4. Метрологические характеристики средств измерений

Метрологические свойства СИ — это свойства, влияю­щие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной харак­теристикой и называются метрологическими характеристи­ками.

Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нор­мативной документацией, называются нормируемыми мет­рологическими характеристиками.

К основным метрологическим характеристикам относят­ся диапазон измерений и порог чувствительности.

Диапазон измерений — область значений величины, в пределах которых нормированы допускаемые пределы по­грешностей. Значения величины, ограничивающие предел измерений снизу или сверху, называют, соответственно, ниж­ним или верхним пределом измерений.

Порог чувствительности — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Например, если порог чувствитель­ности весов равен 1 г, то это означает, что заметное переме­щение стрелки весов достигается при таком изменении мас­сы, как 1 г.

Точность измерений СИ определяется их погрешностью.

Погрешность средства измерений — это разность между показаниями СИ и действительным значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической вели­чины неизвестно, то на практике пользуются ее действитель­ным значением. Для рабочего СИ за действительное значе­ние принимают показания рабочего эталона низшего разряда.

Погрешности СИ могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности:

• по способу выражения — абсолютные, относительные;

• по характеру проявления — систематические, случай­ные;

• по отношению к условиям применения — основные, до­полнительные.

Наибольшее распространение получили метрологичес­кие свойства, связанные с первой группировкой — с абсолют­ными и относительными погрешностями.

Абсолютная погрешность определяется по формуле:

ДХ_П=Х„ - Хо,

где АХ_П — погрешность поверяемого СИ; Х_п — значение величины, найденное с помощью поверяемого СИ; xq — по­казания рабочего эталона (действительное значение).

Например, при измерении массы на циферблатных ве­сах получено значение Х„=100г. За действительное значе­ние принято показание рабочего эталона Хо=101 г. Следова­тельно, погрешность весов составила:

ДХ_П=100- 101= -1 г.

Однако в большей степени точность СИ характеризует относительная погрешность (6), т. е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, измеряемой данным СИ:

100-

6=

5. Калибровка и поверка средств измерений

Калибровка средств измерений — это совокупность опе­раций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средств измерений, не подлежа­щих государственному метрологическому контролю и надзо­ру. Под пригодностью средств измерения подразумевается со­ответствие их метрологических характеристик ранее установ­ленным техническим требованиям, которые могут содержать­ся в нормативном документе или определяться заказчиком. Калибровку проводят калибровочные лаборатории, которые делают вывод о пригодности средств измерений.

В отличие от поверки, которую осуществляют органы государственной метрологической службы, калибровка мо­жет проводиться любой метрологической службой (или фи­зическим лицом) при наличии условий для квалифицирован­ного выполнения этой работы.

В соответствии с Федеральным законом «Об обеспечении единства измерений» калибровка носит добровольный харак­тер, поскольку относится к средствам измерений, не подлежа­щим Государственному метрологическому контролю (ГМК). Предприятия вправе самостоятельно решать вопрос о выборе форм контроля состояния средств измерений, за исключением тех областей применения средств измерений, за которыми государства всего мира устанавливают свой контроль — это здравоохранение, безопасность труда, экология и т. д.

Госстандарт России

Однако добровольный характер калибровки не освобож­дает метрологическую службу предприятия от необходимо сти соблюдать определенные требования. Рабочее средство измерений должно быть обязательно привязано к националь­ному (государственному) эталону. Таким образом, функцию калибровки следует рассматривать как составную часть наци­ональной системы обеспечения единства измерений. А так как принципы национальной системы обеспечения единства измерений гармонизированы с международными правилами и нормами, то калибровка включается в мировую систему обес­печения единства измерений.

Желание иметь конкурентоспособную продукцию побуж­дает предприятия иметь измерительные средства, дающие до­стоверные результаты.

Построение российской системы калибровки (РСК) (схе­ма 2) основывается на следующих принципах: добровольность вступления; обязательность получения размеров единиц от государственных эталонов рабочим средством измерений; про­фессионализм и техническая компетентность субъектов РСК; самоокупаемость.

Субъектами РСК являются:

• метрологические службы юридических лиц, аккредито­ванные на право калибровки средств измерений;

• государственные научные метрологические центры (мет­рологические институты Госстандарта России) и органы Государственной метрологической службы, зарегистри­рованные в РСК как аккредитующие органы, имеющие право аккредитовать метрологические службы юридиче­ских лиц на право калибровки средств измерений;

• Госстандарт России — центральный орган РСК, коор­динирующий деятельность субъектов РСК;

• совещательный орган РСК — Совет РСК, формирует и обсуждает проекты решений центрального органа РСК.

Вся деятельность субъектов РСК осуществляется на до­говорной основе. Основное звено РСК — калибровочная ла­боратория, которая должна быть аккредитована органом РСК.

Поверка средств измерений — совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической

Госстандарт России

Центральный орган РСК

Совет РСК

Научно-методический центр РСК

Регистрация органов аккредитации

Аккредитующие органы (государственные научные метрологические центры, органы Государственной метрологической службы)

Аккредитация

Металогические службы юридических лиц, аккредитованные на право проведения калиброчных работ

Аккредитация

Средства измерения

Схема 2. Схема российской службы калибровки

службы с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным обязательным требова­ниям. 18 июля 1994 г. вышел приказ Госстандарта «Об утвер­ждении «Порядка проведения поверки средств измерений» (см. приложение 5).

Средства измерений, подлежащие метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при прода­же и выдаче на прокат, а также при эксплуатации. Если сред­ство измерений по результатам проверки признано пригод­ным к применению, то на него и техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и выдается «Свиде­тельство о поверке» (см. приложение 6).

Существуют следующие виды поверки:

Первичная поверка — проводится для средств измере­ний утвержденных типов при выпуске их из производства, после ремонта.

Периодическая поверка проводится для средств изме­рений, находящихся в эксплуатации, через определенные межповерочные интервалы.

Внеочередная поверка проводится при необходимости подтверждения пригодности средства измерений к примене­нию в случае повреждения клейма или утери свидетельства о поверке.

Экспертная поверка проводится при возникновении раз­ногласий по вопросам, относящимся к метрологическим ха­рактеристикам, исправности средств измерений и пригоднос­ти их к применению.

Инспекционная поверка выполняется в рамках государ­ственного надзора или ведомственного контроля.

Руководители предприятий общественного питания не­сут ответственность за состояние весоизмерительного обору­дования. Они обязаны постоянно следить за соблюдением правил его эксплуатации, сроками поверки и клеймения их в органах госнадзора. Весы и гири к ним поверяют ежегодно, меры объема и длины — один раз в два года. Стеклянные мензурки и мерные кружки поверяют и клеймят только при выпуске из производства.

Поверка и клеймение измерительного оборудования про­водится в лабораториях, куда его доставляют предприятия. Стационарные и громоздкие весы клеймят на месте. Клеймо наносится на металлическую пробку или на металлическую пломбу. На стеклянных мерах объема клеймо наносится крас­кой или химическими реактивами, дающими несмываемое изображение. Клеймо, как правило, имеет форму круга, внут­ри которого изображена часть Государственного герба РФ, по­следние две цифры года клеймения, контрольные знаки (но­мер лаборатории, номер клейма, закрепленного поверителем). Поверка СИ проводится по заранее составленному графику (см. приложение 4).

Методы поверки (калибровки) и поверочные схемы

Допускается применение четырех методов поверки (ка­либровки) средств измерений: непосредственное сличение с эталоном; сличение с помощью компаратора; прямые изме­рения величины, косвенные измерения величины.

Метод непосредственного сличения поверяемого (калиб­ровочного) средства измерения с эталоном соответствующего разряда широко применяется для различных средств измере­ний. Достоинства этого метода в его простоте, наглядности.

Метод сличения с помощью компоратора основан на использовании прибора сравнения, с помощью которого сли­чаются поверяемое (калибруемое) и эталонное средства из­мерения.

Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в оп­ределенных пределах измерений. В целом этот метод анало­гичен методу непосредственного сличения, по методам пря­мых измерений производится сличение на всех числовых от­метках диапазона.

Метод косвенных измерений применяется, когда дей­ствительные значения измеряемых величин невозможно оп­ределить прямыми измерениями. Метод косвенных измере­ний обычно применяют в установках автоматизированной поверки (калибровки).

Поверочные схемы

Для обеспечения правильной передачи размеров единиц измерений от эталонов к рабочим средствам измерения со­ставляют поверочные схемы. Поверочная схема для средств измерений — это нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размеров единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче).

Поверочные схемы разделяют на государственные и ло­кальные. Государственные поверочные схемы распростра­няются на все средства измерений данного вида, применяе­мые в стране. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических органов министерств, распростра­няются они также и на средства измерений подчиненных пред­приятий. В каждой поверочной схеме регламентируется по­рядок (метод) передачи размера единицы.

Тема: Основы теории измерений

План: 1.Основной постулат метрологии 2.Факторы, влияющие на результат измерения

1.Основной постулат метрологии Основное уравнение измерения:

Q=X[Q],

где Q — значение величины;

X — числовое значение измеряемой величины в приня­той единице;

[Q] — выбранная для измерений единица.

Например, измеряется длина отрезка прямой в 10 см с помощью линейки, имеющей деления в сантиметрах и мил­лиметрах. Для данного случая

q! = 10 см при Х₁ = 10 и [Ол] = 1 см;

Q₂ = 100 мм при Х₂=100 и [Chi = 1 мм.

Применение различных единиц (1 см и 1 мм) привело к изменению числового значения результата измерений.

В качестве единицы измерения [Q] при измерении фи­зических величин выступает соответствующая единица Меж­дународной системы. Информация о ней заложена либо в гра­дуированной характеристике СИ, либо в разметке шкалы от-счетного устройства, либо в значении вещественной меры. Указанное уравнение является математической моделью по шкале отношений.

Теоретически отношение двух размеров должно быть вполне определенным. Но практически, при многократном измерении одной и той же величины постоянного размера,

результат получается все время различным. Это положение, установленное практикой, формулируется в виде аксиомы, являющейся основным постулатом метрологии: отсчет яв­ляется случайным числом.

С измерением связано такое понятие, как «шкала изме­рений».

Шкала измерений — это упорядоченная совокупность значений физической величины, которая служит основой для ее измерения. Это понятие можно пояснить на примере тем­пературных шкал.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной или реперной точки) — температура кипения воды. Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (гра­дус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатыр­ного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной (реперной) точки взята нормальная температура тела здоро­вого человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна +32°F, а тем­пература кипения воды +212°F. Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой таяния льда и кипения воды 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере проявляется роль принятой шкалы как в коли­чественном измерении измеряемой величины, так и в аспек­те обеспечения единства измерений.

Формула перевода температуры в градусах Фаренгейта в температуру в градусах Цельсия:

t°C=<j (t°F-32).

В метрологической практике известно несколько разно­видностей шкал: шкала наименований, шкала порядка, шка­ла интервалов, шкала отношений и др.

Шкала наименований — это своего рода качественная, а не количественная шкала, она не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов).

Шкала порядка характеризует значение измеряемой величины в баллах. Расстановка размеров в порядке их возра­стания или убывания с целью получения измерительной ин­формации по шкале порядка называется ранжированием. При­мерами таких шкал являются: знания студентов по баллам, землетрясения по 12-балльной системе, измерение силы вет­ра, твердости физических тел и т. п.

Шкала интервалов (разности) имеет условные нулевые значения. Отличается от шкал порядка тем, что по шкале ин­тервалов можно судить не только о том, что размер больше другого, но и на сколько больше. Такими шкалами являются шкала времени, шкала длины.

Шкала отношений имеет естественное нулевое значе­ние, а единица измерений устанавливается по соглашению. Например, шкала массы (веса), начинаясь от нуля, может быть градуирована по-разному в зависимости от требуемой точно­сти взвешивания (пример — бытовые и аналитические весы).