Эталоны и образцовые средства измерений



Для измерения результатов измерений в узаконенных единицах, размер последних должен либо хранится или воспроизводится на месте, либо передаваться каким-то образом с места хранения или воспроизведения. В зависимости от этого различают централизованное и децентрализованное воспроизведение единиц физических величин. В первом случае оно осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами, а для передачи размера единиц используются образцовые средства измерений. Во втором случае единица производной физической величины (например, площади) воспроизводится на месте через единицы основных физических величин. Последние хранятся и воспроизводятся только централизованно в соответствии с их определением.

Эталон единицы физической величины – средство измерений или комплекс средств измерений, предназначенные для воспроизведения и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденные в качестве эталона в установленном порядке.

Конструкция эталона, его физических свойства и способ воспроизведения единицы определяется природой физической величины (единица которой воспроизводится) и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений.

Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными друг с другом существенными признаками: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Под неизменностью эталона понимается свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, а все изменения, зависящие от внешних условий (температуры, давления, влажности воздуха и пр.), должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению.

Под воспроизводимостью эталона понимается возможность воспроизведения единицы физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для данного уровня развития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследования эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

Под сличаемостью эталона понимается возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерения, нижестоящих по поверочной схеме, и, в первую очередь, вторичных эталонов, с наивысшей точностью для данного уровня развития техники измерения.

Эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью, называется первичным. Первичные эталоны – это уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники на данный период развития измерительной техники. Многие первичные эталоны утверждаются в качестве государственных эталонов.

Главной задачей современной метрологии является создание полной системы взаимосвязанных естественных эталонов на основе использования фундаментальных физических констант и высокостабильных квантовых явлений. Важный шаг в решении этой задачи сделан в 1983 году, когда было принято новое определение метра – как длины пути, проходимого светом в вакууме за определенный промежуток времени.

При таком подходе единица длины может воспроизводиться децентрализовано, с помощью фундаментальной физической константы – скорости света и единицы времени секунды, определяемой через период эталонной частоты, передаваемой по радио. Единицы времени и частоты воспроизводятся сейчас с наименьшей погрешностью.

Специальный эталонвоспроизводит единицу в особых условиях и заменяет при этих условия первичный эталон. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей того же наименования, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона.

Первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны, называется государственным. Примеры: государственный первичный эталон единицы ЭДС (ГОСТ 8.027-75); специальный эталон единицы напряжения - тока в диапазонах частот 100...1500 Мгц (ГОСТ 8072-73 и 8075-73).

Для того чтобы обеспечить воспроизведение единиц с максимально возможной точностью, государственные эталоны постоянно совершенствуются. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе важную роль играют международные сличения национальных государственных эталонов. Эти сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы национальными эталонами, выявить, насколько национальные эталоны соответствуют международному уровню и наметить пути совершенствования национальных (государственных) эталонов.

Государственные эталоны утверждаются Госкомитетом по стандартам.

В Харьковском центре метрологии хранится государственный эталон времени и частоты.

В метрологической практике широко используют вторичные эталоны, значения которых устанавливается по первичным эталонам. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц и передачи их размера. Они создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения наименьшего износа государственного эталона.

Вторичные эталоны по своему назначению делятся на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Эталон-копияпредназначен для передачи размеров единиц рабочим эталонам. Он не всегда является физической копией государственного эталона. Эталоны-копии, как правило, создаются в случае большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Она представляет собой копию государственного эталона по метрологическому назначению, поэтому не всегда является физической копией государственного эталона. При необходимости эталон-копия может заменить государственный эталон.

Эталон-свидетельпредназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон сравнения– вторичный эталон, применяемый для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом (пример: т.н. нормальный элемент, используемый для сличения государственного эталона Вольта с эталоном Вольта Международного бюро мер и весов).

Рабочий эталон– вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, а в отдельных случаях – наиболее точным рабочим средствам измерений.

