Эталоны и образцовые средства измерений

 

Эталон единицы физической величины - это средство измерения или комплекс средств измерения, предназначенные для воспроизведения и хранения единиц и передачи её размера ниже стоящим по поверочной схеме средством измерения и утвержденном в качестве эталона в установленном порядке.

 

Наиболее точный эталон или образцовое средство измерения в данном конкретном органе метрологической службы называется исходным.

По степени международного признания различаются международные и национальные эталоны.

 

Первичный эталон - это эталон, обеспечивающий воспроизведение единиц с наивысшей в стране точностью.

Вторичный эталон - это эталон, полученный размер единиц сличением с первичным. При большом объеме поверочных работ создаются эталоны копии имеющий ранг вторичных.

Вторичный эталон, применяемый для непосредственной передачи размера образцовым средствам измерения и в отдельных случаях наиболее точным рабочим средством измерения, называется рабочим.

 

Образцовое средство измерения– это средство измерения, предназначенное для поверки подчиненных образцовых средств измерения и рабочих средств измерения и утвержденное в качестве образцового в установленном порядке.

Образцовые средства измерения представляют собой меры, измерительные приборы или преобразователи, предназначенные для поверки и градуировки по ним других средств измерения и утвержденных в качестве образцовых. Их хранят и применяют органы государственных и ведомственных метрологических служб. Они проходят метрологическую аттестацию на признание пригодными для использования в качестве образцовых. Обычно требуется, чтобы образцовые средства измерения было 3-5 раз точнее следующего за ним по поверочной схеме средств измерения.

 

Образцовые средства измерения 1-го разряда поверяются непосредственно рабочим эталоном, все последующие разряды поверяются по предыдущему образцовому средству измерения. Число разрядов устанавливается исходя из требований практики(1-5).

Образцовые средства измерения находятся в метрологических институтах или лабораториях государственной метрологической службы. Часто предприятия имеют свои средства измерения.

Средства измерения в качестве образцовых утверждаются органами государственной метрологической службы располагающими образцовыми средствами измерения более высокого разряда.

Все образцовые средства измерения подлежат обязательной периодической поверке в сроки установленные Госстандартом.

 

Погрешности измерений

 

На процесс измерения и получение результата измерения оказывает воздействие множество факторов:

- характер измеряемой величины,

- качество применяемых средств измерений,

- метод измерений,

- условия измерения (температура, влажность, давление и т.п.),

- индивидуальные особенности оператора (специалиста, выполняющего измерения) и др.

Под влиянием этих факторов результат измерений будет отличаться от истинного значения измеряемой величины.

Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.

Так как истинное значение величины неизвестно, при метрологических работах вместо истинного значения используют действительное значение, за которое принимают обычно показание эталонов. В практической деятельности вместо истинного значения используют его оценку.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяют на абсолютные и относительные.

Абсолютные погрешности выражают в единицах измеряемой величины.

Абсолютной погрешностью измерений называют алгебраическую разность между полученным при измерении значением и истинным значением измеряемой величины:

ΔX = X- X_д

где Δ Х - абсолютная погрешность измерения;

X - значение, полученное при измерении;

X _д - истинное (действительное) значение измеряемой величины.

 

Относительной погрешностью измерения называется отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

δ =

 

Например, вагон массой 50 т измерен с абсолютной погрешностью ± 50 кг, относительная погрешность составляет ± 0,1 %.

Относительная погрешность выражается в безразмерных единицах, а также в процентах;

Кл. = 100%

 

Класс точности измерительного прибора выражается числом, равным относительной погрешности в процентах.

На практике вместо истинного значения пользуются действительным значением, под которым понимают значение величины, найденное экспериментальным путем (с помощью образцового прибора) и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной конкретной цели оно может быть использовано вместо истинного.

Величину, обратную относительной, погрешности, называют точностью

Τ= =

 

Абсолютная погрешность, выражается в единицах измеряемой величины, и позволяет судить о ее численном значении. Однако она дает мало сведений о действительной точности, если не сопоставлять эту погрешность с самой измеряемой величиной. Относительная же погрешность дает более непосредственное представление о точности измерений. Отношение абсолютной погрешности к максимально возможному значению измеряемой величины X (например, к верхнему пределу измерений прибора или к диапазону измерений) называется приведенной погрешностью

δ_пр =

Хм –верхний предел измерений прибора

 

В зависимости от причин возникновения различают следующие погрешности измерения:

1) Инструментальная погрешность, которая зависит от погрешностей средств измерений, обусловлена их конструкторскими и технологическими недостатками. Например, из-за наличия трения, неточности изготовления и градуировки измерительных приборов, нестабильности элементов аппаратуры, разброса параметров электронных компонентов.

