Нормирование точности и технические измерения

Во многих практических случаях при вычислении неопре­ деленностей измерений делают предположение о нормальном законе распределения возможных значений измеряемой вели­ чины и полагают:

k = 2 при р « 0,95 и k = 3 при р « 0,99.

При допущении распределения данных по закону равной вероятности полагают:

k = 1,65 при р « 0,95 и k — 1,71 при р « 0,99.

При представлении результатов измерений Руководство рекомендует приводить достаточное количество информации для возможности проанализировать или повторить весь про­

их получения; - алгоритмы вычисления суммарной и расш иренной не­

меряемойР физической величины и бессмысленным проведение измерений. При измерении необходимо получить действитель­ ное значение физической величины, т.е. значение настолько близкое к истинному, что в поставленной задаче измерения оно может заменить истинное. Следовательно, действительное значение физической величины - понятие, которое приобре­ тает конкретный смысл только после постановки задачи и з­ мерений. Для одного и того же параметра объекта измерений оно может существенно различаться в зависимости от постав­

31

ленной задачи, например, точность аттестации однозначной меры долж на быть значительно выше требуемой точности ее приемочного контроля.

Обеспечение точности технических измерений заклю чается в установлении требуемого соотношения допустимой погреш ­ ности измерений [Д] и предельного значения реализуемой в ходе измерений погрешности Д:

д<[д].

МВИ, которые гарантируют достижение необходимой точности

измерений. При оценке экономичности измерений учитывают

Экономичность измерений - не абсолютное требование, по этому критерию можно сравнивать только конкурирующиеУ

производительность и себестоимость измерительнойТоперации, необходимую квалификацию оператора, наличие конкурирую ­

и при изм еренияхз- чем больше (в разумны х пределах) наблю ­

одного объекта или группы однотипных объектов.

Достоверность резуль а а связана с числом наблюдений

дений в серии, тем более четко проявляю тся систематические составляю щ ие п грешности измерений, и тем достовернее ста­

ФВ зависит такж е от выбранной доверительной вероятности. Уровень представительности тем выше, чем больше вероят­ ность накры тия истинного значения полученной интерваль­ ной оценкой.

При изм ерениях номинально одинаковых ФВ одного объек­ та представительными можно считать те результаты , которые с достаточной полнотой характеризую т исследуемый объект. Представительность результатов в таком случае обеспечива­ ется достаточным числом измерений и правильным выбором

82

контрольных точек (контрольных сечений).

Наруш ение представительности результатов при измере­ нии номинально одинаковых физических величин может быть обусловлено неидеальностью объекта измерения. Так, реаль­ ная поверхность вала может отличаться от прямого кругового цилиндра, например, наличием конусообразности или бочкообразности в продольном сечении, овальности или огранки в поперечном сечении и рядом других погрешностей формы. В подобном случае представительность результатов зависит не

В такой ситуации необходимо комплексное решение двух

частных задач: обеспечение требуемой точности каждого ре­ зультата измерений и обеспечение представительности (валид­ ности) всех результатов для достаточно полной характеристи­ ки объекта измерения.

тате измерения должно бырь получено такое значение ФВ,

которое достоверно (с пренебрежимо малой погрешностью)

рассматриватьпзадачи в соответствии с ожидаемым использо­

ванием р зультатов измерений исследуемого параметра (за­ данной ФВ), например, такие, как:

- измерительный приемочный контроль конкретного пара­ метра объекта;

- сортировка объектов на группы по конкретному параметру; - арбитраж ная перепроверка результатов приемочного кон ­

троля конкретного параметра объекта; - поверка средства измерений;

- измерения конкретных параметров при проведении научно­

83

го исследования; - изм ерения при ориентировочной оценке конкретного па­

раметра.

При реш ении любой из поставленных задач измерения обя­ зательно нужно:

- установить необходимую точность измерения; - убедиться в том, что реализуем ая в процессе измерения

точность соответствует установленной.

Близость результата измерения к истинному значению из­ меряемой физической величины характеризую т погрешностью измерений Д (реализуемой погрешностью, пределом погреш ­

Необходимую точность измерения, как правило, нормиру­ ют значением допустимой погрешности измерения [Д]. Зна­ чение [Д] выбирают в зависимости от формулировки постав­

Объ дин ние (комплексирование) двух нормированных не­ определенностей в предполож ении стохастического характе­ ра обеих величин может осущ ествляться как геометрическое (квадратическое) суммирование.

Д ля измеряемой физической величины в явном или неяв­ ном виде установлена норма, ограничиваю щ ая ее неопределен­ ность, на основании которой можно нормировать неопределен­ ность измерений, ограничивая их допустимую погрешность. Рассмотрим возможные пути выбора (назначения) допустимой

84

погрешности измерения [Д] для различны х вариантов предло­

женных измерительных задач.

Для случая приемочного контроля объекта по заданному параметру, если заданы два его предельных значения, допу­

стимая погрешность измерений не долж на превыш ать 1/3 ч а­ сти допуска Т параметра:

[А} < Т / 3,

где Т - допуск параметра, равный разности между двумя его нормированными предельными значениями: наибольш им А

случайном характере контролируемого параметра, случайной

мочном контроле.