Образцовое средство измерения- средство измерения, предназначенное для поверки подчиненных образцовых и рабочих средств измерений. Образцовые средства измерений, как правило, подразделяются на разряды – 1, 2 и т.д. Между ними существует соподчиненность в соответствии с государственной поверочной схемой: образцовые средства измерений первого разряда поверяют, как правило, непосредственно по рабочим эталонам, образцовые средства измерений второго и последующих разрядов подлежат поверке по образцовым средствам измерений непосредственно предшествующих разрядов. Для разных видов измерений устанавливаются, исходя из требований практики, различное число разрядов образцовых средств измерений.

Рабочее средство измерений– применяют для измерений, не связанных с передачей размеров единиц.

 

Виды и методы измерений

Измерения могут быть классифицированы следующим образом.

По характеристики точности – равноточные и неравноточные.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненные одинаковыми по точности средствами измерений и в одних и тех же условиях. Прежде чем обрабатывать ряд измерений, необходимо убедиться в том, что все измерения этого ряда являются равноточными.

Неравноточные измерения - ряд измерений какой-либо величины, выполненные несколько различными по точности средствами измерений и (или) в несколько разных условиях.

По числу измерений в ряду измерений – однократные и многократные.

Во многих случаях на практике выполняются однократные измерения, т.е. измерения, которые выполняются один раз. При однократном измерении погрешность его результата вычислить невозможно, т.к. неизвестно истинное значение измеряемой величины. Судить о точности результата можно только на основании нормируемых метрологических характеристик использованных средств измерений.

Многократное измерение – измерение одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.

По общим приемам получения результатов измеренийразличают измерения четырех видов: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямыминазываются измерения, проводимые прямым методом, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. При этом измеряемую величину сравнивают с мерами или определяют с помощью измерительного прибора, градуированного в единицах измерения. Например, измерение массы на весах, измерение длины детали штангенциркулем, измерение силы тока амперметром.

Косвенноеизмерение – измерение, производимое косвенным методом, при котором искомое значение величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения широко распространены в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Например, определение высоты предмета h по значениям расстояния l до него и вертикального угла a, полученным из прямых измерений и связанным уравнением h=l tga.

При совокупныхизмерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, и искомые значения величин находят, решая систему уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместныеизмерения – производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

По отношению к изменению измеряемой величиныизмерения делятся на статические и динамические.

Статическоеизмерение соответствуют случаю, когда измеряемая величина остается постоянной в течение времени, необходимого для измерения.

Динамическое измерение– измерение изменяющейся по размеру физической величины и, если необходимо, ее изменения во времени.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение – фундаментальный метод измерений, в котором значение измеряемой величины определяется путем измерения соответствующих основных величин.

Относительное измерение-измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную. Примером относительного измерения является измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.

По метрологическому назначению измерения делятся на метрологические и технические. В свою очередь метрологические измерения разделяют на эталонные и контрольно-поверочные.

Эталонные – это измерения наибольшей возможной точности, достижимой при данном уровне науки и техники (для воспроизведения основных физических величин, измерения физических констант).

Контрольно-поверочные – погрешности которых не должны превышать некоторого заданного значения (для контрольной поверки других средств измерения).

Технические – лабораторные и производственные измерения.

Существует два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод непосредственнойоценки, в котором значение величины определяется непосредственно по отсчетному устройству измерительного преобразователя прямого действия.

Метод сравненияс мерой, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например, с помощью гирь уравновешивают на рычажных весах измеряемую массу детали. Этот метод имеет следующие разновидности: противопоставления, дифференциальный, нулевой, замещения, совпадений.

Метод противопоставления – измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливаются соотношения между этими величинами. Например, измерение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора.

Метод дифференциальный – на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Этим методом, например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на ноль по блоку концевых мер длины.

Метод нулевой – результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Подобным методом, например, измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравновешиванием.

Метод замещения – измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности.

Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияния отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; контроль положения профиля предельным контурам и т. п.).

 

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 1102;