Нормативная и эталонная база в области технических измерений

Система воспроизведения единиц физических величин и передачи информации об их размерах всем без исключения средствам измерений в стране составляет техническую базу обеспечения единства измерений Российской Федерации.

В соответствии с основным уравнением измерения измерительная процедура сводится к сравнению неизвестного размера физической величины с известным, в качестве которого выступает размер соответствующей единицы Международной системы. Воспроизведение единицы представляет собой совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью с помощью государственного эталона или исходного рабочего эталона. Различают воспроизведение основных и производных единиц. Размеры единиц могут воспроизводиться там же, где выполняются измерения (децентрализованный способ), либо информация о них должна передаваться с централизованного места их хранения иливоспроизведения (централизованный способ). Децентрализовано воспроизводятся единицы многих производных физических величин. Основные единицы сейчас воспроизводятся только централизованно. Централизованное воспроизведение единиц осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых эталонами. Средства измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения единиц измерений, поверки и градуировки приборов, делятся на эталоны к рабочие эталоны.

Эталон единицы физической величины (Меазигетеп! Мапаага) — средство измерений или комплекс средств измерений, предназначенных для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений, и утвержденных в качестве эталона в установленном порядке. Эталон должен обладать тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.

Неизменность — свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы физической величины в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость — возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Сличаемостъ — возможность сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерений.

Эталоны классифицируют в зависимости от назначения, которое предполагает оснащение метрологической службы первичными, специальными, государственными, национальными, международными и вторичными эталонами. Есть и другие обозначения: групповой эталон, исходный эталон, одиночный эталон.

Первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины с наивысшей в стране точностью. Первичные эталоны — уникальные средства измерений, часто представляющие собой сложнейшие измерительные комплексы. Они являются технической основой ГСИ и бывают специальными, национальными (ранее — государственные) и международными.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях и может заменять первичный эталон. Он служит для 70воспроизведения единицы физической величины в условиях, когда первичный эталон нельзя использовать, и прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически неосуществима (например, на сверхвысоких частотах).

Первичные и специальные эталоны являются исходными для страны, их утверждают в качестве национальных.

Государственный — первичный (или специальный) эталон, признанный решением уполномоченного Государственного органа в качестве исходного на территории государства. Государственные эталоны создают, хранят и применяют центральные метрологические научные институты страны. Государственные эталоны единиц физических величин — национальное достояние и поэтому должны храниться в метрологических институтах в специальных эталонных помещениях, где поддерживается строгий режим влажности, температуры, давления, вибрации и другим параметрам.

Национальный— эталон, признанный официальным решением в качестве исходного для государства. В Российской Федерации национальным эталоном является государственный эталон. Для обеспечения единства измерений физических величин в международном масштабе большое значение имеют международные сличения государственных (национальных) эталонов. Такие сличения помогают выявить систематические погрешности воспроизведения единицы физической величины государственными эталонами, установить, насколько государственные эталоны соответствуют международному уровню, и наметить пути совершенствования государственных Э1ШЮНОВ.

Международны(— эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц величины, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Вторичный эталон  — эталон, значение которого устанавливают по первичному эталону. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средств хранения единиц величин и передачи их размеров и создаются если необходимо организовать поверочные работы, а также обеспечить сохранность и наименьший износ государственного эталона. По назначению вторичные эталоны делят на эталоны-свидетели, эталоны-копии, эталоны сравнения и

рабочие эталоныЭталон-свидетель (ОирИсШе з1апс1агс1) служит для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты. Известно, что в настоящее время только эталон килограмма имеет эталон-свидетель.

Эталон-копия предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Его создают в случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с целью предохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа. Эталон-копия представляет собой копию государственного эталона только по метрологическому назначению.

Эталон сравнения (Тгапх/ег $1апс1агс}} применяется для взаимного сличения эталонов, которые по тем или иным причинам нельзя непосредственно сравнивать друг с другом (например, международные сличения эталонов).

