От эталонов к рабочим средствам измерений

Эталон представляет собой средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Воспроизведение основной единицы осуществляют путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы.

Воспроизведением единицы физической величины называется совокупность операций по материализации единицы физической величины с помощью государственного первичного эталона.

Эталон должен обладать «неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью». Поэтому главными требованиями к эталону являются:

· особо высокая точность воспроизведения единицы;

· воспроизведение единицы в форме, удобной для передачи другому средству измерений и для сопоставления с другим эталоном («воспроизводимость и сличаемость»);

· стабильность хранения единицы в течение длительного времени («неизменность);

· возможность воспроизведения при утрате или уничтожении «неуничтожимость».

Последнее требование не имеет столь абсолютного характера как предыдущие.

Требование высокой точности воспроизведения единицы эталоном определяется его назначением и обеспечивается использованием для его создания высших научно-технических достижений в данной области измерений. В зависимости от точности и системы передачи единицы эталоны делят на первичные и вторичные.

Первичный эталон – эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. В стране первичным является исходный эталон – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами, от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и другим средствам измерений. Исходным эталоном для субъекта хозяйствования или объединения субъектов может быть вторичный или рабочий эталон, а также иное эталонное средство измерений Термин «национальный эталон» обычно применяют при сличении эталонов разных стран, или эталона некоторого государства с международным эталоном.

Международный эталон – эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Вторичный эталон – эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны нашли широкое распространение в метрологической практике. Они создаются (при необходимости) для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственного эталона, в том числе и при сопоставлении с международными и другими национальными эталонами, и для лучшей организации поверочных работ.

По метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на эталоны сравнения и рабочие эталоны. В метрологическую практику введены такие понятия, как эталон-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 вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц от государственного эталона рабочим эталонам. Он часто не является физической копией первичного эталона, поскольку передачу размера единицы, например, от меры к мере удобнее осуществлять с помощью прибора сравнения (компаратора).

Специальный эталон разрабатывается в случае необходимости воспроизведения единицы в особых условиях. Специальные эталоны относят к первичным эталонам.

Эталон сравнения применяют для сличения эталонов, которые не могут быть сличены непосредственно друг с другом, например, из-за нетранспортабельности эталонной установки (первичного эталона).

Рабочий эталон – вторичный эталон, применяемый для передачи размера единицы эталонным (образцовым) средствам измерений высшей точности и при необходимости наиболее точным рабочим средствам измерений.

Соподчиненность эталонов можно представить в виде схемы (рис. 2.9).

Совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, являющаяся основой обеспечения единства измерений в стране, составляют эталонную базу страны. Число эталонов, входящих в эталонную базу, изменяется в зависимости от потребностей промышленности, научных и технологических возможностей. Обычно число эталонов со временем увеличивается, что связано с постоянным развитием средств измерений. Воспроизведение основных единиц Международной системы (SI) должно осуществляться с помощью государственных эталонов, т.е. в централизованном порядке.

Рис. 2.9. Схема соподчиненности эталонов

Конструкция эталона, его свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Для воспроизведения эталонных значений физической величины изготавливают и применяют одиночные и групповые эталоны, а также эталонные наборы. Если воспроизведение величины для всего необходимого диапазона одним первичным эталоном технически нецелесообразно, создают несколько первичных эталонов, охватывающих части диапазона с тем, чтобы в итоге был охвачен весь диапазон.

Эталоны используют для хранения единицы ФВ, причем под хранением единицы понимают совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. Хранение единицы ФВ, очевидно, подразумевает хранение эталона – выполнение совокупности операций, необходимых для поддержания метрологических характеристик эталона в установленных пределах.

Единицу ФВ, воспроизведенную эталоном, необходимо передать всем рабочим средствам измерений данной ФВ. После утверждения эталона единицы ФВ в установленном порядке и реализации его в виде технического устройства размер единицы передают от эталона средствам измерений, имеющим более низкую точность.

Порядок передачи размера единицы в ходе поверки устанавливает специальный документ – поверочная схема, а процедуру фиксируют в методике поверки. В соответствии с поверочной схемой единицу от «вышестоящих» эталонных средств измерений передают расположенным в поверочной схеме на ступень ниже эталонным средствам измерений или рабочим средствам измерений.

Передача размера единицы – приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке (калибровке).

Для обеспечения правильной передачи размеров единиц должен быть установлен определенный порядок этой передачи. Поэтому составляют и утверждают поверочные схемы.

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

В соответствии с поверочной схемой единицу передают «сверху вниз» от исходного (в рамках государства – первичного) эталона другим эталонам, эталонным или рабочим средствам измерений, расположенным в поверочной схеме на ступень ниже. Поверочная схема может включать графическую и текстовую части. Если нет необходимости в больших по объему пояснениях, эти две части могут быть объединены (текст представляют на графической части). Структура графической части поверочной схемы представлена на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Общая структура поверочной схемы

Число иерархических ступеней поверочной схемы определяют в соответствии с уровнями точности применяемых рабочих средств измерений – чем более разнообразны требования к их точности, тем больше необходимо разрядов эталонных средств измерений.

Так как рабочие средства измерений (СИ) выпускают различных уровней точности, то для их поверки применяются вторичные эталоны, в том числе рабочие эталоны первого и более низких разрядов. В результате прецизионные рабочие СИ по точности могут превосходить эталонные СИ, предназначенные для поверки менее точных средств измерений.

Принципиальные различия между эталонными и рабочими СИ заключаются не в точности, а в том, что эталоны официально 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 другим СИ.

Поверочные схемы подразделяются на государственные, и локальные.

Государственная поверочная схема – поверочная схема, распространяющаяся на все СИ данной ФВ, имеющиеся в стране. Локальная поверочная схема– поверочная схема, распространяющаяся на СИ данной ФВ, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации).