10 лютого | гекто | h | г | 10 -15 | Фемто | f | ф | 1 жовтня | дека | da | та | 10 -18 | атто | а | а |
2. Поняття про єдність вимірювань При проведенні вимірювань необхідно забезпечити їхню єдність. Під єдністю вимірювань розуміється характеристика якості вимірів, що полягає в тому, що їх результати виражаються в узаконених одиницях, розміри яких у встановлених межах рівні розмірам відтворених величин, а похибки результатів вимірювань відомі з заданою вірогідністю і не виходять за встановлені межі. Поняття "єдність вимірювань" досить ємне. Воно охоплює найважливіші завдання метрології: уніфікацію одиниць ФВ, розробку систем відтворення величин і передачі їх розмірів робочих засобів вимірювань з установленою точністю і ряд інших питань. Єдність має забезпечуватися за будь-якої точності, необхідної науці і техніці. На досягнення і підтримання на належному рівні єдності вимірювань спрямована діяльність державних та відомчих метрологічних служб, що проводиться відповідно до встановлених правил, вимог і норм. На державному рівні діяльність із забезпечення єдності вимірювань регламентується стандартами Державної системи забезпечення єдності вимірювань (ГСИ) або нормативними документами органів метрологічної служби. Для забезпечення єдності вимірювань необхідна тотожність одиниць, в яких проградуйована всі існуючі СІ однієї і тієї ж величини. Це досягається шляхом точного відтворення та зберігання в спеціалізованих установах встановлених одиниць ФВ і передачі їх розмірів застосовуваним СІ. Відтворення одиниці фізичної величини - це сукупність операцій з матеріалізації одиниці ФВ з найвищою в країні точністю за допомогою державного еталона або вихідного зразкового СІ. Розрізняють відтворення основної та похідної одиниць. Відтворення основної одиниці - це відтворення одиниці шляхом створення фіксованою за розміром ФВ відповідно до визначення одиниці. Воно здійснюється за допомогою державних первинних еталонів. Наприклад, одиниця маси - 1 кілограм (точно) відтворена у вигляді платіноірідіевого гирі, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг в якості міжнародного еталону кілограма. Роздані іншим країнам еталони мають номінальне значення 1 кг. На підставі останніх міжнародних звірень (1979) платіноірідіевого гиря, що входить до складу Державного еталона РФ, має масу 1,000000087 кг. Відтворення похідної одиниці - це визначення значення ФВ у зазначених одиницях на підставі непрямих вимірювань інших величин, функціонально пов'язаних з вимірюваною. Так, відтворення одиниці сили - Ньютона - здійснюється на підставі відомого рівняння механіки F = mg, де m - маса тіла; g - прискорення вільного падіння. Передача розміру одиниці - це приведення розміру одиниці ФВ, що зберігається вивіреним засобом вимірювань, до розміру одиниці, що відтворюється або зберігається еталоном, що здійснюється при їх повірку чи калібрування. Розмір одиниці передається "зверху вниз" - від більш точних СІ до менш точним. Зберігання одиниці - сукупність операцій, що забезпечує незмінність в часі розміру одиниці, притаманного даному СІ. Зберігання еталона одиниці ФВ передбачає проведення взаємопов'язаних операцій, що дозволяють підтримувати метрологічні характеристики еталона у встановлених межах. При зберіганні первинного еталона виконуються регулярні його дослідження, включаючи звірення з національними еталонами інших країн з метою підвищення точності відтворення одиниці і вдосконалення методів передачі її розміру. [3] 3. Еталони одиниць фізичних величин Еталон - засіб вимірювань (або комплекс СІ), призначене для відтворення та (або) зберігання одиниці та передачі її розміру нижчим за повірочної схемою СІ і затверджене як еталону в установленому порядку. Класифікація, призначення і загальні вимоги до створення, зберігання та застосування еталонів встановлює ГОСТ 8.057-80 "Метрологія. Еталони одиниць фізичних величин. Основні положення". Перелік еталонів не повторює переліку ФВ. Для ряду одиниць еталони не створюються через те, що немає можливості безпосередньо порівнювати відповідні ФВ, наприклад немає еталона площі. Не створюються еталони і в тому випадку, коли одиниця ФВ відтворюється з достатньою точністю на основі порівняно простих засобів вимірювань інших ФВ. Конструкція еталона, його фізичні властивості і спосіб відтворення одиниці визначаються ФВ, одиниця якої відтворюється, і рівнем розвитку вимірювальної техніки в даній галузі вимірювань. Еталон повинен володіти принаймні трьома взамосвязаннимі властивостями: незмінністю, відтворюваністю і слічаемостью. Незмінність - властивість еталона утримувати незмінним розмір відтворюваної їм одиниці протягом тривалого інтервалу часу, при цьому всі зміни, що залежать від зовнішніх умов, повинні бути строго визначеними функціями величин, доступних точному виміру. Реалізація цих вимог призвела до ідеї створення "природних" еталонів різних величин, заснованих на фізичних сталих. Відтворюваність - можливість відтворення одиниці ФВ (на основі її теоретичного визначення) з найменшою похибкою для існуючого рівня розвитку вимірювальної техніки. Це досягається шляхом постійного дослідження еталона з метою визначення систематичних похибок та їх виключення шляхом введення відповідних поправок. Слічаемост' - можливість забезпечення звірення з еталоном інших СІ, нижчестоящих по повірочної схемою, в першу чергу вторинних еталонів, з найвищою точністю для існуючого рівня розвитку техніки вимірювання. Це властивість припускає, що еталони за своїм устроєм і дії не вносять будь-яких викривлень в результати звірень і самі не зазнають змін при проведенні звірень. Розрізняють такі види еталонів: • первинний - забезпечує відтворення і зберігання одиниці з найвищою в країні (порівняно з іншими еталонами тієї ж величини) точністю. Первинні еталони - це унікальні СІ, часто представляють собою складні вимірювальні комплекси, створені з урахуванням новітніх досягнень науки і техніки. Вони складають основу державної системи забезпечення єдності вимірювань; • спеціальний - забезпечує відтворення одиниці в особливих умовах, в яких пряма передача розміру одиниці від первинного еталона з необхідною точністю не здійсненна, і служить для цих умов первинним еталоном; • державний - це первинний або спеціальний еталон, офіційно затверджений як вихідний для країни. Затвердження проводить головний метрологічний орган країни. Державні еталони створюються, зберігаються і застосовуються центральними метрологічними науковими інститутами країни. Точність відтворення одиниці повинна відповідати рівню кращих світових досягнень і задовольняти потребам науки і техніки. До складу державних еталонів включаються СІ, за допомогою яких відтворюють і (або) зберігають одиницю ФВ, контролюють умови вимірювань і незмінність відтвореного або зберігається розміру одиниці, здійснюють передачу розміру одиниці. Державні еталони підлягають періодичним звіряючи з державними еталонами інших країн; • вторинний - зберігає розмір одиниці, отриманої шляхом звірення з первинним еталоном відповідної ФВ. Вторинні еталони є частиною підлеглих засобів зберігання одиниць і передали їх розмірів, створюються і затверджуються в тих випадках, коли це необхідно для організації повірочних робіт, а також для забезпечення збереження і найменшого зносу державного еталону. До складу вторинних еталонів включаються СІ, за допомогою яких зберігають одиницю ФВ, контролюють умови зберігання і передають розмір одиниці. За своїм метрологічного призначенням вторинні еталони поділяються на