26

Лекция 6. Обеспечение единства измерений

6.1. Понятие об единстве измерений

Цели и принципы метрологического обеспечения единства измерений (МОЕИ)

6.2 Эталоны единиц физических величин

6.3 Метрологическое обеспечение единства измерений

6.4 Метрологические обеспечение предприятия

6.5 Метрологический надзор и контроль

Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результата выражается в указанных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешность результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

Единство измерений достигается путем точного воспроизведения, хранения установленных единиц ф.в. и передачи их размера применяемым средствам измерений.

Воспроизведение единицы физической величины — это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона. Различают воспроизведение основной и производной единиц.

Воспроизведение основной единицы — это воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов. Например, единица массы — 1 килограмм (точно) воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное значение 1 кг. На основании последних международных сличений (1979) платиноиридиевая гиря, входящая в состав Государственного эталона РФ, имеет массу 1,000000087 кг.

Воспроизведение производной единицы — это определение значения ФВ в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведение единицы силы — Ньютона — осуществляется на основании известного уравнения механики F = mg, где m — масса тела; g — ускорение свободного падения.

Передача единицы величины - приведение единицы величины, хранимой средством измерений, к единице величины, воспроизводимой эталоном данной единицы величины или стандартным образцом. Размер единицы передается "сверху вниз"— от более точных СИ к менее точным.

Хранение единицы — совокупность операций, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ. Хранение эталона единицы ФВ предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживать метрологические характеристики эталона в установленных пределах. При хранении первичного эталона выполняются регулярные его исследования, включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера.

6.2 Эталоны единиц физических величин

Высшим звеном в метрологической цепи измерений является эталон.

Эталон – это СИ, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме другим средствам измерения и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Эталоны бывают: первичные, вторичные и рабочие.

Первичный эталон – СИ воспроизводящее размер величины с наивысшей в точностью. Первичные эталоны — это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Они составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений.

Первичный эталон может быть международным и государственным.

Международный эталон - эталон принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размера единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Международный эталон хранится в Международным бюро мер и весов (МБМВ).

Важнейшей деятельностью МБМВ является сличение национальных эталонов и международным. Установлен определенный период между сличениями: например метра и кг – раз в 25 лет, электрические и световые эталон – один раз в 3 года.

Самым первым официальным эталоном был прототип метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали назвать “метр-архив” и килограмм Архив”.

С 1872 г. кг стал определяться как равный массе “ кг Архива”. Это платиновая цилиндрическая гиря высотой и диаметром 39 мм. Вторичный эталон – платиноиридиевая гиря.

За 100 лет были попытки создать эталон кг на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц ( протон, электрона) Но пока не удается воспроизводить массу кг с меньшей погрешностью (1,0000000877 кг)

За эталон метра в 1791 г был принят эталон, равный одной десятимиллионной части четверти дуги парижского меридиана, который в 1837 г. пришлось пересмотреть. французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн, 10 млн 856 метров. Ученые Петербургской академии наук в 1872 г. предложили создать международную комиссию о внесении изменений в эталон метра. Был принят новый эталон метра. в 1889 г. который был изготовлен из платино-иридиевого сплава, погрешность которого была 1.1 10⁷ м, в начале 20 века эта погрешность оценивалась как неудовлетворительная В 1983 г. было принято новое определение метра

Государственный эталон – первичный эталон, признанный официальным решением в качестве исходного на территории государства. Государственные первичные эталоны единиц величин не подлежат приватизации.

Сведения о государственных эталонах единиц величин вносятся федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг и управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений, в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Государственные первичные эталоны единиц величин подлежат утверждению федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по оказанию государственных услуг и управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений и содержатся и применяются в государственных научных метрологических институтах.

Государственные первичные эталоны единиц величин подлежат сличению с эталонами единиц величин Международного бюро мер и весов и национальными эталонами единиц величин иностранных государств. Ответственность за своевременное представление государственного первичного эталона единицы величины на сличение несет государственный научный метрологический институт, содержащий данный государственный первичный эталон единицы величины.

