Тема 1.1. Основи метрології

Класифікація засобів вимірювань

Засобами електричних вимірювань називають технічні засоби, які використовуються під час електричних вимірювань і мають нормовані похибки.

Розрізняють такі види засобів електричних вимірювань: 1) міри;

2) електровимірювальні прилади; 3) вимірювальні перетворювачі;

4) електровимірювальні установки; 5) вимірювальні інформаційні системи.

Мірою називається засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру із заданою точністю (наприклад вимірювальна котушка опору, конденсатор, гиря). Набір мір – це спеціально дібраний комплекс мір для відтворення ряду однойменних величин різного розміру. Прикладами набору мір є магазини опорів, ємностей та ін.

Електровимірювальним приладом називають засіб електричних вимірювань, призначений для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, наприклад амперметр, вольтметр, ватметр.

Вимірювальними перетворювачами називають засоби електричних вимірювань, призначені для вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки і (або) зберігання, але такій, що не підлягає безпосередньому сприйняттю спостерігачем. Вимірювальні перетворювачі можна поділити на такі: 1) перетворювачі електричних величин в електричні, наприклад шунти, подільники напруги, трансформатори; 2) перетворювачі неелектричних величин в електричні, наприклад термоелектричні термометри, терморезистори, індуктивні перетворювачі.

Електровимірювальна установка складається з ряду засобів вимірювань (мір, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів) і допоміжних пристроїв, розташованих в одному місці. (Допоміжні засоби вимірювання – засоби вимірювання, що впливають на метрологічні властивості іншого засобу вимірювання.) Такі установки дають змогу виконувати більш складні і більш точні вимірювання, ніж за допомогою окремих вимірювальних приладів. Електровимірювальні установки широко використовуються, наприклад для перевірки і градуювання електровимірювальних приладів й випробувань магнітних матеріалів.

Вимірювально інформаційні системи являють собою сукупність засобів вимірювань і допоміжних пристроїв, з’єднаних між собою каналами зв’язку. Вони призначені для автоматичного добування вимірювальної інформації від ряду джерел, а також для її передачі та обробки.

Еталони

Еталони займають особливе (найвище) місце серед мір.

Еталон одиниці – засіб вимірювання (або комплекс засобів вимірювань), який забезпечує відтворення і збереження одиниці з метою передачі її розміру нижчестоячим за повірочною схемою засобам вимірювання, виконаний за особливою специфікацією і офіційно затверджений як еталон.

Еталонвідтворює одиницю вимірювання з найвищою точністю – метрологічною.

Метрологічна точність – найвища точність, яка досягається сучасним станом вимірювальної техніки.

Зразкові міри і прилади мають встановлену, але меншу ніж метрологічна точність.

Первинні еталони

Якщо еталон відтворює одиницю з найвищою в країні точністю, він називається первинним. Первинні еталони основних одиниць відтворюють одиницю відповідно до її визначення.

Спеціальний еталон відтворює одиницю в особливих умовах і замінює в цих умовах первинний еталон. Наприклад, Державний спеціальний еталон одиниці напруги змінного струму в діапазоні частот 100…1500 МГц, який замінює в цьому діапазоні первинний еталон.

Первинний або спеціальний еталон, офіційно затверджений як вихідний для країни, називається державним. На кожний з них затверджується державний стандарт (ДСТ).

Вторинні еталони

У вимірювальній практиці широко використовують вторинні еталони – це еталони, значення яких встановлюються за первинними еталонами. Вторинні еталони є частиною підлеглих засобів зберігання одиниць і передачі їх розміру. Вони створюються і затверджуються в тих випадках, коли це необхідно для організації повірочних робіт та для забезпечення збереження і якнайменшого зносу державного еталону.

За своїм метрологічним призначенням вторинні еталони поділяються на еталони-свідки, еталони порівняння, еталони-копії, робочі еталони.

Еталон-свідок – вторинний еталон, призначений для перевірки збереження державного еталона і для його заміни у разі втрати або псування. Еталон-свідок застосовується лише тоді, коли державний еталон є невідтворним.

Еталон порівняння – вторинний еталон, вживаний для звірення еталонів, які із тих або інших причин не можуть бути безпосередньо звірені один з одним.

Еталон - копія – вторинний еталон, призначений для передачі розмірів одиниць робочим еталонам. Він не завжди є фізичною копією державного еталона.

Робочий еталон – вторинний еталон, вживаний для передачі розміру одиниці зразковим засобам вимірювання вищої точності і в окремих випадках – найточнішим робочим засобам вимірювання.

Державні еталони зберігаються в метрологічних інститутах країни. Для проведення робіт з державними еталонами призначаються особливі відповідальні особи – учені хранителі еталонів. Вторинні еталони використовуються в метрологічних інститутах та інших крупних органах Державної метрологічної служби.

Окрім національних еталонів одиниць фізичних величин, існують міжнародні еталони, які зберігаються в Міжнародному бюро мір та ваг. Програмою діяльності Міжнародного бюро передбачені систематичні звіряння національних еталонів найбільших метрологічних лабораторій різних країн з міжнародними еталонами і між собою. Електричні еталони (вольта і ома) звіряються раз в три роки.

Найвищу точність мають еталони часу і частоти. Державний еталон частоти і часу відтворює одиницю з відносною похибкою близько 10^-13.

Міжнародне бюро мір і ваг (фр. Bureau international des poids et mesures) - міжнародна організація із визначення стандартів, одна з трьох заснованих у 1875 внаслідок прийняття метричної конвенції з метою затвердження і підтримки міжнародної системи одиниць.

Міжнародне бюро мір і ваг було створене 20 травня 1875 як результат підписання метричної конвенції - угоди між 51 країнами. Воно розташоване в Павільйоні де Бретей в Севрі, Франція і має екстериторіальний статус.

Міжнародне бюро мір і ваг виконує функцію підтримування однакових значень одиниць СІ в усьому світі. Воно здійснює це через низку консультативних комітетів, членами яких є метрологічні лабораторії держав, членів метричної конвенції, та через власні лабораторії.

Бюро виконує дослідження в області вимірювань, організує порівняння національних стандартів і проводить відповідні калібровки. Зокрема, Бюро проводить роботу з визначення стандарту точного часу: UTC.