Тема 2.1 Нормативная и эталонная база в области технических измерений

 

Студент должен

-иметь представление:

- об основных положениях Государственной системы обеспе­чения единства измерений (ГСИ);

 

знать:

- категории и виды нормативных документов (НД), обусловли­вающих единство измерений;

- основные требования документов государственной системы обеспечения единства измерений, определяющих норматив­ную основу метрологического обеспечения;

- способы выбора эталонных средств измерений при поверке и способы построения поверочных схем;

уметь:

- определять и анализировать нормативные документы на средства измерений, применяемые при контроле качества и испытаниях продукции.

 

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Категории и виды нормативных документов по обеспечению единст­ва измерений. Государственные, международные, региональные, межгосударственные (ГОСТ) и национальные стандарты (ГОСТ Р) в области метрологического обеспечения, применяемые в установлен­ном порядке. Правила и рекомендации по обеспечению единства из­мерений. Отраслевые стандарты и системы стандартов предприятия по метрологическому обеспечению.

Подбор и анализ нормативных документов по определенным на­правлениям метрологической деятельности и метрологического обеспечения.

Метрологическая цепь передачи размера единиц физических ве­личин. Эталон как средство воспроизведения и хранения размера единицы физической величины. Классификация, назначение и при­менение эталонов: государственных, первичных, вторичных, специ­альных. Классификация вторичных эталонов: эталон-копия, эталон сравнения, рабочий эталон.

Эталонное средство измерений. Образцовое вещество, стандарт­ный образец. Классификация по точности и месту в метрологиче­ской цепи. Эталонные средства в организации метрологического обеспечения.

Определение, структура, виды, порядок разработки и утверждения поверочных схем. Поверочные схемы в организации поверки средств измерений. Выбор эталонного средства измерений при поверке

 

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

В соответствии с основным уравнением измерения измери­тельная процедура сводится к сравнению неизвестного размера физи­ческой величины 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 иливоспроизведения (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. Средства измерений, предназначенные для воспроизведения и хране­ния единиц измерений, поверки и градуировки приборов, делятся на эталоны к рабочие эталоны.

Эталон единицы физической величины (Меазигетеп! Мапаага) — средство измерений или комплекс средств измерений, предназначен­ных для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, и утвер­жденных в качестве эталона в установленном порядке. Эталон дол­жен обладать тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность — свойство эталона удерживать неизменным раз­мер воспроизводимой им единицы физической величины в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существую­щего уровня развития измерительной техники.

Сличаемостъ — возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для сущест­вующего уровня развития техники измерений.

Эталоны классифицируют в зависимости от назначения, которое предполагает оснащение метрологической службы первичными, спе­циальными, государственными, национальными, международными и вторичными эталонами. Есть и другие обозначения: групповой эта­лон, исходный эталон, одиночный эталон.

Первичный эталон обеспечивает воспроизве­дение единицы физической величины с наивысшей в стране точно­стью. Первичные эталоны — уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы. Они являются технической основой ГСИ и бывают специальными, нацио­нальными (ранее — государственные) и международными.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях и может заменять первичный эталон. Он служит для 70воспроизведения единицы физической величины 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 и специальные эталоны являются исходными для страны, их утверждают в качестве национальных.

Государственный — первичный (или специальный) эталон, при­знанный решением уполномоченного Государственного органа в ка­честве исходного на территории государства. Государственные этало­ны создают, хранят и применяют центральные метрологические научные институты страны. Государственные эталоны единиц физи­ческих величин — национальное достояние и поэтому должны хра­ниться в метрологических институтах в специальных эталонных поме­щениях, где поддерживается строгий режим влажности, температуры, давления, вибрации и другим параметрам.

Национальный— эталон, признанный офици­альным решением в качестве исходного для государства. В Российской Федерации национальным эталоном является государственный эталон. Для обеспечения единства измерений физических величин в ме­ждународном масштабе большое значение имеют международные сличения государственных (национальных) эталонов. Такие сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы физической величины государственными эталонами, уста­новить, насколько государственные эталоны соответствуют междуна­родному уровню, и наметить пути совершенствования государствен­ных Э1ШЮНОВ.

