Тема 3 1 Забезпечення державної дисципліни і нагляд за дотриманням метрологічних правил

За функціональним призначенням геодезичні засоби вимірювань бувають кутомірні, дальномірні, висотомірні, комбіновані засоби вимірювань.

За місцем в перевірочній схемі ці засоби вимірів відносять до еталонів, робочих та допоміжних засобів вимірювань.

За областю застосування можна виділити топографічні, астрономогеодезичні, маркшейдерські, прикладні, контрольно-вимірювальних геодезичні засоби вимірювань.

За ступенем автоматизації виділяють візуальні, візуальні і автоматизовані засоби вимірювань.

За фізичною природою носіїв можна виділити механічні, оптикомеханічні, оптико-електронні, радіо-електронні засоби вимірювань.

За точністю виділяють високоточні, точні і технічні прилади; групу точних приладів іноді розбивають на дві підгрупи - підвищеної і середньої точності, а в групі технічних приладів виділяють прилади малої точності.

Класифікація приладів за конструктивними особливостями

найрізноманітніша. Беруться до уваги:

-типи відлікових пристосувань;

-схема передачі зображень поділок робочих заходів;

-система стабілізації візирної лінії зорової труби або відлікового індексу вертикального кола;

-тип зорової труби; - система осей;

-характер корекції аберацій оптичних систем;

-довжина хвилі електромагнітного випромінювання;

-діапазон масштабних частот і ін.

10 ЗАСОБИ ГЕОДЕЗИЧНОЇ МЕТРОЛОГІЇ

Поняття про повірочні схеми Повірочною схемою називають нормативний документ, що встановлює

порядок і методи передачі розмірів одиниць фізичних величин від еталонів робочим засобам вимірювань.

По області застосування перевірочні схеми поділяються на державні,

які діють в масштабі всієї країни, і локальні (ЛПС), призначені для застосування в масштабі галузі або окремого підприємства.

Залежно від призначення перевірочні схеми класифікуються за видами вимірювань: наприклад, повірочна схема для засобів вимірювання плоского кута або повірочна схема для засобів вимірювань довжини в діапазоні до 1 м.

Зберігання та передача розмірів одиниць здійснюються за допомогою еталонів. За точністю і призначенням еталони поділяються на первинні,

вторинні (робочі). Еталони робочі, які використовуються в перевірочній практиці, розрізняються розрядами: еталон 1-го розряду, еталон 2-го розряду тощо. Еталон, що стоїть на чолі повірочної схеми, називають вихідним еталоном (ІЕ).

Порядок побудови повірочних схем визначено ДСТУ. У загальному випадку перевірочні схеми мають типової структури (рис.3).

Рис. 3 Кожна повірочна схема має певну кількість ступенів, залежне від

кількості застосовуваних для передачі розміру одиниці розрядів еталонів, і певну кількість гілок, пов'язане з кількістю типів повіряються робочих засобів вимірювань. Зрозуміло, що чим вище точність еталонів, тим більше їх вартість. Для надійної повірки робочих засобів вимірювань за допомогою еталонів досить мати співвідношення їх похибок як 3: 1. Тому економічно вигідно застосовувати менш точні еталони, збільшуючи число їх розрядів і відповідно число ступенів повірочної схеми. Питання оптимальності числа ступенів може

бути вирішене при обліку вартості повірочних робіт і надійності передачі розміру одиниці.

Похибки методу передачі розміру одиниці в перевірочній схемі допускається не вказувати, якщо їх значення не перевищують 20% від похибки вивіреного засоби вимірювання.

Для геодезичних приладів ця ситуація цілком реальна, враховуючи можливості компенсації систематичних і випадкових складових методичним шляхом.

Похибки засобів вимірювальної техніки в повірочних схемах в метрології прийнято вказувати з довірчими ймовірностями 0,9-0,99. В геодезичній практиці основну метрологічну характеристику прийнято ставити середньоквадратичної похибкою (СКП), т. Е. Похибкою з довірчою ймовірністю 0,67.

Еталон передачі розміру одиниці і метод повірки утворюють щабель повірочної схеми. Число ступенів вибирають на підставі техніко-економічного аналізу елементів повірочної схеми.

