Г л а в а 4

Как уже указывалось, исходная информация о размерах единиц содержится в ГОСТ 8.417—81. Как и любая другая ин­формация, она может передаваться письменно или устно, с по­мощью технических средств (например, радио, телевидения, те­летайпа) или без них. Опосредованно она содержится в конст­рукторской документации, поступающей на заводы-изгото­вители средств измерений. При выпуске средств измерений в обращение информация о размере соответствующей еди­ницы СИ оказывается заложенной либо в номинальное зна­чение меры, либо в значения отметок на шкале отсчетного устройства, либо в градуировочные таблицы, графики и т. п. В таком виде эта информация хранится средствами измерений на протяжении всего периода их эксплуатации. Правильность и точность заложенной в средства измерений информации о размере единиц устанавливается на государст­венных испытаниях головных образцов средств измерений, предназначенных для серийного производства, или при мет­рологической аттестации таких средств измерений, которые выпускаются единичными экземплярами, либо являются уникальными. Сохранность этой информации контролирует­ся при первичной и всех последующих поверках средств измерений.

К метрологическим видам работ относитсянепосредствен­ная передача информации о размере единиц от эталонов сред­ствам измерений. Осуществляется она путем сравнения пока­заний с заведомо более точно известным значением соответ­ствующей физической величины.

Иногда в результате непосредственной передачи информа­ции о размере единиц мерам и отметкам шкал отсчетных уст­ройств средств измерений приписываются значения, выражен­ные в этих единицах. Такая процедура называется градуиров­кой. В некоторых случаях составляются градуировочные графики или таблицы. Если высокоточным мерам или отмет­кам шкал отсчетных устройств прецизионных средств измере­ний уже приписаны определенные значения (например, при вы­пуске), то в ходе их аттестации определяются поправки, ко­торые при измерениях должны вноситься в показания. Без таких поправок результаты измерений будут неправильными.

Использовать для градуировки, аттестации и поверки средств измерений непосредственно государственные первич­ные эталоны нельзя. Эти эталоны являются национальным достоянием, ценностями особой государственной значимости. Их хранят в метрологических институтах страны в специаль­ных так называемых эталонных помещениях, где поддержи­вается строгий режим по влажности, температуре, вибрациям и другим влияющим величинам. Для обслуживания государст­венных эталонов из числа ведущих специалистов-метрологов назначаются ученые — хранители эталонов, облеченные особы­ми полномочиями. Используются государственные эталоны для воспроизведения единиц и передачи информации об их размерах достаточно редко, с соблюдением мер предосторож­ности, исключающих выход эталонов из строя. Таким обра­зом, производительность их невелика, и для передачи инфор­мации о размере единиц обширному парку средств измерений приходится прибегать к многоступенчатой процедуре, схема которой показана на рис. 53.

По размеру единицы, воспроизводимому государственным эталоном, устанавливаются значения физических величин, вос­производимые вторичными эталонами. Среди вторичных эта­лонов различают эталоны-свидетели, предназначенные для проверки сохранности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты; эталоны сравнения, применяемые для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличимы друг с другом, и эталоны-копии, используемые для передачи информации о размере единицы рабочим эталонам (рабочим называется эталон, от которого непосредственно получают информацию о размере единицы нижестоящие по схеме технические сред­ства). Наименования эталонов с указанием стандартного от­клонения случайного результата воспроизведения ими едини­цы физической величины, заключенные в прямоугольные рамки, размещаются в верхней части схемы, в так называемом поле эталонов.

Средства, предназначенные для дальнейшей передачи ин­формации о размере единицы, расположены на рис. 53 под по­лем эталонов. Принято называть их образцовыми средствами измерений. Такое название нельзя признать удачным, так как, во-первых, процедура передачи информации о размере едини­цы не соответствует определению измерения, а во-вторых,применение для практических измерений средств передачи информации о размере единицы и эталонов запрещено.По точности эти средства подразделяются на несколько разря­дов. Средства высшей точности относятся к первому разря­ду, меньшей — ко второму, еще меньшей — к третьему и т. д. Характеристики точности, например, стандартное откло­нение передаваемого размера, обусловленные свойствами средства передачи информации о нем, указываются в пря­моугольной рамке под наименованием самого средства. Номенклатура и количество этих средств должны обеспе­чивать передачу информации о размере единицы всем без ис­ключения средствам измерений, которым это необходимо. В число последних не входят, например, промежуточные измерительные преобразователи, хотя, как и любые другие средства измерений, они подлежат обязательной поверке. Из этого примера видно, что поверка и передача информа­ции о размере единицы — не одно и то же. Поэтому выраже­ние ,,поверочная схема" применительно к схеме передачи информации о размере единицы является неудачным.