2) Методическая погрешность, которая возникает от несовершенства метода измерений, допущенных упрощений, т.е. приближенностью уравнения измерения, неточностью применяемых формул, несовершенством измерительной схемы. Например, сопротивление соединительных проводов и контактов в мостовых схемах измерения, усреднение значений токов, напряжений, округлениями при их перемножении.

3) Субъективная погрешность - составляющая погрешности измерения, возникающая от недостаточно точного считывания показаний. Например, индикаторы счетчиков электроэнергии могут иметь дискретность показаний 10 или 100 кВт*ч, соответственно, если на индикаторе возможно выводить 2 или 1 знак после запятой.

 

По характеру проявления погрешности измерений подразделяют:

1. Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, постоянная или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной величины. Систематические погрешности могут быть изучены, а результат измерения может быть уточнен путем внесения поправок. Примерами систематической погрешности являются постоянная погрешность меры, погрешность от неточного нанесения штрихов на шкалу показывающего прибора, неточность метода измерения.

2. Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности обусловливаются большим числом влияющих величин. Случайные погрешности не могут (как систематические погрешности) быть исключены из результатов измерений. Примеры случайных погрешностей: вариация показаний стрелочного прибора, зависимость от комбинаций внешних условий. В отличие от систематических погрешностей случайные погрешности нельзя исключить из результатов измерений. Однако их влияние может быть уменьшено путем применения специальных способов обработки результатов измерений, основанных на положениях теории вероятности и математической статистики.

3. Грубая погрешность измерения (промах) - погрешность измерения, превышающая ожидаемую. Чаще всего является результатом низкой квалификации наблюдателя небрежности или неожиданно сильного изменения влияющих величин. Грубые погрешности существенно превышают по величине, оправдываемые объективными условиями измерений погрешности и приводят к явному искажению результатов измерений. Следовательно, результаты наблюдений, содержащие грубые погрешности, должны исключаться при обработке.

 

При анализе результатов измерений определяют суммарное влияние погрешностей, т.е. определяют суммарную, или общую, погрешность измерений. Общая погрешность может быть, в свою очередь, разделена на:

- основную, существующую при нормальных условиях$

- дополнительную, возникающую при отклонении условий работы от нормальных.

 

Для характеристики качества измерений применяют показатели:

1. Точность измерений - качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов, как систематических, так и случайных.

2. Правильность измерений - качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. Результаты измерений правильны постольку, поскольку они не искажены систематическими погрешностями.

3. Сходимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях (одним и тем же средством измерений, одним и тем же оператором).

4. Воспроизводимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в разных местах, разными методами и средствами измерений). В процедурах испытаний продукции воспроизводимость является одной из важнейших характеристик.

 

Средства измерений

 

Средство измерений - устройство, предназначенное для проведения измерений.
Метрологическая служба - субъект управления, контроля и регламентирования видов работ, направленных на обеспечение единства и единообразия измерений.

Средство измерений (СИ) представляет собой техническое устройство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени. Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» средство измерений определено как техническое средство, предназначенное для измерений.

 

Узаконенное средство измерений (англ. legal measuring instrument) – средство измерений, признанное годным и допущенное для применения уполномоченным на то органом. Примеры:

· Государственные эталоны страны становятся таковыми в результате утверждения первичных эталонов национальным органом по стандартизации и метрологии.

· Рабочие средства измерений, предназначенные для серийного выпуска, узакониваются путем утверждения типа.

В РФ формальное решение об отнесении технического средства к средствам измерений принимает Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии на основе актов испытаний. Средства измерений при эксплуатации должны подвергаться первичным испытаниям и периодической поверке органами Государственной метрологической службы или аккредитованными метрологическими службами. Используемые типы средств измерений должны быть утверждены и включены в Государственный реестр средств измерений, который ведет Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС).

На средство измерений утвержденного типа и на эксплуатационные документы наносится знак утверждения типа установленной формы и выдается сертификат – свидетельство об утверждении типа средств измерений.

 

Различают следующие понятия:

1. Вид средства измерений – совокупность средств измерений, предназначенных для измерений данной физической величины. Вид средств измерений может включать несколько их типов. Пример. Амперметры и вольтметры являются видами средств измерений, соответственно, силы электрического тока и напряжения.

2. Тип средства измерений (англ. pattern of a measuring instrument) – совокупность средств измерений одного и того же назначения, основанных на одном и том же принципе действия, имеющих одинаковую конструкцию и изготовленных по одной и той же технической документации. Средства измерений одного типа могут иметь различные модификации (например, отличаться по диапазону измерений). Сертификат (свидетельство об утверждении типа) выдается на тип средств измерений, либо, при производстве или импорте ограниченной партии приборов – на указанную партию.

3. Экземпляр средства измерений – единичный представитель, конкретный прибор.