Поверка и калибровка средств измерения массы. Часть 1. Начальные сведения об измерении массы. Учебное пособие
.pdfТаблица 1
Эталонные компараторы массы РФ
№ |
Наименование |
Наибольший |
Дискретность, |
СКО, |
|
|
предел |
Изготовитель |
|||||
п/п |
компаратора |
мг |
мг |
|||
измерений, г |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
1 |
UMX5 |
5 |
0,0001 |
0,0002 |
Mettler Tole- |
|
|
|
|
|
|
do |
|
2 |
CC1000SL |
1000 |
0,001 |
0,002 |
Sartorius |
|
|
(автомат) |
|
|
|
|
|
3 |
CC2000 |
2000 |
0,1 |
0,2 |
Sartorius |
|
4 |
1681MP8 |
5000 |
1 |
2 |
Sartorius |
|
5 |
E40K3 |
20000 |
1 |
2 |
Sartorius |
Гиря R1 с номинальным значением массы 1 кг и набор гирь с номинальными значениями массы от 1·10–6 до 5·10–1 кг предназначены для сличения массы гири R1 с эталоном (копия № 12). При этом СКО результатов измерений не превышает 8·10–9 кг (для гири R1) и 1,6·10–8 кг (для набора гирь).
Вторичными эталонами единицы массы являются эталоныкопии и рабочие эталоны. Средства, входящие в состав вторичных эталонов, выполняют следующие функции: хранение единицы, контроль условий хранения и передача размера единицы массы образцовым и рабочим средствам измерений.
Эталоны-копии представляют собой комплекс, состоящий из гирь номиналом 1 кг, изготовленных из немагнитной нержавеющей стали, и компаратора (весов). Эталоны-копии служат промежуточным звеном при передаче размера единицы массы от первичного эталона рабочим эталонам. Характеристики гирь и компаратора должны обеспечивать СКО результатов сличения эта- лонов-копий с государственным не более 1·10–8 кг. Нестабильность эталонов-копий за межповерочный (межаттестационный) интервал не должна превышать 3·10–2 мг.
В качестве рабочих эталонов применяют комплексы, состоящие из одиночных гирь номинальной массой 1 кг и наборов гирь массой от 1 до 500 г. Все гири должны быть изготовлены из немагнитной нержавеющей стали. В состав комплекса, кроме гирь, должен входить компаратор (весы). Комплекс признается рабочим эталоном, если СКО результатов его сличения с эталономкопией лежит в пределах от 8·10–10 до 2·10–8 кг.
71
Рабочие эталоны используются для поверки (калибровки) гирь наивысших разрядов/классов точности (гирь класса точности Е1, Е2 и гирь разряда точности Iа и I). Рабочие эталоны хранятся в ряде государственных научно-метрологических центров и крупных региональных ЦСМ.
Единица измерения массы — килограмм — оказалась последней основной единицей SI, воспроизводимой вещественным, рукотворным эталоном, никак не связанным с естественными явлениями природы. Неизбежный износ эталонов килограмма обнаружить и оценить практически невозможно. Поэтому Международный комитет мер и весов настаивает на поиске новых вариантов эталона килограмма.
В некоторых научных метрологических центрах проводится большая работа по созданию эталона килограмма, связанного с естественными явлениями или фундаментальными константами. В первую очередь здесь стоит отметить метод, согласно которому килограмм может быть определен как 1/12 киломоля углерода-12 при уточнении значения постоянной Авогадро (достигнутая погрешность метода 3·10–7). Другой метод предусматривает выражение килограмма с помощью силы, развиваемой в электростатических весах. Этот метод опирается на эффект Джозефсона, значение скорости света в вакууме, ускорение свободного падения и постоянную Планка и имеет относительную погрешность 8·10–8.
При передаче размера единицы массы используются два метода:
метод сличения при помощи компаратора. Этот метод применяется при поверке/калибровке гирь. Гиря — средство измерений, которое позволяет воспроизводить единицу массы с наивысшей точностью и стабильностью, поэтому в качестве эталонов при поверке гирь выступают эталонные гири более высокого разряда точности. Проведение поверки гирь методом прямых измерений на весах невозможно в силу того, что инструментальная погрешность весов превышает требования поверочной схемы. При сличениях гирь весы выступают исключительно в качестве компараторов — средства сличения. Ранее поверка гирь осуществлялась на образцовых равноплечих весах. Сегодня для этих целей широко применяются электронные компараторы массы — высокоточные электронные весы с высокой сходимостью результатов измерений в диапазоне компарирования;
72
метод прямых измерений. Этот метод применяется при поверке весов и дозаторов. Погрешность определяется путем проведения прямых измерений массы эталонных гирь на весах/дозаторах массы. За действительное значение массы принимают массу эталонной гири с учетом поправки и на основании этого вычисляют погрешность поверяемого средства измерений.
5.2. Государственная поверочная схема для средств измерений массы России
Средства, методы и точность передачи размера единицы от эталона рабочим средствам измерений регламентируются документами, утвержденными в установленном порядке и называемыми поверочными схемами. Различают государственные и локальные поверочные схемы. Государственные поверочные схемы утверждаются в качестве государственных стандартов. Приведенные в поверочных схемах названия эталонных, образцовых и рабочих средств измерений сопровождаются числовыми значениями рабочих диапазонов воспроизведения (для мер) или измерения (для измерительных приборов) воспроизводимых или измеряемых физических величин, а также значениями пределов допускаемой погрешности всех средств измерений, входящих в поверочную схему.
Важное значение для четкой регламентации и ранжирования взаимосвязи средств измерений, входящих в ту или иную поверочную схему, имеют методы, применяемые при поверке. Принципиально можно рассматривать следующие методы поверки:
непосредственное (без компаратора) сличение поверяемого средства измерений с эталонным (образцовым) средством измерений того же вида, т.е. меры с мерой или измерительного прибора с измерительным прибором;
сличение поверяемого средства измерений с эталонным средством измерений того же вида с помощью компаратора;
прямое измерение поверяемым измерительным прибором величины, воспроизведенной эталонной мерой;
прямое измерение эталонным измерительным прибором величины, воспроизведенной мерой, подвергаемой поверке;
косвенные измерения величины, воспроизводимой мерой или измеряемой прибором, подвергаемым поверке;
73
независимая поверка, т.е. поверка средств измерений относительных (безразмерных) величин, не требующая передачи размера единиц от эталонов или эталонных средств измерений рабочим средствам измерений, градуированным в единицах измеряемых величин.
Государственная поверочная схема, установленная ГОСТ 8.021–2005, использует только два из перечисленных методов поверки:
1.Сличение поверяемого средства измерений с эталонным средством измерений того же вида с помощью компаратора.
2.Прямое измерение поверяемым измерительным прибором величины, воспроизведенной эталонной мерой.
Структура государственной поверочной схемы средств измерения массы приведена в табл. 2.
Таблица 2 Структура государственной поверочной схемы
средств измерения массы
Ступень |
|
государственной |
Состав ступени государственной поверочной схемы |
поверочной схемы |
|
Государственный |
Государственный первичный эталон ГЭТ 3-2008 |
первичный эталон |
(СКО S ≤ 0,0023 мг; суммарная стандартная |
|
неопределенность UС ≤ 0,0023 мг; |
|
годовая нестабильность ν = 0,0004 мг): |
|
национальный прототип килограмма — копия № 12 |
|
международного прототипа килограмма, предназначенная |
|
для передачи размера единицы массы гире R1; |
|
национальный прототип килограмма — копия № 26 |
|
международного прототипа килограмма, предназначенная |
|
для проверки неизменности размера единицы массы, |
|
воспроизводимой национальным прототипом килограмма |
|
№ 12, и для замены его в период сличений в МБМВ; |
|
эталонная гиря R1 массой 1 кг и набор эталонных гирь |
|
массой от 1 мг до 500 г, изготовленные из платино-иридиевого |
|
сплава и предназначенные для передачи размера единицы |
|
массы эталонам-копиям; |
|
пять компараторов (табл. 1) |
Вторичные эталоны |
эталоны-копии: |
|
– гири массой 1 кг (СКО суммарной погрешности SΣ ≤ 0,01 мг; |
|
нестабильность за межповерочный интервал ν ≤ 0,003 мг); |
|
рабочие эталоны: |
|
– гири (класс точности Е1, ГОСТ 7328) массой 1 кг |
|
(СКО суммарной погрешности SΣ ≤ 0,02 мг; нестабильность |
|
за межповерочный интервал ν ≤ 0,01 мг); |
|
– наборы гирь (класс точности Е1, ГОСТ 7328) массой от 1 |
|
до 500 мг, от 1 до 500 г, от 1 до 20 кг (СКО суммарной |
|
погрешности 0,0002 мг ≤ SΣ ≤1 мг; нестабильность |
|
за межповерочный интервал 0,0001 мг ≤ ν ≤0,5 мг); |
74
|
компараторы (СКО не более 1/5 предела допускаемого |
|
отклонения действительного значения массы гири |
|
от номинального значения для гирь класса точности Е1 и 1/6 |
|
для гирь класса точности Е2. Дискретность электронных |
|
компараторов — не более значения СКО, цена деления |
|
механических компараторов с аналоговым отсчетным |
|
устройством — не более значений в табл. 4) |
Образцовые |
образцовые гири (рабочие эталоны) 1-го разряда (класса |
средства измерений |
точности Е2, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
1-го разряда |
от 1·10–6 до 20 кг включительно (доверительные границы |
(рабочие эталоны |
абсолютной погрешности определения массы при |
1-го разряда) |
доверительной вероятности 0,95 от 0,002 до 10 мг |
|
включительно в зависимости от номинального значения); |
|
образцовые (эталонные) весы 1-го разряда (специального |
|
класса точности, ГОСТ 24104) с диапазонами измерений |
|
от 1·10–5 до 0,6 кг включительно (пределы допускаемой |
|
абсолютной погрешности от 0,5 до 10 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения цены поверочного |
|
деления); |
|
компараторы (СКО не более 1/6 предела допускаемого |
|
отклонения действительного значения массы гири класса |
|
точности F1 от номинального значения. Дискретность |
|
электронных компараторов — не более значения СКО, цена |
|
деления механических компараторов с аналоговым |
|
отсчетным устройством — не более значений в табл. 4) |
Образцовые |
образцовые гири (рабочие эталоны) 2-го разряда (класса |
средства измерений |
точности F1, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
2-го разряда |
от 1·10–6 до 20 кг включительно (доверительные границы |
(рабочие эталоны |
абсолютной погрешности определения массы при |
2-го разряда) |
доверительной вероятности 0,95 от 0,006 до 30 мг |
|
включительно в зависимости от номинального значения); |
|
образцовые гири (рабочие эталоны) 2-го разряда (класса |
|
точности F1, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
|
500 кг (доверительные границы абсолютной погрешности |
|
определения массы при доверительной вероятности 0,95 |
|
не более 1,5·103 мг); |
|
образцовые (эталонные) весы 2-го разряда (специального |
|
или высокого класса точности, ГОСТ 24104) с диапазонами |
|
измерений от 2·10–5 до 5 кг включительно (пределы |
|
допускаемой абсолютной погрешности от 0,5 до 75 мг |
|
включительно в зависимости от номинального значения цены |
|
поверочного деления); |
|
компараторы (СКО не более 1/9 предела допускаемого |
|
отклонения действительного значения массы гири класса |
|
точности F2 от номинального значения. Дискретность |
|
электронных компараторов — не более значения СКО, цена |
|
деления механических компараторов с аналоговым |
|
отсчетным устройством — не более значений в табл. 4) |
Образцовые |
образцовые гири (рабочие эталоны) 3-го разряда (класса |
средства измерений |
точности F2, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
3-го разряда |
от 1·10–6 до 20 кг включительно (доверительные границы |
(рабочие эталоны |
абсолютной погрешности определения массы при |
3-го разряда) |
доверительной вероятности 0,95 от 0,02 до100 мг |
|
включительно в зависимости от номинального значения); |
75
|
образцовые гири (рабочие эталоны) 3-го разряда (класса |
|
точности F2, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
