязательной поверке, подвергаются поверке или калибровке в порядке, установленном владельцем СИ.

1.2.3 Порядок проведения поверки

1 Органы, проводящие поверку.

Проведение поверки обеспечивают органы ГМС, аккредитованные поверочные лаборатории и МС предприятий, которым по стандартам передается право на поверку СИ данного вида.

2 Место проведения поверки.

Поверку СИ проводят:

1) в стационарных поверочных лабораториях;

2) в передвижных поверочных лабораториях;

3) в специально оборудованных, постоянно или временно действующих поверочных пунктах;

4) на месте изготовления СИ;

5) на месте эксплуатации СИ.

3 Представление СИ на поверку.

СИ представляются на поверку расконсервированными. По требованию метрологической службы вместе с СИ должны представляться: руководство (инструкция) по эксплуатации, паспорт, методика поверки, свидетельство последней поверки, а также необходимые комплектующие.

СИ на поверку представляются в соответствии с графиками и межповерочными интервалами.

4 Взаимодействие сторон при поверке.

Продолжительность нахождения СИ в поверке устанавливается руководителем органа метрологической службы, где проводится поверка, но не более одного месяца со дня поступления СИ в поверку.

5 Оплата поверки.

Поверку, которую проводят органы государственной метрологической службы, оплачивает владелец СИ по тарифам, утверждённым Госстандартом.

При поверке СИ аккредитованными поверочными лабораториями плата за поверку устанавливается на договорной основе.

Все расходы, связанные с вызовом поверителей оплачивает владелец СИ. Проведение экспертной поверки оплачивается в тройном размере, чем обычные тарифы на поверку. Инспекционная поверка проводится бесплатно.

6 Результаты поверки.

Результаты поверки оформляются протоколом по форме, установленной в НД о поверке.

Положительные результаты поверки удостоверяются нанесение оттиска поверительного клейма и (или) свидетельством о поверке по форме приложения В СТБ 8.003-93.

На эталоны наносится оттиск поверительного клейма, выдаётся свидетельство и наносится специальная табличка. Владелец СИ имеет право запросить протокол поверки или выписку из протокола поверки.

В случае если по результатам поверки СИ не удовлетворяет предъявленным к нему требованиям, то оно бракуется, выдаётся извещение о непригодности с указанием причин (приложение Г). При этом оттиск поверительного клейма погашается, а свидетельство о поверке аннулируется.

Результаты инспекционной поверки отражаются в акте проверки. При экспертной поверке составляется заключение, которое утверждается руководителем органа государственной метрологической службы.

1.3 Методы и способы поверки СИ

1.3.1 Классификация методов поверки

Под методами поверки понимают методы передачи размера единиц физической величины. В основу классификации применяемых методов поверки положены следующие признаки, в соответствии с которыми СИ могут быть поверены:

1) без использования компаратора или прибора сравнения, то есть непосредственным сличением поверяемого СИ с эталонным СИ того же вида;

2) сличением поверяемого СИ с эталонным СИ того же вида с помощью компаратора или других средств сравнения;

3) прямым измерением поверяемым СИ значения физической величины, воспроизводимой эталонной мерой;

4) прямым измерением эталонным СИ значения физической величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;

5) косвенным измерением величины, воспроизводимой мерой или поверяемым прибором, подвергаемыми поверке;

6) путем независимой (автономной) поверки.

Рассматриваемые методы поверки могут иметь свои разновидности, однако по своей сути они могут быть сведены к одному из перечисленных выше методов.

1.3.2 Метод непосредственного сличения

При поверке данным методом устанавливают требуемые значения измеряемой величины X и сравнивают показания поверяемого прибора Х_п и эталонного прибора Х_э. Разность между их показаниями будет определять абсолютную погрешность поверяемого прибора

Δ=Х_п  Х_э (1.1)

которую приводят к нормированному значению X_N для получения приведенной погрешности:

γ= . (1.2)

Этот метод на практике может быть реализован двумя способами:

1) регистрацией совмещений. При этом способе указатель поверяемого прибора совмещают с поверяемой отметкой шкалы. Погрешность измерений определяют расчетным путем по формуле (1.1), как разность между показанием поверяемого прибора (рисунок 1.1, а) и действительным значением, определяемым по показаниям эталонного прибора (рисунок 1.1, б).

а) б)

Рисунок 1.1

2) отсчитыванием погрешности по шкале поверяемого прибора. Суть способа поясняется на рисунке 1.2.

Погрешность определяют как расстояние между поверяемой отметкой и указателем поверяемого прибора.

а) б)

Рисунок 1.2

Первый способ удобен тем, что погрешность можно более точно отсчитать по эталонному прибору.

Достоинством второго способа является то, что мы можем одновременно поверять несколько приборов с помощью одного эталонного.

Основным достоинством метода непосредственного сличения является простота и отсутствие необходимости применения сложного оборудования.

1.3.3 Метод сличения при помощи компаратора (прибора сравнения)

Этот метод применяют тогда, когда невозможно или сложно сравнить показания двух приборов или двух мер.

Измерения в этом случае выполняют путем введения в схему поверки компаратора, позволяющего косвенно сравнивать две однородные или разнородные физические величины.

Компаратором может быть СИ, одинаково реагирующее на сигнал эталонного и поверяемого СИ.

Например, при сличении мер сопротивления, емкости и индуктивности в качестве компаратора используют мосты постоянного или переменного тока. При сравнении мер сопротивления и ЭДС – потенциометры.

Сличение мер с помощью компаратора осуществляется с использованием той или иной разновидности метода сравнения. Наиболее распространенными являются методы противопоставления и замещения.

Суть этих методов заключается в следующем. При использовании метода противопоставления две сравниваемые величины подаются на разные входы компаратора, а при использовании метода замещения  в одну и ту же часть схемы подается одна величина, а потом другая. Общим для этих методов поверки является выработка разностного (дифференциального) сигнала

ΔХ = Х  Х_м. (1.3)

Если ΔХ сводится к нулю путем изменения значения X_м меры, тогда этот метод называется нулевым. Если же значение Х не равно нулю – дифференциальным.

При использовании метода противопоставления две сравниваемые величины подаются на входы компаратора одновременно, что позволяет уменьшить влияние на результаты поверки влияющих величин, так как эти влияющие величины практически одинаково искажают сигнал.

Достоинством метода замещения является то, что две сравниваемые величины включаются в одну и ту же часть схемы. Это позволяет исключить погрешности, возникающие вследствие несимметрии схемы компараторов.

Недостаток нулевого метода замещения заключается в том, что мы должны иметь меру, позволяющую воспроизводить любое значение измеряемой величины без существенного понижения точности.

Особенностью дифференциального метода сравнения является возможность получения достоверных результатов сличения даже при использовании сравнительно грубых средств для измерения разности.

1.3.4 Метод прямых измерений

Суть его заключается в прямом измерении поверяемым прибором значения физической величины воспроизводимой мерой. Практическая реализация метода прямых измерений предъявляет к мерам следующие требования:

1) возможность воспроизведения мерой той же физической величины, в единицах которой проградуировано поверяемое СИ;

2) достаточный для перекрытия всего диапазона измерения поверяемого СИ диапазон физических величин воспроизводимых мерой;

3) соответствие точности меры, а в ряде случаев и ее типа и плавности изменения размера требованиям, которые предъявляются в НД по поверке данного СИ.

Определение основной погрешности поверяемого СИ проводят двумя способами:

1) изменением размера меры до совмещения указателя поверяемого СИ с поверяемой отметкой, то есть способом непосредственной оценки. Погрешность определяют в этом случае по формуле (1.1).

2) предварительной установкой размера меры, равного номинальному для данного показания поверяемого СИ, с последующим отсчетом значения Х_п и расчетом погрешности по формуле (1.1).

Реализация этих двух способов возможна при наличии магазина мер, позволяющих достаточно плавно изменять значение физической величины.

1.3.5 Метод косвенных измерений

Суть метода косвенных измерений заключается в следующем: проводят прямые измерения нескольких физических величин с помощью эталонных СИ и получают значения X ₀₁ , X ₀₂ ,… , X _0m. Затем, используя известную функциональную зависимость f между этими величинами и величиной, которая измеряется поверяемым прибором, определяют действительное значения величины, то есть находят результат косвенного измерения по формуле:

Q₀ = f ( X ₀₁ , X ₀₂ ,… , X _0m). (1.4)

Метод используется тогда, когда действительные значения величин, измеряемые поверяемым средством измерений невозможно или трудно определить прямым измерением или когда косвенные измерения более простые или точные.

Например, поверка электрического счетчика активной энергии с помощью образцового ваттметра и секундомера. По показаниям ваттметра определяют значение мощности P₀ и поддерживают ее неизменной в течении времени t₀, которое в свою очередь определяется по эталонному секундомеру. Тогда действительное значение энергии W₀ можно рассчитывать по формуле:

W₀ = P₀∙t₀,

а погрешность поверяемого счётчика определить из выражения

δ = (( W_П – W₀ ) / W₀ ) 100%.

При выполнении поверки методом косвенных измерений следует учитывать тот факт, что конечный результат и погрешность косвенного измерения зависит от составляющих погрешностей прямых измерений:

ΔW₀ = .

1.3.6 Метод независимой (автономной) поверки

Автономная поверка это поверка без применения эталонных СИ. Она применяется при разработке особо точных СИ, которые невозможно или очень сложно поверить одним из рассмотренных выше методов поверки ввиду отсутствия еще более точных СИ с соответствующими пределами измерении. Суть этой поверки, которая наиболее часто используется для поверки приборов сравнения, заключается в сравнении величин, воспроизводимых отдельными элементами поверяемого СИ с величиной, выбранной в качестве опорной и конструктивно воспроизводимой в самом поверяемом СИ. Например, при поверке m-ной декады потенциометра необходимо убедиться в равенстве падений напряжений на каждой n-ной ступени этой декады. Для этого, выбрав в качестве опорной величины сопротивление первой ступени декады, можно поочередно сравнивать с помощью компаратора падение напряжения на каждой n-ной ступени с падением напряжения на этом сопротивлении. Метод трудоемок, но обладает высокой точностью.

