Федеральноеагентство по образованию
Сибирскийгосударственный аэрокосмический университет
имени академикаМ.Ф. Решетнева
КафедраУКС
Рефератпо метрологии
на тему:
«Воспроизведениеединиц физических величин и передача их размеров»
Красноярск2009г.
Содержание
Введение
1. Системы физических величин и ихединиц
2. Понятие о единстве измерений
3. Эталоны единиц физических величин
4. Передача размеров единиц величин
4.1Система передачи размеров единиц
4.2 Методы передачи размеров единиц
Заключение
Список литературы
/>
Введение
Припроведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единством измеренийпонимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что ихрезультаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленныхпределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатовизмерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленныепределы. Понятие «единство измерений» довольно емкое. Оно охватываетважнейшие задачи метрологии: унификацию единиц ФВ, разработку системвоспроизведения величин и передачи их размеров рабочим средствам измерений сустановленной точностью и ряд других вопросов. Единство измерений должнообеспечиваться при любой точности, необходимой науке и технике. На достижение иподдержание на должном уровне единства измерений направлена деятельностьгосударственных и ведомственных метрологических служб, проводимая всоответствии с установленными правилами, требованиями и нормами. Нагосударственном уровне деятельность по обеспечению единства измеренийрегламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единстваизмерений (ГСИ) или нормативными документами органов метрологической службы.
Дляобеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которыхпроградуированы все существующие СИ одной и той же величины. Это достигаетсяпутем точного воспроизведения и хранения в специализированных учрежденияхустановленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.
Воспроизведениеединицы физической величины — это совокупность операций по материализацииединицы ФВ с наивысшей точностью посредством государственного эталона илиисходного образцового СИ. Различают воспроизведение основной и производнойединиц.
/>/>1. Системыфизических величин и их единиц
В науке,технике и повседневной жизни человек имеет дело с разнообразными свойствамиокружающих нас физических объектов. Эти свойства отражают процессывзаимодействия объектов между собой. Их описание производится посредствомфизических величин. Для того чтобы можно было установить для каждого объектаразличия в количественном содержании свойства, отображаемого физическойвеличиной, в метрологии введены понятия ее размера и значения.
Размерфизической величины — это количественноесодержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическаявеличина». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствиечего тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас ФВ.
Значениефизической величины — это оценка ее размера ввиде некоторого числа принятых для нее единиц. Его получают в результате ееизмерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения Q = q[Q], связывающим между собой значение ФВ Q, числовое значение q и выбранную для измерения единицу [Q]. В зависимости от размера единицыбудет меняться числовое значение ФВ, тогда как размер ее будет одним и тем же.
Единицафизической величины — это ФВ фиксированногоразмера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и котораяприменяется для количественного выражения однородных ФВ. Размер единиц ФВустанавливается путем их законодательно закрепленного определенияметрологическими органами государства.
C помощью уравнений связи между числовымизначениями ФВ формулируются определения одних величин на языке других иуказываются способы их нахождения. Совокупность ФВ, образованная в соответствиис принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, адругие являются их функциями, называется системой физических величин.
Обосновано,но в общем произвольным образом выбираются несколько ФВ, называемых основными.Остальные величины, называемые производными, выражаются черезосновные на основе известных уравнений связи между ними. Примерами производныхвеличин могут служить: плотность вещества, определяемая как масса вещества,заключенного в единице объема; ускорение — изменение скорости за единицувремени и др.[1]
Совокупностьосновных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятымипринципами, называется системой единиц физических величин. Единицаосновной ФВ является основной единицей данной системы. ВРоссийской Федерации используется система единиц СИ, введенная ГОСТ 8.417-81«ГСИ. Единицы физических величин». В качестве основных единиц принятыметр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и канделла (табл. 1).