рассматривать как измерительный контроль средства измере­ ния, причем допуском контролируемого параметра является допустимая погрешность поверяемого средства измерения. При контроле погрешности средства измерения (поверке СИ) в нормальных условиях погрешность измерения не долж на превышать 1/3 основной погрешности поверяемого средства измерений Деи, если погрешности поверяемого СИ и погреш ­ ности поверки имеют случайный характер:

85

[Л] < Деи / 3.

При арбитражной перепроверке результатов приемочного контроля в качестве нормы допустимой неопределенности контролируемого параметра рассматривают погрешность, с которой осущ ествлялся приемочный контроль, а не исходный

допуск параметра. Предельно допустимая погрешность арби­ траж ны х измерений [Д]а не долж на превыш ать 1/3 части по­ греш ности измерений параметра при его приемочном контро­ ле (Дпр):

Таким образом, изм ерения параметра при приемочномУкон ­ троле, сортировке на группы, поверке средства измерений, а

[Д]а < Дпр/3.

такж е при арбитраж ной перепроверке результатовНТприемоч­

ного контроля представляю т собой тривиальные измеритель­ ные задачи, для реш ения которых допустимую погрешность

утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Воспроизведение основной единицы осуществляют путем соз­ дания фиксированной по размеру физической величины в со­ ответствии с определением единицы .

86

Воспроизведением единицы физической величины назы ва­ ется совокупность операций по м атериализации единицы ф и­ зической величины с помощью государственного первичного эталона.

Эталон должен обладать неизменностью, воспроизводимо­ стью и сличаемостью . Поэтому главными требованиями к эта­ лону являю тся:

- особо вы сокая точность воспроизведения единицы; - воспроизведение единицы в форме, удобной для передачи

- стабильность хранения единицы в течение длительного

эталонами той же ед н цы) точностью. В стране первичным

измеренийп. Исходным эталоном для субъекта хозяйствования или объ дин ния субъектов может быть вторичный или ра­ бочий эталон, а такж е иное эталонное средство измерений.

ТерминРе«национальный эталон» обычно применяю т при сли­ чении эталонов разных стран, или эталона некоторого госу­ дарства с международным эталоном.

М еждународный эталон - эталон, приняты й по м еж дуна­ родному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хра­ нимых национальными эталонами.

Вторичный эталон - эталон, получаю щ ий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы . Вто­

87

ричные эталоны наш ли ш ирокое распространение в метроло­ гической практике. Они создаются (при необходимости) для обеспечения сохранности и наименьшего износа государствен­ ного эталона, в том числе и при сопоставлении с международ­ ными и другими национальными эталонами, и для лучш ей организации поверочных работ.

По метрологическому назначению вторичные эталоны

свидетель, эталон-копия и специальный эталон.

Эталон-свидетель предназначен для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи

или утраты . Эталон-копия представляет собой вторичныйУэта­ лон, предназначенный для передачи размеров единиц от госу­

дарственного эталона рабочим эталонам. Он частоТне является физической копией первичного эталона, поскольку передачу

размера единицы, например, от меры к мереНудобнее осущест­

Эталон сравнения применяю т для сличения эталонов, ко­ торые не могут быть сличены непосредственно друг с другом, например, из-за нетрансп р абельности эталонной установки

Соподчиненн сть эталонов можно представить в виде схе­ мы (рис.е2.9).

СовокупностьР государственных первичных и вторичных эталонов, являю щ аяся основой обеспечения единства изме­ рений в стране, составляют эталонную базу страны. Число эталонов, входящ их в эталонную базу, изменяется в зависи­ мости от потребностей промыш ленности, научных и техноло­ гических возможностей. Обычно число эталонов со временем увеличивается, что связано с постоянным развитием средств измерений. Воспроизведение основных единиц М еждународ­ ной системы (S1) должно осущ ествляться с помощью государ­ ственных эталонов, т.е. в централизованном порядке.

88

Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведе­У

ния единицы определяются природой данной физической ве­ личины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Для воспроизведения эталонных значений

обеспечивающих не зменность во времени размера единицы,

ЕдиницупФВ, воспроизведенную эталоном, необходимо пе­

редать вс м рабочим средствам измерений данной ФВ. После утверждения эталона единицы ФВ в установленном порядке и реализации его в виде технического устройства размер еди­ ницы передают от эталона средствам измерений, имеющим более низкую точность.

Порядок передачи размера единицы в ходе поверки устанав­ ливает специальный документ - поверочная схема, а процедуру фиксируют в методике поверки. В соответствии с поверочной схемой единицу от «вышестоящих» эталонных средств измере­

89

ний передают расположенным в поверочной схеме на ступень ниже эталонным средствам измерений или рабочим средствам измерений.

Передача разм ера единицы - приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством из­ мерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке).

Д ля обеспечения правильной передачи размеров единиц

В соответствии с поверочной схемой единицу передают «сверху вниз» от исходного (в рамках государства - первич­

Число иерархических с упеней поверочной схемы опреде­

болееРнизкихе разрядов. В результате прецизионные рабочие СИ по точности могут превосходить эталонные СИ, предназна­ ченные для поверки менее точных средств измерений.

Принципиальные различия между эталонными и рабочими СИ заключаются не в точности, а в том, что эталоны официаль­ но утверждены в качестве таковых и должны использоваться только для поверки, в то время как рабочие СИ предназначены только для измерений, не связанных с передачей единицы дру­ гим СИ.

90