наступні: • еталон-копія - призначений для передачі розміру одиниці робочим еталонам. Він створюється у разі необхідності проведення великої кількості повірочних робіт з метою запобігання первинного або спеціального еталона від передчасного зносу. Еталон-копія представляють собою копію державного еталона тільки з метрологічного призначенням, тому він не завжди є його фізичної копією; • еталон порівняння - застосовується для порівняння еталонів, які з тих чи інших причин не можуть бути безпосередньо слічаеми один з одним; • еталон-свідок - призначений для перевірки збереження і незмінності державного еталона та заміни його у разі псування або втрати. В даний час тільки еталон кілограма має еталон-свідок. Його основне призначення - забезпечувати можливість контроліроля сталості основного еталона; • робочий еталон - застосовується для передачі розміру одиниці робочих засобів вимірювань. Це найпоширеніші еталони. З метою підвищення точності вимірювань ФВ робочі еталони застосовуються в багатьох територіальних метрологічних органах і лабораторіях міністерств і відомств. Способи вираження похибок еталонів встановлює ГОСТ 8.381-80 "Метрологія. Еталони, Способи вираження похибок". Похибки державних первинних та спеціальних еталонів характеризуються невиключену систематичної похибкою, випадкової похибкою і нестабільністю. Невиключену систематична похибка описується межами, в яких вона перебуває. Випадкова похибка визначається середнім квадратічес-ким відхиленням (СКВ) результату вимірювань при відтворенні одиниці із зазначенням числа незалежних вимірювань. Нестабільність еталона задається зміною розміру одиниці, що відтворюється або зберігається еталоном, за певний проміжок часу. Оцінки похибок вторинних еталонів характеризуються відхиленням розмірів збережених ними одиниць від розміру одиниці, що відтворюється первинним еталоном. Для вторинного еталону вказується сумарна похибка, що включає випадкові похибки сличает еталонів і похибки передачі розмірів одиниці від первинного (або більш точного) еталона, а також нестабільність самого вторинного еталону. Сумарна похибка вторинного еталону характеризується або СКО результату вимірювань при його звіряння з первинним еталоном чи вищим за повірочної схемою вторинним еталоном, або довірчої кордоном похибки з довірчою ймовірністю 0,99. Передача розмірів одиниць ФВ від еталонів робочим заходам і вимірювальних приладів здійснюється за допомогою робочих еталонів. До недавнього часу в нашій країні замість терміна "робочі еталони" використовувався термін "зразкові засоби вимірювань", який у більшості інших країн не застосовується. [2] Робочі еталони при необхідності поділяються на розряди 1, 2 і т.д., що визначають порядок їх підпорядкування відповідно до повірочної схемою. Для різних видів вимірювань встановлюється, виходячи з вимог практики, різне число розрядів робочих еталонів, що визначаються стандартами на повірочні схеми для даного виду вимірювань. Приклад еталона державної повірочної схеми для засобів вимірювання маси: державний первинний еталон одного кг маси. Похибка 2 х 10 3 мг. Він являє собою гирі міжнародного прототипу кілограма; вторинний еталон одного кг являє собою гирі. Його похибка 1х10 -2 мг; робочий еталон нульового розряду. Маса від 1 до 500 гр, набір гир. Їх похибка від 8 х 10 -4 до 2 х 10 -2; робочий еталон 1-го розряду - це набір гир від 1 мг до 1 кг, точність 2х10 -3 -0,5 мг; робочий еталон 2-го раз-го розряду. Набір гир від 1 мгр до 20 кг. похибка 6х10 -3 -30 мгр.; робочий еталон 3-го розряду - Набір гир від 5 мгр до 2000 кг, похибка 0,4 - 2000 мг; робочі засоби вимірювань - набір гир 1, 2 і 3 класу, а також робочі гирі 4, 5 і 6 класу, діапазон вимірювань від 1 мгр до 20 кг.б Похибка 2 х 10 -3 -75 мг.