Таблица1
Основные и дополнительныеединицы физических величин системы СИВеличина Единица /> Обозначение Наименование Размерность Рекомендуемое обозначение Наименование русское международное Длина Основные L 1 метр м m Масса М m килограмм кг kg Время Т t секунда с s Сила электрического тока I I ампер А А Термодинамическая температура е Т кельвин К К Количество вещества N n, v моль моль mol Сила света j J канделла кд cd Плоский угол Дополнительные — — радиан рад red Телесный угол — — стерадиан ср sr /> /> /> /> /> /> /> /> />
Производнаяединица — это единица производной ФВ системыединиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основнымиединицами или же с основными и уже определенными производными. Производныеединицы системы СИ, имеющие собственное название, приведены в табл. 2
Таблица 2.
Производныеединицы системы СИ, имеющие специальное название
/>
Единицы ФВделятся на системные и внесистемные. Системная единица — единица ФВ,входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные идольные единицы являются системными.
Внесистемнаяединица — это единица ФВ, не входящая ни в однуиз принятых систем единиц. Внесистемные единицы по отношению к единицам СИразделяют на четыре вида:
•допускаемые наравне с единицами СИ, например: единицы массы — тонна; плоскогоугла — градус, минута, секунда; объема — литр и др. Внесистемные единицы,допускаемые к применению наравне с единицами СИ, приведены в табл. 3.
Таблица3
Внесистемные единицы,допускаемые к применению наравне
с единицамиСИНаименование величины Единица Наименование Обозначение Соотношение с единицей СИ Масса тонна т
103 кг атомная единиц массы а. е. м.
1, 66057×10-27 кг
(приблизительно) Время минута мин 60 с час ч 3600 с сутки сут 86400 с Плоский угол градус …°
(p/180) рад = 1, 745329. ..×10-2 рад минута ...′
(p/10800) рад = 2,908882… ×10-4 рад секунда … ″
(p/648000) рад = 4,848137...×10-4 рад град град (p/200) рад Объем литр л
10-3 м 3 Длина астрономическая единица а. е.
1, 45598×1011 м
(приблизительно) световой год св. год
9,4605-Ю15 м (приблизительно) парсек ПК
3,0857×1016м
(приблизительно) Оптическая сила диоптрия Дптр
1 м-1 Площадь гектар га
104 м2 Энергия электрон-вольт эВ
1,60219×10-19Дж
(приблизительно) Полная мощность вольт-ампер ВА — Реактивная мощность вар вар —
•допускаемые к применению в специальных областях, например: астрономическаяединица, парсек, световой год — единицы длины в астрономии; диоптрия — единицаоптической силы в оптике; электрон-вольт — единица энергии в физике и т.д.;
• временнодопускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: морская миля — вморской навигации; карат — единица массы в ювелирном деле и др. Эти единицыдолжны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями;
• изъятыеиз употребления, например: миллиметр ртутного столба — единица давления;лошадиная сила — единица мощности и некоторые другие.
Различаюткратные и дольные единицы ФВ. Кратная единица — это единица ФВ, в целоечисло раз превышающая системную или внесистемную единицу. Например, единицадлины километр равна 103 м, т.е. кратна метру. Дольная единица — единицаФВ, значение которой в целое число раз меньше системной или внесистемнойединицы. Например, единица длины миллиметр равна 10~3 м, т.е.является дольной. Приставки для образования кратных и дольных единиц СИприведены в табл. 4.[1]
Таблица4
Множители и приставки дляобразования десятичных кратных
и дольныхединиц и их наименованийМножитель Приставка Обозначение приставки Множитель Приставка Обозначение приставки международное русское международное русское
1018 экса Е Э
10-1 деци d д
1016 пета Р П
10-2 санти с с
1012 тера Т Т
10-3 милли m м
109 гига G Г
10-6 микро m мк
106 мега М М
10-9 нано n н
103 кило k к
10-12 пико p п
102 гекто h г
10-15 фемто f ф
101 дека da да
10-18 атто а а
/>/>2. Понятие о единстве измерений
Припроведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единствомизмерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся втом, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых вустановленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешностирезультатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят заустановленные пределы. Понятие «единство измерений» довольно емкое.Оно охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц ФВ, разработкусистем воспроизведения величин и передачи их размеров рабочим средствам измеренийс установленной точностью и ряд других вопросов. Единство должно обеспечиватьсяпри любой точности, необходимой науке и технике. На достижение и поддержание надолжном уровне единства измерений направлена деятельность государственных иведомственных метрологических служб, проводимая в соответствии с установленнымиправилами, требованиями и нормами. На государственном уровне деятельность пообеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственнойсистемы обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документамиорганов метрологической службы.
Дляобеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которыхпроградуированы все существующие СИ одной и той же величины. Это достигаетсяпутем точного воспроизведения и хранения в специализированных учрежденияхустановленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.
Воспроизведениеединицы физической величины — этосовокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей в странеточностью посредством государственного эталона или исходного образцового СИ.Различают воспроизведение основной и производной единиц.
Воспроизведениеосновной единицы — это воспроизведениеединицы путем создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии сопределением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичныхэталонов. Например, единица массы — 1 килограмм (точно) воспроизведена в видеплатиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качествемеждународного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеютноминальное значение 1 кг. На основании последних международных сличений (1979)платиноиридиевая гиря, входящая в состав Государственного эталона РФ, имеетмассу 1,000000087 кг.
Воспроизведениепроизводной единицы — это определение значенияФВ в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин,функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведение единицы силы —Ньютона — осуществляется на основании известного уравнения механики F = mg, где m — масса тела; g — ускорение свободного падения.
Передачаразмера единицы — это приведение размераединицы ФВ, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы,воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке иликалибровке. Размер единицы передается «сверху вниз»— от более точныхСИ к менее точным.
Хранениеединицы — совокупность операций, обеспечивающаянеизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ. Хранение эталонаединицы ФВ предполагает проведение взаимосвязанных операций, позволяющих поддерживатьметрологические характеристики эталона в установленных пределах. При хранениипервичного эталона выполняются регулярные его исследования, включая сличения снациональными эталонами других стран с целью повышения точности воспроизведенияединицы и совершенствования методов передачи ее размера.[3]
/>/>3. Эталоны единиц физических величин
Эталон — средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное длявоспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим поповерочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применениюэталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 «ГСИ. Эталоны единиц физическихвеличин. Основные положения».
Переченьэталонов не повторяет перечня ФВ. Для ряда единиц эталоны не создаются из-затого, что нет возможности непосредственно сравнивать соответствующие ФВ,например нет эталона площади. Не создаются эталоны и в том случае, когдаединица ФВ воспроизводится с достаточной точностью на основе сравнительнопростых средств измерений других ФВ.
Конструкцияэталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяютсяФВ, единица которой воспроизводится, и уровнем развития измерительной техники вданной области измерений. Эталон должен обладать по крайней мере тремявзамосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью.
Неизменность— свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой имединицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения,зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциямивеличин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идеесоздания «естественных» эталонов различных величин, основанных нафизических постоянных.
Воспроизводимость— возможность воспроизведения единицы ФВ (на основе еетеоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровняразвития измерительной техники. Это достигается путем постоянного исследованияэталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путемвведения соответствующих поправок.
Сличаемостъ— возможность обеспечения сличения с эталоном других СИ, нижестоящихпо поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностьюдля существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает,что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений врезультаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличений.
