Основные позиции закона РФ «Об обеспечении единства измерений» от 26.06.2008 № 102 – ФЗ. 3 страница

Автоматические СИ – СИ, производящие без участия человека измерения величины и все операции, связанные с обработкой результатов измерений, их регистрацией, передачей данных или выработки управляющих сигналов.

Примеры: измерительные или контрольные автоматы, встроенные в автоматическую технологическую линию (технологическое оборудование, станок и др.), измерительные роботы, обладающие хорошими манипуляционными свойствами.

Автоматизированное СИ – СИ, производящее в автоматическом режиме одну или часть измерительных операций. Например, счетчик газа (измерение и регистрация данных с нарастающим итогом).

Мера ФВ – СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения и передачи ФВ одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с заданной точностью.

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получениязначений измеряемой величины в установленном диапазоне и вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме, доступной наблюдателю для непосредственного восприятия (последнее относится к показывающим приборам).

Аналоговый измерительный прибор – СИ, показания которого являются непрерывной функцией изменения измеряемой величины. Например,весы, манометр, амперметр, измерительная головка со шкальными отсчетными устройствами.

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется СИ, автоматически

вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого

представлены в цифровой форме. При измерениях с помощью ЦИП исключаются субъективные ошибки оператора.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких ФВ и расположенная в одном месте.

Например, поверочная установка, испытательный стенд, измерительная машина для измерения удельного сопротивления материалов.

Измерительная система (ИС) - совокупностьфункционально объединенных мер,

измерительных приборов, измерительных преобразователей, компьютеров и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или нескольких ФВ, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. Измерительная система может содержать десятки измерительных каналов.

В зависимости от назначения ИС разделяют на измерительные информационные,

измерительные контролирующие, измерительные управляющие и пр.

Различают также достаточно условно информационно-измерительные системы

(ИИС) и компьютерно - измерительные системы (КИС).

Измерительную систему, перестраиваемую в зависимости от изменения измерительной задачи, называют гибкой измерительной системой (ГИС).

Измерительный – вычислительный комплекс (ИВК ) – функционально объединенная совокупность СИ, компьютеров и вспомогательных устройств, предназначенных для выполнения в составе ИС конкретной измерительной функции.

Компьютерно - измерительная система (КИС), иначе виртуальный прибор, состоит из стандартного или специализированного компьютера со встроенной платой (модулем) сбора данных.

Измерительный преобразователь (ИП) – техническое средствос нормативными

метрологическими характеристиками, служащее дляпреобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи. ИП входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, ИС и др.), или применяется вместе с

каким – либо СИ.

Примеры ИП. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) или аналого-цифровой

преобразователь (АЦП).

Передающий преобразователь – измерительный преобразователь, служащий для

дистанционной передачи сигнала измерительной информации к другим устройствам или

системам (термопара в термоэлектрическом термометре).

Первичный измерительный преобразователь или просто первичный преобразователь (ПП) - измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая ФВ;

Датчик – конструктивно обособленный ПП, вырабатывающий измерительные сигналы (он «дает» информацию).

Средство сравнения – техническое средство или специально создаваемая среда, посредством которых возможно выполнять сравнение друг с другом мер однородных величин или показания измерительных приборов.

Компаратор – электронное средство сравнения, предназначенное для сличения мер однородных величин, например, компаратор для сравнения двух напряжений.

Узаконенное СИ – СИ, признанное годным и допущенное для применения уполномоченным органом, например, рабочие СИ, предназначенные для серийного выпуска, узаконивают путем утверждения типа.

 

 

1.8 Меры. Виды мер

Мера ФВ – СИ, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения и передачи

ФВ одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в

установленных единицах и известны с заданной точностью.

Различают следующие виды мер:

- однозначная мера, воспроизводящая ФВ одного размера (гиря 1 кг);

- многозначнаямера, воспроизводимая ФВ разных размеров. Например, штриховая мера длины (линейка);

- набор мер – комплект мер разного размера одной и той же ФВ, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так ив различных сочетаниях. Например, набор плоскопараллельных концевых мер длины (ПКМД), набор гирь (разновесы);

- магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в отдельное устройство, в

котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях. Например, магазин электрических сопротивлений;

- калибры – средства контроля в машиностроении, предназначенные для контроля (а не для измерения) размеров, формы, взаимного расположения осей и поверхностей, зазоров и оценки их с точки зрения установленным требованиям.

