Основы стандартизации, метрологии и сертификации (стр. 28 из 47)

3. СИСТЕМА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПЕРЕДАЧИ РАЗМЕРА СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ

Система воспроизведения единиц физических величин и передачи информации об их размерах всем без исключения СИ в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений.

Воспроизведение единиц физических величин. В соответствии с основным уравнением измерения (2) измерительная процедура сводится к сравнению неизвестного размера с известным, в качестве которого выступает размер соответствующей единицы Международной системы. Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного рабочего эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения или воспроизведения (централизованный способ). Децентрализовано воспроизводятся единицы многих производных физических величин. Основные единицы сейчас воспроизводятся только централизованно.

Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным эталоном. Первичные эталоны — это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период. Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и служащий для этих условий, называется специальным эталоном. Официально утвержденные в качестве исходного для страны первичный или специ-альный эталоны называются государственными.

Эталон, получающий размер единицы путём сличения с первичным эталоном рассматриваемой единицы, называется вторичным эталоном.

Эталон должен отвечать трем основным требованиям: неизменность (способность удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени); воспроизводимость (воспроизведение единицы с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники); сличаемость (способность не претерпевать изменений и не вносить каких-либо искажений при проведении сличений).

Государственные эталоны представляют собой национальное достояние и поэтому должны храниться в метрологических институтах страны в специальных эталонных помещениях, где поддерживается строгий режим по влажности, температуре, вибраци-ям и другим параметрам. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе большое значение имеют международные сличения национальных государственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, установить, насколько национальные эталоны соответствуют международному уровню, и наметить пути совершенствования национальных (государственных) эталонов.

В 1998 г. эталонная база России была представлена 116 государственными эталонами, 250 вторичными эталонами, 70 установками высшей точности и государственными стандартными образцами в количестве более 7500.

Передача размера единицы представляет собой приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, вос-производимой или хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих единиц. При передаче информации о размере единиц обширному парку СИ приходится прибегать к многоступенчатой процедуре.

По размеру единицы, воспроизводимому государственным эталоном, устанавливаются значения физических величин, воспроизводимые вторичными эталонами.

Среди вторичных эталонов различают: эталоны-сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут непосредственно сличаться друг с другом; эталоны-свидетели, предназначенные для поверки .сохранности и неизменности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты; эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере единицы рабочим эталонам.

Самым распространенными по численности парка вторичными эталонами являются рабочие эталоны различных разрядов — 1,2, 3-го (иногда 4-го). От рабочих эталонов низшего разряда размер передается рабочим средствам измерения (РСИ). Число РСИ по каждому из видов измерений достигает сотен тысяч и даже миллионов экземпляров (например, термометры, манометры).

РСИ обладает различной точностью измерений наиболее точные РСИ при поверке (калибровке) получают размер от вторичных эталонов или рабочих эталонов 1-го разряда; наименее точные — от эталонов низшего разряда (3-го или 4-го).

В качестве методов передачи информации о раз-мере единиц используют методы непосредственного сличения (т.е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов), а также сличение с помощью компаратора. Непосредственное сличение применяют, как правило, для менее точных мер. Непосредственно сличать можно только штриховые меры длины (линейка, брусковые метры, рулетки), меры вместимости (измерительные цилиндры, бюретки, пипетки, мерные колбы и т.п.). Для более точной поверки используют приборы-сравнения компарирующие устройства. Наиболее часто применяют следующие компараторы: образцовые весы различных разрядов (при поверке гирь), мосты постоянного и переменного тока (при сличении мер сопротивления и ЭДС нормальных элементов).

На каждой ступени передачи информации о размере единицы точность теряется в 3—5 раз (иногда в 1,25—10 раз). Значит, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных СИ число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации непосредственно от рабочих эталонов 1-го разряда.

Поверочные схемы СИ представляют собой документ, который устанавливает соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим СИ с указанием методов и погрешности при передаче. Различают государственные и локальные поверочные схемы. Государственные схемы регламентируют передачу информации о размере единицы всему парку СИ в стране. Во главе этой схемы нахо-дится государственный эталон.

Государственные поверочные схемы закладываются в основу государственных стандартов. Локальные поверочные схемы распространяются на СИ, подлежащие поверке, организуемой МС министерства (ведомства) или МС юридического лица.

Систему передачи образно представляют [31] в виде пирамиды (рис. 7): в основании находится совокупность РСИ; вершину занимает государственный эталон; на промежуточных плоскостях — рабочие эталоны различных разрядов. От основании к вершине уменьшается погрешность СИ, растет их стоимость, снижается «тираж» изготовления. В табл. 2 даются сведения об СИ, участвующих в поверочной схеме в соответствии с ГОСТ 8.021—84 (ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений массы).

Процесс передачи размера единиц происходит при поверке и калибровке СИ. Поверка и калибровка представляют собой набор операций, выполняемых с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям.

Рис. 7. Схематическое изобpажение системы пеpедачи pазмеpа единицы величины

Принципиальное отличие поверки от калибровки состоит в том, что поверка: 1) носит обязательный, характер и проводится в рамках государственного метрологического контроля; 2) проводится в отноше-нии СИ, которые применяются в законодательно установленных (Закон РФ «Об обеспечении единства измерений») сферах, главным образом непроизводственных — здравоохранение, охрана окружающей среды, торговые операции, государственные учетные операции, обеспечение обороны государства, банковские, налоговые, таможенные операции и пр.

Поверка и калибровка подробно рассмотрены соответственно в разделах 5 и 6.

4. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 2

Эталоны, используемые в государственной поверочной схеме для средств измерений массы

Наименование средств измерений	Диапазон измерений	Погрешность
1. Государственный эталон Национальные прототипы килограмма – копии международного прототипа килограмма – гири	1 кг	SS d = 2 x 10-3 мг
· Вторичный эталон – эталон-копия Гири	1 кг	SS d = 2 x 10-2 мг
3. Рабочий эталон 0-го разряда Набор гирь	От 1 До 500 г	SS d = 8 x 10-4 – - 2 x 10-2 мг
4. Рабочий эталон 1-го разряда Набор гирь	От 1 мг До 1 кг	d = 2 х 10-3 – 0,5 мг
5. Рабочий эталон 2-го разряда Набор гирь	От 1 мг До 20 кг	d = 6 х 10-3 – 30 мг
6. Рабочий эталон 2-го разряда Набор гирь	От 1 мг До 20 кг	d = 1,5 х 10-2 – 75 мг
7. Рабочий эталон 3-го разряда Набор гирь	От 5 мг До 2000 кг	D = 0,4 – 2000 мг
Рабочие средства измерений Набор гирь: Рабочие гири классов 1,2,3 Рабочие гири классов точности 4,5,6	От 1 мг До 20 кг	d = 2 х 10-3 – 75 мг D = 0,4 – 5000 мг

Примечание.d — доверительная абсолютная погрешность при доверительной вероятности 0,95; D — предел допускаемой абсолютной погрешности; SS d — средние квадратические отклонения результатов сличений (государственного первичного эталона с Международным прототипом, эталона копии с государственным эталоном, рабочего эталона 0-го разряда с эталоном-копией).