Реализация рассмотренных выше методов поверки осуществляется с помощью способов комплектной и поэлементной поверки.

1.3.7 Комплектная и поэлементная поверки

При комплектной поверке средство измерений поверяют в полном комплекте его составных частей, без нарушения взаимосвязей между ними. Погрешности, которые при этом определяют, рассматривают как погрешности, свойственные поверяемому средству измерений как единому целому. При этом средство измерений находится в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации, что позволяет в ходе поверки выявить многие, присущие поверяемому средству измерений недостатки: дефекты внутреннего монтажа, неисправности переключающих устройств и т.п. С учетом простоты и хорошей достоверности результатов, комплектной поверке всегда, когда это возможно отдают предпочтение.

В случае невозможности реализации комплектной поверки, ввиду отсутствия эталонных средств измерений, несоответствия их требованиям точности или пределам измерений, применяют поэлементную поверку. Поэлементная поверка средств измерений это поверка, при которой его погрешности определяют по погрешностям отдельных частей. Затем по полученным данным расчетным путем определяют погрешности, свойственные поверяемому средству измерений как единому целому. При этом предполагают, что закономерности взаимодействия отдельных частей средства измерений точно известны, а возможности посторонних влияний на его показания исключены и поддаются точному учету.

О комплектной поверке мы говорим тогда, когда средство измерений поверяют как единое целое. При поэлементной поверке СИ разбивают на узлы, блоки и поверят каждый блок отдельно, а потом расчетным путем определяют погрешность всего СИ.

Иногда применение поэлементной поверки оказывается единственно возможным. Часто ее используют при поверке сложных СИ, состоящих из компаратора со встроенными в него образцовыми мерами. Следует особо отметить, что по результатам поэлементной поверки, если действительная погрешность превышает допускаемую, то можно непосредственно установить причину неисправности СИ.

Существенным недостатком поэлементной поверки является ее трудоемкость и сложность реализации по сравнению с комплектной поверкой.

1.4 Система передачи размеров единиц физических величин от эталонов рабочим СИ. Поверочные схемы

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все СИ одной и той же физической величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физической величины и передачи их размеров применяемым СИ.

Воспроизведение, хранение и передача размеров единиц осуществляется с помощью эталонов.

1.4.1 Эталоны. Их классификация и виды

Эталоны – это особый вид СИ наивысшей точности, с помощью которых воспроизводится и хранится единица физической величины с целью передачи ее размера рабочим СИ.

СТБ 8002–93 «Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки, утверждения, хранения и применения» дает следующее определение эталона.

Эталон единицы физической величины – СИ, предназначенное для определения, воспроизведения и (или) хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим СИ.

Эталоны подразделяются на:

– первичные;

– вторичные;

– рабочие;

– разрядные.

Первичный эталон – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений.

Разновидностью первичного эталона является специальный эталон. Специальные эталоны создаются и утверждаются для воспроизведения единиц в особых условиях, в которых передача размеров единицы от существующих эталонов технически не осуществима с требуемой точностью. Специальные эталоны воспроизводят единицу в особых условиях и заменяют в этих условиях первичный эталон.

Первичные эталоны бывают:

– национальные (государственные);

– международные.

Национальный эталон утверждается в качестве исходного СИ для страны национальным органом по метрологии (в Республике Беларусь – Госстандарт).

Национальный эталон единицы физической величины  эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа служить основой для установления значений всех других эталонов единицы данной величины.

Национальные эталоны хранят и поддерживают национальные органы по метрологии.

Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве первичного международного эталона и служащий для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ). Важнейшая задача его действий состоит в международных систематических 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 важнейших условий международных экономических связей. Сличению подлежат как эталоны основных величин систем СИ, так и производных. Для каждого эталона установлены определенные периоды сличения.

Таким образом, основное назначение эталонов – служить материально-технической базой воспроизведения и хранения единиц.

Принят принцип систематизации эталонов по воспроизводимым единицам. Основные единицы системы СИ должны воспроизводиться с помощью национальных эталонов, то есть централизованно. Дополнительные внесистемные и производные единицы, исходя из соображений технико-экономической целесообразности, воспроизводятся одним из трех способов:

1) централизованно  с помощью единого для всей страны национального эталона;

2) частично централизованно  (в пределах региона, министерства или ведомства) с помощью нескольких рабочих или исходных эталонов;

3) полностью децентрализовано  посредством косвенных измерений, выполняемых в органах метрологической службы с помощью рабочих эталонов других величин, функционально связанных с измеряемой величиной.

Вторичный эталон – это эталон, получающий размер единицы путем сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы.

Они создаются с целью обеспечения сохранности и наименьшего износа первичного эталона.

По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на:

– эталоны-копии;

– эталоны сравнения;

– эталоны-свидетели;

– рабочие эталоны.

Эталон-копия предназначен для хранения единицы и передачи ее размера рабочим эталонам.

Эталон сравнения применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемые друг с другом.

Эталон-свидетель применяется для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты. Эталон-свидетель применяется лишь тогда, когда государственный эталон является не воспроизводимым.

Рабочий эталон применяется для хранения единицы и передачи ее размера разрядным эталонам высшей точности, а при необходимости и наиболее точным рабочим СИ.

Национальный эталон можно применять в качестве рабочего, если это предусмотрено правилами хранения и применения эталонов. Национальные эталоны всегда реализуются в виде комплекса СИ и вспомогательных устройств.

Вторичные эталоны реализуются в виде:

– комплекса СИ;

– одиночных эталонов;

– групповых эталонов;

– эталонных наборов.

Одиночный эталон состоит из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно без участия других СИ того же типа.

Групповой эталон состоит из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других СИ, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы.

Размер единицы, хранимой групповыми эталонами, определяется как среднее арифметическое из значений, воспроизводимых отдельными мерами или приборами, входящими в состав группового эталона. Отдельные меры или приборы из его состава могут применяться в качестве одиночных рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения единиц.

Групповые эталоны могут быть:

– переменного состава;

– постоянного состава.

Эталонный набор представляет собой набор мер или измерительных приборов, позволяющих хранить единицу или измерять величину в определенных пределах. Эти меры или приборы предназначены для различных значений или различных областей значений измеряемой величины. Они также могут быть:

– переменного состава;

– постоянного состава.

1.4.2 Эталонная база Республики Беларусь

Эталонная база Республики Беларусь состоит из национальных, исходных и разрядных эталонов.

Национальный эталон Республики Беларусь предназначен для воспроизведения единицы и передачи ее размера исходным эталонам, а при необходимости и возможности и рабочим разрядным эталонам.

В состав национального эталона включают СИ, при помощи которых:

1) воспроизводят и хранят единицы;

2) контролируют условия измерений и неизменность размера хранимой единицы;

3) осуществляют передачу размера единицы.

Созданием национальных эталонов занимаются органы государственной метрологической службы с привлечением при необходимости других организаций. Национальные эталоны хранятся в органах национальной метрологической службы.

Исходный эталон Республики Беларусь – это эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами из имеющихся эталонов в Республики Беларусь. Эти эталоны предназначены для передачи размера единицы разрядным эталонам и рабочим СИ наивысшей точности. Исходные эталоны получают размер единицы путем сличений с национальными или международными эталонами. Исходные эталоны создаются в целях предохранения национальных эталонов от повреждений и обеспечения единства измерений, в тех областях измерений, в которых в качестве первичных используются международные эталоны. Создают исходные эталоны органы государственной метрологической службы и метрологические службы предприятий. Утверждает их Госстандарт, а хранят органы метрологической службы предприятий и государства.

В области электрорадиоизмерений имеются пять национальных эталонов:

1 Эталон времени и частоты.

Суммарная погрешность эталона по частоте, выраженная в виде случайного квадратичного отклонения (СКО), при ежедневных сличениях с государственным эталоном России не превышает ±5·10^-14. На базе этого эталона создана служба времени и частоты, которая осуществляет:

а) взаимное сличение шкал времени и частоты стран СНГ;

б) метрологическую аттестацию исходных СИ времени и частоты для предприятий и организаций республики;

в) метрологический контроль правильности передач сигналов времени и частоты через национальные системы, включая спутниковые;

г) передачу эталонных частот предприятиям и сигналов точного времени «6 точек повышенной информативности» через Белорусское радио.

2 Эталон напряжения переменного тока.

Диапазон напряжений: 0,001÷1000 В.

Диапазон частот: 10 Гц÷2 ГГц (до 1 В на ВЧ).

Погрешность: 0,002 %÷1,2 %.

3 Эталон магнитной индукции.

Воспроизводит единицу в диапазоне 0,05÷2 Тл с погрешностью 0,0035 %.

4 Эталон единицы электрической мощности.

f = 50 Гц, U = 500 В, I = 100 А, С.к.о 1·10^-4.

5 Эталон единицы постоянного напряжения.

Воспроизводит единицу В с погрешностью 2·10^-7.

1.4.3 Погрешности эталонов и способы их выражения

1.4.3.1 Погрешности первичных эталонов

Погрешности национальных первичных эталонов, в том числе и специальных, характеризуются:

1) неисключенностью систематической погрешности;

2) случайной погрешностью;

3) нестабильностью.

Допускается указывать случайную погрешность воспроизведения единицы с учетом передачи ее размера или последнюю указывать отдельно.

Под нестабильностью эталона понимается изменения размера единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном в установленный промежуток времени. Например: нестабильность эталона метра не превышает 0,001 мкм/год.

Под погрешностью воспроизведения единицы понимается погрешность результата измерений, выполняемых при воспроизведении единицы.

Оценку неисключенной систематической погрешности первичного эталона находят на основании экспериментальных исследований эталона, анализа метода воспроизведения единицы и погрешности от действия влияющих величин, а также не основании международных сличений эталона с эталонами других стран.

Оценку случайной погрешности первичного эталона находят на основании экспериментальных данных, полученных при исследовании эталона, также на основе анализа влияющих величин.