Различаютследующие виды эталонов:
• первичный— обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране (посравнению с другими эталонами той же величины) точностью. Первичные эталоны —это уникальные СИ, часто представляющие собой сложнейшие измерительныекомплексы, созданные с учетом новейших достижений науки и техники. Онисоставляют основу государственной системы обеспечения единства измерений;
• специальный— обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях, в которых прямаяпередача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью неосуществима, и служит для этих условий первичным эталоном;
• государственный—это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качествеисходного для страны. Утверждение проводит главный метрологический органстраны. Государственные эталоны создаются, хранятся и применяются центральнымиметрологическими научными институтами страны. Точность воспроизведения единицыдолжна соответствовать уровню лучших мировых достижений и удовлетворятьпотребностям науки и техники. В состав государственных эталонов включаются СИ,с помощью которых воспроизводят и (или) хранят единицу ФВ, контролируют условияизмерений и неизменность воспроизводимого или хранимого размера единицы,осуществляют передачу размера единицы. Государственные эталоны подлежатпериодическим сличениями с государственными эталонами других стран;
• вторичный— хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталономсоответствующей ФВ. Вторичные эталоны являются частью подчиненных средствхранения единиц и передали их размеров, создаются и утверждаются в тех случаях,когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечениясохранности и наименьшего износа государственного эталона. В состав вторичныхэталонов включаются СИ, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируютусловия хранения и передают размер единицы.
По своемуметрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие:
• эталон-копия— предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам. Он создаетсяв случае необходимости проведения большого числа поверочных работ с цельюпредохранения первичного или специального эталона от преждевременного износа.Эталон-копия представляют собой копию государственного эталона только пометрологическому назначению, поэтому он не всегда является его физическойкопией;
• эталонсравнения — применяется для сличения эталонов, которые по тем или инымпричинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;
• эталон-свидетель— предназначен для проверки сохранности и неизменности государственногоэталона и замены его в случае порчи или утраты. В настоящее время только эталонкилограмма имеет эталон-свидетель. Его основное назначение — обеспечиватьвозможность контролироля постоянства основного эталона;
• рабочийэталон — применяется для передачи размера единицы рабочим средствамизмерений. Это самые распространенные эталоны. С целью повышения точностиизмерений ФВ рабочие эталоны применяются во многих территориальныхметрологических органах и лабораториях министерств и ведомств.
Способывыражения погрешностей эталонов устанавливает ГОСТ 8.381-80 «ГСИ. Эталоны,Способы выражения погрешностей». Погрешности государственных первичных испециальных эталонов характеризуются неисключенной систематическойпогрешностью, случайной погрешностью и нестабильностью. Неисключеннаясистематическая погрешность описывается границами, в которых она находится.Случайная погрешность определяется средним квадратичес-ким отклонением (СКО)результата измерений при воспроизведении единицы с указанием числа независимыхизмерений. Нестабильность эталона задается изменением размера единицы,воспроизводимой или хранимой эталоном, за определенный промежуток времени.
Оценкипогрешностей вторичных эталонов характеризуются отклонением размеров хранимыхими единиц от размера единицы, воспроизводимой первичным эталоном. Длявторичного эталона указывается суммарная погрешность, включающая случайныепогрешности сличаемых эталонов и погрешности передачи размеров единицы отпервичного (или более точного) эталона, а также нестабильность самоговторичного эталона. Суммарная погрешность вторичного эталона характеризуетсялибо СКО результата измерений при его сличении с первичным эталоном иливышестоящим по поверочной схеме вторичным эталоном, либо доверительной границейпогрешности с доверительной вероятностью 0,99.
Передачаразмеров единиц ФВ от эталонов рабочим мерам и измерительным приборамосуществляется с помощью рабочих эталонов. До недавнего времени в нашей страневместо термина «рабочие эталоны» использовался термин«образцовые средства измерений», который в большинстве других странне применяется.[2]
Рабочиеэталоны при необходимости подразделяются на разряды 1, 2 и т.д., определяющиепорядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для различных видовизмерений устанавливается, исходя из требований практики, различное числоразрядов рабочих эталонов, определяемых стандартами на поверочные схемы дляданного вида измерений.