4. Передача розмірів одиниць величин 4.1 Система передачі розмірів одиниць Як вже зазначалося, будь-вимірювальна процедура полягає в порівнянні невідомого розміру вимірюваної величини з відомим розміром, в якості якого використовується розмір відповідної одиниці. Зберігачем розміру одиниці опосередковано є засіб вимірювань, що використовується при проведенні конкретної вимірювальної процедури. Інформація про розміри одиниць закладається в засоби вимірювань при їх виготовленні і випуску в обіг шляхом приписування певних (номінальних) значень заходам, позначок шкал вимірювальних приладів, функцій перетворення вимірювальних перетворювачів. Подібна метрологічна процедура називається градуювання засобів вимірювань. У деяких випадках складаються градіровочние таблиці або графіки. Для ряду засобів вимірювань, як правило, високої точності, буває необхідно визначити поправки, які використовуються для уточнення результатів вимірювань, отримані за допомогою цих засобів. Для цього визначають дійсні значення величин, відтворюваних заходами, або величин, відповідних позначок шкал вимірювальних приладів чи певним вихідним сигналам вимірювальних перетворювачів. Така метрологічна процедура називається калібруванням засобів вимірювань. Збереження інформації про розміри одиниць, закладеної в засоби вимірювань, в процесі їх експлуатації контролюється шляхом перевірки засобів вимірювань. [4] Таким чином, шляхом градуювання, калібрування, повірки засобів вимірювань здійснюється передача засобам вимірювань розмірів одиниць величин. Ці метрологічні процедури проводять шляхом порівняння значень величин, отриманих за допомогою даних засобів вимірювань, із свідомо більш точно відомими значеннями відповідних величин. За допомогою цих процедур, здійснюваних шляхом звірень менш точних засобів вимірювань з більш точними засобами, простежуваними, закладені в засоби вимірювань, послідовно призводять до розмірів одиниць, відтворюваних і (або) зберігаються відповідними еталонами. Використовувати при градуюванні, калібрування, повірку засобів вимірювань (СІ) державні еталони не можна. Ці унікальні засоби є національним надбанням, основою технічної незалежності країни. Тому при централізованому відтворенні одиниць величин створюють строгу, метрологічно взаимоподчиненность, ієрархічну систему передачі розмірів одиниць У цій системі розміри одиниць від еталонів ередают за допомогою засобів вимірювань спеціального призначення званих зразковими засобами вимірювань. Специфічність зразкових засобів вимірювань (ОСІ) полягає саме в їх метрологічному призначення - ці засоби вимірювань використовуються тільки в процедурах передачі розмірів одиниць. З метою забезпечення довгострокової стабільності метрологічних властивостей зразкових засобів вимірювань, використовувати їх в інших цілях забороняється. Засоби вимірювань, що використовуються для вимірювань не пов'язаних з передачею розмірів одиниць, називаються робочими засоби вимірювання. Розподіл коштів вимірювань на зразкові і робочі є, певною мірою, умовним і визначається тільки метрологічним призначенням СІ і не пов'язано, в більшості випадків, з їх конструктивними чи іншими особливостями. Тільки дуже обмежене число типів засобів вимірювань спеціально проектується і випускається як зразкові СІ. Основна маса засобів вимірювань випускається без вказівки їх метрологічного призначення. Потім у процесі експлуатації конкретні екземпляри засобів вимірювань відбираються для використання в якості зразкових засобів вимірювань. Затвердження засобів вимірювань в якості ОСІ здійснюється органами державної метрологічної служби на підставі всебічного дослідження метрологічних властивостей цих засобів вимірювань в процесі їх метрологічної атестації. Визначальним критерієм при затвердженні засобів вимірювань в якості ОСІ є висока тимчасова стабільність метрологічних характеристик цих коштів і мала, в порівнянні з іншими примірниками однотипних засобів вимірювань, випадкова складова похибки. Оскільки стабільність метрологічних властивостей СІ багато в чому визначається інтенсивністю їх експлуатації, використання робочих засобів вимірювань, навіть високої точності, у процедурах передачі розмірів одиниць без попередньої метрологічної атестації забороняється. З метрологічного взаимоподчиненность і, отже, за точністю зразкові засоби вимірювань поділяються на розряди. Зразкові засоби вимірювань, які отримують розмір одиниці безпосередньо від еталонів, відносяться до першого розряду, далі, у міру зменшення точності, слідують ОСІ другого розряду, третього і т. д. Номенклатура, кількість розрядів ОСІ і кількість ОСІ кожного розряду повинні бути достатні для передачі розміру одиниці всім без винятку засобам вимірювань кожної з вимірюваних величин. Слід зазначити, що на кожному етапі передачі розміру одиниці від одного засобу вимірювань до іншого відбувається накопичення похибок. Тому, при значному числі ступенів передачі розміру одиниці (значне число розрядів ОСІ) найпростішій з робочих засобів вимірювань можна гарантувати тільки досить низьку точність. З іншого боку, при малому числі розрядів ОСІ і значній кількості супідрядних з ними засобів вимірювань необхідно, з метою забезпечення оперативності Передачі розміру одиниці, збільшувати кількість зразкових засобів вимірювань кожного розряду. При цьому істотно зростає інтенсивність використання еталона, що може призвести до його передчасного зносу і втрати необхідних метрологічних властивостей. Тому визначення оптимального числа розрядів ОСІ для кожної з вимірюваних величин є складною техніко-економічним завданням. При визначенні кількості розрядів зразкових засобів вимірювань враховують запас по точності еталона, загальна кількість експлуатованих засобів вимірювань кожного рівня точності та призначення цих СІ, вартість продукції, контрольованої цими СІ і необхідну точність робочих засобів вимірювань нижчої точності як правило, найбільш численних. Подібним чином структура передачі розміру одиниці формується для кожної вимірюваної величини відповідно до положень МІ 83-76 і оформляється у вигляді спеціальної схеми - повірочної схеми. [4] 4.2 Методи передачі розмірів одиниць Метрологічне якість і продуктивність робіт з передачі засобам вимірювань розмірів одиниць величин багато в чому залежить від раціонального вибору методу передачі. У метрологічній практиці повсюдно використовуються такі методи передачі розмірів одиниць: метод безпосереднього звірення; метод звірення за допомогою компаратора (порівнює пристрої); метод прямих вимірювань; метод непрямих вимірювань.
Метод безпосереднього звірення полягає в звіренні показань зразкового і контрольованого засобів вимірювань, що проводиться без застосування будь-яких порівнюють чи інших технічних засобів. Метод використовується при градуюванні, калібрування, повірку вимірювальних приладів і ряду заходів (наприклад, заходів місткості) низької і середньої точності. Це найбільш технічно простий метод, що не вимагає високої кваліфікації оператора. За певних умов метод дозволяє за допомогою одного зразкового приладу визначати метрологічні характеристики значного числа одночасно включених однотипних контрольованих вимірювальних приладів. Наприклад, при визначенні характеристик лічильників електричної енергії методом безпосереднього звірення число одночасно включених приладів може становити кілька сотень. Метод звірення за допомогою компаратора полягає в порівнянні вхідної величини контрольованого вимірювального приладу або величини, що відтворюється контрольованої мірою, з величиною, що відтворюється зразковою мірою, за допомогою зрівняльного пристрою. Метод використовується при градуюванні, калібрування, повірку вимірювальних приладів, мір, вимірювальних перетворювачів гранично високої точності. Для виключення систематичних похибок, що виникають при передачі розмірів одиниць, широко використовуються методи, розглянуті в розділі 2.6.3., Зокрема, методи заміщення, протиставлення, компенсації похибки за знаком. При цьому можуть застосовуватися різні пристрої порівняння - нульові, диференційні, термоелектричні, інтерференційні і ряд інших, що робить цей метод найбільш технічно і методично складним і вимагає операторів високої метрологічної кваліфікації. Метод прямих вимірювань в свою чергу можна підрозділити на наступні два методи: пряме вимірювання контрольованим вимірювальним приладом величини, отриманої за допомогою зразкового засобу вимірювань (зразковою заходи); пряме вимірювання зразковим засобом вимірювань (зразковим приладом) величини, що відтворюється контрольованої заходом.