Оценку нестабильности первичного эталона, вызываемую влиянием старения его отдельных элементов и другими причинами, находят на основании исследований эталона во времени, а также по данным периодических международных сличений.

В оценку погрешности передачи размера единицы должны входить как неисключенные систематические, так и случайные погрешности метода и средств передачи.

1.4.3.2 Способы выражения погрешностей первичных эталонов

Доверительную вероятность при определении доверительных границ погрешности эталона как случайной, так и неисключенной систематической, принимают равной P_д = 0,99.

Неисключенная систематическая погрешность, лежащая в границах ± , характеризуется границей без указания знака.

1 Границу неисключенной систематической погрешности эталона вычисляют по формулам

, N<4, (1.5)

, N≥4, (1.6)

где – граница i-й составляющей неисключенной систематической погрешности эталона;

k – коэффициент зависимости неисключенных систематических погрешностей от выбранной доверительной вероятности и закона распределения. При равномерном законе распределения неисключенных систематических погрешностей и Р_д=0,99 k=1,4.

Для косвенных измерений величины Х=(Y₁, Y₂, ..., Y_m) границу неисключенной систематической погрешности вычисляют по формулам (1.5) и (1.6), в которых

= ∆Υ_i, (1.7)

где ∆Υ_i – неисключенная систематическая погрешность измерения величины Υ_i.

2 Случайная погрешность характеризуется СКО результата измерений (S) при воспроизведении единицы (или при воспроизведении единицы и передаче ее размера) с указанием числа независимых наблюдений. СКО результата прямых измерений с многократными наблюдениями выражают по формуле

, (1.8)

где S_i – СКО результата наблюдений, которое вычисляется по формуле

, (1.9)

ΔX_i = X_i  ,

где n – количество наблюдений;

X_i – результат i-го наблюдения;

– среднее арифметическое результатов наблюдений.

СКО результата косвенных измерений величины X, являющейся функцией Х=(Y₁, Y₂, ..., Y_m), вычисляют по формуле

, (1.10)

где S₁, S₂, …, S_m – СКО результатов измерений величин Y₁, Y₂, ..., Y_m с ответственно.

3 Нестабильность эталона ν следует характеризовать изменением размера единицы за определенный промежуток времени. Этот промежуток времени также указывается в нормативных документах.

4 Погрешность передачи размера единицы состоит из суммы случайных и неисключенных систематических погрешностей метода и СИ, применяемых при передаче размера единицы. Оценку суммы этой погрешности также выражают в виде СКО и определяют по формуле

, (1.11)

где – СКО случайной погрешности метода и средств передачи единицы;

– СКО суммы неисключенных систематических погрешностей метода и средств передачи единицы.

1.4.3.3 Погрешности вторичных (исходных) эталонов

Оценки погрешностей вторичных эталонов характеризуются отклонениями размеров хранимых ими единиц от размера единицы, воспроизводимой при помощи первичного эталона.

Для вторичного эталона указывают суммарную погрешность, включающую случайные погрешности сличаемых эталонов и погрешность передачи размера единицы от первичного или более точного вторичного эталона, а также нестабильность вторичного эталона. Допускается суммарную погрешность вторичного эталона определять с учётом его неисключенной систематической погрешности.

Нестабильность вторичного эталона должна определяться на основании сличений его с первичным в начале и в конце периода, для которого она определяется.

1.4.3.4 Способы выражения погрешностей вторичных эталонов

Суммарная погрешность вторичного эталона характеризуется СКО результата измерений (S_∑) при его сличении с первичным или вышестоящим по поверочной схеме вторичным эталоном или же в виде доверительной границы погрешности (t_∑S_∑) с доверительной вероятностью Р_д = 0,99.

Если учитывается неисключенная систематическая погрешность, то S_∑ следует выражать как сумму неисключенных систематических и случайных погрешностей по формуле

, (1.12)

где S  СКО результата измерения;

– СКО суммы неисключенных систематических погрешностей.

При определении доверительной границы погрешности коэффициент t_∑ вычисляют по формуле

, (1.13)

где – граница неисключенных систематических погрешностей;

– коэффициент для нахождения доверительных границ погрешности результата измерений.

Если неисключенную систематическую погрешность и нестабильность эталона указывают отдельно, то их выражают в виде, принятом для первичного эталона.

Оценку погрешности эталонов следует указывать либо в абсолютной форме – S, , либо в относительной – , .

1.4.4 Рабочие разрядные эталоны

Рабочие разрядные эталоны – это СИ, предназначенные или применяемые для проверки и градуировки по ним рабочих СИ или подчиненных эталонов высших разрядов. Они обязательно должны утверждаться в установленном порядке. К ним относят меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и поверочные установки. Эта эталоны в обязательном порядке подвергаются метрологической аттестации, по результатам которой выдаются свидетельства с указанием метрологических характеристик и разряда поверочной схемы.

Разряд зависит от точности эталона. Как правило, разрядов бывает не более четырех. Первый разряд соответствует наиболее высокой точности. Количество разрядов зависит от требований практики для данного вида измерений.

Между разрядами эталонов существует соподчиненность. Рабочие эталоны последующих разрядов поверяются, как правило, по рабочим эталонам предшествующих разрядов.

Исходя из принципа соподчиненности, разрядные эталоны подразделяются еще на исходные и подчиненные.

Исходный рабочий эталон – это эталон любого разряда, являющийся наиболее точным в данном поверочном органе для данной физической величины.

Подчиненный рабочий эталон – это эталон, занимающий более низкий уровень в поверочной схеме по отношению к исходному эталону.

Все рабочие разрядные эталоны подлежат обязательной поверке.

Требования, предъявляемые при разработке рабочих эталонов, подразделяются на:

– метрологические;

– технические;

– экономические.

К метрологическим требованиями относятся:

1) метрологические характеристики (точность, стабильность, метрологическая надежность, диапазон измерений или номинальное значение, условия проведения поверки, динамические свойства и т.д.);

2) методика поверки или аттестация эталона;

3) методика поверки или аттестация с помощью эталона;

4) методика оценки результатов измерений.

К техническим требованиям относятся:

1) удобство применения эталона, его простота и надежность;

2) наличие вспомогательного оборудования;

3) защита от загрязнений, повреждений при применении и хранении эталона;

4) транспортабельность и т.д.

К экономическим требованиями относятся:

1) цена эталона и вспомогательного оборудования;

2) расходы на его эксплуатацию;

3) ремонтопригодность;

4) межповерочный интервал;

5) технический ресурс;

6) требования к квалификации персонала.

1.4.5 Поверочные схемы

1.4.5.1 Общие сведения о поверочных схемах

Поверочные схемы составляют для обеспечения правильной передачи размеров единиц измерения от эталонов рабочим СИ. Они устанавливают метрологические соподчинения национальных, исходных и рабочих эталонов, а также рабочих СИ.

Создание поверочных схем регламентирует ГОСТ 8.061-80.

Поверочная схема – это нормативный документ, определяющий свойства, методы и точность передачи размера единицы.

В зависимости от области распространения они подразделяются на:

– государственные;

– ведомственные;

– локальные.

Государственная поверочная схема распространяется на СИ данной величины, применяемые в стране.

Ведомственная – на СИ внутри ведомства.

Локальная – на СИ, подлежащие поверке в данном органе метрологической службы.

Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным, а государственные – международным.

Государственная поверочная схема разрабатывается в виде стандарта, ведомственная поверочная схема – в виде нормативного документа или ОСТ, а локальная – в виде нормативного документа или СТП.

1.4.5.2 Структура государственной поверочной схемы

В общем виде структура государственной поверочной схемы представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3

Рабочие СИ в зависимости от их степени точности подразделяют на 5 категорий:

– наивысшей точности;

– высшей точности;

– высокой точности;

– средней точности;

– низкой точности.

В каждой ступени поверочной схемы регламентируется метод или порядок передачи (поверки, эталонирования).

С целью унификации все методы поверки (МП), которые указываются на поверочных схемах, должны соответствовать одному из следующих четырех общих методов:

1) непосредственное сличение (без средств сравнения);

2) сличение при помощи компаратора или других средств сравнения;

3) метод прямых измерений;

4) метод косвенных измерений.

При разработке конкретных поверочных схем необходимо следовать схеме, приведенной на рисунке 1.3.

1.4.5.3 Содержание и построение поверочных схем

Поверочная схема состоит из текстовой части и чертежа. В локальные поверочные схемы допускается не включать текстовую часть.

На чертеже поверочной схемы должны быть указаны:

– наименование СИ и методов поверки;

– номинальные значения или диапазоны значений физических величин;

– допускаемые значения погрешностей СИ;

– допускаемые значения погрешностей методов поверки.

Чертеж поверочной схемы состоит из полей, расположенных друг под другом и разделенных штриховыми линиями. Поля имеют названия:

– эталоны или национальный эталон (если вторичные эталоны отсутствуют);

– рабочие эталоны п-го разряда, для каждого разряда отдельное поле;

– рабочие эталоны, заимствованные из других поверочных схем;

– рабочие СИ.

Пример компоновки элементов государственной поверочной схемы представлен на рисунке 1.4.

Если ведомственную или локальную схему возглавляет разрядный эталон, то верхнее поле его чертежа должно иметь наименование «Исходный эталон».

Общее число полей зависит от структуры поверочной схемы.

В верхнем поле чертежа поверочной схемы для СИ производных величин, единицы которых воспроизводят методом косвенных измерений, пишут названия рабочих эталонов, применяемых для воспроизведения данной единицы заимствованных из других поверочных схем.

Под наименованием первичных, вторичных и разрядных эталонов указывают номинальные значения или диапазоны значений физических величин, а также значения погрешностей.

Под полем эталонов низшего разряда помещают поле рабочих СИ. В нем располагают (по возможности) слева направо в порядке возрастания погрешности группы рабочих СИ, поверяемых по разрядным эталонам одного наименования.

1 – национальный эталон;

2 – метод передачи размера единицы;

3 – эталон-копия;

4 – эталон сравнения;

5, 6, 7 – рабочие разрядные эталоны соответствующего разряда;

8 – рабочие разрядные эталоны, заимствованные из других поверочных схем;

9 – рабочие СИ.

Рисунок 1.4

Для каждой группы рабочих СИ указывают вид, диапазон измерений и значения погрешностей.

Метрологические характеристики СИ, указываемых в поверочной схеме, должны соответствовать следующим требованиям:

1) погрешности первичных и вторичных эталонов следует выражать в соответствии с ГОСТ 8.057-80;

2) погрешности разрядных эталонов характеризуют пределом допускаемой погрешности в абсолютной или относительной форме, либо доверительной погрешностью также в абсолютной или относительной форме с указанием доверительной вероятности;

3) для каждой поверочной схемы погрешности поверки указывают в виде погрешности передачи размера единицы от предыдущего звена поверочной схемы данному СИ, значение этой погрешности указывают под наименованием метода поверки.

1.4.5.4 Способы графического изображения ступени передачи размера единицы. Оформление элементов и компоновки поверочных схем

Способы графического изображения ступени передачи размера единицы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

№	Ступень передачи	Графическое изображение
1	От эталона (Э) 1 объекту поверки(ОП) 5 методом поверки(МП) 3
2	От Э1 ОП5 и ОП6 МПЗ
3	От Э1 ОП5 МПЗ или МП4

Продолжение таблицы 1.1

№	Ступень передачи	Графическое изображение
4	От Э1 ОП5 МПЗ и ОП6 МП4
5	От Э 1 или Э2 ОП5 МПЗ
6	От Э1 или Э2 ОП5 и ОП6 МПЗ
7	От Э1 и Э2 (различных ФВ) ОП5 МПЗ
8	От Э1 и Э2 (различных ФВ) ОП5 и ОП6 МПЗ

Окончание таблицы 1.1

№	Ступень передачи	Графическое изображение
9	От Э1 МП3 или Э2 МП4 ОП5
10	От Э11 МПЗ или Э2 МП4 ОП5 и ОП6
11	От Э1 или Э2 ОП5 МПЗ или ОП6 МП4
12	От Э1 и Э2 (различных ФВ) МПЗ ОП5 и МП4 ОП6

Примеры оформления элементов поверочных схем приведены на рисунке 1.5

ЭТАЛОНЫ

РАЗРЯДНЫЕ ЭТАЛОНЫ

РАБОЧИЕ СИ

МЕТОДЫ ПОВЕРКИ

Рисунок 1.5

Пересечение линий на поверочной схеме, если их невозможно избежать изображаются следующим способом:

Элементы государственной поверочной схемы компонуют в соответствии с рисунком 1.4.

Пример компоновки локальной или ведомственной поверочной схемы показан на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 – Поверочная схема для средства измерения времени и

частоты

Текстовая часть поверочной схемы должна состоять из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы, несущим дополнительную информацию.

1.5 Методики поверки СИ

Методики поверки СИ регламентирует РД РБ 50.8103-93 СОЕИ РБ "Методики поверки средств измерений. Построение и содержание".

Методика поверки это подробное описание теоретических и практических действий, необходимых при проведении поверок по определенному методу.

Методики поверки должны обеспечивать достоверность установления соответствия фактических погрешностей нормируемым.

1.5.1 Общие требования и классификация нормативных документов на методики поверки средств измерений

Нормативные документы по поверке устанавливают методы и средства поверки средств измерений, позволяющие определить пригодность СИ к применению. Метод поверки и средства поверки выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимую точность. Нормативные документы должны содержать по возможности минимальное число поверяемых параметров, достаточных для обеспечения точности поверки.

Нормативные документы по поверке разделяются на:

РД МИ – руководящий документ. Методическая инструкция;

МИ – методическая инструкция;

МП – методика поверки.

Поверка группы СИ, подлежащих государственной поверке должны проводиться по методикам, изложенным в РД МИ.

Поверка группы СИ, не подлежащих государственной поверке, должна проводиться по МИ. Поверка конкретного типа СИ, который не относится к перечисленным выше, должна проводится по методикам, изложенным в МП.

В зависимости от сложности и области распространения нормативные документы по поверке могут быть оформлены:

1) отдельным документом

2) разделом, содержащим МП, более общего документа (например, технического описания, инструкции по эксплуатации и т.д.)

1.5.2 Порядок разработки, рассмотрения, утверждения и регистрации нормативных документов по поверке

РД МИ и МИ разрабатываются согласно планам стандартизации в области метрологии и техническим заданиям, утвержденным Госстандартом и БелГИМ соответственно.

Методики поверки разрабатывают заинтересованные организации инициативно. МП разработчик представляет на утверждение заказчику после согласования их с органами Госстандарта.

НД по поверке регистрируются в БелГИМе, тиражируются и рассылаются по запросам. Внесение изменений и пересмотр осуществляется в порядке, предусмотренном для вновь разрабатываемых НД по поверке.

О зарегистрированных, пересмотренных и отмененных НД по поверке БелГИМ информирует через информационный указатель «Стандарты и технические условия РБ» и «НД в области метрологии».

1.5.3 Построение и содержание нормативных документов по поверке

Наименование НД по поверке должно содержать наименование системы, в которую включены данные НД, наименование поверяемых СИ, наименование объекта стандартизации.

НД по поверке должен содержать вводную часть и следующие разделы:

1 Операции поверки.

2 Средства поверки.

3 Требования безопасности (при необходимости).

4 Требования к квалификации поверителей (при необходимости).

5 Условия поверки.

6 Подготовка к поверке.

7 Проведение поверки.

8 Обработка результатов поверки (при необходимости).

9 Оформление результатов поверки.

В обоснованных случаях допускается объединять разделы или исключать отдельные разделы. При необходимости, разрешается также включать дополнительные разделы, поясняющие специфику методики поверки данного вида измерений.

Во вводной части указывают назначение и область распространения документа. При необходимости допускается ограничивать область распространения, указывая, на какие объекты данный документ не распространяется.

Раздел «Операции поверки» должен содержать перечень операций, проводимых при поверке, указанных в наиболее рациональной последовательности. Причем под операцией поверки понимается логически самостоятельная часть работы, осуществляемая при проведении поверки над определенным СИ одним работником или группой работников на определенном рабочем месте. Наименование операций указывается в табличной форме. Форма таблицы имеет вид А1.

Таблица 1.2 – Форма А1

Наименование операции	Номер пункта НД по поверке	Обязательность проведения операций при
		выпуске из производства	выпуске после ремонта	эксплуатации и хранении
1	2	3	4	5

Раздел «Средства поверки» должен содержать перечень эталонов и вспомогательных средств поверки с указанием их метрологических характеристик и (или) обозначения распространяющихся на них стандартов, регламентирующих технические требования к ним.

К вспомогательным средствам поверки относятся вспомогательные средства измерений, устройства и поверочные приспособления. В разделе указываются также сведения о возможности применения средств поверки, не приведенных в перечне, но обеспечивающие определение метрологических характеристик поверяемых средств измерений с требуемой точностью. Применяемые средства поверки с их характеристиками указываются в табличной форме. Форма таблицы должна соответствовать форме А2.

Таблица 1.3  Форма А2

Наименование операции	Номер пункта НД по поверке	Наименование эталонного СИ или вспомогательного средства поверки, № документа, регламентирующего технические требования к средству; метрологические и (или) основные технические характеристики	Обязательность проведения операции при:
			выпуске из производства	выпуске после ремонта	эксплуатации и хранении
1	2	3	4	5	6

Разделы «Операции поверки» и «Средства поверки» могут быть объединены в один – «Операции и средства поверки».

Раздел "Требования безопасности" должен содержать требования, обеспечивающие при проведении поверки безопасности труда, производственную санитарию и охрану окружающей среды. В этом разделе указываются также необходимость отнесения процесса проведения поверки к вредным или особо вредным условиям труда.

В разделе «Требования к квалификации поверителей» должны содержаться требования об уровне квалификации (образовании, должности и т.д.), допускаемых к проведению поверки.

Раздел «Условия поверки» должен содержать перечень физических величин, влияющих на метрологические характеристики поверяемых средств измерений с указанием номинальных значений и допускаемых значений пределов отклонений от номинальных значений.

Раздел «Подготовка к поверке» должен содержать перечень подготовительных работ, которые должны проводиться перед поверкой, а также способов их выполнения. При малом числе требований к подготовке и условиям поверки допускается объединять разделы «Условия поверки» и «Подготовка к поверке» под общим названием «Условия поверки и подготовка к ней». При этом должны сначала излагаться условия, а затем порядок подготовки к поверке.

Раздел «Проведение поверки» должен содержать следующие подразделы:

1 «Внешний осмотр», который содержит и определяет требования к комплектности и внешнему виду поверяемого средства измерений.

2 «Опробование». Этот подраздел должен содержать перечень и описание операций, которые необходимо провести с использованием или без использования эталонных и вспомогательных средств поверки для проверки работоспособности поверяемого средства измерений или действия и взаимодействия его отдельных узлов и элементов.

3 «Определение метрологических характеристик», в котором приводится описание операций, и устанавливаются наиболее рациональные методы определения метрологических характеристик поверяемого средства измерений. Описание каждой операции выделяют в отдельный пункт в последовательности, указанной в разделе «Операции поверки». Причем в каждом пункте указывают предельные значения контролируемой метрологической характеристики. Описание операций содержит наименование и метод поверки, схемы подключения, чертежи, указания о порядке проведения, графики, таблицы с пояснением входящих в них обозначений, указание о предельно допускаемой погрешности отсчета, рекомендации по числу значащих цифр, фиксируемых в протоколе и т.п.

Если при проведении поверки необходимо вести протокол записи результатов измерений по определенной или произвольной форме, то в приложении к методике поверки указывают форму протокола с указанием объема сведений приводимых в нем.