Например, предельные калибры – пробки и калибры – скобы, которые являются одним из основных технических средств контроля в машиностроении.

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических устройств – устройств сравнения (рычажных весов, электронных компараторов, измерительных мостов и т.д.).

К однозначным мерам можно отнести стандартные образцы (СО).

 

1.9 Эталоны. Стандартные образцы состава и свойств вещества и материалов

 

1.9.1 Эталон единицы ФВ – СИ или комплекс СИ, предназначенные для хранения, воспроизведения и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ, и утвержденный в установленном порядке.

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие СИ одной и той же величины.

Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях эталонов установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.

Конструкция эталона, его физические свойства, должны обеспечивать хранение и (или) воспроизведение единицы ФВ.

Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

 

Воспроизведение основной единицы осуществляется путем создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов.

Воспроизведение производной единицы – это определение значения ФВ в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой, например, F = mg, где F – сила; m – масса; g – ускорение свободного падения.

Передача размера единицы – это приведение размера единицы хранимой проверяемым СИ к размеру единицы воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при проверке и калибровке. Размеры единицы передаются от более точных СИ к менее точным.

Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во

времени размера единицы, присущих данному СИ.

Хранение эталона единицы ФВ предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживать метрологические характеристики эталона в установленных пределах.

При хранении первичного эталона выполняются его регулярныеисследования,

включая сличения с национальными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведения единицы и совершенствования методов передачи ее размера.

Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.

Реализация этих требований привела к идее создания «естественных» эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.

Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня

развития измерительной техники.

Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

Сличаемость – возможность сличения с эталонами других СИ, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующей техники измерения.

Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких- либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений в процессе сличений.

1.9.2 Различают следующие виды эталонов (РМГ 29 – 99):

- первичный – обеспечивает хранение и воспроизведение ФВ с наивысшей точностью в стране. Первичные эталоны составляют основу государственной системы обеспечения единства измерений и бывают международными, национальными (государствен-

ными) и специальными;

- международный - эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами;

- государственный или национальный – это первичный или специальный эталон,

официально утвержденный в качестве исходного для страны. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральными метрологическими центрами страны (ГНМЦ). Точность воспроизведения единицы должна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворять потребностям науки и техники;

- специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях и может заменять первичный эталон. Он служит для воспроизведения единицы ФВ в условиях, когда первичный эталон нельзя использовать, и прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически неосуществима (например, на сверхвысоких частотах).

Первичные испециальные эталоны являются исходными для страны, их утверждают в качестве национальных;

- вторичный – хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи 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. Вторичные эталоны по назначению делят на эталоны сравнения, рабочие эталоны, эталоны-свидетели и эталоны копии;

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

- рабочий эталон – мера, измерительный прибор или преобразователь, который применяют для передачи размера единицы рабочим СИ. Это самые распространенные эталоны.

При необходимости подразделяются на 1-й, 2-й и последующие разряды, определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой;

- эталон – свидетель служит для проверок сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты;

- эталон-копия предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Его создают в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталонов от преждевременного износа. Эталон – копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению.

1.9.3 Стандартные образцы (СО) принадлежат к однозначным мерам. Различают два вида стандартных образцов:

- стандартные образцы состава;

- стандартные образцы свойств.

Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.

Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).

Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться.

Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах.

 

Выделяют:

- межгосударственные СО;

- государственные СО;

- отраслевые СО;

- СО организации (предприятия).

 

1.9.4 Передача размеров единиц физических величин. Для обеспечения правильной передачи размеров единиц измерения от эталона к рабочим средствам составляют поверочные схемы, устанавливающие метрологические соподчинения государственного эталона, разрядных эталонов и рабочих СИ.

Поверочная схема для СИ – нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче размераединицы от эталона рабочим СИ (с указанием методов и погрешности при передаче).

Государственные поверочные схемы распространяются навсе СИ данного вида, применяемые в стране (рисунок 3).

Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических органов министерств, распространяются они также и на СИ подчиненных предприятий. Кроме того, может составляться и локальная схема на СИ, используемая на конкретном предприятии.

Все локальные поверочные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, которая определена государственной поверочной схемой. При разработке конкретных поверочных схем необходимо следовать приведенной схеме.

Государственные поверочные схемы разрабатываются научно-исследовательскими институтами Росстандарта, держателями государственных эталонов.

 

Государственные поверочные схемы утверждаются Росстандартом, а локальные – ведомственными метрологическими службами или руководством предприятия.

Рабочие СИ в зависимости от их степени точности (т.е. погрешности измерений) подразделяются на 5 категорий: наивысшей точности, высшей точности, высокой точности, средней точности, низшей точности.

Наивысшая точность обычно соизмерима со степенью погрешности СИ государственного эталона.

Передача размеров единиц ФВ от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется с помощью рабочих эталонов. На каждой ступени передачи информации о размере единицы точность теряется 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.

Основным показателем достоверности передачи единицы величины является соотношение погрешностей СИ между вышестоящей и нижестоящей ступенями поверочной схемы.

В идеале это соотношение должно быть 1: 10, однако на практике достичь его не удается, и минимальным соотношением принято считать 1: 3. Чем больше величина этого соотношения, тем меньше уверенность в достоверности показаний измерительного прибора.

 

Рисунок 3 - Виды эталонов по РМГ 29 – 99. Государственная поверочная схема.

 

1.10 Точность и погрешность измерений

Точность результата измерений - характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результатаизмерения (точность измерений характери­зует близость их результатов к истинному значению величины).

Термин «точность» корректно использо­вать лишь в понятии «класс точности», который

широко применяют в прак­тике нормирования точностных характеристик средств измерений.

Точность связана с погрешностью обратной зависимостью

К_Т =1/ |δ|.

Точностные характеристики СИ - совокупность метрологических характеристик

СИ, влияющих на погрешность измерения. Метрологические характеристики нормируют для нормальных условий применения СИ.

Основная погрешность СИ – погрешность СИ, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной по­грешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин (температуры, влажности и др.) от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

 

Класс точности средств измерений - обобщен­ная характеристика данного типа СИ, как правило, отражающая уровень их точности,выражаемая пределами допус­каемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками,

влияющими наточность.

Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность СИ одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняе­мых с помощью каждого из этих средств.

Это важно при выборе СИ в зависимости от заданной точности измерений.

Учет всех нормируемых метрологических характеристик СИ при оценке погрешности измерений - сложная и трудоемкая процедура, оправ­данная при измерениях повышенной точности.

При измерениях на производстве, в повседневной жизни такая точность не всегда

нужна. Однако определенная информация о возможной инструментальной составляющей

погрешности измерения необходима и поэтому она должна быть каким-либо образом

отражена. Такая информация со­держится в указании класса точности СИ.

Класс точности СИ конкретного типа устанавливают в стандартах, технических условиях или в других нормативных документах. Классы точности присваивают СИ при их разработке на осно­вании исследований и испытаний представительной партии устройств данного типа.

 

Пре­делы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в форме абсолютной (Δ_си = Δ), относительной (δ_си = δ) или приведенной (γ_си = γ) погрешностей (далее индекс «СИ» для упрощения опущен).

Форма выражения зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и конкретного назначения средства измерения (таблица 5).

Абсолютная погрешность СИ Δ состоит из ад­дитивной (суммируемой с измеряемой величи­ной) и мультипликативной (умножае­мой на измеряемую величину) составляющих (рисунок 4).

Причина возникнове­ния аддитивной погрешности - неточность установки на нуль перед измерением. Для устранения таких погрешностей во многих измерительных приборах предусмотрено механическое или электронное устройство установки нуля шкалы или цифрового индикатора (корректор нуля).

Причинами возникновения мультипликативной погрешности могут быть изменения коэффициента передачи измерительного преобразователя.

Предел допускаемой погрешности СИ - наибольшее значение погрешности СИ, уста­навливаемое нормативным документом для данного типа СИ, при котором оно ещепризнаетсягодным к применению.

При превышении установленного предела погрешно­сти СИ признается негодным для применения (в данном классе точности). Обычно устанавливают пределы допускаемой погрешности, т. е. гра­ницы зоны, за которую не должна выходить погрешность. Например, для микрометра с ценой деления 0,01 мм и диапазоном измерения от 0 до 25 мм пределы допускаемой погрешности ±4 мкм.

