Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем.
Поверочные схемы – это документ, определяющий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам измерений.
Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы, создание и реализацию которых определяет ГОСТ 8.061-80.
Чаще используются государственные и локальные поверочные схемы. Государственные поверочные схемы распространяются на все средства измерений данного вида, применяемые в стране. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических органов министерств, распространяются они также и на средства измерений подчиненных предприятий. Кроме того, может составляться и локальная схема на средства измерений, используемые на конкретном предприятии. Все локальные поверочные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, определенной государственной поверочной схемой. Государственные поверочные схемы разрабатываются научно-исследовательскими институтами Госстандарта РФ, держателями государственных эталонов.
При разработке поверочной схемы необходимо обосновать оптимальность ее структуры (методы поверки, виды вторичных эталонов, число разрядов образцовых средств измерений и т.д.). При этом необходимо подобрать оптимальные соотношения погрешностей поверяемого и образцового приборов, учесть вероятности признания годными неисправных приборов и т.д.
Поверочные схемы оформляют в виде чертежа, на котором указывают наименования средств измерений и методов поверки, номинальные значения или диапазоны значений физических величин, средств измерений и методов поверки. Чертеж дополняется текстовой частью (рис. 8).
Чертеж должен состоять из полей, расположенных друг над другом и разделенных штриховыми линиями, число которых зависит от структуры поверочной схемы. Поля должны иметь наименования, указываемые в левой части чертежа, отделенной вертикальной сплошной линией.
В верхнем поле чертежа государственной поверочной схемы, возглавляемой государственным эталоном, указывают наименования эталонов в порядке их соподчиненности. В верхнем поле чертежа ведомственной или локальной поверочной схемы указывают наименования эталона или локальной поверочной схемы.
Для средств измерений производных величин, единицы которых воспроизводят методом косвенных измерений, в верхнем поле чертежа указывают наименования образцовых средств измерений, применяемых для воспроизведения данной единицы и заимствования из других государственных поверочных схем. Наименование этих образцовых средств измерений должны быть даны со ссылками на соответствующие поверочные схемы. Номинальные значения или диапазоны значений ФВ и значения их погрешностей указывают над наименованиями эталонов и образцовых средств измерений.
 |
1 - государственный эталон; 2 - метод передачи размера единицы;
3 - эталон сравнения (для международных сличений);
4 - эталон-копия; 5 - рабочий эталон;
6, 8 - образцовые средства измерений соответствующих разрядов;
7 - образцовые средства измерений, заимствованные из других поверочных схем; 9 - рабочие средства измерений
Рис. 8. Поверочная схема
Под полем эталонов располагают поле образцовых средств измерений 1-го разряда и далее поля подчиненных образцовых средств измерений. В тех поверочных схемах, где должна быть показана передача размера единицы от образцовых средств измерений, заимствованных из других поверочных схем, их наименования помещают в специально отведенном поле. В ведомственных и локальных поверочных схемах указывают разряды образцовых средств измерений, соответствующие присвоенным этим средствам измерений в государственных поверочных схемах. Под наименованиями образцовых средств измерений показывают диапазоны измерений и значения погрешностей средств измерений.
Поле рабочих средств измерений помещают под полем подчиненного образцового средства измерений. Слева направо в порядке возрастания погрешности в нем располагают группы рабочих средств измерений, поверяемых по образцовым средствам одного наименования. Для каждой группы указывают вид, диапазон измерений и значения погрешностей средств измерений.
Погрешности эталонов характеризуют в соответствии с требованиями ГОСТ 8.057-80, погрешности образцовых средств измерений – пределом допускаемой погрешности средств измерений при соответствующей доверительной вероятности 0.90, 0.95 или 0.99, метрологические характеристики и, в частности, погрешности рабочих средств измерений – пределом допускаемой погрешности средств измерений. Формы выражения погрешности образцовых и рабочих средств измерений в одной поверочной схеме должна быть одинаковыми.
В поверочных схемах наименования средств измерений, их номинальные значения или диапазоны значений физических величин и погрешности соответствуют: для эталонов – требованиям ГОСТ 8.372-80; для образцовых средств измерений – государственным стандартам на технические требования или свидетельству об их метрологической аттестации; для рабочих средств измерений – государственным стандартам на технические требования к этим средствам. Наименования и обозначения физических величин и их единиц указывают в соответствии с ГОСТ 8.417-81.