Раздел «Обработка результатов измерений» включают в документы по поверке при наличии сложных способов обработки результатов измерений. Если же эти способы установлены в других НД, то в этом разделе приводят ссылку на этот документ.

В разделе «Оформление результатов поверки» определяются требования к оформлению положительных и отрицательных результатов поверки. Положительные результаты поверки должны оформляться одним или несколькими из следующих способов:

 нанесением оттиска поверительного клейма на СИ и (или) эксплуатационные документы;

 выдачей свидетельства о поверке.

Если результаты поверки отрицательные, то последний пункт раздела должен содержать указание о запрещении применения таких средств и обязательности в таком случае погашения клейма, аннулирования свидетельства или записи в эксплуатационной документации.

НД по поверке может содержать обязательные и справочные приложения. Обязательными приложениями оформляются:

1) примеры расчетов по обработке результатов измерений, таблицы расчетных величин, графики зависимостей и другие расчетные данные;

2) содержание и порядок записи в свидетельстве результатов поверки эталонных и рабочих средств измерений;

3) специальные указания по технике безопасности (при необходимости). Справочными приложениями оформляются:

1) термины и определения;

2) технические описания вспомогательных устройств и поверочных приспособлений;

3) необходимые дополнительные сведения о поверяемых и эталонных СИ и вспомогательных средствах поверки;

4) дополнительные особые указания о способах нанесения поверительных клейм;

5) другие требования, способствующие исключению ошибок при поверке и повышению производительности поверочных работ.

1.5.4 Анализ достоверности поверки

При поверке производят измерение физической величины X одновременно поверяемым СИ и СИ принятым за эталонное. При этом получают соответственно результаты Х_п и Х_о. Эталонное средство имеет значительно меньшую, чем поверяемое, однако не нулевую погрешность. Поэтому при поверке мы определяем не истинное, а так называемое измеренное значение погрешности _и.

_и = Х_п  Х_о. (1.14)

Обозначим погрешности эталонного и поверяемого средства измерения

_о = Х_о  Х_д,

_п = Х_п  Х_д,

где Х_д  действительное значение величины;

Х_о и Х_п  показания эталонного и поверяемого средств измерений. Тогда погрешность полученная при поверке (измеренная погрешность) будет равна

_и =_п – _о. (1.15)

Таким образом, возникает неполная достоверность поверки, обуславливающая возможность получения наряду с правильными исходами поверки  годное средство выпускается (ГВ), негодное бракуется (НБ), также и ошибочные исходы поверки  годное СИ бракуется (ГБ), негодное средство выпускается как годное (НВ).

Случайность исходов поверки возникает из-за наличия случайной составляющей измеренной погрешности, для чего достаточно, чтобы случайная составляющая была хотя бы у одного из средств.

Ввиду наличия производственного разброса экземпляров поверяемых СИ и их различных условий эксплуатации уже поступление на поверку годного или негодного СИ является случайным событием. Поэтому для анализа достоверности поверки используем вероятностный аппарат. Обозначим вероятность того, что поступивший на поверку экземпляр является годным через Р_г, а вероятность того, что он объективно не годен через Р_н. Очевидно, что эти два варианта составляют полную группу событий. Таким образом, мы можем записать

Р_Г + Р_Н = 1 (1.16)

В результате поверки годных СИ часть их может быть ошибочно забракована, а остальные выпущены в обращение. Обозначим вероятности этих исходов, как Р_ГВ и Р_ГБ. Тогда

Р_ГВ + Р_ГБ = 1 (1.17)

В силу неполной достоверности поверки такие же исходы возможны и для негодных СИ:

Р_НВ + Р_НБ = 1 (1.18)

Полная вероятность того, что поступивший на поверку экземпляр будет выпущен в обращение, равна

Р_В = Р_ГР_ГВ + Р_НР_НВ (1.19)

А полная вероятность того, что он будет забракован, равна:

Р_Н = Р_НР_НБ + Р_ГР_ГБ (1.20)

Очевидно, что

Р_В + Р_Н = Р_ГР_ГВ + Р_НР_НВ + Р_НР_НБ + Р_ГР_ГБ = 1 (1.21)

Исходы правильной (Р_ПП) и неправильной поверки (Р_НП) имеют следующие вероятности:

Р_ПП = Р_ГР_ГВ + Р_НР_НБ, (1.22)

Р_НП = Р_НР_НВ + Р_ГР_ГБ (1.23)

Различные неправильные исходы имеют совершенно разные последствия и затрагивают интересы, как потребителей, так и производителей. Если забракован ошибочно годный экземпляр, то это приводит к экономическому ущербу производителя. Реально оценить ущерб потребителя в виду большого разнообразия измерительных задач практически невозможно. В отдельных случаях ущерб от одного измерения может превзойти ущерб от использования многих бракованных приборов. Далее следует учитывать, что вероятность выпуска с поверки отдельных негодных экземпляров может сильно отличаться от средней вероятности Р_НВ описываемых выше.

Рассмотрим следующий пример. Пусть поверяемое СИ имеет только систематическую погрешность _п, а эталонное только случайную погрешность ₀, которая распределена по нормальному закону:

(1.24)

где  известное значение дисперсии погрешности ₀.

Поверка производиться путем одновременного измерения значения величины X поверяемым и эталонным СИ. Измеренная погрешность в соответствии с (1.15) равна

_и = _п  ₀ (1.25)

Она может быть описана распределением вероятностей

(1.26)

Как видно из формул (1.24) и (1.26), распределение Р₂ (_и) имеет тот же вид, что и Р₁(₀), однако его центр смещен в точку _п, как показано на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7

Средство измерения признается годным, если измеренная погрешность _п_max, где _max  максимально допустимая погрешность.

При этом распределение Р₂(_и) занимает положение, как показано на рисунке 1.7. Из этого рисунка видно, что имеется ненулевая вероятность ошибочного забракования годного СИ, которая равна площади, лежащей под кривой распределения Р₂ правее точки _max (на рисунке заштрихованной), которая равна

(1.27)

Из рисунка 1.7. видно, что чем меньше значение погрешности _п, тем левее располагается центр распределения Р₂ и тем меньше вероятность ошибочного забракования.

 называется условной вероятностью забракования СИ при условии, что его погрешность равна _п.

Для годного СИ наибольшая условная вероятность забракования имеет место при _п = _max. Когда заштрихованная площадь под кривой распределения Р₂^ составит половину всей площади под кривой распределения.

Для этого случая, когда _п = _max, вероятность ошибочного забракования равна 0,5 и не зависит от дисперсии погрешности эталонного СИ.

Рассмотрим случай, когда СИ объективно негодное. В этом случае значение _п располагается правее линии _max, как показано на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8

Условная вероятность забракования негодных СИ, выражаемая незаштрихованой площадью под кривой распределения Р₂, обычно больше 0,5. Однако заштрихованная площадь представляет условную вероятность выпуска негодного СИ, как годного. Эта вероятность равна

(1.28)

Наибольшее значение этой вероятности будет при _п несущественно большем, чем _max. Причем Р_ов = 0,5 при _п = _max.

На рисунке 1.9 приведены графики зависимостей , которые называются оперативными характеристиками метода поверки и характеризуют его качество.

Рисунок 1.9

Наличие у этих характеристик значений Р_ов(_п = _max) = Р_об(_п = _max) = 0,5 свидетельствует о низкой достоверности поверки. Для повышения качества поверки иногда вводятся суженые (более узкие) контрольные нормативы, когда решение о забраковании СИ принимается, когда

>(_max  h), причем h>0. (1.29)

При этом оперативные характеристики смещаются, как показано на рисунке 1.10, и значения при _п = _max становятся более приемлемыми.

Рисунок 1.10

Однако для того, чтобы уменьшить Р_ов до малых значений требуется достаточно большое отношение h/₀. (Например, для Р_ов = 0,1 необходимо h/₀ = 1,25, а для Р_ов = 0,01 необходимо h/₀ = 2,33).

Отрицательным следствием сужения контрольных нормативов является резкое возрастание вероятности ошибочного забракования. Чтобы этого избежать, нужно применять эталонные СИ более высокой точности при умеренных сужениях нормативов. Для этой цели в ряде случаев целесообразно перейти от однократных измерений к многократным. При n измерениях распределение среднего погрешности уменьшается в раз. Например для Р_ов = 0,1 при n = 1, отношение h/₀ = 2; Р_ов = 0,1 при n = 41, отношение h/₀ = 0,2; Р_ов = 0,1 при n = 164, отношение h/₀ = 0,1.

Одним из основных показателей достоверности поверки является соотношение допускаемых погрешностей эталонных и поверяемых СИ. В идеале это соотношение должно быть 1:10. Однако его достижение на практике связано с большими экономическими затратами. Наиболее приемлемое соотношение 1:5, а минимально допустимым считается соотношение 1:3. Чем выше это соотношение, тем выше достоверность поверки.

1.5.5 Выбор количества и расположения поверяемых точек

Выбор количества точек и их конкретные значения зависят от свойств поверяемого СИ и указываются в нормативном документе по поверке. Как правило, поверка производится на краях (начало и конец) диапазона, в середине диапазона и нескольких других точках. Обычно число точек на диапазон не превышает 5 – 6. Для аналоговых СИ поверяемые точки выбираются из числа значений входного сигнала, соответствующих числовым отметкам шкалы.

Выбор числа поверяемых точек и расположение их для вновь разработанных СИ проводится следующим образом.

Число и расположение поверяемых точек по диапазону измерения определяется характером функции _max(х), представляющей собой зависимость максимально возможных абсолютных значений систематической погрешности от влияющей величины.

Для СИ, имеющих более плавный вид зависимости погрешности от влияющей величины (рисунок 1.11, а), поверка может проводиться в реже расположенных точках, т.к. в этом случае значения погрешности взаимно связаны в сравнительно больших интервалах влияющей величины. При быстро изменяющейся зависимости (х) (рисунок 1.11, б), поверка должна проводиться в чаще рассмотренных точках.

