4. Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров

Система воспроизведения единиц величин и передачи информации об их размерах всем средствам измерения в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений.

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ единицы физической величины производится с помощью средства измерения.

ПЕРЕДАЧА РАЗМЕРА ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИНЫ – это приведение размера единицы, хранимой поверяемым средством измерения, к размеру единицы, воспроизводимой и хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих единиц.

Существуют ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ - это документы, ус­танавливающие соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы величины от эталона к РСИ, с указанием методов передачи и погрешностей.

Различают ГОСУДАРСТВЕННЫЕ и ЛОКАЛЬНЫЕ поверочные схемы.

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СХЕМЫ регламентируют передачу раз­меров единиц от первичного государственного эталона рабочим средствам измерений, т.е во главе схемы находится первичный государственный эталон.

Государственная поверочная схема средств измерений

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ПЕРВИЧНЫЕ ЭТАЛОНЫ

ЭТАЛОНЫ 1-ГО РАЗРЯДА

ЭТАЛОНЫ 2-ГО РАЗРЯДА РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ

(вторичные)

ЭТАЛОНЫ 3-ГО РАЗРЯДА

РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

РСИ обладают 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).

На каждой ступени передачи информации о размере единицы (от разряда к разряду) точность измерения теряется в 3-5 раз. Следовательно, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных РСИ число ступеней должно быть сокращено вплоть до передачи информации им непосредственно от рабочих эталонов 1-го разряда.

Методы передачи размера единиц величин

1. МЕТОД НЕПОСРЕДСТВЕННОГО СЛИЧЕНИЯ – сличение меры с мерой или прибора с прибором.

Непосредственно сличать можно только штриховые меры длины (линейки, брусковые метры, рулетки) и меры вместимости (измерительные цилиндры, мерные колбы и т.п.). Непосредственное сличение применяется для менее точных мер.

2. МЕТОД СЛИЧЕНИЯ с применением ПРИБОРОВ СРАВНЕНИЯ – сличение производится через приборы сравнения (или компараторы). Метод сличения с помощью компаратора является более точным.

Процесс передачи размера единиц происходит при ПОВЕРКЕ и КАЛИБРОВКЕ СИ.

ЛЕКЦИЯ №3

1. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений.

2. Точность методов и результатов измерений.

3. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

1. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИ — это свойства СИ, влияющие на результат измерений и его точность.

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ – это показатели метрологических свойств, являющиеся их количественной характеристикой.

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИ подразделяются на две группы:

• Свойства, определяющие область применения СИ;

• Свойства, определяющие точность результатов измерения.

Метрологические свойства первой группы определяются такими метрологическими характеристиками, как ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ и ПОРОГ ЧУВ­СТВИТЕЛЬНОСТИ.

Метрологические свойства второй группы определяются такими метрологическими характеристиками, как ПОГРЕШНОСТЬ СИ и КЛАСС ТОЧНОСТИ СИ.

ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ — область значений величины, в пределах кото­рой нормированы допускаемые пределы погрешности измерений.

ПОРОГ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ — наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала.

ПРИМЕР: если порог чувствительности весов равен 10 мг, то это значит, что заметное перемещение стрелки весов достигается при таком малом изменении массы, как 10 мг.

ПОГРЕШНОСТЬ СИ – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением.

Для РСИ за действительное значение принимают показания рабочего эталона низшего, 4-го разряда; для рабочего эталона 4-го разряда – значение величины, полученное с помощью эталона 3-го разряда, и т.д.

Таким образом за БАЗУ СРАВНЕНИЯ принимают значение СИ, которое является в поверочной схеме вышестоящим по отношению к подчиненному СИ, подлежащему поверке.

(1)

где - погрешность поверяемого СИ;

— значение величины, найденное с помощью поверяемого СИ;

— значение СИ, принятое за базу сравнения (действительное значение).

ПОГРЕШНОСТИ СИ могут быть классифицированы по ряду признаков:

 по способу выражения — АБСОЛЮТНЫЕ, ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ;

 по характеру проявления — СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ, СЛУЧАЙНЫЕ;

 по отношению к условиям применения — ОСНОВНЫЕ, ДОПОЛНИТЕЛЬ­НЫЕ.

Определяемая по формуле (1) величина является АБСОЛЮТНОЙ ПОГРЕШНОСТЬЮ.

Однако в большей степени точность СИ характеризует ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению величины, воспроизводимой данным СИ:

.

СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – это погрешность результата измерения, остающаяся постоянной при повторных измерениях одной и той же величины (например, погрешность градуировки).

СЛУЧАЙНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – это погрешность результата измерения, изменяющая случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины, выполняемых с одинаковой тщательностью. В проявлении случайных измерений не наблюдается никакой закономерности, они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в результатах измерений и порождают рассеяние результатов.

Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая погрешность, средняя квадратическая погрешность, размах результатов измерений.

ОСНОВНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – погрешность, определяемая в нормальных условиях применения СИ - температура (293 ± 5) К; давление (100 ± 4) КПа; относительная влажность (65 ± 15) %; электрическое напряжение сети (220 В ± 10 %).

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ – погрешность, дополнительно возникающая вследствие отклонений какой-либо из влияющих величин (температуры, относительной влажности и т.п.) от ее нормального значения.

ПРИВЕДЕННАЯ ПОГРЕШНОСТЬ - относительная погрешность, в которой абсолютная погрешность средства измерений отнесена к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений.

КЛАСС ТОЧНОСТИ СИ — основная метрологическая характеристика СИ, определяющая допускаемые по стандарту значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

ОБОЗНАЧЕНИЕ КЛАССА ТОЧНОСТИ

Обозначения классов точности могут иметь вид:

• заглавных букв латинского алфавита,

• римских цифр,

• арабских цифр.

Если класс точности обозначается латинскими буквами (А, В, С, D), то класс точности определяется пределами абсолютной погрешности.

Если класс точности обозначается римскими цифрами (I, II, III, IV), то класс точности определяется пределами относительной погрешности.

Если класс точности обозначается арабскими цифрами (6; 4; 2,5; 0,001), то класс точности определяется пределами приведённой погрешности.

Значение класса точности СИ маркируют на шкале СИ. Выраженное в процентах, оно может иметь значения 6; 4; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05; 0,02; 0,01; 0,005; 0,002; 0,001 и т. д.

ПРИМЕР: класс точности 0,001 означает, что пределы изменения допускаемой основной погрешности составляют 0,001 %.

Классы точности СИ присваиваются при их разработке по результатам приемочных испытаний. В связи с тем, что при эксплуатации метрологические характеристики СИ обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки).