Обеспечение единства измерений.

5.1. Поверочные схемы

Единство измерений не может быть обеспечено без специальных мер, осуществ­ляемых в рамках всего государства. В Российской Федерации существует система метрологического обеспечения имеющихся в стране средств измерений, то есть сеть государственных и негосударственных метрологических служб, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. Эту сеть долгие годы возглавлял Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

Достижение единства измерений и единообразия средств измерений обеспе­чивается прежде всего их первичной поверкой или калибровкой при выпуске из производства, а в период эксплуатации — периодической поверкой или калиб­ровкой, в процессе которых определяется соответствие метрологических харак­теристик установленным в документации нормам. Для поверки или калибровки измерительной техники используются более точные средства измерений, которые передают размер единицы физической величины рабочим средствам измерений. Эти более точные средства измерений называют эталонами единиц величин.

Эталон единицы величины — средство измерений, предназначенное для вос­произведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значе­ний единицы величины) с целью передачи ее размера другим средствам измере­ний данной величины.

Эталон единицы величины также периодически получает размер единицы (периодическая поверка) от более точного средства измерений — эталона более высокого разряда. А тот, в свою очередь, от еще более точного, и так до тех пор, пока «цепочка» передачи единицы не придет к средству измерений, имеющему высшую точность воспроизведения единицы в стране, — государственному эта­лону единицы величины.

Государственный эталон единицы величины — это эталон единицы величи­ны, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в ка­честве исходного на территории Российской Федерации.

Согласно закону РФ «Об обеспечении единства измерений», государственные эталоны единиц величин являются исключительной федеральной собственно­стью, подлежат утверждению Госстандартом России и находятся в его ведении.

Государственные эталоны единиц величин используются в качестве исходных для воспроизведения и хранения единиц величин с целью передачи их размеров всем средствам измерений данных величин на территории Российской Федера­ции. Поскольку число рабочих средств измерений по каждому из видов измере­ний может достигать сотен тысяч и даже миллионов экземпляров (вольтметры, амперметры, манометры, термометры и т. д.), государственный эталон не в со­стоянии обеспечить передачу размера воспроизводимой единицы даже неболь­шой части рабочих средств измерений. Единица физической величины передается от государственного эталона другим средствам измерений с помощью «много­этажной» системы эталонов, называемой поверочной схемой.

Поверочная схема для средств измерений — нормативный документ, устанав­ливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и по­грешности при передаче).

В общем виде поверочную схему можно представить в виде пирамиды, в ос­новании которой находится вся совокупность рабочих средств измерений одной и той же физической величины, вершину занимает исходный эталон, а на проме­жуточных этажах расположены рабочие эталоны различных разрядов в соответ­ствии с их точностью. Такая схема позволяет проследить последовательность пе­редачи размера единицы и представить количественную сопоставимость эталонов различных разрядов и рабочих средств измерений.

Различают государственные и локальные поверочные схемы.

Государственная поверочная схема — поверочная схема, распространяющая­ся на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране.

Локальная поверочная схема — поверочная схема, распространяющаяся на средства измерений данной физической величины, применяемые в регионе, от­расли, в ведомстве или на отдельном предприятии (в организации).

В период существования СССР поверочные схемы были обязательны для ис­полнения на всех уровнях распространения. Государственные поверочные схемы утверждались государственными стандартами (ГОСТами) и действовали на тер­ритории всей страны. Ведомственные поверочные схемы устанавливались отрас­левыми стандартами (ОСТами) и действовали в отрасли. На предприятиях дей­ствовали локальные поверочные схемы, вводимые стандартом предприятия (СТП). При этом поверочная схема более низкого ранга не должна была противоречить поверочной схеме, действующей в более широкой области.

Достоинством такой системы было рациональное использование парка образ­цовых приборов (образцовые приборы сейчас называют эталонами), использо­вавшихся для поверки других средств измерений. Недостаток жесткой системы соблюдения предписаний поверочной схемы — это необходимость иметь во всех центрах поверки большое количество образцовых средств измерений, так как нельзя было поверять рабочие средства измерений низкой точности с помощью образцовых средств измерений высокого разряда, предназначенных для поверки более точных приборов.

В настоящее время поверочные схемы носят рекомендательный характер, и часто локальные поверочные схемы на предприятиях вообще отсутствуют (при небольшом объеме поверок и калибровок).

Обобщенный вид государственной поверочной схемы приведен на рис. 5.1.

Государственный эталон

Вторичные эталоны

Эталоны 0 разряда

Эталоны I разряда

Эталоны II разряда

Эталоны III разряда

Рабочие средства измерений

Высшей точности

Высокой точности

Низкой точности

Средней точности

Рис. 5.1. Обобщенный вид государственной поверочной схемы

На чертеже конкретной поверочной схемы указывают:

• наименование физической величины, для передачи размера которой она пред­назначена;

• наименование средств измерений и методов поверки;

• номинальные значения или диапазоны значений физической величины, из­меряемой или хранимой средствами измерений;

• допускаемые значения погрешностей средств измерений и методов поверки.

Названия эталонов и рабочих средств измерений, а также их основные метро­логические характеристики заключают в прямоугольники (прямоугольник госу­дарственного эталона — двухконтурный). Нижнее поле отводится для рабочих средств измерений.

На каждой ступени поверочной схемы регламентируется порядок (метод) пе­редачи размера единицы. Наименование методов поверки на схеме указывается в горизонтальных овалах, расположенных между прямоугольниками (на рис. 5.1 не показаны). В них же указывается допускаемая погрешность метода поверки.

Важным показателем достоверности передачи размера единицы физической величины является соотношение погрешностей средств измерений, используе­мых на вышестоящей и нижестоящей ступенях поверочной схемы. Вообще гово­ря, это соотношение должно быть довольно высоким, например 1:10. Но в боль­шинстве случаев достичь такого соотношения погрешностей между поверяемым прибором и эталоном на всех ступенях поверочной схемы не удается. Такое со­отношение обычно реально достижимо при поверке (или калибровке) рабочих средств измерений низкой и средней точности. А чем более точные средства из­мерений подвергаются поверке, тем меньшим может оказаться это соотношение. Поэтому считается достаточным, если удается получить соотношения погрешно­стей 1 : 5; 1 : 4; 1 : 3. Такое положение говорит о недостатке высокоточных этало­нов для обеспечения растущих потребностей науки и промышленности в точных измерениях.

В отдельных случаях не удается обеспечить и минимально допустимое соот­ношение 1 : 3. Достоверность передачи размера единицы физической величины в этом случае соответственно уменьшается.

На верхней ступени государственных поверочных схем единиц физических величин находятся государственные эталоны, которые могут быть двух видов: государственный первичный эталон и государственный специальный эталон.

Государственный первичный эталон — эталон, признанный решением упол­номоченного на то государственного органа в качестве исходного на террито­рии государства, например государственные эталоны метра, килограмма, секун­ды, ампера, кельвина, канделы, вольта. Обычно первичными называют эталоны основных единиц системы СИ, а также некоторых производных единиц, име­ющие высокую точность воспроизведения размера единицы. Так, наряду с го­сударственным первичным эталоном ампера в качестве первичных утверждены эталоны вольта и ома.

Государственные специальные эталоны, возглавляющие государственные по­верочные схемы, создаются для воспроизведения единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичных эталонов с требу­емой точностью технически неосуществима (высокие и сверхвысокие частоты, энергии, давления, температуры, особые состояния вещества, крайние участки диапазона измерений и т. д.). Примерами таких эталонов являются государст­венные специальные эталоны единицы переменного напряжения в диапазонах частот, соответственно, 20 Гц — 30 МГц и 30 МГц — 3 ГГц, которые, в отличие от эталона вольта, воспроизводят единицу переменного напряжения в своем диапа­зоне частот, причем разными способами. Каждый из этих эталонов возглавляет отдельную государственную поверочную схему.

Следующее звено поверочной схемы занимают вторичные эталоны.

Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от государственного эталона данной единицы.

Вторичные эталоны создаются и утверждаются для обеспечения сохранности и меньшего износа государственного эталона в тех случаях, когда это необходи­мо для организации передачи размера единицы рабочим эталонам поверочной схемы. По метрологическому назначению вторичные эталоны бывают следую­щих видов:

□ Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Например, при международных сличениях государственного эталона с на­циональными эталонами зарубежных стран, представляющими собой слож­ный комплекс средств измерений и вспомогательного оборудования, или для периодической поверки громоздкого по размеру рабочего эталона, находя-• щегося на большом расстоянии от государственного, используют компактный транспортируемый эталон сравнения, часто являющийся измерительным пре­образователем, аналогичным имеющемуся в государственном эталоне или вы­полняющим такую же функцию.

□ Эталон-копия — эталон, применяемый для передачи размера единицы сле- - дующим звеньям поверочной схемы — рабочим эталонам.

Эталон-копия создается в случае большого объема поверок для предохра­нения исходного эталона от преждевременного износа. Он не всегда может быть физической копией государственного и даже не всегда использует тот же принцип действия.

□ Эталон-свидетель — эталон, применяемый для контроля сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Эталон-свидетель применяется лишь тогда, когда государственный эта­лон является невосстановимым. В настоящее время лишь эталон килограмма имеет эталон-свидетель. Его основное назначение — обеспечивать возмож­ность контроля неизменности основного эталона.

Вторичные эталоны, так же как и государственный эталон, для передачи раз­мера единицы рабочим средствам измерений не применяют. Для этой цели ис­пользуют рабочие эталоны.

Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Термин «рабочий эталон» заменил собой термин «образцовое средство изме­рений» (ОСИ). При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разря­ды (0-й, 1-й, 2-й, ..., n-й), причем рабочие эталоны 0-го разряда, и только они, по старой терминологии (использовалась до 1993 г.) именовались просто рабочими эталонами и относились к категории вторичных эталонов.

При разделении рабочих эталонов на разряды передачу размера единицы осу­ществляют через цепочку соподчиненных по разрядам рабочих эталонов, как это показано на рис. 5.1.

Локальные поверочные схемы, в отличие от государственных поверочных схем, разрабатываются метрологическими службами предприятий и организа­ций. Они, как правило, имеют всего 2-3 ступени передачи и возглавляются ис­ходным для данного предприятия эталоном, который периодически поверяется в органах Государственной метрологической службы. Локальная поверочная схе­ма может регламентировать передачу размера сразу нескольких единиц величин (например, тока, напряжения, мощности и т. д.), если при этом используется одно и то же исходное средство измерений (например, измерительная установка типа У358).