Лекция №2
Эталоны. Основы теории передачи единиц физических величин (ЕФВ). Виды и методы поверок.
Эталоны
Эталон – это средство измерения (СИ), предназначенное для (ЕФВ) к нижестоящим средствам измерения и хранения, воспроизведения и передачи единицы физической величины, утвержденное в качестве эталона. Структуру системы эталонов можно представить в виде «пирамиды эталонов»
К эталонам предъявляют следующие требования:
1) неизменность;
2) воспроизводимость;
3) сличаемость.
Неизменность означает, что изменение действительного значения физической величины во времени находится в установленных пределах.
Воспроизводимость эталона означает, например, что в другой стране могут изготовить такой же эталон, погрешность которого относительно вышестоящего эталона будет находиться в установленных пределах.
Сличаемость означает возможность сопоставления эталонов по вертикальной схеме – «сверху – донизу».
В качестве примера, иллюстрирующего «пирамиду эталонов», можно привести систему эталонов массы Государственной поверочной системы.
Примечание: Δ – абсолютная погрешность;
δ – относительная погрешность.
В России сейчас имеется 116 Государственных эталонов (ГЭ) и 250 – вторичных. Эталоны хранятся в специальных условиях.
В области термодинамических величин имеется 11 ГЭ: количества теплоты, теплопроводности, удельной теплоемкости и др.
В области электромагнетизма и электричества – 32 эталона: эталон ЭДС, эталон вольта, фарады и др.
В области ионизирующих излучений – 14 ГЭ и т.д.
Для хранения и передачи единицы времени имеются:
- цезиевый репер (эталон) частоты – ГЭ;
- водородные стандарты частоты;
- группа квантовых часов;
- лазерные эталоны времени.
Роль эталонов играют стандартные образцы состава и свойств материала. К стандартным образцам состава относятся, например, образцы определенной концентрации химических веществ.
К стандартным образцам свойств относятся, например, образцы твердости материалов, образцы шероховатости поверхности, образцы магнитных свойств материалов и др. Стандартные образцы подвергают испытаниям, они получают свидетельства или сертификат.
В настоящее время в Государственной службе стандартных образцов (ГССО), которая находится в составе ВНИИМ им. Д.И. Менделеева (г. Санкт-Петербург), хранится более 3,5 млн. веществ и материалов. Этот институт рассылает стандартные образцы по заявкам организаций.
Основы теории передачи единиц физических величин.
Передача единиц физических величин необходима для обеспечения единства измерения во всех метрологических службах государства.
Основное уравнение измерения можно представить в виде
R = Х·ЕФВ,
где R – результат измерения;
Х – числовое значение;
ЕФВ – единица физической величины.
Единство измерения означает:
1) что результат выражен в узаконенных единицах;
2) единицы воспроизведены с достаточной точностью;
3) средство измерения хранит единицу измерения.
Воспроизведение означает материализацию единиц измерения с наивысшей возможной или требуемой точностью. Пример уже приводился – 1 кг можно воспроизвести с различной точностью.
Хранение единицы измерения – совокупность операций, обеспечивающих неизменность единицы физической величины данного СИ во времени.
Передача единиц физических величин осуществляется «сверху – вниз» посредством поверок.
Поверка СИ – операция, заключающаяся в установлении пригодности СИ к использованию на основе экспериментально установленных метрологических характеристик. Иными словами, при поверке определяют погрешности СИ.
Виды поверок
Различают следующие виды поверок: первичная; периодическая; внеочередная; инспекционная; экспертная.
Первичная поверка производится при утверждении типа СИ.
Периодическая проводится метрологическими организациями по плану – для всех СИ, точность которых важна, устанавливаются межповерочные интервалы.
Внеочередная поверка проводится тогда, когда возникает сомнение в исправности СИ из-за непредусмотренных условий эксплуатации.
Инспекционная поверка проводится вышестоящими метрологическими организациями по своему плану.
Экспертная поверка проводится третьей стороной при возникновении разногласий исполнителя и потребителя, касающихся пригодности средств измерения.
Поверку имеют право выполнять аттестованные специалисты, которые ставят штамп о поверке в паспорт СИ и записывают значение погрешности.
Методы поверки
Применяют следующие методы поверки:
1) метод непосредственного сравнения;
2) метод сравнения с помощью компаратора;
3) метод косвенных измерений.
Метод непосредственного сравнения:
Этот метод наиболее часто применяется благодаря своей простоте. Одна и та же величина измеряется поверяемым и эталонным СИ, затем вычисляют абсолютную Δ и относительную погрешности.
Δ = Хпов – Хэт,
где Хпов – показания поверяемого СИ;
Хэт – показания эталонного СИ.