6.7. Поверочные схемы
Поверочная схема для СИ - нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим СИ (с указанием методов и погрешности при передаче) [69]. Различают государственные и локальные поверочные схемы.
Государственная поверочная схема — схема, распространяющаяся на все СИ данной ФВ, имеющейся в стране.
Локальная поверочная схема — схема, распространяющаяся на СИ данной ФВ, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации).
Иногда локальную (ведомственную) поверочную схему возглавляет СО. Поскольку по своей значимости СО подразделяются на государственные и локальные, которые, в свою очередь, подразделяются на ведомственные СО и СО предприятия, то этой классификации соответствуют и поверочные схемы.
Государственная поверочная схема разрабатывается в качестве государственного стандарта, ведомственные — в качестве нормативно документа ведомства и/или предприятия (организации).
Поверочная схема оформляются в соответствии с определенными требованиями, изложенными, как правило, в государственных стандартах. Поверочная схема должна состоять из нескольких полей, разделенных горизонтальными пунктирными линиями (рис.6-4). В левой части по вертикали указываются наименования элементов схемы (эталоны, образцовые и рабочие СИ). В полях располагаются структурные элементы поверочной схемы (1-9) и методы поверки СИ при переходе с одного поля схемы к другому (2).
В верхнем поле поверочной схемы указывают эталон или образцовое СИ, обладающее для этой схемы наивысшей точностью.
Поверочная схема должна включать не менее двух ступеней передачи размеров единицы и она должна представлять передачу только одной ФВ. Схемы должны состоять из текстовой части и чертежа.
Ниже первичного эталона указывают образцовые СИ (рабочие эталоны) 1-го, 2-го и т.д. разрядов. Связь между ними обозначают с помощью сплошных вертикальных линий. Нижнее поле заполняется рабочими СИ. Передача размеров единиц рабочим СИ может производиться с различных уровней, а также с использованием элементов других поверочных схем.
Эталон высшей точности (первый в цепи поверочной схемы) изображается прямоугольником, обведенным двойной линией. Другие СИ — в виде прямоугольников, обведенных одной линией, где указываются диапазон измерений и погрешности поверки. Методы передачи размеров единиц и их описание заключается в круг или овал, обведенный одной линией.
Рабочие СИ располагают по группам, указывая тип СИ, диапазоны измерений, класс точности или погрешность. Рабочие СИ группируются в порядке убывания точности слева направо. Могут выделяться группы по методам поверки.
В поверочной схеме используют различные способы поверки СИ с помощью эталонов и образцовых СИ на разных уровнях передачи единицы измерения или значения ФВ. В целях унификации методы поверки СИ должны соответствовать одному из следующих методов:
- сличение с более точной образцовой мерой посредством компарирующего прибора (например, сличение частот двух образцовых генераторов частоты);
- непосредственное сличение;
- метод прямых измерений (например, массы на рычажных весах);
- метод косвенных измерений (например, измерение тока по силе взаимодействия катушек с током или измерение заряда на известной емкости).
Соотношение допускаемых погрешностей образцовых и поверяемых СИ устанавливаются с учетом принятого метода поверки, характера погрешности и других факторов. Обычно эти соотношение принимается равным 1:3 при условии введения поправок на показания образцовых СИ. При отсутствии поправок исходят из соотношения 1:5.
На элементах поверочной схемы для эталонов, как правило, указываются среднеквадратическое отклонение погрешности воспроизведения единицы ФВ S0, неисключенная систематическая погрешность 0 в относительных величинах, доверительная относительная погрешность СИ 0, нестабильность эталона за год 0. Допускается указывать класс точности приборов. Для методов передачи единиц измерения указывается погрешность методов передачи единиц.
Рис.6-4. Типичный вид поверочной схемы: 1 — государственный эталон; 2 —метод передачи единиц; 3 — эталон-копия; 4 — эталон-свидетель; 5 — рабочий эталон; 6, 7, 8 — образцовые СИ – рабочие эталоны, соответствующих разрядов; 9 — рабочие СИ
Примечание. В качестве первого примера рассмотрим поверочную схему для времени и частоты (рис.6-5). Возглавляет ПС рубидиевый генератор частоты с рабочим диапазоном частот от 0,1 до 1,5 МГц. Он передаёт размер единицы (в данном случае частоты) кварцевому генератору частоты и синтезатору частоты с помощью компаратора сличения частот. Относительная погрешность сличения 5 · 10-8, что сравнимо с погрешностью значения частоты, выдаваемой исходным генератором 1 · 10-9. Поэтому относительные погрешности воспроизведения частот для образцовых СИ 2-х разрядов указаны для рабочих диапазонов частот.
Последующие этапы передачи единицы измерения частоты вниз по поверочной схеме осуществляются с помощью метода сличения частот и метода прямых измерений. При этом метрологические показатели рабочих СИ хуже, чем показатели образцовых СИ 2-го разряда.
Рис. 6-5. Фрагмент поверочной схемы для СИ времени и частоты
В качестве второго примера предлагается для самостоятельного изучения поверочные схемы в области аттестации средств ионизирующего излучения в системе ГСИ:
ГОСТ 8.034-82 «Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений экспозиционной дозы и потока энергии рентгеновского и гамма-излучений»;
ГОСТ 8.033-96 «Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений активности и удельной активности радионуклидов».