Для групи однорідних засобів вимірювань число ступенів залежить від наступних факторів:

-загальної кількості засобів вимірювальної техніки, на які поширюється повірочна схема;

-кількості засобів вимірювальної техніки, яке може бути повірено протягом міжповірочного інтервалу;

-відносини похибок еталона і вивіреного засобів вимірювань;

-розрахункового відносини похибок засобів вимірювань, які перебувають на сусідніх щаблях повірочної схеми;

-частки часу, протягом якого еталон може бути використаний для повірочних цілей;

-кількості засобів вимірювальної техніки, що повіряються одночасно;

-часу, що витрачається на перевірку одного засобів вимірювальної

техніки.

Державна повірочна схема в області кутових вимірів

Державна повірочна схема для засобів кутових вимірювань регламентується ГОСТ 8.016-80 «ГСИ. Перевірочні схеми. Зміст і побудова ». Її фрагмент для подальшого застосування до теодоліта має вигляд, представлений на Рис.4:

Воснові вимірів плоского кута в діапазоні 360 ° лежить державний первинний еталон, що складається з комплексу засобів вимірювань, який відтворює одиницю із середнім квадратичним відхиленням не більше 0,01 "при систематичної похибки не більше 0,2" і застосовується для передачі розміру одиниці плоского кута робочим еталонам методом прямих вимірювань.

Вякості робочих еталонів служать Автоколімаційна установки і багатогранні кварцові призми. Середні квадратичні відхилення результатів звірення робочих еталонів з первинним еталоном складають 0,04 ". Еталони робочі застосовують для повірки еталонних кутомірних установок, багатогранних призм і автоколіматори 1-го розряду.

Рис. 4 Як повірочних кутомірних установок 1-го розряду використовують

автоколіматори в поєднанні з багатогранними призмами і екзаменаторами. Середні квадратичні похибки повірочних установок 1-го розряду при довірчій ймовірності 0,99 становлять 0,3 ". Перевірочні установки по ГОСТ 8.016-80 «ГСИ. Повірочні схеми. Зміст і побудова» застосовують для повірки високоточних теодолітів, що мають СКП вимірів не більше 1".

Державна перевірочна схема в області лінійних вимірювань

Схема передачі розміру одиниці довжини від державного первинного еталона одиниць довжини, часу і частоти робочим еталонам і еталонам, використовуваним в локальних перевірочних схемах для засобів лінійних геодезичних вимірювань, представлена на рис. 5.

Як еталон-копії застосовують интерференционную установку, що працює на використанні випромінювання частотно-стабілізованих лазерів в діапазоні до 1000 мм. Еталон-копія призначений для повірки штрихових мір довжини і геодезичних жезлів. Похибки засобів вимірювань дані на схемі з довірчою ймовірністю 0,99.

Крім первинного еталона в області великих довжин в умовах реальної атмосфери застосовується державний спеціальний еталон, що обумовлено повірочної схемою відповідно до ГОСТ 8.503-84 «ГСИ. Державна повірочна схема для засобів вимірювань довжини в діапазоні 24 - 75000 м ». В основу вимірювань довжини в зазначеному діапазоні в природних робочих умовах покладена одиниця, відтворена установкою вищої точності (УВТ), яка складається з наступних засобів вимірювальної техніки:

- набору лінійних базисів в діапазоні від 24 до 1000 м;

Вякості робочого еталона (РЕ) 1-го розряду в ЛПС використовується високоточний теодоліт з СКП вимірювань 0,6-0,8 ". Півроку теодоліта такого типу здійснюється на повірочної установки методом прямих вимірювань; практично можливе здійснення повірки також і в мережі тріангуляції на еталонному геодезичному полігоні.

Як РЕ 2-го розряду в ЛПС служать приціл стенд, що забезпечує СКП контрольних кутів не більше 2 ", і мережа мікротріангуляції геополігону, кути в якій повинні бути відомі з похибкою не більше 2-3". Їх перевірка здійснюється методом прямих вимірювань за допомогою високоточної теодоліта.