Пример эталона государственнойповерочной схемы для средств измерения массы:
1. государственныйпервичный эталон одного кг массы. Погрешность 2 х 103мг. Онпредставляет собой гири международного прототипа килограмма;
2. вторичныйэталон одного кг представляет собой гири. Егопогрешность 1х10-2 мг;
3. рабочийэталон нулевого разряда. Масса от 1 до500 гр, набор гирь. Их погрешность от 8 х 10-4 до 2 х 10-2;
4. рабочийэталон 1-го разряда — это набор гирь от 1 мг до 1 кг, точность 2х10-3-0,5 мг;
5. рабочийэталон 2-го раз-го разряда. Набор гирь от 1 мгр до 20 кг. погрешность 6х10-3-30 мгр.;
6. рабочийэталон 3-го разряда– набор гирь от 5 мгрдо 2000 кг, погрешность 0,4 – 2000 мг;
7. рабочиесредства измерений — набор гирь 1, 2 и 3 класса, а такжерабочие гири 4, 5 и 6 класса, диапазон измерений от 1 мгр до 20 кг.б Погрешность 2 х 10-3-75 мг.
/>4. Передачаразмеров единиц величин
4.1Система передачи размеров единиц
Как уже отмечалось, любая измерительная процедура состоит в сравнениинеизвестного размера измеряемой величины с известным размером, в качествекоторого используется размер соответствующей единицы.
Хранителем размера единицы опосредовано является средство измерений,используемое при проведении конкретной измерительной процедуры. Информация оразмерах единиц закладывается в средства измерений при их изготовлении ивыпуске в обращение путем приписывания определенных (номинальных) значениймерам, отметкам шкал измерительных приборов, функциям преобразованияизмерительных преобразователей.
Подобная метрологическая процедура называется градуировкой средствизмерений. В некоторых случаях составляются градировочные таблицы илиграфики. Для ряда средств измерений, как правило, высокой точности, бываетнеобходимо определить поправки, используемые для уточнения результатовизмерений, получены с помощью этих средств. Для этого определяют действительныезначения величин, воспроизводимых мерами, или величин, соответствующих отметкамшкал измерительных приборов или определенным выходным сигналам измерительныхпреобразователей.
Такая метрологическая процедура называется калибровкой средствизмерений. Сохранность информации о размерах единиц, заложенной в средстваизмерений, в процессе их эксплуатации контролируется путем поверки средствизмерений.[4]
Таким образом, путем градуировки, калибровки, поверки средств измерений осуществляетсяпередача средствам измерений размеров единиц величин. Эти метрологическиепроцедуры проводят путем сравнения значений величин, полученных с помощьюданных средств измерений, с заведомо более точно известными значениямисоответствующих величин.
Посредством этих процедур, осуществляемых путем сличений менее точныхсредств измерений с более точными средствами, размеры единиц, заложенные всредства измерений, последовательно приводят к размерам единиц, воспроизводимыхи (или) хранимых соответствующими эталонами.
Использовать при градуировке, калибровке, поверке средств измерений (СИ)государственные эталоны нельзя. Эти уникальные средства являются национальнымдостоянием, основой технической независимости страны. Поэтому прицентрализованном воспроизведении единиц величин создают строгую, метрологическивзаимоподчиненную, иерархическую систему передачи размеров единиц
В этой системе размеры единиц от эталонов ередают с помощью средствизмерений специального назначения называемых образцовыми средствамиизмерений.
Специфичность образцовых средств измерений (ОСИ) заключается именно в ихметрологическом назначении — эти средства измерений используются только впроцедурах передачи размеров единиц. С целью обеспечения долговременнойстабильности метрологических свойств образцовых средств измерений, использоватьих в других целях запрещается.
Средства измерений, используемые для измерений не связанных с передачейразмеров единиц, называются рабочими средства измерения.
Разделение средств измерений на образцовые и рабочие является, внекоторой степени, условным и определяется только метрологическимназначением СИ и не связано, в большинстве случаев, с их конструктивнымиили иными особенностями. Только очень ограниченное число типов средствизмерений специально проектируется и выпускается как образцовые СИ. Основнаямасса средств измерений выпускается без указания их метрологическогоназначения. Затем в процессе эксплуатации конкретные экземпляры средствизмерений отбираются для использования в качестве образцовых средств измерений.
Утверждение средств измерений в качестве ОСИ осуществляется органами государственнойметрологической службы на основании всестороннего исследованияметрологических свойств этих средств измерений в процессе их метрологическойаттестации. Определяющим критерием при утверждении средств измерений вкачестве ОСИ является высокая временная стабильность метрологическиххарактеристик этих средств и малая, по сравнению с другими экземплярамиоднотипных средств измерений, случайная составляющая погрешности.
Поскольку стабильность метрологических свойств СИ во многом определяетсяинтенсивностью их эксплуатации, использование рабочих средств измерений, дажевысокой точности, в процедурах передачи размеров единиц без предварительнойметрологической аттестации запрещается.
По метрологическому взаимоподчинению и, следовательно, по точностиобразцовые средства измерений подразделяются на разряды. Образцовые средстваизмерений, получающие размер единицы непосредственно от эталонов, относятся кпервому разряду, далее, по мере уменьшения точности, следуют ОСИ второгоразряда, третьего и т. д.
Номенклатура, число разрядов ОСИ и количество ОСИ каждого разряда должныбыть достаточны для передачи размера единицы всем без исключения средствамизмерений каждой из измеряемых величин.
Следует отметить, что на каждом этапе передачи размера единицы от одногосредства измерений к другому происходит накопление погрешностей. Поэтому, призначительном числе ступеней передачи размера единицы (значительное число разрядовОСИ) простейшему из рабочих средств измерений можно гарантировать только весьманизкую точность. С другой стороны, при малом числе разрядов ОСИ и значительномколичестве соподчиненных с ними средств измерений необходимо, с цельюобеспечения оперативности Передачи размера единицы, увеличивать количествообразцовых средств измерений каждого разряда. При этом существенно возрастаетинтенсивность использования эталона, что может привести к его преждевременномуизносу и потере требуемых метрологических свойств. Поэтому определениеоптимального числа разрядов ОСИ для каждой из измеряемых величин являетсясложной технико-экономической задачей.
При определении числа разрядов образцовых средств измерений учитываютзапас по точности эталона, общее количество эксплуатируемых средств измеренийкаждого уровня точности и назначение этих СИ, стоимость продукции,контролируемой этими СИ и требуемую точность рабочих средств измерений низшейточности как правило, наиболее многочисленных.
Подобным образом структура передачи размера единицы формируется длякаждой измеряемой величины в соответствии с положениями МИ 83-76 и оформляетсяв виде специальной схемы — поверочной схемы.[4]
/>
4.2 Методы передачи размеров единиц
Метрологическоекачество и производительность работ по передаче средствам измерений размеровединиц величин во многом зависит от рационального выбора метода передачи.
В метрологическойпрактике повсеместно используются следующие методы передачи размеров единиц:
1. метод непосредственного сличения;
2. метод сличения с помощью компаратора (сравнивающегоустройства);
3. метод прямых измерений;
4. метод косвенных измерений.
Метод непосредственногосличения заключается в сличении показаний образцового иконтролируемого средств измерений, проводимого без применения каких-либосравнивающих или иных технических средств.
Метод используется приградуировке, калибровке, поверке измерительных приборов и ряда мер (например,мер вместимости) низкой и средней точности. Это наиболее технически простойметод, не требующий высокой квалификации оператора. При определенных условияхметод позволяет с помощью одного образцового прибора определять метрологическиехарактеристики значительного числа одновременно включенных однотипныхконтролируемых измерительных приборов. Например, при определении характеристиксчетчиков электрической энергии методом непосредственного сличения числоодновременно включенных приборов может составлять несколько сотен.
Метод сличения спомощью компаратора состоит в сравнении входной величиныконтролируемого измерительного прибора или величины, воспроизводимойконтролируемой мерой, с величиной, воспроизводимой образцовой мерой, с помощьюсравнивающего устройства.