Даний метод технічно легко піддається автоматизації і є найбільш продуктивним методом передачі розмірів одиниць для мір і вимірювальних приладів. Останнім часом метод отримав широке розповсюдження завдяки появі на ринку достатньо точних зразкових багатозначних мір різних величин - калібраторів. Наявність простих в управлінні переносних калібраторів дозволяє здійснювати передачу розмірів одиниць технічних засобів вимірювань безпосередньо на місці їх встановлення. До методу прямих вимірювань можна віднести також незалежну калібрування (повірку), що проводиться без застосування зразкових засобів вимірювань і являє собою, по суті, сукупні вимірювання. Даний метод виник при розробці особливо точних засобів вимірювань, визначення похибки яких неможливо іншими методами. Однак цей метод можна застосовувати тільки до тих коштів вимірів, принцип дії яких базується на ставленні однойменних параметрів вимірювальної ланцюга (подільники напруги, потенціометри постійного струму). Наприклад, для дільників напруги основний параметр - коефіцієнт розподілу - залежить не від конкретних значень електричного опору плечей, а від ставлення цих значень. Тому при визначенні похибки коефіцієнта розподілу немає необхідності у передачі цього дільнику розміру одиниці опору, а досить визначити співвідношення опорів плечей. У даному випадку метод реалізується в послідовному виділенні і порівнянні між собою однойменних параметрів вимірювальної ланцюга, що мають рівні номінальні значення. Метод непрямих вимірів. При реалізації цього методу значення величини на виході контрольованої заходи або на вході контрольованого вимірювального приладу визначається опосередковано, шляхом прямих вимірювань інших величин, пов'язаних з шуканої величиною відомою залежністю. З усіх розглянутих методів метод непрямих вимірювань є найменш продуктивною. Для забезпечення достовірності передачі розмірів одиниць цим методом доводиться пред'являти підвищені вимоги до зразкових засобів вимірювань і допоміжного обладнання, жорстко фіксувати умови проведення вимірювань. Метод непрямих вимірів застосовується в тих випадках, коли інші методи передачі розмірів одиниць не можуть бути реалізовані або коли непрямі виміри більш точні або більш прості в порівнянні з прямими вимірюваннями. [4] Висновок Досліджено загальна структура системи ВЕПР, виявлено її підсистеми та елементи. На основі подання узагальненого елемента системи засобів ВЕПР - метрологічних засобів вимірювань у вигляді заходів, приладів та перетворювачів, отримані можливі типи зв'язків між елементами (методи передачі розмірів одиниць). Показано, що метод безпосередніх звірень і метод непрямих вимірювань не зможуть служити методами передачі розмірів одиниць. Розглянуто основні властивості системи відтворення одиниць. Проаналізовано вхідні параметри системи, рівняння відтворення одиниці і умова порівнянності при децентралізованому відтворенні одиниці. Розроблено основи теорії, комплексно враховує весь спектр питань, пов'язаних з проблемою відтворення одиниць фізичних величин і передачі їх розмірів і побудовою відповідної системи ВЕПР. Список літератури Сергєєв О.Г., Крохин В. В. Метрологія: Учеб. посібник для вузів. М.: Логос, 2001. Балалаєв В.А., Слаев В.А., Синців А.І. Теорія систем відтворення одиниць і передачі їх розмірів: Наук. Видання - навч. посібник. Спб: НВО «Професіонал», 2004
Додати в блог або на сайт
Цей текст може містити помилки.
Фізика та енергетика | Реферат
132.6кб. | скачати
Схожі роботи:
Поняття про фізичний величиною Міжнародна система одиниць фізичних величин СІ
Історія розвитку системи одиниць величин
Способи відтворення паремій з англійської мови на українську та порівняння лексичних одиниць
Абсолютна система вимірювання фізичних величин
Вивчення вимірювальних приладів Оцінений похибок вимірювань фізичних величин
Схеми застосування інтеграла до знаходження геометричних і фізичних величин Обчислення площ пло
Вимірювання лінійних та кутових розмірів
Вимірювання лінійних та кутових розмірів
Швидкозростаюча фіброміома матки великих розмірів
| 