Метрология, учебное пособие
.pdf51
Таким образом, в окончательном ответе должно быть сообщено «Измерение произведено с относительной погрешностью (точностью) δ = 2,8 % Измеренное напряжение U = (268 ± 8) В или U = 268 В ± 8 В».
При этом более наглядно указать также пределы интервала неопределенности измеренной величины в виде 260 В < U < 276 В.
Существуют определенные правила округления.
а) Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.
Пример. 235,732 ± 0,15 округляется до 235,73 ± 0,15, но не до 235,7 ± 0,15.
б) При промежуточных вычислениях целесообразно, чтобы используемые числа содержали на одну значащую цифру больше, чем будет в окончательном результате. Это позволяет уменьшить погрешность от округления.
Если первая из отбрасываемых цифр (считая слева направо) меньше пяти, то остающиеся цифры не меняются.
Пример. 442,749 ± 0,4 округляется до 442,7 ± 0,4.
в) Если первая из отбрасываемых цифр больше или равна пяти, то последняя сохраняемая цифра увеличивается на единицу.
Пример. 37,268 ± 0,5 округляется до 37,3 ± 0,5; 37,253 ± 0,5 округляется до
37,3 ±0,5.
г) Если первая отбрасываемая или заменяемая цифра равна 5 и за ней не следует отличных от нуля цифр или идут нули, то последнюю оставшуюся цифру увеличивают на единицу, если она нечетная, и оставляют без изменения, если она четная или нуль.
Пример. 3,7025 ± 0,005 округляется до 3,702 ± 0,005; 3,7035 ± 0,005
округляется до 3,704 ± 0,005 д) Округление следует выполнять сразу до желаемого числа значащих
цифр, поэтапное округление может привести к ошибкам.
Пример. Поэтапное округление результата измерения 220,46 ± ± 4 дает на первом этапе 220,5 ± 4 и на втором 221 ± 4, в то время как правильный результат округления 220 ± 4.
52
Значащими цифрами числа считаются все цифры от первой слева, не равной нулю, до последней записанной справа цифры, при этом нули, записанные в виде множителя 10n, не учитываются. Поэтому записи 2,4∙ 102 В и 2400 В не являются тождественными. Первая запись означает, что верны цифры тысяч и сотен вольт и истинное значение может быть, например, 2,42 или 2,38 кВ. Запись 2400 В означает, что верны и единицы вольт, истинное значение может быть 2400,2 или 2390,8 В, но не 2420 или 2380 В.
Пример. В результате измерения получено напряжение 3720 В, при этом погрешность измерения составляет 1 %, результат измерения следует записать (если погрешность не указывается) 37∙102 В, или 3,7∙103 В, или 3,7 кВ.
53
5. ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Единство измерений и единообразие средств измерений обеспечивается с помощью специальных мер, осуществляемых метрологическими службами. Деятельность органов метрологической службы, направленная на обеспечение единства измерений, называется надзором за средствами измерений. Надзор за средствами измерений подразумевает комплекс мероприятий, основными среди которых, являются поверки и метрологическая аттестация средств измерений.
Поверкой средств измерений называют совокупность действий, выполняемых для определения и оценки погрешностей средств измерений с целью выяснить, соответствуют ли их точностные характеристики регламентированным значениям и пригодно ли средство измерений к применению. «Поверка» — сугубо специфичный, метрологический термин. Его не следует смешивать с «проверкой» — контрольной операцией, цель которой
— установить наличие чего-либо, исправность и т.п. Слово «поверка» имеет общий корень со словом «верить». Поверить — сделать верным, законным.
Организацию и проведение поверки средств измерений регламентирует «Порядок проведения поверки средств измерений».
Метрологической аттестацией средства измерений называется исследование, выполняемое с целью определения метрологических свойств этого средства, и выдача документа с указанием полученных данных.
Методы поверки средств измерений. В основу классификации применяемых методов поверки положены следующие признаки, в соответствии
скоторыми, средства измерений могут быть поверены:
сличением поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида с помощью компаратора;
прямым измерением поверяемым измерительным прибором величины, воспроизводимой образцовой мерой;
прямым измерением образцовым измерительным прибором величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;
косвенным измерением величины, воспроизводимой мерой или
54
измеряемой прибором, подвергаемыми поверке;путем независимой (автономной) поверки.
Метод непосредственного сличения двух средств измерений широко применяется при поверке различных средств измерений. Например, в области электрических и магнитных измерений этот метод применяют при определении метрологических характеристик измерительных приборов непосредственной оценки, предназначенных для измерения тока, напряжения, частоты и т. д.; в области измерения механических величин, в частности, давления. Основой метода служит одновременное измерение одного и того же значения
физических |
величин X |
аналогичными по роду |
измеряемой |
величины |
|
поверяемым и образцовым приборами. |
|
|
|
||
При поверке данным методом устанавливают требуемое значение |
X , |
||||
затем сравнивают показания поверяемого прибора |
X П с показаниями |
X O |
|||
образцового |
и определяют разность DX = X П - X О . |
Разность |
X равна |
||
абсолютной погрешности поверяемого прибора, которую приводят к
нормированному значению X НОРМ |
для получения приведенной погрешности |
||
γ = |
DX |
×100% . |
(7.1) |
|
|||
|
X НОРМ |
|
|
Этот метод может реализовываться двумя способами:
регистрацией совмещений. При этом указатель поверяемого прибора путем изменения входного сигнала совмещают с проверяемой отметкой шкалы (оцифрованным делением), а погрешность определяют расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора и действительным значением, определяемым по показаниям образцового прибора:
отсчитыванием погрешности по шкале поверяемого прибора. При этом номинальное для поверяемой отметки шкалы значение размера
физической величины устанавливают по образцовому прибору, а погрешность определяют по расстоянию между проверяемой отметкой поверяемого прибора и его указателем.
55
Первый способ удобен тем, что дает возможность точно определить погрешность по образцовому прибору, шкала которого обычно имеет большее число делений, а отсчетное устройство практически исключает появление погрешности отсчета вследствие параллакса. Второй способ удобен при автоматической поверке, так как позволяет поверять одновременно несколько приборов с помощью одного образцового. Недостатки этого способа: нелинейность шкал аналоговых поверяемых приборов и неточность нанесения промежуточных делений. Но это не относится к цифровым приборам с несвойственной им погрешностью отсчета.
Выбор образцового прибора определяется необходимым соотношением пределов допускаемой погрешности образцового и поверяемого прибора, которое должно быть согласно ГОСТ 8.497-83 не более 1:5 при поверке приборов всех классов точности. Допускается соотношение не более 1:3 при поверке приборов класса точности 0,5 и более точных, 1:4 при поверке приборов класса точности 1,0 и менее точных. При этом вариация показаний образцового прибора не должна превышать половины абсолютного значения предела его допускаемой основной погрешности.
Верхние пределы измерений образцового и поверяемого приборов рекомендуется выбирать одинаковые, могут использоваться образцовые приборы с пределом измерений, превышающим (до 25%) предел измерения поверяемого прибора. В этом случае класс точности образцового прибора рассчитывают по формуле
kT .O |
£ α × kT .П |
× |
X max П |
, |
(7.2) |
|
|||||
|
|
|
X max О |
|
|
где kТ.О , kТ.П - классы точности образцового и поверяемого приборов, %;
α − требуемое соотношение между погрешностями образцового и поверяемого приборов;
X max О , X max П - верхние пределы измерений образцового и поверяемого
приборов.
При проведении периодической поверки определяются:
56
основная погрешность прибора;
вариация показаний прибора;
остаточное отклонение указательной стрелки прибора от нулевой отметки. Основная погрешность поверяемого прибора определяется относительной
приведенной погрешностью. Значения основной погрешности поверяемого прибора сравнивают с цифрой его класса точности. Если, хотя бы на одном из оцифрованных делений шкалы поверяемого прибора относительная приведенная погрешность γ превзойдет значение цифры класса точности,
указанному на его шкале, то поверяемый прибор следует признать непригодным к применению.
При цифре класса точности определяют абсолютное значение предела допускаемой основной погрешности прибора
|
|
|
X max = ± |
KT × X НОРМ |
. |
(7.3) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
100 |
|
|
||
Вариация |
Β |
показаний |
прибора |
на поверяемых |
отметках его шкалы |
||
определяется |
как |
разность |
показаний |
X O ' и X O ' |
образцового прибора, |
||
соответствующих указанным отметкам и получаемых сначала при увеличении, а затем при уменьшении измеряемой величины
(7.4)
Вариация показаний рабочих приборов не должна превышать абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности прибора. Вариация показаний приборов, аттестованных в качестве образцовых, не должна превышать половины абсолютного значения предела допускаемой основной
погрешности этого прибора. |
|
Остаточное отклонение указательной стрелки прибора |
от нулевой |
отметки, допускаемое при его эксплуатации, для приборов, устойчивых к механическим воздействиям и переносных определяется по классу точности КТ
и длине L шкалы прибора
= |
KT |
× L |
. |
(7.5) |
|
100 |
|||||
|
|
|
|||
57
6. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Центральная задача в организации измерительных работ — достижение сопоставимых результатов измерений одних и тех объектов, выполненных в разное время, в разных местах, с помощью разных методов и средств. Эта задача решается путем обеспечения единства измерений. В свою очередь это единство достигается в результате деятельности метрологических служб, направленных на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с государственными актами, правилами, требованиями, нормами, установленными стандартами и другими НД в области метрологии.
В организационном плане это единство обеспечивается субъектами метрологии — государственной метрологической службой страны, увязывающей свою деятельность с международными метрологическими организациями, метрологическими службами федеральных органов исполнительной власти России и метрологическими службами юридических лиц.
Важнейшей формой обеспечения единства измерений со стороны государства является государственный метрологический контроль и надзор.
Нормативной базой обеспечения единства измерений является законодательная метрология, а технической базой служит рассмотренная система воспроизведения единиц физических величин и передачи информации об их размерах всем без исключения СИ в стране.
Государственный метрологический контроль включает: утверждение типа средств измерений; поверку средств измерений, в том числе эталонов; лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.
Утверждение типа СИ необходимо для новых марок (типов) СИ, предназначенных для выпуска из производства или ввоза по импорту. Указанная процедура предусматривает обязательные испытания СИ, принятие
58
решения об утверждении типа, его государственную регистрацию, выдачу сертификата об утверждении типа.
Испытания СИ проводятся государственными научными метрологическими центрами, аккредитованными в качестве государственных центров испытаний СИ (ГЦИ СИ).
Положительные результаты испытаний являются основанием для принятия Госстандартом решения об утверждении типа СИ, которое удостоверяется сертификатом. Утвержденный тип СИ вносится в Государственный реестр, который ведет Госстандарт. На СИ утвержденного типа и эксплуатационные документы, сопровождающие каждый экземпляр, наносится знак утверждения типа установленной формы.
При истечении срока действия сертификата, наличии информации от потребителей об ухудшении качества СИ, при внесении в их конструкцию или технологию изготовления изменений, влияющих на нормированные метрологические характеристики, проводятся испытания на соответствие СИ утвержденному типу. Если СИ изготавливаются или ввозятся из-за рубежа в единичных экземплярах, то процедура утверждения типа проводится по упрощенной схеме.
Всоответствии с международными соглашениями, заключенными Россией
сдругими странами, Госстандартом может быть принято решение о признании результатов испытаний или утверждении типа СИ, что является основанием для внесения типа импортируемых СИ в Государственный реестр и их применения в РФ.
Информация об утверждении типа СИ и решение о его отмене публикуются в официальных изданиях Госстандарта. Информационное обслуживание заинтересованных юридических и физических лиц данными об утвержденных типах СИ осуществляется ВНИИ метрологической службы Госстандарта. Информация об утверждении типа и решение о его отмене оперативно публикуются в журнале «Измерительная техника». Осуществляется также официальное издание описаний утвержденных типов СИ, что позволяет
59
ЦСМ иметь достоверную информацию и использовать ее при выполнении надзорных функций.
Поверка СИ. СИ, подвергаются поверке органами ГМК при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. В отличие от процедуры утверждения типа, в которой участвует типовой представитель СИ, поверке подлежит каждый экземпляр СИ.
Согласно законодательству РФ допускается продажа и выдача напрокат только поверенных СИ. Перечни групп СИ, подлежащих поверке, утверждаются Госстандартом. Развернутые перечни СИ, подлежащие поверке, составляют юридические и физические лица — владельцы СИ. Правильность указанных перечней контролируется органами ГМС.
Поверка СИ осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя. Результатом поверки является подтверждение пригодности СИ к применению или признание СИ непригодным к применению. Если СИ признано пригодным, то на него или на техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма или выдается «Свидетельство о поверке».
Поверительные клейма — технические устройства, предназначенные для нанесения оттиска клейма на СИ, дополнительные устройства или техническую документацию. Оттиск поверительного клейма нужен не только для удостоверения пригодности СИ, но и для исключения доступа к узлам регулировки показаний СИ (допустим, топливно-раздаточных колонок на бензозаправочных станциях).
СИ подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке.
Первичной поверке подлежат СИ утвержденных типов при выпуске из производства и ремонта, при ввозе по импорту. Первичной поверке могут не подвергаться СИ при ввозе по импорту на основании заключенных международных соглашений о признании результатов поверки, произведенной в зарубежных странах.
60
Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении. Результаты периодической поверки действительны в течение межповерочного интервала. Первый межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа. Периодическая поверка может производиться на территории пользователя, органа ГМС или аккредитованного на право поверки юридического лица. Место поверки выбирает пользователь СИ, исходя из экономических факторов и возможности транспортировки поверяемых СИ и эталонов.
Внеочередную поверку производят при эксплуатации (хранении) СИ в следующих случаях: повреждение знака поверительного клейма, а также утрата свидетельства о поверке; ввод в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); неудовлетворительная работа прибора или проведение повторной настройки после ударного воздействия на СИ.
Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора.
Лицензирование деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату СИ. Как известно, лицензирование — выполняемая в обязательном порядке процедура выдачи лицензии юридическому или физическому лицу на осуществление им деятельности, не запрещенной законодательством РФ. Лицензии на вышеуказанную деятельность выдают органы ГМС на территориях субъектов РФ. Основанием для выдачи юридическому или физическому лицу (лицензиату) лицензии являются положительные результаты проверки компетентным органом условий осуществления деятельности.
Осуществление всех видов ГМК является, по существу, предоставлением метрологических услуг, которые оплачиваются приборовладельцем в соответствии со ст. 27 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений».
Государственный метрологический надзор осуществляется: