Воспроизведение единиц физических величин

И передача их размеров

 

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, в которых проградуированы все существующие СИ одной и той же величины. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым СИ.

 

Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей точностью посредством государственного эталона или исходного образцового СИ.

Различают воспроизведение основной и производной единиц.

Например, воспроизведение основной единицы длины (основной единицы) – метра – в соответствии с его определением, принятым на XVII Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) заключается в создании при помощи первичного эталона в специальных условиях длины пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени, равный 1/299792458 с, т. е. воспроизведение основной единицы осуществляется путем создания фиксированной по размеру физической величины.

Воспроизведение производной единицы осуществляется на основании измерений другой величины, функционально связанной с измеряемой величиной. Например, воспроизведение единицы силы – ньютона осуществляется на основании известного уравнения механики F=mg, где т – масса, g – ускорение свободного падения.

 

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

Размер единицы передается «сверху вниз».

 

Хранение единиц – это совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений.

 

Различают следующие виды эталонов:

– первичный – обеспечивает воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью; первичные эталоны, признанные решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства, называются государственными. Примером первичного эталона является комплекс средств измерений для воспроизведения килограмма с помощью платино-иридиевого прототипа и эталонных весов;

— вторичный – эталон, получающий размер единицы ФВ непосредственно от первичного эталона данной единицы. Вторичные эталоны широко используются в метрологической практике, создаются и утверждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации поверочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего износа государственных эталонов;

— сравнения – эталон, применяемый для сличен эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом;

— рабочий – эталон, предназначенный для передачи размера единицы ВФ рабочим средствам измерений. При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разряды – 1-й, 2-й, 3-й,...н-й;

– исходный – эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лабораторий, организации, предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средств измерений. Исходным эталоном в стране служит первичный эталон, исходным эталоном для республики, региона, министерства или предприятия может быть вторичный или рабочий эталон.

Кроме национальных эталонов, признанных официальным решением в качестве исходного для одной страны, существуют международные эталоны, которые принимаются по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ними размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

В качестве примера международного эталона можно привести прототип килограмма, хранимый Международном бюро мер и весов (г. Севр, Франция).

Размер единицы ФВ передается «сверху вниз» от более точных средств измерений к менее точным в соответствии с установленным поверочной схемой числом ступеней передачи: первичный эталон – вторичный эталон – рабочий эталон 1-го разряда – рабочий эталон 2-го разряда... – рабочее средство измерений (рис. 4.2.1.).

 

 

 

Рис. 4.2.1. Общий вид Государственной поверочной схемы (ГПС)

 

 

Размеры единиц ФВ передаются от эталонов рабочим средствам измерений, которые используются в промышленности, торговле, науке, медицине и др. Государственные эталоны являются национальным достоянием, по их характеристикам определяют уровень научного, технического и культурного развития страны.

Эталонная база России – это совокупность государственных первичных и вторичных эталонов, а также исходных для страны установок высшей точности для воспроизведения единиц физических величин, являющихся технической основой обеспечения единства измерений в стране.

Основу эталонной базы России составляют государственные первичные эталоны основных единиц – метра, килограмма, секунды, ампера, кельвина, канделы. Современная эталонная база России имеет в своем составе 118 государственных эталонов, 76 установок высшей точности и более 300 вторичных эталонов, обеспечивающих единство и требуемую точность. Она адаптирована в европейскую и международную системы обеспечения единства измерений. Результаты сличения государственных эталонов России с лучшими зарубежными эталонами подтверждают их высокую точность и правильность воспроизведения единиц.

 

ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ

Порядок передачи размера единицы физической величины от эталона к рабочему средству измерения регламентируется поверочной схемой.

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

Различают государственные и локальные поверочные схемы.

Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, имеющихся в России.

Она разрабатывается в качестве государственного стандарта, не должна противоречить международным государственным схемам. Общий вид государственной поверочной схемы приведен на рис. 4.2.1..

Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, применяемые в регионе, области, ведомстве или на отдельном предприятии.

Все локальные поверочные схемы составляются при наличии не менее двух ступеней передачи размера единицы физической величины и должны соответствовать требованиям соподчиненности, определяемым государственной поверочной схемой.

Поверочные схемы состоят из текстовой части и чертежа. Локальные поверочные схемы могут состоять только из чертежа. Они должны наглядно изображать систему передачи единиц измерений. В локальную поверочную схему должны быть включены значения физических величин или их диапазона, все средства измерений и методы их поверки, основные метрологические характеристики средств измерений.

Положения о поверочных схемах, правила расчета параметров поверочных схем и оформления чертежей изложены в ГОСТ 8.061-80 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение» и рекомендациях МИ-76 «Методика определения параметров поверочных схем».

Поверочные схемы составляются на существующие виды измерений и с развитием и совершенствованием измерений должны периодически пересматриваться. Новые поверочные схемы составляются на новые виды измерительной техники или новые области измерений.