Метод используется приградуировке, калибровке, поверке измерительных приборов, мер, измерительныхпреобразователей предельно высокой точности. Для исключения систематическихпогрешностей, возникающих при передаче размеров единиц, широко используютсяметоды, рассмотренные в разделе 2.6.3., в частности, методы замещения,противопоставления, компенсации погрешности по знаку. При этом могутприменяться различные устройства сравнения — нулевые, дифференциальные,термоэлектрические, интерференционные и ряд других, что делает этот методнаиболее технически и методически сложным и требует операторов высокойметрологической квалификации.
Метод прямых измерений всвою очередь можно подразделить на следующие два метода:
1. прямоеизмерение контролируемым измерительным прибором величины, полученной с помощьюобразцового средства измерений (образцовой меры);
2. прямоеизмерение образцовым средством измерений (образцовым прибором) величины,воспроизводимой контролируемой мерой.
Данный метод техническипросто поддается автоматизации и является наиболее производительным методомпередачи размеров единиц для мер и измерительных приборов. В последнее времяметод получил широкое распространение благодаря появлению на рынке достаточноточных образцовых многозначных мер различных величин — калибраторов. Наличиепростых в управлении переносных калибраторов позволяет осуществлять передачуразмеров единиц техническим средствам измерении непосредственно на месте ихустановки.
К методу прямыхизмерений можно отнести также независимую калибровку (поверку),проводимую без применения образцовых средств измерений и представляющую собой,по сути, совокупные измерения.
Данный метод возник приразработке особо точных средств измерений, определение погрешности которыхневозможно другими методами. Однако этот метод применим только к тем средствамизмерений, принцип действия которых базируется на отношении одноименныхпараметров измерительной цепи (делители напряжения, потенциометры постоянноготока).
Например, для делителейнапряжения основной параметр — коэффициент деления — зависит не от конкретныхзначений электрического сопротивления плеч, а от отношения этих значений.Поэтому при определении погрешности коэффициента деления нет необходимости впередаче этому делителю размера единицы сопротивления, а достаточно определитьсоотношение сопротивлений плеч. В данном случае метод реализуется впоследовательном выделении и сравнении между собой одноименных параметровизмерительной цепи, имеющих равные номинальные значения.
Метод косвенныхизмерений. При реализации этого метода значениевеличины на выходе контролируемой меры или на входе контролируемогоизмерительного прибора определяется косвенно, путем прямых измерений другихвеличин, связанных с искомой величиной известной зависимостью. Из всехрассмотренных методов метод косвенных измерений является наименеепроизводительным. Для обеспечения достоверности передачи размеров единиц этимметодом приходится предъявлять повышенные требования к образцовым средствамизмерений и вспомогательному оборудованию, жестко фиксировать условияпроведения измерений. Метод косвенных измерений применяется в тех случаях,когда другие методы передачи размеров единиц не могут быть реализованы иликогда косвенные измерения более точны или более просты по сравнению с прямымиизмерениями. [4]
/>/>Заключение
Исследована общаяструктура системы ВЕПР, выявлены ее подсистемы и элементы. На основепредставления обобщенного элемента системы средств ВЕПР – метрологическихсредств измерений в виде мер, приборов и преобразователей, получены возможныетипы связей между элементами (методы передачи размеров единиц). Показано, чтометод непосредственных сличений и метод косвенных измерений не смогут служитьметодами передачи размеров единиц. Рассмотрены основные свойства системывоспроизведения единиц. Проанализированы входные параметры системы, уравнениевоспроизведения единицы и условие сопоставимости при децентрализованномвоспроизведении единицы.
Разработаны основытеории, комплексно учитывающей весь спектр вопросов, связанных с проблемой воспроизведенияединиц физических величин и передачи их размеров и построением соответствующейсистемы ВЕПР.
/>/>Списоклитературы
1. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. М.:Логос, 2001.
2. Балалаев В.А., Слаев В.А., Синяков А.И. Теория системвоспроизведения единиц и передачи их размеров: Науч. Издание — учеб. пособие.Спб: НПО «Профессионал», 2004