Порядок утверждения, содержания, сличения и применения государственных первичных эталонов единиц величин, порядок передачи единиц величин от государственных эталонов, порядок установления обязательных требований к эталонам единиц величин, используемым для обеспечения единства измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, порядок оценки соответствия этим требованиям, а также порядок их применения устанавливаются Правительством Российской Федерации.

Первичному эталону соподчиняются вторичные и рабочие.

Вторичный эталон – эталон получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передали их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона. В состав вторичных эталонов включаются СИ, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируют условия хранения и передают размер единицы.

По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие:

• эталон-копия — предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создается в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляют собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению, поэтому он не всегда является его физической копией;

• эталон сравнения — применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;

• эталон-свидетель — предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Его основное назначение — обеспечивать возможность контроля постоянства основного эталона;

Рабочие эталон – предназначенный для передачи размера единицы рабочим СИ.

Это самые распространенные эталоны. С целью повышения точности измерений ФВ рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах и лабораториях министерств и ведомств.

Рабочие эталоны при необходимости подразделяются на разряды 1, 2 и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для различных видов измерений устанавливается, исходя из требований практики, различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности СИ, позволяющих воспроизводить и хранить единицу в диапазоне, представляющем объединение диапазонов указанных средств. ( набор эталонных гирь, ареометров).

Хранение эталонов – совокупность операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталонов. Для выполнения этих работ устанавливается специальная категория должностных лиц – ученый хранитель государственного эталона.

Эталонная база страны – совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой ОЕИ в стране.

В настоящее время эталонная база России насчитывает 120 государственных эталонов, 76 установок высшей точности, 2500000 рабочих эталонов и средств испытаний, 8127 типов стандартных образцов. Эталонная база России в настоящее время не только полностью заменила эталонную базу СССР, но во многих областях измерений превзошла ее по точности.

Эталоны созданы Госстандартом Рос­сии (в ведении которого 9 метрологичес­ких институтов) при тесном взаимодей­ствии с Российской академией наук и при­боростроительными министерствами. Ежегодная технико-экономическая эф­фективность от внедрения только части государственных эталонов (примерно 60% от общего числа) и только в ряде отраслей народного хозяйства составляет 130 мил­лионов долларов.

Многочисленные международные сличения подтвердили высокий уровень российской эталонной базы. Эта база обеспечивает вступление России в ВТО в части присоединения к Соглашению по техническим барьерам в торговли.

Для ряда областей измерений и в первую очередь для физико-химических измерений чрезвычайно перспективным средством повышения эффективности поверочных работ является применение стандартных образцов (СО).

Стандартный образец состава и свойств веществ и материалов — это средство измерений в виде вещества (материала), состав или свойства которого установлены аттестацией. Можно дать и другое определение: стандартный образец — образец вещества (материала) с установленными в результате метрологической аттестации значениями одной или более величия, характеризующими свойство или состав этого вещества (материала).

Стандартные образцы предназначены для обеспечения единства и требуемой точности измерений посредством:

• градуировки, метрологической аттестации и поверки СИ;

• метрологической аттестации методик выполнения измерений;

• контроля показателей точности измерений;

• измерения ФВ, характеризующих состав или свойства веществ и материалов, методами сравнения.

Стандартные образцы состава и свойств в отличие от мер характеризуются значительным влиянием неинформативных параметров (примесей, структуры материала и др.). При использовании СО очень часто необходимо учитывать функции влияния таких параметров

В связи с многообразием задач, решаемых с СО, их можно разделить на группы по ряду классификационных признаков. В зависимости от вида аттестуемой характеристики различают:

• стандартные образцы состава — воспроизводят значения величин, характеризующих содержание определенных компонентов (химические элементы, их изотопы и др.);

• стандартные образцы свойств — воспроизводят значения величин, характеризующих физические, химические, технические или другие свойства вещества, за исключением величин, характеризующих состав.

Применение СО должно осуществляться в соответствии с требованиями: нормативной и технических документов на методы измерений, испытаний, контроля, поверки и градуировки средств измерений; аттестованных методик выполнения измерений; государственных, ведомственных и локальных поверочных схем.