1.6. Наукова основа забезпечення єдності вимірювань
Науковою основою забезпечення єдності вимірювань є метрологія – наука про вимірювання. У залежності від видів діяльності розрізняють:
теоретичну (фундаментальну) метрологію;
законодавчу метрологію;
практичну (прикладну) метрологію.
Головними завданнями сучасної метрології є [10]:
розвиток загальної теорії вимірювань, систем одиниць вимірювань, теорії точності і методів обробки результатів вимірювань;
подальше підвищення точності відтворення, зберігання і передачі розмірів одиниць вимірювань;
розробка методів оптимізації систем передачі розмірів одиниць від еталонів до робочих засобів вимірювальної техніки;
розширення номенклатури вимірюваних ФВ, частотних і динамічних діапазонів;
розробка і впровадження нових вимірювальних технологій на базі квантових ефектів, цифрової та обчислювальної техніки;
підвищення ефективності та надійності метрологічного забезпечення в країні;
гармонізація вітчизняної і світової метрології в усіх її аспектах.
1.7. Технічна основа системи забезпечення єдності вимірювань
Технічну основу системи ЗЄВ складають:
державні еталони одиниць вимірювань;
система передачі розмірів одиниць від еталонів до робочих ЗВТ;
сукупність усіх ЗВТ у країні з інфраструктурою їх обслуговування;
сукупність стандартних зразків складу та властивості речовин і матеріалів;
стандартні довідкові дані про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів.
Система державних еталонів
Стандартні
довідкові дані
Сукупність
стандартних зразків
Система
передавання розміру одиниць
Сукупність
робочих засобів вимірювальної
техніки
Рис. 1.2 . Структура технічної основи системи ЗЄВ
Вище було наведено визначення терміну “єдність вимірювань”. Наведемо ще одне з “Рекомендации по межгосударственной стандартизации” РМГ 29-99 [6], до якого приєдналась Україна (на мові оригіналу): “состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы”.
Таким чином, вищим технічним рівнем системи ЗЄВ є державні первинні еталони, а взаємозв’язок елементів технічної основи можна подати схемою (рис. 1.2).
Розглянемо основні елементи цієї системи.
1.7.1 Система державних еталонів
Визначення еталона в усіх міжнародних і вітчизняних документах має близький зміст і в Законі України “Про метрологію та метрологічну діяльність” сформульовано так:
еталон − засіб вимірювальної техніки, що забезпечує відтворення та/або зберігання одиниці вимірювання одного чи декількох значень, а також передачу розміру цієї одиниці іншим засобам вимірювальної техніки.
Таким чином, у визначенні еталона закладено три функції, яким повинен володіти еталон: відтворення одиниці, її зберігання і передача.
Перелічені вище основні функції еталона добре збігаються з вимогами до еталонів, сформульованими ще в 30−і роки минулого століття видатним вченим-метрологом М.Ф. Маліковим: «Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя тесно связанными друг с другом существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью».
Відтворення одиниць здійснюється одним із двох способів, що обирається, виходячи з техніко-економічної доцільності: централізовано – за допомогою єдиного для всієї країни державного еталона чи децентралізовано – коли необхідна точність відтворення може бути забезпечена за допомогою вимірювань, що виконуються в кількох органах метрологічної служби [7].
Централізовано відтворюють усі (окрім моля) основні одиниці Міжнародної системи SIі ряд похідних. Головними критеріями для централізованого відтворення похідних одиниць є: широка поширеність засобів вимірювань, які градуюються за даною одиницею; більша точність відтворення розміру одиниці за допомогою єдиного еталона; технічна можливість передачі розмірів одиниці від еталонів засобам вимірювань нижчої точності за повірочною схемою; недоцільність відтворення одиниць в кількох органах метрологічної служби.
Як показує світовий досвід, передові країни світу мають 100 − 120 первинних еталонів, в той час як кількість одиниць у різних галузях вимірювань становить кілька сотень і продовжує зростати. Сьогодні стало очевидним, що концепція “кожній одиниці – свій еталон” веде до глухого кута. Тому необхідна точність і задана ймовірність відтворення ряду одиниць забезпечується відомими співвідношеннями між одиницями, а при їх відсутності – дослідженнями зв’язку одиниць і параметрів, що використовуються в різних галузях, із загальноприйнятими в технічних і природних науках одиницями вимірювань.
У той же час для ряду особливо важливих одиниць потрібно мати кілька первинних еталонів, наприклад, для одиниці напруги – вольта: у світовій практиці створено еталони вольта для напруги постійного струму, кілька еталонів напруги змінного струму (в різних піддіапазонах частот), а також еталони для високої напруги (сотні кіловольт) постійного і змінного струму.
Нижче ці питання будуть розглянуті більш детально.