а) б)

Рисунок 1.11

Для однотипных приборов качественный характер и скорость изменения рассматриваемых зависимостей, как правило, приблизительно одинаковый, поскольку они определяются типичными схемой прибора, принципом его действия и методиками регулировки. Поэтому для таких приборов выбирается одно и то же количество и одни и те же значения поверяемых точек.

Как решается задача количественного значения поверяемых точек?

Эта задача решается на основе выявления наибольшей скорости изменения погрешности путем разложения реальной зависимости по ортогональным гармоническим составляющим и выявления наивысшей составляющей, имеющей относительно большую величину. Для этого производится вычисление коэффициентов ряда Фурье

. (1.30)

Ряд Фурье строится для зависимости погрешности от влияющей величины

, (1.31)

где _x  ширина диапазона;

C_k  амплитуда k-ой гармоники.

Пусть наибольший номер гармоники, имеющей амплитуду, не меньшую, чем 10 % от наибольшей амплитуды гармоники, равен k. Тогда число поверяемых точек М берется равным

М=(3  4)k (1.32)

Поверяемые точки располагаются в диапазоне, как правило, равномерно.

Как определяется зависимость (х)?

При возможности достаточно строгого определения зависимости (х) для анализа используется эта расчетная зависимость. Причем для анализа выбирается зависимость с наибольшей скоростью изменения.

Если же теоретически рассчитать такую зависимость не представляется возможным или целесообразным, для гармонического анализа используются экспериментально снятые зависимости для достаточно большого числа экземпляров СИ. Значение k берется равным наибольшему из полученных для отдельных экземпляров значений.

Выбор нормируемой зависимости _max производится следующим образом. На основе исследования экспериментальных зависимостей (х) для представительной выборки СИ строится огибающая индивидуальных зависимостей всех экземпляров СИ. К полученной таким образом огибающей прибавляется величина уширения нормы, определяемая из условия обеспечения достоверности поверки, подобная величине h, рассмотренной в п.1.5.4. Но в случае поверки в диапазоне эта величина может оказаться зависящей от влияющего параметра х так же, как и огибающая. Полученная в результате этого зависимость

_max(х) = (х) + h(х) (1.33)

и является зависимостью, которая подлежит нормированию. Однако для обеспечения единообразия форм выражение норм и удобства их использования эту характеристику желательно аппроксимировать одной типовой аналитической зависимостью из некоторого набора.

Примером таких зависимостей, которые удовлетворяют потребностям радиоэлектронных измерений, являются:

1. ступенчатая аппроксимация:

2. степенная аппроксимация:

y=k∙nⁿ;

3. линейная аппроксимация:

y=k∙n;

4. аппроксимация рациональными функциями трех видов:

y₁ = a₀ + a₁x₁ + a₂x₂

y₂ = a₀ + a₁x₁ + b₁ / x₂ ,

y₃ = a₀ + b_{1 /} x₁ + b₂ / x₂

где d₁, d₂, d₃, d₄, k, a₀, a₁, a₂, b₁, b₂ – постоянные коэффициенты.

Признаком правильной аппроксимации является незначительное увеличение погрешности во всех точках по сравнению с _max(х).

Если же невозможно достаточно точно аппроксимировать с помощью типовых зависимостей, то используют другие аналитические зависимости или задают эту функцию в виде графиков или таблиц.

Как влияет количество поверяемых точек на вероятностные характеристики поверки?

Количество поверяемых точек значительно влияет на вероятностные характеристики поверки. Если годный прибор может быть ошибочно забракован, даже при поверке в одной точке, то при М поверяемых точках вероятность такой ошибки значительно возрастает.

При вероятности забракования годного прибора Р_ГБ средняя вероятность его забракования в М точках будет равна

Р_ГБМ = 1  Р_ГВ^М = 1  (1  Р_ГБ)^М, (1.34)

где Р_ГВ, Р_ГБ – средние вероятности для поверки в одной точке.

Например, для Р_ГБ = 0,05 и Р_ГБ = 0,1 (при М = 1) значения Р_ГБМ будут равны:

М	1	2	5	10	20
РГБМ (РГБ = 0,05)	0,05	0,1	0,23	0,4	0,64
РГБМ (РГБ = 0,1)	0,1	0,19	0,41	0,66	0,88

С другой стороны, т.к. негодное СИ может быть выпущено лишь при условии совместной ошибки поверки во всех М точках диапазона, средняя вероятность этой ошибки резко убывает с увеличением М:

Р_НВМ = Р_НВ^М (1.35)

Например, для Р_НВ = 0,05 и Р_НВ = 0,1 (при М = 1) значения Р_НВМ будут равны:

М	1	2	5	10
РНВМ (РГБ = 0,05)	0,05	0,0025	3*10-7	10-13
РНВМ (РГБ = 0,5)	0,5	0,25	3*10-2	10-3

Из этого примера видно, что даже при 5 поверяемых точках можно иметь низкую Р_НВМ даже при высокой Р_НВ = 0,5.

Из формул (1.35), (1.36) и примеров видно, что при М1 вероятности Р_НВ и Р_ГБ неравноценны, и поэтому для них должны установиться разные числовые значения, если требуется одинаковая вероятность исходов поверки в М точках.

1.6 Калибровка СИ

В настоящее время в Республике Беларусь действуют следующие НД по калибровке:

 СТБ 8.014-2000 СОЕИ РБ. Калибровка СИ. Организация и порядок проведения;

 МИ 2552-99. Рекомендация. ГСИ. Применение руководства по выражению неопределенности измерений.

1.6.1 Сущность калибровки и ее отличие от поверки

Калибровка СИ – совокупность операций, которые служат для установления при определенных условиях соотношения между показаниями измерительных приборов или измерительных систем, или значениями величин, воспроизводимых материальной мерой или стандартным образцом, и соответствующими значениями величин, воспроизводимых эталоном.

Цель калибровки  определение действительных значений метрологических характеристик СИ и принятие владельцем на основе полученных результатов решения об их применении.

Ранее использовалось следующее определение калибровки.

Калибровка СИ – это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению СИ, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

Под пригодностью СИ подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые могут содержаться в нормативных документах или определяться заказчиком. Вывод о пригодности делает калибровочная лаборатория.

При калибровке берется конкретное СИ и с помощью эталонных и (или) вспомогательных СИ определяются действительные показания этого средства в конкретной точке или точках или диапазоне. И это значение приписывается данному СИ. Причем эти действительные значения могут быть установлены для конкретных реальных условий эксплуатации, а могут быть безотносительно к ним.

С метрологической точки зрения калибровка отличается от поверки тем, что при калибровке мы определяем действительные значения метрологических характеристик и приписываем их калибруемому СИ, а при поверке мы определяем, находятся ли метрологические характеристики в пределах допустимых для них норм.

1.6.2 Понятие неопределенности

Международный словарь по метрологии определяет неопределенность измерений как параметр, который характеризует область значений, которые могут приписываться измеряемой величине с помощью проведенного измерения.

Из данного определения следует, что неопределенность измерения выражает количественно силу доверия к результату измерения.

Являясь количественной мерой качества соответствующего результата измерения, неопределенность дает возможность пользователю оценить надежность результата измерения для того, чтобы примерно сравнить результаты различных измерений.

Руководство по выражению неопределенности дает следующее определение неопределенности.

Неопределенность измерения есть параметр, связанный с результатом измерения, который характеризует дисперсию значений, которые могли быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Обычно неопределенность включает много составляющих. Многие из этих составляющих могут быть оценены из статистического распределения результатов ряда измерений и могут характеризоваться экспериментально снятыми отклонениями. Другие составляющие можно оценить, исходя из опыта работы или другой информации.

Существуют и другие определения неопределенности. Такие, как:

1) мера возможной погрешности оцененного значения измеряемой величины, полученной как результат измерения;

2) оценка, характеризующая диапазон значений, в пределах которого находится истинное значение измеряемой величины.

Однако не зависимо от того, на какое определение мы ориентируемся, составляющие неопределенности всегда оцениваются с использованием тех же самых данных и имеющейся информации.

На практике существует много возможных источников неопределенности при измерениях:

1) неадекватное знание эффектов от условий окружающей среды, влияющих на измерения, или несовершенное измерение параметров окружающей среды;

2) субъективные систематические погрешности оператора при снятии показаний с аналоговых приборов;

3) конечная разрешающая способность прибора или порог чувствительности;

4) неточные значения, приписанные эталонам, которые используются при калибровке;

5) неточные значения констант и других параметров, полученных от внешних источников и используемых в алгоритме обработки данных;

6) неточности аппроксимаций (неточности или упрощения математических моделей), которые используются в методе измерений и методике выполнения измерений.

По рекомендации рабочей группы неопределенности группируют в две категории А и В в соответствии с методами их оценки.

Оценка неопределенности по типу А  метод оценивания неопределенности путем статистического анализа ряда наблюдений.

Оценка неопределенности по типу В  метод оценивания неопределенности другим способом, чем статистический анализ ряда наблюдений.

1.6.3 Организация и порядок проведения калибровки в РБ

1.6.3.1 Общие положения калибровки

Калибровка проводится для СИ, допущенных к применению на территории республики в соответствии с СТБ 8001 и СТБ 8004. В том числе, для СИ:

 специального назначения, которые решают конкретную измерительную задачу в конкретных областях;

 применяемых в ограниченном диапазоне или функциональные возможности которых используются не в полном объеме;

 требующих определения метрологических характеристик в реальных условиях эксплуатации.

Калибровка СИ проводится лицами, прошедшими обучение и аттестованными в порядке, установленном Госстандартом.

Периодичность калибровки СИ, т.е. межкалибровочный интервал, устанавливается владельцем с учетом рекомендаций калибровочной лаборатории. Научно-методическое руководство работами по калибровке, а также регистрацию типовых методик по калибровке осуществляет БелГИМ. Стоимость калибровки для сторонних организаций устанавливается на договорной основе.

Контроль за применением СИ, прошедших калибровку, осуществляет метрологическая служба субъекта хозяйствования. А надзор за деятельностью калибровочных лабораторий осуществляет орган по аккредитации калибровочных лабораторий.

