Тема 5. Основы единства измерений
Единство измерений – состояние измерений, при которых их результаты выражены в указанных единицах физических величин и погрешности не выходят за установленные пределы с заданной вероятностью.
В России разработана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСОЕИ), нормативной основой которой является комплекс стандартов, которыми устанавливают взаимосвязанные правила, определяющие организацию, выполнение, обработку и оформление результатов измерений (ГОСТ 8.ХХХ-ХХ).
Правовой основой системы является закон РФ «Об обеспечении единства измерений». Закон устанавливает и законодательно закрепляет основные понятия в метрологии, определяет структуру органов государственного управления единством измерения, устанавливает ответственность за нарушение законодательства в соблюдении метрологических правил и норм.
Техническими основами системы являются система государственных эталонов единиц физических величин, система передачи размеров единиц физической величины от эталонов к рабочим средств измерений с помощью образцовых средств (поверочная схема), система стандартных образцов и система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.
Эталон единицы физической величины – высокоточное средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим менее точным средствам измерений по поверочной схеме. По существу эталон является мерой. Эталоны разделяют на первичные, вторичные и рабочие. Первичный эталон – самое точное средство измерений. Он является государственным эталоном.Например, государственным эталоном единицы массы является цилиндрическая гиря из платиноиридиевого сплава диаметром и высотой 39 мм. Так как государственный эталон требует специальных условий хранения, то в метрологической практике наиболее широко распространены вторичные эталоны, получающие размер единицы путем сличения с первичными эталонами.
Первичный и вторичный эталоны хранятся в государственных центрах по эталонам. В государственных органах метрологической службы используются рабочие эталоны, которые периодически поверяют с вторичными эталонами. Эталоны по поверочной схеме используются для поверки образцовых средств измерения, находящихся в органах метрологических служб предприятий.
Образцовые средства измерений предназначены для поверки и градуировки рабочих средств измерений, находящихся на рабочих местах на предприятиях. Образцовые средства в порядке понижения точности разделяют на разряды (разрядные эталоны), каждый из которых характеризуется предельной допускаемой абсолютной погрешностью.
Для воспроизведения длины в качестве образцовых средств используются штриховые и концевые меры. Штриховые меры изготавливаются в виде брусков, на плоской поверхности которых нанесены штрихи, определяющие заданное значение длины. Штриховые меры разделяют на однозначные (имеют два штриха по краям бруска) и многозначные (штрихи выполняют с интервалами 1 мм, 1 см, 1 дм).
Концевая мера представляет собой пластину или брусок прямоугольной формы с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Заданный размер равен расстоянию между плоскостями, ограничивающими меру. Из этих пластин или брусков можно составить набор образцовых средств с номинальными значениями длины от 0,1 до 100 мм. Благодаря способности к притираемости, меры можно собрать в блоки нужных размеров, которые не распадаются при перемещении..
Исходя из сказанного, по метрологическому назначению и точности измерений средства измерений разделяют на эталоны, образцовые средства и рабочие средства. Последние в свою очередь разделяют на лабораторные (самые точные) и технические, используемые на предприятиях.
Для организации порядка передачи размера единицы физической величины от Государственного эталона к рабочим средствам измерений используют поверочную схему.Поверочная схема – утвержденный в установленном порядке технический документ, определяющий средства измерений, методы поверки, допускаемые погрешности.
Поверочные схемы разделяют на государственные и ведомственные (заводские). Государственные поверочные схемыраспространяются на типы средств измерений, утверждаемых Госстандартом и удостоверяемых сертификатом. На Государственных поверочных схемах обозначены три уровня средств измерений, между которыми проведены соединительные линии с кружочками. В кружочках условными обозначениями указывают методы поверки.
Заводскую поверочную схему оформляют в виде графиков или таблиц с указанием номенклатуры средств измерений, методов, сроков и мест их поверки.
Под стандартным образцом понимают пробу вещества, химический состав или физические свойства которых типичны для заданной группы веществ, отличаются постоянством и определены с необходимой точностью и удостоверены сертификатом. Стандартные образцы разделяют на государственные и ведомственные. Государственные стандартные образцы вносятся в Государственный реестр стандартных образцов и получают сертификат на основании Государственных приемочных испытаний. К государственным стандартным образцам относятся образцы химического состава чистых металлов, образцы твердости и другие. Эти образцы используются для поверки, настройки и градуировки контрольной аппаратуры, например, ультразвуковых дефектоскопов, магнитных коэрциметров и др. Государственные стандартные образцы хранятся в центре стандартных образцов метрологической службы.
Ведомственные стандартные образцы могут иметь различный химический состав. Стандартные образцы этого типа должны пройти метрологическую аттестацию и иметь паспорт, так как они используются непосредственно для контроля качества сырья и промышленных сплавов.
Под метрологической аттестацией понимают признание средств измерений пригодных к применению с указанием их метрологических характеристик. Такую аттестацию проходят стандартные образцы, не подвергаемые Государственным приемочным испытаниям.
К стандартным справочным данным относят числовые значения физических констант, свойств материалов и веществ, которые получены на основе измерений и утверждены Госстандартом. Госстандартом издаются справочники, библиографические указатели, обзоры, которые содействуют оперативному использованию информации о значениях физических констант, свойствах материалов и веществ потребителями соответствующих областей науки, техники и производства.