Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы метрологии, стандартизации и измерительной техники. Учебное пособие
.pdf
31
Рис. 13. Эталоны единиц физических величин
1. Эталон-копия – это вторичный эталон, предназначенный для
передачи размера единицы рабочим эталонам. Такие эталоны создаются в случае большого числа поверочных работ с целью предохранения
первичного или специального эталона от преждевременного износа.
При необходимости эталон-копия может заменить государственный
эталон.
2. Эталон сравнения – это вторичный эталон, применяемый для
сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не удается
непосредственно сличить.
3. Эталон-свидетель – вторичный эталон, предназначенный
для поверки сохранности и неизменности государственного эталона и
для замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только
эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Эталон-свидетель необходим для усиления уверенности в постоянстве основного эталона.
4. Рабочий эталон – вторичный эталон, применяемый для хра-
нения единицы и передачи ее размера рабочим средствам измерения
(рис. 14).
Рабочие эталоны подразделяются на разряды 1, 2 и т.д., передача единицы осуществляется через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов. Для различных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов рабочих эталонов (количество разрядов не лимитировано), определяемых
стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений. Для
32
Вторичные эталоны
Первичный
(специальный)
эталон
Эталон
сравнения
Эталон-
свидетель
Государственный эталон
РЭ 1-го разряда
РЭ 2-го разряда
РЭ 3-го разряда
РЭ 4-го разряда
РСИ РСИ
РСИ
РСИ
Рабочие эталоны
(РЭ)
Эталон-копия
Рис. 14. Классификация эталонов
по подчиненности: РЭ – рабочий эталон;
РСИ – рабочее средство измерений
непосредственного измерения физических величин рабочие эталоны
не используют. До недавнего времени в нашей стране вместо термина
«рабочие эталоны» использовался термин «образцовые средства измерений», который в большинстве стран не применяется.
На рис. 14
показана метрологическая цепь передачи размеров единиц от первичных
эталонов (верхнее
звено метрологической цепи) рабочим
средствам измерений (РСИ). Рабочее
средство измерений
– средство, предназначенное для измерений, не связанных с передачей
единицы физической величины другим средствам измерений.
Наивысшая точность обычно соизмерима со степенью
погрешности средства измерения государственного эта-
лона. Способы выражения погрешностей эталонов устанавливает
ГОСТ 8.381-80 (СТ СЭВ 403-76) «ГСИ. Эталоны. Способы выражения
погрешностей».
5.3. Поверка и калибровка средств измерений
Поверка средств измерений (поверка) – установление пригодности средств измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и контроля их
соответствия установленным требованиям.
Основной метрологической характеристикой при поверке является погрешность средств измерений, она находится путем сравнения
33
поверяемого средства измерений с рабочим эталоном – более точным
средством измерений.
Поверка выполняется метрологическими службами, которым
дано на это право. Средство измерений, признанное годным к применению, оформляется выдачей свидетельства о поверке, нанесением
поверительного клейма или иными способами, устанавливаемыми
нормативно-техническими документами. Поверку эталонов производят через определенные промежутки времени в соответствии с ГОСТ Р
8.565-2014 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение атомных станций. Основные положения». Величина межповерочных интервалов для различных эталонов различна. Так, национальный эталон килограмма сличается
один раз в 20 – 25 лет, а национальный эталон ома и вольта – один раз
в три года.
В соответствии с Приказом Минпромторга России от 31 июля
2020 г. № 2510 «Об утверждении порядка проведения поверки средств
измерений, требований к знаку поверки и содержанию свидетельства о
поверке» различают: первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную и другие поверки средств измерений.
Первичную и периодическую поверки в стране относят, как
правило, к обязательной поверке. Обязательная поверка – поверка
средств измерений, без которой не допускается их эксплуатация.
Первичная поверка проводится при выпуске средств измерений
в обращение из производства.
Периодическая поверка производится при эксплуатации и хранении средств измерений через определенные межповерочные интервалы, устанавливаемые для каждого вида средств измерений.
Внеочередная поверка проводится вне зависимости от сроков
периодической поверки в случае, когда необходимо удостовериться в
исправности средств измерений или при повреждении поверительного
клейма, пломбы или утере документов, подтверждающих прохождение средствами измерений периодической поверки и др.
Инспекционная поверка проводится на предприятиях для выявления состояния средств измерений, выпускаемых из производства
или ремонта и находящихся в обращении.
Таким образом, поверка является формой метрологического
надзора за средствами измерений, находящимися в эксплуатации. Перечень групп средств измерений, подлежащих поверке, утверждается
Госстандартом РФ. Средства измерений, не подлежащие поверке,
должны подвергаться калибровке при выпуске их из производства или
ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, продаже, прокате.
34
Калибровка – 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 средства измерения подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые могут содержаться в нормативном
документе или определяться заказчиком. Вывод о пригодности делает
калибровочная лаборатория. Результаты калибровки удостоверяются
калибровочным знаком, наносимым на средство измерений, или сертификатом о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах. Калибровка средств измерений производится метрологическими службами юридических лиц с использованием эталонов, соподчиненных государственным эталонам единиц величин.
Разновидностью поверки является градуировка – нанесение отметок на шкалу, соответствующих показаниям образцового средства
измерений, или же определение по его показаниям уточненных значений величины, соответствующих нанесенным отметкам на шкале рабочего средства измерений.
Основные требования к организации и порядку проведения поверки средств измерений приведены в Приказе Минпромторга России
от 31 июля 2020 г. № 2510 «Об утверждении порядка проведения поверки средств измерений, требований к знаку поверки и содержанию
свидетельства о поверке», а также в рекомендациях МИ 187-86 «ГСИ.
Критерии достоверности и параметры методик поверки» и МИ 188-86
«ГСИ. Установление значений параметров методик поверки».
5.4. Методы поверки (калибровки) средств измерений
Под методами поверки понимают методы передачи размера
единицы. Различают четыре метода передачи размера единицы измерения: непосредственное сличение с эталоном; сличение с помощью
компаратора; прямые измерения величины; косвенные измерения величины.
Метод непосредственного сличения поверяемого (калибруемого) средства измерения с эталоном соответствующего разряда широко
применяется для различных средств измерений в таких областях, как
электрические и магнитные измерения, для определения напряжения,
частоты и силы тока. В основе метода лежит проведение одновременных измерений одной и той же физической величины поверяемым (калибруемым) и эталонным приборами (например, сличение показаний
двух стрелочных приборов). При этом определяют абсолютную по-
35
грешность как разницу показаний поверяемого и эталонного средств
измерений, принимая показания эталона за действительное значение
величины. Достоинства этого метода в его простоте, наглядности, возможности применения автоматической поверки (калибровки), отсутствии потребности в сложном оборудовании.
Метод сличения с помощью компаратора основан на использовании прибора сравнения, с помощью которого сличаются поверяемое
(калибруемое) и эталонное средства измерения. Потребность в компараторе возникает при невозможности сравнения показаний приборов,
измеряющих одну и ту же величину, например двух вольтметров, один
из которых пригоден для постоянного тока, а другой – для переменного. В подобных ситуациях в схему поверки (калибровки) вводится
промежуточное звено – компаратор. Для приведенного примера потребуется потенциометр, который и будет компаратором. На практике
компаратором может служить любое средство измерения, если оно
одинаково реагирует на сигналы как поверяемого (калибруемого), так
и эталонного измерительного прибора. Достоинством данного метода
считается последовательное во времени сравнение двух величин.
Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений. В целом этот метод аналогичен методу непосредственного сличения, но методом прямых измерений производится сличение на всех числовых отметках каждого диапазона (и поддиапазонов, если они имеются в приборе). Метод прямых измерений применяют, например, для поверки или калибровки вольтметров постоянного электрического тока.
Метод косвенных измерений используется, когда действительные значения измеряемых величин невозможно определить прямыми
измерениями либо когда косвенные измерения оказываются более
точными, чем прямые. Этим методом определяют вначале не искомую
характеристику, а другие, связанные с ней определенной зависимостью. Искомая характеристика определяется расчетным путем. Например, при поверке (калибровке) вольтметра постоянного тока эталонным амперметром устанавливают силу тока, одновременно измеряя сопротивление. Расчетное значение напряжения сравнивают с показателями поверяемого (калибруемого) вольтметра. Метод косвенных
измерений обычно применяют в установках автоматизированной поверки (калибровки).
5.5. Поверочные схемы
Для обеспечения правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи (от эталонов –
36
рабочим эталонам соответствующей разрядности, а от них – рабочим
средствам измерений) должен быть установлен определенный порядок, который приводится в поверочных схемах.
Поверочная схема – нормативно-технический документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы физической величины от эталона к рабочим
средствам измерений с указанием методов и погрешности при передаче, утвержденный в установленном порядке.
Поверочные схемы разделяют на государственные, ведомственные и локальные.
Государственные поверочные схемы (рис. 15) распространяются
на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся
в стране.
Они охватывают государственный (или специальный) эталон,
эталоны-копии, эталоны-свидетели, эталоны сравнения, рабочие эталоны, образцовые средства всех разрядов точности и рабочие средства
всех классов точности. Эти схемы обеспечивают наиболее целесообразную систему передачи размера единицы величины средствам измерений при существующем уровне измерительной техники.
На основе государственных поверочных схем составляются ведомственные и локальные поверочные схемы, государственные стандарты на методы, методики и средства поверки образцовых и рабочих
средств измерений.
Ведомственными называют поверочные схемы, которые рас-
пространяются на средства измерения данной физической величины,
находящиеся в отдельных отраслях и подлежащие ведомственной поверке. Они обычно охватывают рабочие эталоны, образцовые и рабочие средства измерений, методы их поверки. Эти схемы представляют
собой отраслевой стандарт либо другой нормативный документ.
Локальными называют поверочные схемы, распространяющиеся
на средства измерений данной физической величины, подлежащие
поверке в отдельном органе метрологической службы, за которым они
закреплены. Охватывают они образцовые, рабочие средства измерений
и методы их поверки.
Ведомственные и локальные поверочные схемы входят составными частями в государственную, они не должны противоречить ей.
Государственную поверочную схему разрабатывают в качестве
государственного стандарта.
Ведомственную поверочную схему разрабатывают в качестве
нормативного документа предприятия после ее согласования с органом государственной метрологической службы. Ведомственные пове-
37
Рис. 15. Обобщенная структура государственной поверочной схемы:
РЭ – рабочий эталон; РСИ – рабочее средство измерений
рочные схемы разрабатывают ведомственные метрологические службы. Локальные – подразделения метрологической службы, проводящие поверку. В ведомственных и локальных поверочных схемах допускается указывать обозначения конкретных средств измерений.
Ведомственные и локальные поверочные схемы входят составными частями в государственную, они не должны противоречить ей.
Государственную поверочную схему разрабатывают в качестве
государственного стандарта.
Ведомственную поверочную схему разрабатывают в качестве
нормативного документа предприятия после ее согласования с органом государственной метрологической службы. Ведомственные поверочные схемы разрабатывают ведомственные метрологические службы. Локальные – подразделения метрологической службы, проводя-
38
щие поверку. В ведомственных и локальных поверочных схемах допускается указывать обозначения конкретных средств измерений.
Основные требования к содержанию и построению поверочных
схем установлены МИ 2148-91 «ГСИ. Содержание и построение поверочных схем».
Поверочные схемы оформляются в виде чертежа, на котором
указывают: наименование групп средств измерений, наименование
методов передачи размера единиц, соподчинение средств измерений в
системе передачи размера единицы. Чертеж поверочной схемы должен
состоять из нескольких горизонтальных полей, расположенных друг
под другом (рис. 15), соответствующих ступеням передачи размера
единицы. Поля имеют наименования: «Государственный эталон»;
«Вторичные эталоны»; «Эталоны, заимствованные из других государственных поверочных схем»; «Рабочие эталоны k-го разряда»; «Рабочие средства измерений». Наименование эталонов и рабочих средств
измерений заключают в прямоугольники, в которых также дают номинальные значения или диапазоны измерений и характеристики их погрешностей. Наименование методов поверки заключают в горизонтальные овалы, которые располагают между прямоугольниками, соответствующими поверяемому средству измерений и средству его поверки. Здесь же указывают допускаемую погрешность метода поверки.
Под полем первичных эталонов располагают поле вторичных
эталонов, затем – поле рабочих эталонов 1-го разряда и далее поля
рабочих эталонов последующих разрядов. Число полей зависит от
структуры поверочной схемы. Методы передачи размера единиц, указываемые на поверочных схемах, соответствуют одному из следующих общих методов: непосредственное сличение; сличение с помощью компаратора; метод прямых измерений; метод косвенных измерений.
Существенно важным показателем достоверности передачи
размера единицы величины является соотношение погрешностей
средств измерений между соседними уровнями (ступенями) поверочной схемы. Это соотношение иногда именуют метрологическим порядком. Установление этого соотношения определяется целым рядом
факторов. Наиболее важными среди них являются технические возможности и экономическая целесообразность. Достаточными считаются соотношения 1:3; 1:4; 1:5.
6. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Для описания степени достоверности результата измерений используются понятия точность и погрешность измерений.
39
Рис. 16. Модель измерения
Термин «точность измерений» определяет степень приближения
результатов измерения к некоторому действительному значению и
используется для качественного сравнения измерительных операций.
Для количественной оценки используется понятие «погрешность измерения». Погрешность измерения – отклонение результата измерения
х от истинного (действительного) xи (хд) значения измеряемой величи-
ны. Чем меньше погрешность, тем выше точность.
Оценка погрешности измерений – одно из важных мероприятий
по обеспечению единства измерений.
6.1. Модель измерения и основные постулаты метрологии
В общем случае модель измерения (рис. 16) может быть описана функциональной зависимостью y = f(x).
В процессе измерений возникают внешние и внутренние помехи Z1...Zj, которые вносят погрешность в результат измерения. Составляющие f(x), f(у), f(z) имеют свою плотность вероятности, поэтому при
многократном измерении одной и той же величины одним и тем же
средством измерений результаты измерений различаются и не совпадают с истинным хи значением физической величины: y1 ≠ y2 ≠ ... ≠ xи .
Истинное значение – значение, которое идеальным образом
отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующие свойства ФВ. Поскольку истинное значение – идеальное
значение, то в качестве наиболее близкого к нему используют дейст-
вительное значение – значение, найденное экспериментальным путем
с помощью образцовых средств измерений.
Основные постулаты метрологии:
истинное значение существует, и оно постоянно;
истинное значение определить невозможно. Поэтому резуль-
тат измерения связан с измеряемой величиной вероятностной зависимостью.
6.2. Классификация погрешностей
1. По форме числового выражения: абсолютная, относительная,
приведенная.
40
И
ХХ
Д
ХХ
Рис. 17. Неточный отсчет величины
измерения
V A V A
;
X Rx
R U I U U U
Абсолютная погрешность определяется как разность между результатом измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины, выраженная в единицах измеряемой величины:
или
Относительная погрешность определяется как отношение аб-
солютной погрешности измерения к истинному (действительному)
значению измеряемой величины:
Приведенная погрешность определяется как отношение максимальной абсолютной погрешности измерения к нормированному значению измеряемой величины:
,
где – максимальное значение абсолютной погрешности, XN —
нормированное значение измеряемой величины.
За нормированное значение принимаются максимальное значение шкалы СИ, предел шкалы СИ, длина шкалы СИ.
2. По причине возникновения: субъективная, методическая, ин-
струментальная.
Субъективная (отсчетная) погрешность (погрешность оператора) – составляющая погрешности измерения, обусловленная влия-
нием человеческого фактора, предвзятостью оператора и субъективностью его суждений, происходящая от недостаточно точного отсчитывания показаний средств измерений (рис. 17).
.
Методическая погрешность – составляющая погрешности из-
мерения, обусловленная несовершенством метода измерения. Так, измерение сопротивления Rx возможно с помощью схем на рис. 18. В
соответствии со схемой (рис. 18, а):
при условии Rx >> RA, где RA – внутреннее сопротивление амперметра,
получаем U
Rx >> UA
. Следовательно, падением напряжения UA можно
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]