Передача размера единицы представляет собой приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном. Передача размера осуществляется при сличении этих единиц. При передаче информации о размере единиц обширному парку средств измерений приходится прибегать к многоступенчатой процедуре. В качестве методов передачи информации о размере единиц используют методы непосредственного сличения (т. е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов), а также сличение с помощью компаратора. Непосредственное сличение применяют, как правило, для менее  точных  мер.  Непосредственно  сличать  можно только штриховые меры длины (ггачеика, брускопыс метры, рулсиш), меры вместимости (измерительные цилиндры, пипетки, мерные колбы и пр.). Для более точной поверки используют приборы сравнения — компарирующие устройства. Наиболее часто применяют следующие компараторы: образцовые весы различных разрядов (при поверке гирь), мосты постоянного и переменного тока (при сличении мер сопротивления и ЭДС нормальных элементов).

Передача размеров единиц физических величин от эталонов рабочим мерам и измерительным приборам осуществляется е помощью рабочих эталонов.

Рабочий эталон (до недавнего времени в Российской Федерации вместо термина «рабочие эталоны» использовали нерегламентируемое понятие «образцовые средства измерений») — мера, измсрителный прибор или преобразователь, утвержденные в качестве образцовых и служащие для поверки по ним других средств измерений. Рабочие эталоны предназначены для поверки наиболее точных рабочих средств измерений и их применяют во многих территориальных метрологических центрах. Рабочие эталоны при необходимости делят на 1-й, 2-й и последующие разряды, определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Различным видам измерений, исходя из требований практики, устанавливают различное число разрядов рабочих эталонов, определяемых соответствующими стандартами на поверочные схемы для данного вида измерений.

На каждой ступени передачи информации о размере единицы точность теряется в 3-5 раз (иногда в 1,25-10 раз). Значит, при многоступенчатой передаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэтому для высокоточных средств измерений число ступеней может быть сокращено вплоть до передачи им информации непосредственно от рабочих эталонов 1-го разряда.

Поверочная схема — утвержденный в установленном порядке документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим средствам измерений. Поверочные схемы делят на государственные и локальные.

Государственные поверочные схемы регламентируются национальными стандартами и распространяются на все средства измерений данного вида. Во главе этой схемы находится государственный эталон. Государственные поверочные схемы закладываются в основу национальных стандартов.

Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических служб Государственных органов управления и юридических лиц. Все локальные схемы должны соответствовать требованиям соподчи-ненности, которая определена государственной поверочной схемой. Локальные поверочные схемы распространяются на средства измерений, подлежащие поверке соответствующей метрологической службой.

Поверочные схемы состоят из чертежа и текстовой части. На чертеже указывают: наименование средств измерений, диапазоны значений физических величин, обозначения и значения погрешностей, наименования методов поверки. Текстовая часть состоит из вводной части и пояснений к элементам поверочной схемы.

Структуру системы передачи размера единицы величины образно можно представить в виде пирамиды (рис.), в основании которой находится совокупность рабочих средств измерений; вершину занимает государственный эталон; на промежуточных плоскостях — рабочие эталоны различных разрядов. От основания к вершине уменьшается погрешность средств измерений, растет их стоимость, снижается «тираж» изготовления. Процесс передачи размера единиц происходит при поверке и калибровке средства измерений. Поверка и калибровка представляют собой набор операций, выполняемых с целью определения и подтверждения соответствия метрологической службой установленным техническим требованиям.

В Российской Федерации создана мощная эталонная база, состоящая на 2005 г. из 1176 государственных первичных и специальных эталонов. Однако прямая передача размеров единиц величин от эталонов затруднена из-за их большого количества, находящихся в работе средств измерений. Поэтому на практике используют промежуточные категории средств измерений. Ими являются рабочие средства измерения. Рабочими называют средства измерений, которые применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц. В XXI в. — веке информационных технологий и измерений, метрология стала сферой не только научной, организационной и производственной, но и массовой, бытовой, публичной деятельностью. И перед ней стоит грандиозная задача повышения общей метрологической культуры общества. Российская Федерация может и должна стать ведущей страной в этой области.