Поверка электрических и магнитных средств измерения. Учебное пособие

АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Ю.А. Барышев, М.Л. Палагин

ПОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

Учебное пособие

Москва

2022

1

УДК 621.317.3

Барышев Ю.А., Палагин М.Л. Поверка электрических и магнитных средств измерения: учебное пособие. – М.: АСМС, 2022. – 94 с.

Учебное пособие разработано в соответствии с учебной программой по специализации «Поверка и калибровка средств электрических и магнитных измерений» на основании Федераль-

их федеральных законов, принятых к дате подготовки настоящего учебного пособия, а также актуальных на дату написания нормативных документов.

Пособие предназначено для инженерно-технических работников, экспертов и специалистов метрологических служб предприятий, для поверителей средств измерений и специалистов по калибровке, повышающих квалификацию в области поверки и калибровки средств электрических измерений.

Издание также может быть полезно для инженернотехнических работников научно-исследовательских институтов, сотрудников, работающих в области метрологии, магистров, аспирантов и преподавателей вузов и других учебных заведений.

Настоящее Учебное пособие печатается по решению кафедры «Электрические измерения» АСМС, протокол от 22.03.2022 № 4.

Авторы:

Юрий Алексеевич Барышев – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электрические измерения» АСМС.

Михаил Леонидович Палагин – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические измерения» АСМС.

© АСМС, 2022

2

ВВЕДЕНИЕ

«Неверные весы – мерзость перед Господом, но правильный вес угоден ему»

Книга «Притчей Соломоновых», гл. 11 ст.1.

не узнают этого. Применительно к теме пособия авторам представляется вполне допустимой версия, что с исторической точки зрения метрология – это одна из самых древних наук нашей цивилизации, а может быть и внеземной. Можно достоверно сказать, что по мере узнавания окружающего мира элементы сравнения появлялись

вкачестве основы познания, жизненного опыта и научных изысканий. Чтобы что-то с чем-то сравнить, это что-то необходимо как-то измерить. Конечно, можно мерить в «попугаях» или в «мартышках» (как в известном мультфильме по сценарию Эдуарда Успенского), но получится не совсем корректно, поскольку и мартышка, и попугай, даже очень умный и симпатичный, совсем не подходят

вкачестве средств измерений. Герой мультфильма ненадежен, нестабилен и не вечен, а его сородичи отличаются и по росту, и по весу. Человечеству требовался максимально корректный подход к измерениям и сравнениям, при этом требования выглядели относительно несложными – измерительный процесс должен быть прост, доступен, воспроизводим и достоверен. В реальности

и техники) стали необходимы все более продуманные и взвешенные подходы – как к выбору объектов сравнения и средств измерения, так и к самому процессу измерений.

3

В процессе развития научных дисциплин не существовало разделения на фундаментальные и прикладные науки, но всегда присутствовало сравнение – в явном или неявном виде. Философ вполне мог быть математиком, писателем, художником, астрономом, и т.д. Мыслители использовали различные сравнения, на изучении которых делались выводы и предположения как о строении мира, так и о более приземленных вещах и понятиях. Если внимательно проанализировать работы исследователей и ученых, то становится очевидно, что в своем большинстве они почти всегда используют элементы сравнения, а для этого нужно уметь корректно измерять. Видов и типов измерений было создано достаточно много, и со временем измерения выделились в отдельную отрасль знаний, известную ныне как наука «Метрология», где изучаются измерения и связанные с этим понятия и процессы.

В силу объективных потребностей экономики в наши дни метрология остается ведущей и направляющей силой технологического развития. Без метрологии нельзя представить экономику любого государства, научно-технический прогресс, бизнес и производственные процессы, да и повседневная жизнь любого гражданина становится все более измеряемой, оцениваемой, стандартизированной и оцифрованной.

Фундаментальные основы метрологии заложил гениальный русский ученый Д.И. Менделеев. Термин «метрология» появился в Конституции Российской Федерации. Как говорил Дмитрий Иванович, «разрозненных нас сразу уничтожат, наша сила в единстве, в воинстве, благодушии, семейственности, да в естественном росте нашего богатства и миролюбии».

4

город, да и отдельные государства шли своим путем, имели собственные единицы измерений. В результате появились множество локтей, ярдов, футов и т.д. при использовании которых необходимо было уточнять их географическое происхождение – Амстердам, Лондон, Париж или Новгород.

Как и в Европе в Российской истории было сделано много серьезных шагов в отношении точности измерений – от Устава князя Владимира и Двинской грамоты Ивана Грозного до реформы Петра I, когда на флоте и в кораблестроении были допущены английские меры. Своеобразным согласием на наличие неточностей и погрешностей измерений предлагаем считать появление «гака». Мы и сегодня часто говорим в ответ на многие вопросы: сколько ему лет? – пятьдесят с гаком; какое расстояние до города?

– тридцать километров с гаком; сколько яблок в ведре? – пять килограмм с гаком. Этот не слишком вразумительный «гак» всплывает почти по любому поводу. На вопрос: гак – это сколько? – ответа нет. Есть разные версии его появления, ни одна из которых не выглядит правдоподобной.

Шаг за шагом к XIX веку метрология сформировалась как наука в том виде, в котором существует и развивается в наши дни. В России родоначальником науки метрологии считают Д.И. Менделеева. Это именно его слова: «Наука начинается тогда, когда начинают измерять». Д.И. Менделеев первым начал заниматься вопросом обеспечения единства измерений, создал Главную Палату мер и весов [1] и поддержал присоединение к Метрической конвенции. Говоря о его наследии, важно подчеркнуть многогранность Дмитрия Ивановича: он заложил фундаментальные основы метрологии, создал периодическую систему химических элементов, предложил использовать трубопроводы для перекачки нефти,

6

опубликовал 1500 научных работ в самых разных отраслях знаний. Вопреки популярному мифу он не изобретал формулу русской водки, а создал на неѐ первый стандарт. К моменту написания работы о «Соединении спирта с водою» водка уже 300 лет потреблялась, производилась и продавалась.

Продолжателем идей Д.И. Менделеева и основоположником научной метрологии считают М.Ф. Маликова [2]. В предисловии к книге «Основы метрологии», он сам относит себя ко второму поколению учеников Д.И. Менделеева в области метрологии. Данная работа является научной и терминологической основой подавляющего большинства последующих, в том числе «фундаментальных» трудов в области метрологии. Издание [2] можно найти и скачать на нескольких общедоступных ресурсах в сети интернет, как и издание [3], однако в части измерений электрических величин эти работы устарели.

Основополагающими понятиями метрологии являются понятия об ИЗМЕРЯЕМОЙ ВЕЛИЧИНЕ и ИЗМЕРЕНИИ. Под измеряемой величиной понимают или некоторую физическую величину, размер которой необходимо измерить, или некоторый параметр протекающего во времени процесса, связанного с физической величиной, размер которого необходимо измерить.

Классическое определение понятия ИЗМЕРЕНИЕ дано в [2]: «Измерением мы называем познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения». Определение называется классическим, так как в нем отражены все аспекты (признаки) понятия «измерение».

7

К началу 60-х годов XX века в связи с развитием вычислительной техники и систем автоматики классическое определение устарело, так как «познавательный процесс» предполагает участие человека в измерениях, а современные устройства, воспринимающие информацию от цифровых измерительных приборов, функционируют без участия человека. В работе таких устройств нет элемента познания, следовательно – по классическому определению, нет измерения. Этот парадокс привел к тому, что измерительные преобразователи, имеющие метрологические характеристики, не приспособлены для передачи этой информации человеку (по классическому определению они не выполняют измерений, так как нет познавательного процесса). Эти устройства выпали из сферы деятельности метрологического надзора, что могло привести к потере единства измерений в широкой области технических приложений. Возник вопрос о необходимости корректировки классического определения «измерение». Дискуссия по данному вопросу носила не только теоретическое, но и прикладное значение: надо было определить, какие технические устройства следует относить к средствам измерений и подвергать метрологическому надзору, а какие нет. Сегодня используется определение понятия «измерение», сформулированное в ФЗ № 102-Ф3 [4]. Измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины.

РМГ 29–2013 «Рекомендации по межгосударственной стандартизации» [5], определяют измерение следующим образом: «4.1 измерение (величины): Процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обоснованно приписаны величине».

8

Согласно Федеральному закону № 102-Ф3 [4] в отечественной метрологической практике к результатам измерений предъявляются требования по обеспечению единства измерения (ОЕИ). Согласно ГОСТ Р 8.000–2015 [41], который вводит и регламентирует Государственную систему обеспечения единства измерений, единство измерений определяется как состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы. Система управления всеми видами деятельности по обеспечению единства измерений называется Государственной системой обеспечения единства измерений (ГСИ). Цель ГСИ – создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических и экономических условий для решения задач по обеспечению единства измерений (ОЕИ).

Единство измерений базируется на трех исходных понятиях:

Истинное значение измеряемой величины.

Погрешность измерения.

Узаконенные единицы физических величин, размеры которых воспроизводятся, хранятся и передаются эталонами.

Федеральный закон № 102-Ф3 [4] направлен на содействие развитию экономики и научно-техническому прогрессу, регулирует отношения, возникающие при выполнении измерений, установлении и соблюдении требований к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений, применении стандартных образцов, средств измерений, методик (методов) измерений, а также при осуществлении деятельности по обеспечению единства измерений,

9

предусмотренной законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений, в том числе при выполнении работ и оказании услуг.

Цели Федерального закона № 102-Ф3:

Установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации.

Защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

Обеспечение потребности граждан, общества и государства

вполучении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности.

Сфера государственного регулирования (ГРОЕИ), распространяется на измерения, осуществляемые в 19 видах деятельности, определяемых Федеральным законом № 102-Ф3 [4]. В результате все измерения и средства измерений по своему юридическому статусу делятся на две группы: относящиеся к государственному регулированию (ГРОЕИ), и не относящиеся к нему (бытовые, технологические и т.д.). Приведем перечень областей, деятельности, в которых действуют обязательные метрологические требования [4]:

1)деятельность в области здравоохранения;

2)ветеринарная деятельность;

3)деятельность в области охраны окружающей среды;

10