На чертеже поверочной схемы наименование государственного эталона заключают в прямоугольник, образованный двойной линией, а вторичные эталоны, образцовые и рабочие средства измерений – в прямоугольники, образованные одинарной линией. Наименование методов поверки помещают в горизонтальные овалы между наименованиями поверяемого и образцового средства измерений.
Локальная поверочная схема формируется в соответствии со следующими требованиями: передача размеров единиц должна быть направлена сверху вниз, компоновка и оформление элементов ведомственной (локальной) поверочной схемы выполняются согласно схеме (рис. 8); пояснительный текст к ней должен состоять из вводной части и объяснений к ее элементам, несущим дополнительную информацию.
На поверочной схеме также указывают один из методов поверки средств измерений: непосредственного сличения или сличения при помощи компаратора или других средств сравнения; прямых, косвенных.
Метод непосредственного сличения поверяемого 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 и эталонным приборами. При этом определяют погрешность как разницу показаний проверяемого и эталонного средств измерений, принимая показания эталона за действительное значение величины. Достоинства этого метода в его простоте, наглядности, возможности применения автоматической поверки, отсутствии потребности в сложном оборудовании.
Для второго метода необходим компаратор – прибор сравнения, с помощью которого сличаются поверяемое 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 – переменного. В подобных ситуациях в схему поверки 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, так и эталонного измерительного прибора. Достоинством данного метода специалисты считают последовательное во времени сравнение двух величин.
Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений. В целом принцип этого метода аналогичен методу непосредственного сличения, но методом прямых измерений производится сличения 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 применяется, 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 вольтметра постоянного тока эталонным амперметром устанавливают силу тока, одновременно измеряя сопротивление. Расчетное значение напряжения сравнивают с показателями калибруемого вольтметра. Метод косвенных измерений обычно применяется в установках автоматизированной поверки.
Основным показателем достоверности передачи размера единицы величины является соотношение погрешностей средств измерений между вышестоящей и нижестоящей ступенями поверочной схемы. В идеале это соотношение должно быть 1:10, однако на практике достичь его не удается, и минимально допустимым соотношением принято считать 1:3. Чем больше величина этого соотношения, тем меньше уверенность в достоверности показаний измерительного прибора.
При разработке конкретных поверочных схем необходимо следовать приведенной схеме. Строгое соблюдение поверочных схем и своевременная поверка разрядных эталонов – необходимые условия для передачи достоверных размеров единиц измерения рабочим средствам измерений.
Контрольные вопросы
1. Что изучает теоретическая метрология?
2. Значимость измерений заключается в трех аспектах. Назовите их.
3. Сформулируйте основные этапы развития метрологии.
4. Какие основные метрологические учреждения существуют в нашей стране? Какова их сфера деятельности?
5. Что такое физическая величина? Приведите примеры величин, принадлежащих к различным группам физических процессов.
6. В чем принципиальное отличие основных, дополнительных и производных физических величин? Перечислите основные и дополнительные физические величины.
7. Что такое размерность ФВ?
8. Перечислите основные системы единиц. В чем заключается принципиальная разница между ними?
9. Дайте определение шкалы физической величины? Приведите примеры различных шкал.
10. Какая шкала является самой совершенной? Почему?
11. Назовите основные этапы научного исследования.
12. Перечислите компоненты научного факта?
13. Что такое эксперимент?
14. Дайте определение измерения.
15. Какие факторы, влияющие на результат измерения, вы знаете?
16. Чем отличаются действительное и истинное значение ФВ?
17. Какие свойства измерений и СИ вы знаете?
18. Дайте определение погрешности.
19. Как соотносятся погрешность и точность измерений?
20. По каким признакам классифицируются погрешности?
21. Какие погрешности вы знаете?
22. Запишите формулу абсолютной и относительной погрешности.
23. Назовите причины возникновения составляющих погрешности и методы их устранения.
24. Что вы знаете о видах измерениях. По каким критериям они классифицируются?
25. Что такое принцип измерения?
26. Какие существуют методы измерений?
27. Какие виды контроля вы знаете?
28. Дайте определение эталона?
29. Какие способы воспроизведения единиц существуют?
30. Какие виды эталонов вы знаете? Для каких целей они предназначены?
31. Как делят вторичные эталоны по метрологическому назначению?
32. Что такое эталонный набор?
33. Понятие «поверочная схема». Какие поверочные схемы вы знаете? Расскажите о правилах выполнения и содержании чертежей поверочных схем.