Международны ( — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц величины, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Вторичный эталон — эталон, значение ко­торого устанавливают по первичному эталону. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц величин и передачи их размеров и создаются если необходимо организовать по­верочные работы, а также обеспечить сохранность и наименьший из­нос государственного эталона. По назначению вторичные эталоны делят на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и

рабочие эталоны Эталон-свидетель (ОирИсШе з1апс1агс1) служит для проверки со­хранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Известно, что в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель.

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 эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по мет­рологическому назначению.

Эталон сравнения (Тгапх/ег $1апс1агс}} применяется для взаимно­го сличения эталонов, которые по тем или иным причинам нельзя непосредственно сравнивать друг с другом (например, международ­ные сличения эталонов).

Передача размера единицы представляет собой приведение раз­мера единицы физической величины, хранимой поверяемым средст­вом измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих еди­ниц. При передаче информации о размере единиц обширному парку средств измерений приходится прибегать к многоступенчатой про­цедуре. В качестве методов передачи информации о размере 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 (ггачеика, брускопыс метры, рулсиш), меры вместимости (измерительные цилиндры, пипетки, мерные колбы и пр.). 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).

Передача размеров единиц физических величин от эталонов ра­бочим мерам и измерительным приборам осуществляется е помощью рабочих эталонов.

Рабочий эталон (до недавнего времени в Российской Федерации вместо термина «рабочие эталоны» использовали нерегламентируе­мое понятие «образцовые средства измерений») — мера, измсрителный прибор или преобразователь, утвержденные в качестве образцо­вых и служащие для поверки по ним других средств измерений. Рабочие эталоны предназначены для поверки наиболее точных рабо­чих средств измерений и их применяют во многих территориальных метрологических центрах. Рабочие эталоны при необходимости делят на 1-й, 2-й и последующие разряды, определяющие порядок их со­подчинения в соответствии с поверочной схемой. Различным видам измерений, исходя из требований практики, устанавливают различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых соответствующими стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

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 средств измерений число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации непо­средственно от рабочих эталонов 1-го разряда.

Поверочная схема — утвержденный в установленном порядке до­кумент, устанавливающий средства, методы и точность передачи раз­меров единиц от государственного эталона рабочим средствам измере­ний. Поверочные схемы делят на государственные и локальные.

Государственные поверочные схемы регламентируются нацио­нальными стандартами и распространяются на все средства измерений данного вида. Во главе этой схемы находится государственный эталон. Государственные поверочные схемы закладываются в основу нацио­нальных стандартов.

Локальные поверочные схемы предназначены для метрологиче­ских служб Государственных органов управления и юридических лиц. Все локальные схемы должны соответствовать требованиям соподчи-ненности, которая определена государственной поверочной схемой. Локальные поверочные схемы распространяются на средства измере­ний, подлежащие поверке соответствующей метрологической службой.

Поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части. На чертеже указывают: наименование средств измерений, диапазоны значений физических величин, обозначения и значения погрешно­стей, наименования методов поверки. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы.

Государственный эталон величины Эталоны 1-го разряда Эталоны 2-го разряда Эталоны 3-го разряда Рабочие средства измерения

Структуру системы передачи размера единицы величины образ­но можно представить в виде пирамиды (рис.), в основании которой находится совокупность рабочих средств измерений; вершину занимает государственный эталон; на промежуточных плоскостях — рабочие эталоны различных разрядов. От основания к вершине уменьшается погрешность средств измерений, растет их стоимость, снижается «тираж» изготовления. Процесс передачи размера единиц происходит при поверке и калибровке средства измерений. Поверка и калибровка представляют собой набор операций, выполняемых с це­лью определения и подтверждения соответствия метрологической службой установленным техническим требованиям.

В Российской Федерации создана мощная эталонная база, со­стоящая на 2005 г. из 1176 государственных первичных и специаль­ных эталонов. Однако прямая передача размеров единиц величин от эталонов затруднена из-за их большого количества, находящихся в работе средств измерений. Поэтому на практике используют проме­жуточные категории средств измерений. Ими являются рабочие сред­ства измерения. Рабочими называют средства измерений, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц. В XXI в. — веке информационных технологий и измерений, мет­рология стала сферой не только научной, организационной и произ­водственной, но и массовой, бытовой, публичной деятельностью. И перед ней стоит грандиозная задача повышения общей метрологиче­ской культуры общества. Российская Федерация может и должна стать ведущей страной в этой области.