Коліматорний стенд може бути представлений гірляндою коліматорних труб, об'єднаних загальним масивною підставою і утворюють різні поєднання горизонтальних і вертикальних кутів (наприклад, відомі кутомірні коліматорні стенди КК-1, КК-05 Уральського оптико-механічного заводу або ЦНИИГАИК).

Унайпростішому ж випадку приціл стенд може бути організований об'єднанням двох коліматорів, що утворюють необхідний контрольний кут.

Для повірки теодолітів з СКП більше 15 "в ЛПС задіяний РЕ 3-го розряду, в якості якого виступає точний теодоліт з СКП вимірів не більше 5". Його перевірка забезпечується методом прямих вимірювань на коллиматорном стенді або в мережі мікротріангуляції геополігону.

У ЛПС для засобів вимірювань кута широкий набір робітників засобів вимірювань: високоточні, точні і технічні теодоліти. За місцем в перевірочній схемі можна виділити 5 основних гілок теодолітів:

високоточні з похибкою вимірювань 0,6-1 ", точні теодоліти (їх іноді називають-теодоліти підвищеної точності) з похибкою 1,5-3", точні теодоліти (теодоліти середньої точності) з похибкою 5-10 ", технічні теодоліти з похибкою вимірювання кутів 15-30 "і теодоліти малої точності.

Вякості робочих СІ в цю ж перевірочну схему можуть бути включені кутомірні частини тахеометрів (номограмних і електронних), а також нівелірів, забезпечених лімбом.

Основними методами повірки робочих засобів вимірювань в ЛПС є метод прямих вимірювань, звірення за допомогою кутомірного стенду (коліматорів, автоколіматори), а також метод незалежної перевірки (без використання еталонів). Повірка теодолітів виконується відповідно до нормативних документів або розділом «Методи і засоби перевірки» експлуатаційної документації приладів.

Міжповірочні інтервали для теодолітів приймають рівними 1-2 роки, і їх значення для конкретних типів приладів встановлюються метрологічними службами підприємств після узгодження з територіальними органами державної метрологічної служби.

Локальна повірочна схема для нівелірів

Вимірювання висот (перевищень) відносяться до лінійних вимірів, виконуваних за допомогою нівелірів в вертикальній площині, тому їх одиницею служить метр і його частинні одиниці.

Нівеліри випускаються відповідно до ГОСТ 10528-90 «Нівеліри. Загальні технічні умови». Локальна повірочна схема для нівелірів всіх видів і типів

включена в документ РД 68-8.17-98 «Локальні перевірочні схеми для засобів вимірювань топографо-геодезичного та картографічного призначення».

ЛПС для нівелірів (Рис. 8) містить 4 ступені, орієнтовані на обслуговування нівелірів з різними похибками - від 0,5 до 10 мм на 1 км подвійного нівелірних ходу. На чолі ЛПС варто вихідний еталон, в якості якого прийнято висотний стенд, що забезпечує відтворення одиниці перевищення з СКП не більше 0,2 мм. Повірка висотного стенду здійснюється органами державної метрологічної служби.

Рис. 8 Методом прямих вимірювань перевищень на висотному стенді

здійснюється перевірка робочого еталона 1-го розряду - високоточного нівеліра типу Н-05, що забезпечує вимір перевищень з СКП не більше 0,5 мм на 1 км подвійного нівелірних ходу. Методика роботи на висотному стенді описана в ГОСТ 10528-90 «Нівеліри. Загальні технічні умови ». Перевірку високоточного нівеліра можна також виконати шляхом прокладання замкнутого нівелірних ходу загальною довжиною не менше 6-8 км.

В якості робочого еталона 2-го розряду використовується нівелірний полігон з периметром не менше 6 - 8 км або еталонний хід довжиною 1 км, який може бути визначений багаторазово вивіреним приладом.

Повірка нівелірного полігону проводиться методом прямих вимірювань високоточним нівеліром з похибкою не більше 1,5 мм на 1 км подвійного ходу.

Робочі засоби вимірювань в даній локальній повірочної схемою представлені високоточними, точними і технічними нівелірами,

інструментальні похибки яких встановлені відповідно до ГОСТ 23543-88 «Прилади геодезичні. Загальні технічні умови» і ГОСТ 10528-90 «Нівеліри. Загальні технічні умови».

Слід зазначити, що переважне поширення набули нівеліри з горизонтальним променем візування. Як пристрої стабілізації візирної осі в них застосовуються бульбашкові рівні і оптико-механічні компенсатори. В останні роки з метою автоматизації процесу зчитування інформації по рейці отримали розвиток електронні нівеліри з цифровим відліком.

Серед основних методів повірки нівелірів знайшли застосування метод прямих вимірювань, а також незалежна перевірка з використанням замкнутих полігонів або висотного стенду (для високоточних нівелірів). Методика повірки нівелірів різних типів викладається в експлуатаційній документації в розділі «Методи та засоби повірки», а також в документі МІ БГЕІ 07-01 «Нівеліри. Методика повірки ».

Умови призначення міжповірочного інтервалів для нівелірів аналогічні умовам для теодолітів. Їх приймають рівними 1-2 роки, і їх значення для конкретних типів приладів встановлюються метрологічними службами підприємств після узгодження з територіальними органами державної метрологічної служби.

Локальна повірочна схема для засобів вимірювання довжини

Лінійні вимірювання в геодезії - найбільш поширений вид вимірювань. Діапазон лінійних вимірювань досить широкий і коливається в межах від декількох міліметрів до декількох десятків кілометрів.

Похибки лінійних вимірювань змінюються в залежності від виробничих цілей у відносній мірі в межах від 3-5 · 10-3 до 0,5 - 1 · 10-6. Технічний прогрес в області лінійних вимірів в геодезичному виробництві зараз визначається розвитком електромагнітних далекомірів і супутникових приймачів.

Питання створення і застосування повірочних схем для засобів вимірювань довжини розроблені найбільш повно на різних рівнях: державному, галузевому, в окремих підприємствах. У зв'язку з великим різноманіттям засобів лінійних вимірювань в геодезії доцільно виділити їх в дві групи. Тому розглянемо дві перевірочні схеми.

Перша - для діапазону довжин до 4 м (Рис. 6.7), де застосовуються топографічні лінійки, рейки, планіметри, курвіметри. Друга - для діапазону до 30 км (Рис. 6.8), де використовуються далекоміри всіх типів і механічні засоби відкладання довжини (стрічки, рулетки, дроту).

Вихідним еталоном в ЛПС (рис. 9) використовується геодезичний інварними жезл завдовжки I м, що забезпечує відтворення одиниці довжини із середньою квадратичною похибкою не більше 1 мкм.

В якості робочого еталона 1-го розряду служить інварними жезл завдовжки 1 м з СКП вимірів не більше 8 мкм. Його перевірка проводиться методом звірення на компараторе з вихідним еталоном.

Еталон 2-го розряду представлений добре відомої в метрологічній практиці лінійкою типу КЛ довжиною 1 м, яка відноситься до штриховим заходам IV типу. Ділення двох лінійних шкал КЛ нанесені через 1 мм і 0,2 мм

на металевій поверхні трапецеидального перетину. Лінійки поверяются методом звірення на компараторе з СКП 15 мкм.

Рис. 9 У даній повірочної схемою робочими засобами вимірювань є інварні і

дерев'яні нівелірні рейки, топографічні (дерев'яні, дюралюмінієві, пластикові) рейки, топографічні лінійки (Дробишева, ЛБЛ, ЛПМ), картометричних прилади (курвіметри, планіметри, картометрии). Їх перевірка (калібрування) здійснюється методами прямих вимірювань або звірення за допомогою компаратора.

Похибки коливаються в межах від 50 мкм до 1-2 мм.

Локальна повірочна схема для засобів вимірювань довжини в діапазоні до 30 км (рис. 10) - в геодезичній практиці найбільш складна і розгалужена, вона містить 5 ступенів і 5 гілок.

В якості робочого еталона в цій ЛПС використовується базисний прилад БП-1, що включає комплект з 8 інварних дротів довжиною 24 м кожна, в сукупності свого застосування забезпечують відтворення довжини прольоту з СКП в 4 мкм.

Повірка інварних дротів виробляється на компараторе методом звірення з довжиною 3-метрового геодезичного жезла, періодично звіряти з первинним еталоном довжини. Не виключено також застосування в якості вихідного