|
500 кг (доверительные границы абсолютной погрешности |
|
определения массы при доверительной вероятности 0,95 |
|
не более 5·103 мг); |
|
образцовые (эталонные) весы 3-го разряда (высокого |
|
класса точности, ГОСТ 24104) с диапазонами измерений |
|
от 2·10–3 до 1·103 кг включительно (пределы допускаемой |
|
абсолютной погрешности от 50 до 5·104 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения цены поверочного |
|
деления); |
|
компараторы (СКО не более 1/9 предела допускаемого от- |
|
клонения действительного значения массы гири класса точ- |
|
ности М1 от номинального значения. Дискретность элек- |
|
тронных компараторов — не более значения СКО, цена деле- |
|
ния механических компараторов с аналоговым отсчетным |
|
устройством — не более значений в табл.4 ) |
Образцовые |
образцовые гири (рабочие эталоны) 4-го разряда (класса |
средства измерений |
точности М1, ГОСТ 7328) номинальным значением массы |
4-го разряда |
от 1·10–6 до 5000 кг включительно (доверительные границы |
(рабочие эталоны |
абсолютной погрешности определения массы при |
4-го разряда) |
доверительной вероятности 0,95: |
|
– номинальное значение массы гири от 1·10–6 до 20 кг — |
|
погрешность от 0,2 до1000 мг включительно в зависимости |
|
от номинального значения; |
|
– номинальное значение массы гири от 20 до 200 кг — |
|
погрешность от 2000 до 20000 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения; |
|
– номинальное значение массы гири от 500 до 5000 кг — |
|
погрешность от 50000 до 500000 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения); |
|
образцовые (эталонные) весы 4-го разряда (среднего |
|
класса точности, ГОСТ 24104, ГОСТ 29329, или обычного |
|
класса точности, ГОСТ 29329) с диапазонами измерений |
|
от 2·10–3 до 2·105 кг включительно (пределы допускаемой |
|
абсолютной погрешности от 50 до 3·108 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения цены поверочного |
|
деления); |
|
компараторы (СКО не более 1/9 предела допускаемого |
|
отклонения действительного значения массы гири класса |
|
точности М2, М3 от номинального значения. Дискретность |
|
электронных компараторов — не более значения СКО, |
|
цена деления механических компараторов с аналоговым |
|
отсчетным устройством — не более значений в табл. 4) |
Рабочие средства |
гири классов точности Е1, Е2, F1, F2 (ГОСТ 7328) |
измерений |
номинальным значением массы от 1·10–6 до 20 кг |
|
включительно (доверительные границы абсолютной |
|
погрешности определения массы при доверительной |
|
вероятности 0,95 от 6·10–4 до 100 мг включительно |
|
в зависимости от номинального значения массы гири |
|
и класса точности); |
|
гири классов точности М1, М2, М3 (ГОСТ 7328) |
|
номинальным значением массы от 1·10–6 до 500 кг |
|
включительно (пределы допускаемой абсолютной |
76
погрешности определения массы от 0,2 до 5·10–5 мг включительно в зависимости от номинального значения и класса точности гири);
лабораторные весы специального, высокого и среднего классов точности по ГОСТ 24104; 
весы для статического взвешивания среднего и обычного класса точности по ГОСТ 29329;
весы специального назначения (пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливаются в технической документации);
весоизмерительные тензорезисторные датчики классов точности A, B, C, D (пределы допускаемой абсолютной погрешности в соответствии с ГОСТ 30129);
весы и весовые дозаторы непрерывного действия (пределы допускаемой абсолютной погрешности в соответствии с ГОСТ 30124);
весовые дозаторы дискретного действия классов точности
(0,2); (0,5); (1); (2); (2,5); (4) (пределы допускаемой абсолютной погрешности в соответствии с ГОСТ 10223);
весы для взвешивания транспортных средств в движении классов точности (0,2); (0,5); (1); (2) (пределы допускаемой абсолютной погрешности в соответствии с ГОСТ 30414)
Таблица 3
СКО компараторов, применяемых для передачи размера единицы массы рабочим эталонам
Диапазон |
От 1 мг |
От 5 г |
От 50 |
г |
От 200 г |
|
|
|
|
|
номинальных |
до |
2 |
5 |
10 |
20 |
|||||
до 2 г |
до 100 г |
до 1 кг |
||||||||
значений |
20 г |
кг |
кг |
кг |
кг |
|||||
вкл. |
вкл. |
|
вкл. |
|||||||
массы гирь |
вкл. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
СКО, мг |
0,0005 |
0,002 |
0,005 |
|
0,01 |
0,2 |
0,4 |
0,5 |
1 |
|
Таблица 4
Цена деления механических компараторов с аналоговым отсчетным устройством, применяемых для поверки гирь
Наибольший |
Цена деления механических компараторов (мг), |
||||||
предел |
применяемых для поверки гирь разряда/класса точности |
||||||
измерения |
–/Е1, 1/Е2 |
2/F1 |
3/F2 |
4/M1 |
M2, M3 |
||
200 мг |
0,0005 |
– |
– |
– |
– |
||
2 |
г |
|
0,001 |
0,010 |
0,02 |
0,05 |
– |
20 |
г |
0,002 |
0,050 |
0,20 |
0,5 |
2 |
|
200 г |
0,005 |
0,100 |
0,50 |
1,0 |
10 |
||
1 |
кг |
0,1 |
0,500 |
2,00 |
10,0 |
20 |
|
5 |
кг |
– |
1,000 |
5,00 |
20,0 |
100 |
|
20 |
кг |
– |
5,000 |
20,00 |
100,0 |
500 |
|
50 |
кг |
– |
– |
– |
100,0 |
1000 |
|
77
Взаимосвязь средств измерений при передаче размера единицы массы от эталона рабочим мерам и приборам, положенная в основу при разработке государственной поверочной схемы средств измерения массы, приведена на рис. 21.
Государственный первичный эталон массы
Эталоны-копии
Рабочие эталоны
Образцовые средства измерений 1-го разряда (рабочие эталоны 1-го разряда)
Образцовые средства измерений 2-го разряда (рабочие эталоны 2-го разряда)
Образцовые средства измерений 3-го разряда (рабочие эталоны 3-го разряда)
Образцовые средства измерений 4-го разряда (рабочие эталоны 4-го разряда)
Рабочие средства измерений
Рис. 21. Взаимосвязь и подчиненность средств измерения массы
78
Вопросы для закрепления знаний по теме 5
1.Что такое первичный эталон?
2.На что указывает слово «государственный» в названии эталона?
3.Расскажите о назначении государственного первичного эталона массы.
4.Перечислите состав государственного первичного эталона массы (из каких средств измерений он состоит).
5.Что такое вторичный эталон? Что относится к вторичным эталонам?
6.Что такое эталонные (образцовые) средства измерения массы? Как они различаются?
7.Какие рабочие средства измерения массы представлены в государственной поверочной схеме?
8.Что такое государственная поверочная схема? Каково ее назначение?
9.Что является основанием для отнесения средства измерений к той или иной ступени поверочной схемы?
10.Приведите метрологические параметры ступеней государственной поверочной схемы.
11.В каком соотношении находятся показатели точности средств измерений различных ступеней государственной поверочной схемы?
12.Каков возраст государственного эталона единицы массы и какова периодичность его поверки? Где она проводится? Каковы
еерезультаты?
79
Те м а 6. ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
ВОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Всоответствии с Федеральным законом Российской Федерации №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» государственное регулирование в области обеспечения единства измерений осуществляется в следующих формах:
1) утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений;
2) поверка средств измерений;
3) метрологическая экспертиза;
4) федеральный государственный метрологический надзор;
5) аттестация методик (методов) измерений;
6) аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.
6.1. Утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений
Всоответствии с приказом Росстандарта от 21.05.2012 № 366
ив целях реализации приказа Минпромторга России от 30.11.2009 № 1081 «Об утверждении Порядка проведения испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа, Порядка утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений, Порядка выдачи свидетельств об утверждении типа стандартных образцов или типа средств измерений, установления и изменения срока действия указанных свидетельств и интервала между поверками средств измерений, требований к знакам утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений и порядка их нанесения» с изменениями, утвержденными приказом Минпромторга России от 30.09.2011 № 1326 «О внесении изменений в Порядок утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений, Порядок выдачи свидетельств об утверждении типа стандартных образцов или типа средств измерений, установления и изменения срока действия указанных свидетельств и интервала между поверками средств измерений, утвержденные приказом
Минпромторга России от 30.11.2009 № 1081» утвержден
80