Надзор за отнесением СИ к подлежащим калибровке осуществляют органы Государственного метрологического надзора. Эталоны и вспомогательные СИ, применяемые при калибровке, подлежат Государственному метрологическому надзору.

1.6.3.2 Порядок проведения калибровки

Калибровку СИ осуществляют аккредитованные калибровочные лаборатории. Аккредитация осуществляется в порядке, установленном Госстандартом.

СИ представляют на калибровку вместе с эксплуатационными документами и (или) документом, в котором установлены его метрологические характеристики. Таким документом может быть свидетельство о поверке, свидетельство о метрологической аттестации, свидетельство о калибровке, письменно изложенные владельцем требования к метрологическим характеристикам СИ.

Калибровка СИ проводится по типовым методикам калибровки зарегистрированным в БелГИМе, либо по методикам, утвержденным руководителем калибровочной лаборатории. Методики калибровки разрабатываются в соответствии с требованиями СТБ 8004. Требования к методикам калибровки аналогичны требованиям к методикам поверки, изложенным в п.1.5.3.

Порядок проведения калибровки включает в себя:

1) рассмотрение заявки с целью определения технических возможностей проведения калибровки в соответствии с требованиями заказчика;

2) разработку и согласование (при необходимости) методики калибровки с заказчиком;

3) проведение калибровки и оформление результатов калибровки.

Результаты калибровки регистрируются в протоколах, установленных в методике калибровки. Эти результаты в обязательном порядке должны быть представлены в свидетельстве о калибровке. Положительные результаты калибровки оформляются оттиском калибровочного клейма и выдачей свидетельства о калибровке. При отрицательных результатах калибровки (при несоответствии полученных результатов заявленным владельцем требованиям) выдается протокол или выписка из протокола, в котором указывают причины несоответствия.

1.6.3.3 Оформление и содержание свидетельства о калибровке и его последующих страниц

Последующие страницы свидетельства должны содержать:

 метод проведения калибровки;

 перечень СИ и вспомогательного оборудования, применяемых при проведении калибровки с указанием типов, метрологических характеристик, заводского номера и даты проведения последней метрологической аттестации и (или) поверки;

 сведения об объемах калибровки (объем ограниченный или расширенный);

 точки диапазона измерений и количество измерений в них, а при необходимости описание процедуры подготовки к калибровке;

– условия проведения калибровки (температура, влажность, атмосферное давление, напряжение питания и т.д.);

 алгоритм обработки результатов измерений при калибровке;

 результаты измерений, а также результаты калибровки, которые могут быть представлены в аналитической, табличной или графической формах.

Оформление каждой последующей страницы свидетельства о калибровке и приложения (если имеются) должны содержать номер свидетельства, дату калибровки, номер страницы и подпись лица, проводившего калибровку.

1.6.4 Российская система калибровки

В России калибровка заменила ранее существовавшую ведомственную поверку и аттестацию. В отличие от поверки, которую осуществляют органы ГМС, калибровка  это добровольная операция, ее может проводить любая метрологическая служба или даже физическое лицо при наличии надлежащих условий для квалифицированного выполнения этой операции. Несмотря на добровольный характер, при калибровке должна обязательно осуществляться "привязка" рабочего СИ к государственному или национальному эталону.

В России возможны следующие варианты организации калибровочных работ:

1 Предприятие самостоятельно организует у себя проведение калибровочных работ и не аккредитуется ни в какой системе.

2 Предприятие аккредитуется в Российской системе калибровки (РСК) и с целью повышения конкурентоспособности своей продукции.

3 Предприятие аккредитуется в РСК с целью выполнения калибровочных работ на коммерческой основе.

4 Предприятие, аккредитующееся на право проведения поверки, одновременно аккредитуются на право проведения калибровочных работ по тем же видам или областям измерений.

5 Метрологические институты и органы ГМС регистрируются в РСК одновременно, как органы аккредитации и как калибровочные организации.

6 Предприятие аккредитуется в зарубежной калибровочной службе открытого типа.

РСК строится на следующих принципах:

1) добровольность вступления;

2) обязательность передачи размеров единиц от государственных эталонов рабочим СИ;

3) технической компетенции;

4) самоокупаемости.

Основной проблемой РСК является ее нормативное обеспечение. Структура российской РСК представлена на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12

1.7 Определение межповерочных и межкалибровочных интервалов СИ

1.7.1 Общие положения

Межповерочный интервал (МПИ) – промежуток времени или наработка между двумя последовательными поверками (калибровками) СИ. По истечении этого срока СИ должны быть направлены на поверку независимо от их технического состояния.

Различают три вида МПИ.

1 Единый для всех СИ данного вида интервал устанавливается на основе нормативных документов на этот вид СИ. В этом случае МПИ устанавливается органами ГМС при утверждении типа по результатам испытаний.

2 Индивидуальный интервал, установленный в соответствии с конкретными условиями эксплуатации СИ данного типа в организациях и на предприятиях. Если назначенный интервал не совпадает с интервалом, указанным в НД на данный тип, то его необходимо согласовать с органами Государственной или ведомственной метрологической службы. Для СИ, которые не подлежат госнадзору, этот интервал устанавливает метрологическая служба юридического лица.

3 Индивидуальные МПИ для СИ, предназначенных для ответственных измерительных операций. Индивидуальные МПИ предусмотрены также для эталонов.

По порядковому номеру поверки с начала эксплуатации различают первый МПИ, второй МПИ, и т.д. Причем эти интервалы могут оставаться постоянными, либо изменяться в процессе эксплуатации СИ.

Значение первого МПИ определяется разработчиком СИ, вноситься в эксплуатационную документацию и утверждается при проведении государственных приемочных испытаний типа или сертификации. В процессе эксплуатации СИ МПИ может корректироваться организациями, осуществляющими поверку с учетом результатов поверки. МПИ устанавливают в календарном времени для СИ, изменение метрологических характеристик которых обусловлено старением (т.е. не зависит от интенсивности эксплуатации СИ), и в значениях наработки, для СИ изменение метрологических характеристик которых является следствием износа элементов СИ (т.е. зависит от интенсивности эксплуатации). Значение МПИ целесообразно определять в месяцах эксплуатации или наработки из ряда 0,25; 0,5; 1;2; ...; 11; 12; 15; 18; 21; 30 и т.д. через 6 месяцев.

При определении интервала между калибровками или поверками в других единицах (часах или сутках) также рекомендуется пользоваться этим рядом.

1.7.2 Критерии для определения МПИ

Для расчета, корректировки и оптимизации МПИ используются критерии двух видов: показатели метрологической надежности (нестабильности) и экономический критерий оптимальности МПИ, обеспечивающий максимальный экономический эффект от эксплуатации СИ.

В качестве показателей метрологической надежности используются следующие:

 вероятность работы без метрологических отказов Р_М(t) за интервал времени t;

 интенсивность метрологических отказов λ_М;

 наработка на отказ Т₀.

Под метрологическим отказом понимается отказ СИ, состоящий в потере его метрологической исправности. Скрытый метрологический отказ  отказ СИ, который можно обнаружить только при очередной поверке или калибровке.

Экономическим критерием оптимальности МПИ является условный минимум экономических издержек при эксплуатации СИ, зависящих от МПИ. Эти издержки складываются из убытков из-за нестабильности СИ и расходов, связанных с поверкой и ремонтом СИ, забракованных при поверке.

1.7.3 Методика определения МПИ

Методика определения МПИ строится следующим образом:

1) формируют "однородные" группы СИ. В них включают не менее 30 экземпляров на основании общности следующих факторов: показателей надежности, условий эксплуатации, интенсивности эксплуатации и допускаемой вероятности безотказной работы;

2) назначают первый МПИ для каждой группы;

3) собирают и обрабатывают статистическую информацию о поведении СИ каждой однородной группы в конкретных условиях эксплуатации в течение назначенного МПИ и определяют статистические данные о показателях надежности;

4) оценивают правильность ранее назначенного МПИ и, при необходимости, его корректируют (увеличивают или уменьшают);

5) собирают и обрабатывают статистическую информацию о поведении СИ каждой группы за весь период эксплуатации.

1.7.3.1 Назначение первого МПИ

Первый МПИ устанавливается расчетным путем, если известны показатели метрологической надежности или стабильности СИ. При отсутствии числовых данных показателей надежности первый МПИ назначают, исходя из опыта работы ("технической интуиции") в области данных измерений, учитывая:

1) принцип действия СИ;

2) МПИ аналогичных СИ;

3) интенсивность эксплуатации СИ;

4) влияние окружающей среды;

5) точность методики поверки и т.д.

1.7.3.2 Методы количественного обоснования МПИ

1 Если метрологическая надёжность нормируется в виде вероятности работы без метрологических отказов Р_М(t) за достаточно продолжительный период времени и значение этой вероятности соответствует эффективности применения СИ, то в качестве межповерочного интервала берут время t, на которое нормируется этот показатель. Это самый простой и корректный метод определения межповерочных интервалов. Допустимую вероятность работы без метрологических отказов выбирают из ряда 0,80; 0,85; 0,9; 0,95; 0,99, в зависимости от ответственности измерения. Для СИ, участвующих в технологических процессах, значение Р_М определяют при отработке технологических процессов, а также при анализе их экономической эффективности. Для СИ не участвующих в технологических процессах Р_М устанавливает метрологическая служба предприятия.

2 Если известна наработка на отказ Т₀, то первый межповерочный интервал Т₁ рассчитывают по формуле

Т₁ = Т₀ ln Р_М. (1.36)

3 Если известен закон распределения наработки СИ до метрологического отказа, то первый межповерочный интервал определяют из условия:

1  F(t) = P_M, (1.37)

где Р_М  заданное значение вероятности работы без метрологических отказов за первый межповерочный интервал.

Если закон распределения экспоненциальный

, (1.38)

то первый межповерочный интервал равен

_, (1.39)

где λ_М  интенсивность метрологических отказов.

При других законах распределения задача определения Т₁ решается численными методами на ЭВМ.

Последующие межповерочные интервалы (второй, третий и т.д.) определяются из условия

, (1.40)

где t_k  момент очередной поверки.

Причем

,

где к = 2,3,…

При экспоненциальном законе распределения t_k будет равно

. (1.41)

Подставив (1.41) в (1.40), получим

. (1.42)

Из выражения (1.42) видно, что при экспоненциальном законе распределения длительность межповерочного интервала T_k не зависит от порядкового номера этого интервала.

При других законах распределения значение, T_k как правило уменьшается при увеличении k.

1.7.3.3 Корректировка МПИ в процессе эксплуатации СИ

В процессе эксплуатации СИ проводят накопление статистической информации с целью определения количественных показателей надёжности и установления количества забракованных СИ n_т от общего числа СИ однородной группы N_т в течении межповерочного интервала Т. При обработке статистической информации учитывают только "скрытые" отказы, выявленные при очередной поверке, которые не могут быть обнаружены в процессе эксплуатации СИ.

После поверки всех СИ однородной группы проводят обобщение информации и расчёт показателей надёжности. Статистические значения вероятности безотказной работы , интенсивности отказов и наработки на отказ вычисляют по следующим формулам

, (1.43)

, (1.44)

. (1.45)

где T_Oi  наработка на отказ i-го СИ в однородной группе.

Оценку правильности ранее назначенного межповерочного интервала проводят с доверительной вероятностью 0,80 по формуле

. (1.46)

При выполнении условия (1.46) межповерочный интервал оставляют неизменным до очередной поверки. Если же условие (1.46) не выполняется, то межповерочный интервал корректируют в соответствии с уравнением

(1.47)

где коэффициент коррекции C определяется из выражения

(1.48)

1.7.3.4 Оптимизация МПИ по экономическому критерию

Межповерочный интервал играет существенную роль в формировании затрат и эффекта, связанных с эксплуатацией СИ. Экономическим критерием оптимальности межповерочного интервала является условный минимум экономических издержек эксплуатации СИ, зависящих от межповерочного интервала. Эти издержки складываются из убытков из-за метрологической нестабильности или неисправности СИ и расходов, связанных с проведением поверок и ремонтов СИ, забракованных при поверке.

Средние экономические издержки эксплуатации СИ в единицу времени W(T_i) при межповерочном интервале, равном T_i вычисляют по формуле

, (1.49)

где C₁(x)  средние экономические потери из-за погрешности измерений, отнесённые к единице времени при условии, что MX (или погрешность) равна X;

С₂  средние расходы потребителя СИ, понесённые в связи с проведением одной поверки;

С₃  средние расходы потребителя СИ, понесённые в связи с проведением одного ремонта.

– средняя доля СИ, забракованных при поверке;

Р_МИ – вероятность метрологической исправности СИ в момент очередной поверки.

Значение C₁ зависит от области применения СИ.

Так при применении СИ для контроля качества продукции C₁(x) будет равно

, (1.50)

где q_ПБ и q_ЛБ – средний экономический ущерб в единицу времени из-за пропущенного брака и ложного брака соответственно;

Р_ПБ(х) и Р_ЛБ(х) – условные вероятности пропущенного и ложного брака соответственно при условии, что MX или погрешность равна X.

При применении СИ в системе автоматического управления, учёта материальных ресурсов, а также решений других задач, эффективность выполнения которых тем выше, чем меньше погрешность измерений

. (1.51)

При применении СИ в системах аварийной защиты, сигнализации, для решения других задач, выполнение которых обусловлено метрологической исправностью СИ:

. (1.52)

Значения С₂ и С₃ зависят от того, проводится поверка в сторонней организации или силами своей организации.

При проведении поверки или ремонта в сторонней организации С₂ (С₃) складываются из цены поверки или ремонта, транспортных расходов и недополученной прибыли из-за изъятия СИ из производственного процесса на период проведения поверки или ремонта.

При проведении поверки или ремонта в своей организации С₂ (С₃) складываются из себестоимости поверки или ремонта, а также из недополученной прибыли в связи с изъятием СИ.

После того, как определились с исходными данными, выбирают значение Т₁ из членов ряда (см. 1.7.1) и по формуле (1.49) вычисляют средние экономические издержки эксплуатации W(T_i).

Затем вычисляют значение W(T₂) и W(T₃) для значений Т₂ и Т₃, ближайших к T₁ членов ряда, т.е. Т₂< T₁< T₃.

Если при этом W(T₁)<W(T₂) и W(T₁)<W(T₃), то значение межповерочного интервала (МПИ) принимают равным T₁.

Если W(T₁)>W(T₂) и W(T₁)<W(T₃), то выбирают значение Т₄, ближайшее к Т₂. Соответственно определяют W(T₄).

Если же W(T₁)<W(T₂) и W(T₁)>W(T₃), то выбирают значение Т₄, ближайшее к Т₃. Вычисляют W(T₄).

Приближение выполняют до тех пор, пока W(T_i-1) < W(T_i-2) и W(T_i-1) < W(Ti). В этом случае за МПИ выбирается значение:

. (1.53)

1.7.4 Порядок установки и корректировки МПИ эталонов

Этот порядок регламентируется ГОСТ 8.565-99.

1.7.4.1 Критерии установления МПИ

В качестве критериев для установления МПИ эталонов следует выбирать показатели метрологической надежности или стабильности эталонов. Вид критерия определяется способом поверки эталона.

При первом способе поверки, заключающемся в установлении действительных значений эталона или его градуировки, критерием является предел допускаемых значений доверительных границ нестабильности эталона за МПИ ν_Р при заданной доверительной вероятности Р.

Причем, под ν_Р понимается верхняя и нижняя границы интервала, в пределах которого может изменяться MX эталона за установленный интервал времени с доверительной вероятностью Р.

При втором способе поверки, заключающемся в определении пригодности к применению эталона по критерию стабильности (с забракованием экземпляров, изменение действительного значения или градуировочной характеристики которых за МПИ превышает установленный предел допустимой нестабильности) и последующем установлении его действительного значения или градуировке, критерием является предел допускаемых значений вероятности метрологической исправности эталона в момент поверки Р_МИ.

Причем, под метрологической исправностью эталона понимается соответствие действительных характеристик его погрешностей установленным нормам.

При третьем способе поверки, заключающемся в определении пригодности эталона к применению по критерию точности, (с забракованием экземпляров, действительные значения погрешностей которых превышают допустимые пределы) критерием также является Р_МИ.

Численные значения критериев следует устанавливать с учетом значений характеристик погрешностей эталонов, указанных в государственной поверочной схеме (ГПС) измерений данного вида.

Значение нестабильности v_p для эталонов, поверяемых первым способом, должно устанавливаться с учетом других составляющих суммарной погрешности эталона так, чтобы СКО суммарной погрешности или доверительная погрешность эталона не превышали предела допускаемых значений, указанного в ГПС. Это означает выполнение следующих неравенств:

1) если в ГПС указывают S_∑, то

, (1.54)

где S – СКО случайной погрешности эталона;

n  число независимых наблюдений.

2) если погрешность эталона нормируют в виде доверительной погрешности эталона δ, то

, (1.55)

где – суммарная погрешность;

– квантиль распределения суммарной погрешности.

и вычисляются по следующим формулам

, (1.56)

, (1.57)

где и S  доверительная граница погрешности аттестации эталона при его сличениях с вышестоящим по поверочной схеме эталоном и ее СКО соответственно;

t  квантиль распределения Стьюдента.

Значение вероятности Р, соответствующее доверительным границам нестабильности v_p следует принимать равным значению, указанным в ГПС.

Значение Р_МИ эталонов, поверяемых вторым способом, рекомендуется принимать равным значению доверительной вероятности, указанной в ГПС.

Значение Р_МИ для эталонов, поверямых третьим способом, рекомендуется принимать равным 0,90÷0,95.

В обоснованных случаях для подчинённых эталонов допускается применять другие критерии установления межповерочных интервалов, такие как показатели надежности, экономический критерий оптимальности и некоторые другие комплексные показатели. Значения межповерочных интервалов следует выбирать в месяцах из следующего ряда: 1,2, ..., 10, 11, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36 и т.д. через шесть месяцев.

1.7.4.2 Требования к исходной информации для установления МПИ Эталонов

Исходной информацией для установления первоначального значения межповерочного интервала эталонов являются:

1) протоколы исследования эталонов на стабильность, устанавливающие доверительные границы показателей стабильности за заданный интервал и (или) проколы испытаний на надежность, устанавливающие значения показателей метрологической надежности;

2) расчеты межповерочных интервалов с учетом информации, указанной выше и режимов работы эталонов, представляемые организацией разработчиком;

3) данные о межповерочных интервалах эталонов-аналогов.

Исходной информацией для корректировки межповерочных интервалов в процессе эксплуатации эталонов являются:

1) результаты контрольных испытаний на надежность;

2) результаты периодических поверок.

1.7.4.3 Порядок установления и корректировки МПИ эталонов

Первый межповерочный интервал эталонов устанавливают при их утверждении или при проведении испытаний для целей утверждения типа. Этот интервал устанавливают органы ГМС на основе информации, указанной в 1.7.4.2. Если такая информация отсутствует или экспертиза признала ее неудовлетворительной, то временно устанавливают минимальный первый межповерочный интервал. Этот интервал указывают в НД на методику поверки эталона. В процессе эксплуатации эталона первичный межповерочный интервал может корректироваться с учетом режимов и условий их эксплуатации. Основанием для установления новых значений межповерочных интервалов являются результаты их предыдущих поверок и (или) материалы их исследования. Корректировку межповерочных интервалов осуществляют органы ГМС, осуществлявшие их поверку.

Новое значение межповерочного интервала должно быть согласовано с организацией хранителем эталона. В том случае, когда организация-хранитель эталона не согласна с предложением об изменении межповерочного интервала, результаты исследований передаются в государственные научные метрологические центры, которые проводят экспертизу и выносят окончательное решение.