Средства измерений располагаются в нижнем поле на рис. 53 в порядке (слева — направо) понижения их точности. Класс точности (см. разд. 4.3.3), или стандартное отклонение показа­ния, обусловленное свойствами средства измерений, указы­ваются в одной рамке с наименованием. Для передачи инфор­мации о размере единицы средства измерений использовать нельзя.

Следует подчеркнуть условность различия между средст­вами измерений и средствами передачи информации о размере единицы. Лишь в немногих случаях последние заранее проек­тируются и выпускаются как таковые. Чаще в качестве них ат­тестуются обычные средства измерений, отличающиеся высо­кой стабильностью и воспроизводимостью показаний, тщатель­но изученными и по возможности улучшенными метрологи­ческими характеристиками (см. разд. 4.3) .

В качестве методов передачи информации о размере еди­ниц (их названия заключаются в овальные рамки на схеме, показанной на рис. 53) используются методы непосредствен­ного сличения (т. е. сличения меры с мерой или показаний двух приборов без применения специальных технических средств), сличения с помощью компаратора и т. п. Результат сличения является случайной величиной. Для того, чтобы пос­ле определения поправки рассеянием результата сличения можно было пренебречь, его стандартное отклонение, соглас­но критерию (10), должно быть как минимум в три раза мень­ше стандартного отклонения, характеризующего точность средства, находящегося в нижнем поле на рис. 53. Запас по точности эталона в 10. . .30 раз позволяет иметь две ступени передачи, запас в 30. . .100 раз — три ступени и т. д. При опре­делении числа ступеней, необходимого количества рабочих эталонов и других средств передачи информации о размере единиц учитываются номенклатура, численность и размеще­ние средств измерений в стране, производительность эталонов и средств передачи информации о размере единиц, организа­ционные, производственные, экономические возможности и многое другое, так что на практике указанные соотношения не играют определяющей роли.

Схемы, регламентирующие передачу информации о раз­мере единицы всему парку средств измерений в стране, назы­ваются государственными; охватывающие только средства измерений, находящиеся в обращении в отдельном минис­терстве или ведомстве, — ведомственными; распространяю­щиеся на средства измерений, закрепленные за конкретным метрологическим органом, — локальными. Ведомственная схема, как правило, возглавляется рабочим эталоном, а ло­кальная — средством передачи информации о размере еди­ницы, называемым исходным. И та и другая входят составной частью в государственную схему, возглавляемую госу­дарственным эталоном..

Единство измерений обеспечивается благодаря следующим обстоятельствам. С одной стороны, то, что значение измерен­ной величины находится в определенном интервале, устанав­ливается с необходимой достоверностью. С другой стороны, поправка Q к показанию Х средства измерений уточняет ре­зультат измерения Q, приводя его к такому значению, кото­рое в тех же условиях было бы получено более точным сред­ством измерений. Придавая результатам измерений, показа­ниям и поправкам индексы, соответствующие разрядам в цепи передачи информации о размере единицы, при четырех­ступенчатой передаче, например, получим:

где Q_э ^— случайное значение результата измерения, которое было бы получено при сравнении неизвестного размера с раз­мером единицы, воспроизводимым эталоном. Воспроизводи­мый размер не вполне точно соответствует определению еди­ницы по ГОСТ 8.417—81, что учитывается поправкой Q_Э, устанавливаемой при метрологической аттестации эталона. Поэтому

где Q_о — случайное значение результата измерения, которое было бы получено при сравнении неизвестного размера с раз­мером единицы, соответствующим определению. Таким обра­зом, если при передаче информации о размере единицы пра­вильно определены и учтены все поправки, то любое измере­ние действительно сводится к сравнению неизвестного раз­мера с единицей, установленной стандартом, т. е. к выраже­нию значения измеряемой физической величины в узаконен­ных единицах.

Эталоны недоступны специалистам на производстве, а средства измерений, какой бы фактической точностью они ни обладали, не могут быть аттестованы по более высокому классу точности, чем средства, с помощью которых они ат­тестуются. Между тем, на каждой ступени передачи информа­ции о размере единицы точность теряется в 3. . .5 раз (иногда 1,25. . .10 раз). Таким образом, при многоступенчатой пе­редаче эталонная точность не доходит до потребителя. Поэто­му для высокоточных средств измерений число ступеней мо­жет быть сокращено, вплоть до передачи им информации о размере единиц непосредственно от рабочих эталонов.

В целом система, основанная только на централизованном воспроизведении единиц и передаче информации об их разме­ре средствам измерений, громоздка, неудобна, дорога и мало­эффективна. Ее содержание и совершенствование представ­ляет сложную организационно-техническую и народнохозяйст­венную проблему. В будущем следует ожидать повышение роли децентрализованного воспроизведения единиц.

Г л а в а 4