Виды погрешностей средств измерений

Рисунок 4 - Виды погрешностей средств измерений

 

Таблица 5 - Правила и примеры обозначения классов точности

Формула выражения основной погрешности	Пределы допускаемой основной погрешности	Обозначение класса точности
в документации	на приборе
Абсолютная Δ = ± a; Δ = ±(a + bx)	± a; ±(a + bx)	L M	L M
Приведенная (в %) γ = (Δ / XN)·100 = ± p	γ = ± 1,5 %	1,5	1,5
Относительная (в %) δ = (Δ / х)·100 = ± q	δ = ± 0,5 %	0,5	0,5
Относительная (в %) δ = ± [ с+d (| Х к / х | - 1)]	δ = ± 0,02 /0,01	с / d = 0,02/0,01	0,02/0,01

 

 

1.11 Природа возникновения погрешностей

Погрешности измерения и их источники. Погрешность результата измерений(погрешность измерения) - отклонение результата измерения от истин­ного (действительного) значения измеряемой величины.

Истинное значение физической величи­ны неизвестно и его применяют лишь в теоретических исследованиях и расчетах. На практике используют действительное значение ФВ х _д ~ х _и , в результате чего погрешность измерения Δх_изм определяют по формуле

Δ х _изм= х _изм - х _д, (1)

где х _изм - измеренное значение величины (х _д ~ х _и)

В качестве истинного значения при многократных изме­рениях параметра выступает среднее арифметическое зна­чение х

х _и = х _ср =

По причинам возникновения (по виду источника) погрешности измерения делят на инструментальные, погрешности метода измере­ния, погрешности (измерения) из-за изменений условий измерения и субъективные.

Инструментальная погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешно­стью применяемого средства измерений.

Инструментальная состав­ляющая возникает из-за собственной погрешности средства измере­ний, определяемой классом точности.

 

Источниками инструментальных погрешностей могут быть, на­пример, неточная градуировка прибора и смещение нуля, вариация показаний прибора в процессе эксплуатации, ограниченная разре­шающая способность средства измерений, влияние средства измере­ний на результат и т. п. Уменьшить инструментальные погрешности можно, применив более точный прибор.

Погрешность метода измерений - составляю­щая систематической погрешности измерений, обусловленная несо­вершенством принятого метода измерений.

Погрешность метода измерений возникает из-за несовершенстваметода измерений, некорректности алгоритмов или формул, по кото­рым проводят вычисления результатов измерений, отличия принятой модели объекта измерения от той, которая правильно описывает его свойство, определяемое путем измерения, а также из-за влияния вы­бранного средства измерения на измеряемые параметры сигналов.

Отличительной особенностью погрешностей метода измерений является то обстоятельство, что они не могут быть указаны в паспор­те прибора, а должны рассчитываться самим экспериментатором.

Целесообразность разделения систематической погрешности на методическую и

инструментальную составляющие определяется с целью:

- повышения точности измерений. Можно выделить лими­тирующие факторы, следовательно, при­нять решение об усовершенствовании ме­тодики выполнения или выборе более точ­ных СИ;

- появления возможности найти состав­ляющую общей погрешности, возрастаю­щую со временем или под влиянием внеш­них факторов, следовательно, проводить периодические поверки и аттестации;

- выявления инструментальной составляющей погрешности. Она может быть оце­нена до разработки методики, а потенциальные возмож­ности выбранного метода по точности определит только составляющая метода измерений.

Погрешность (измерения) из-за изменений условий измерения -составляющая

систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния

отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от уста­новленного значения.Этот термин применяют в случае неучтенного или недостаточно учтенного действия влияющей величины.

Субъективная погрешность измерения -со­ставляющая систематической погрешности измерений, обусловлен­ная индивидуальными особенностями оператора.

 

1.12 Понятие абсолютной, относительной и приведенной погрешностей

Погрешности измерений появляются из-за несо­вершенства применяемых методов и средств измерений, непос­тоянства влияющих на результат измерения внешних условий, физических величин и индивидуальных особенностей экспериментатора.

Признаки, по которым принято классифицировать погрешности измерений, показаны на рисунке 5.

Абсолютная погрешность измерения Δх - по­грешностьизмерения, выраженная в единицах измеряемойвеличины.

Фактически термин«абсолютная погрешность» адекватен термину «погрешностьрезультата измерения», также определяют соотноше­нием (1).