Основы метрологии и технического регулирования

Основы метрологии и технического регулирования

 

 

Москва 2004

 

 

 

В учебном пособии рассмотрены методы и средства измерений, в основном линейных и угловых величин в маркшейдерском деле и геодезии. Материал представлен с учетом современных достижений измерительной техники. Изложение базируется на действующей нормативно - технической документации и рекомендациях международных организаций в области метрологии и технического регулирования.

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Маркшейдерское дело». Пособие будет также полезно студентам других технических специальностей, а также инженерно - техническим работникам

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Раздел I. Основы метрологии

Глава 1. Основные понятия и термины метрологии.

1.1. Физические величины

1.2. Международная система единиц

1.3. Передача размеров физических величин

1.4. Эталоны единиц системы СИ

1.5. Краткая история развития метрологии

Глава 2. Основы геодезической метрологии

2.1 Основные понятия геодезической метрологии

2.2 Виды геодезических измерений

2.3.Место и роль геодезической метрологии в производстве

2.4. Особенности метрологического обеспечения топографо-геодезических работ

2.5. Поверочные схемы для геодезических приборов

2.5.1 Понятие о поверочной схеме

2.5.2. Государственные поверочные схемы в области угловых и линейных измерений

2.5.3. Локальные поверочные схемы (ЛПС) для теодолитов

2.5.4. ЛПС для нивелиров

2.5.5. ЛПС для средств измерений длины

Глава 3. Геодезические эталоны и средства поверки

3.1. Геодезические компараторы

3.2. Геодезические полигоны и базисы

3.3. Геодезические меры длины

3.4. Метрологическое обеспечение спутниковых геодезических систем

3.5. Лабораторная работа. Составление поверочной схемы средства измерений

Раздел II.Основы технического регулирования

Глава 4. Общие положения

4.1. Сфера применения Федерального закона о техническом регулировании

4.2. Основные понятия

4.3. Принципы технического регулирования

4.4. Законодательство Российской Федерации о техническом регулировании

Глава 5 Технические регламенты

5.1. Цели принятия технического регламента

5.2 Содержание и применение технических регламентов

5.3. Виды технических регламентов

5.4. Порядок разработки технического регламента

Глава 6 Стандартизация

6.1. Цели стандартизации

6.2. Принципы стандартизации

6.3. Документы в области стандартизации. Основные стандарты

6.4. Национальный орган Российской Федерации по стандартизации, технические комитеты по стандартизации

6.5.Национальные стандарты, общероссийские классификаторы технико - экономической и социальной информации

6.6. Разработка и утверждение национальных стандартов

6.7. Стандарты организаций

6.8. Стандартизация в области геодезии и картографии

Глава 7 Подтверждение соответствия

 

7.1. Цели подтверждения соответствия

7.2. Обязательная сертификация

7.3. Аккредитация органов по сертификации и испытательных лабораторий (центров)

7.4. Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов

7.5. Информация о технических регламентах и документах по стандартизации

7.6. Приведение нормативных правовых актов в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании»

Глава 8. Технический регламент «О производстве маркшейдерских работ»

8.1. Общие положения

8.2. Общие требования к маркшейдерским работам.

8.3. Маркшейдерские работы на земной поверхности.

8.4. Маркшейдерские работы при открытом способе разработки месторождений.

8.5. Съемка открытых разработок россыпных месторождений.

8.6. Маркшейдерские работы при подземной разработке месторождений.

8.7. Маркшейдерские работы при разработке месторождений нефти и газа.

8.8. Маркшейдерские работы при строительстве горных производств.

8.9. Маркшейдерская документация.

8.10. Экспертные организации.

8.11. Оценка соответствия требованиям настоящего технического регламента.

8.12. Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований регламента.

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

На любом уровне международного Сотрудничества возникают правила,

требующие соответствия с международными и национальными нормами. Техническое регулирование и метрология стали вписываться в новые условия работы и сделали возможной интеграцию России в международное экономическое пространство. Примером тому служат условия вступления нашей страны во Всемирную торговую организацию (ВТО) и содействие Европейского Союза (ЕС) установлению новой системы технического регулирования в Российской Федерации, путем реализации, в течении 2003-05 годов] нового проекта - «Приближение технических правил и стандартов РФ к техническому законодательству стран ЕС».

Знания дисциплины важны специалистам разных профилей, в том числе геодезистам и маркшейдерам, которые по-новому могут использовать возможности и преимущества метрологии и технического регулирования в обеспечении качества геодезических и маркшейдерских работ.

Пособие состоит из двух частей. В первой части изложены сведения из метрологии, включая применяемые единицы физических величин, действующие поверочные схемы для основных видов измерений, принципы организации поверочных работ, существующие эталоны и рабочие средства измерений. Большое внимание уделено геодезической метрологии, наиболее распространенным средством линейно-угловых измерений геодезическо-маркшейдерского назначения - теодолитам, нивелирам, светодальномерам и др.

Во второй части приведены сведения по техническому регулированию, техническим регламентам, стандартизации, подтверждению соответствия, обязательной сертификации, государственному контролю за соблюдением требований технических регламентов.

Введение «Метрологии и технического регулирования» в число изучаемых дисциплин для специальностей технического профиля, в том числе специальности «Маркшейдерское дело», доказывает необходимость овладения такими знаниями современными специалистами.

 

РАЗДЕЛ I.

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

ГЛАВА I.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ МЕТРОЛОГИИ.

Физические величины

С января 2001 г. на территории России введены рекомендации РМГ 29-99, содержащие основные термины и определения в области метрологии, согласованные с международными стандартами ИСО 31(0-13) и ИСО 1000.

В соответствии с этими документами метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

В зависимости от цели различают три раздела метрологии: теоретический, законодательный и прикладной.

В теоретической (фундаментальной) метрологии разрабатываются фундаментальные основы этой науки.

Предметом законодательной метрологии является установление обязательных технических и юридических требований по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства и необходимой точности измерений.

Практическая (прикладная) метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической и положений законодательной метрологии.

Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами.

Свойство - философская категория, выражающая такую сторону объекта (явления, процесса), которая обусловливает его различие или общность с другими объектами и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство - категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины.

Величина - свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Величины можно разделить на два вида: реальные и идеальные.

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, в свою очередь, на физические и нефизические. Физическая величина (ФВ) может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, присущие общественным (нефизическим) наукам - философии, социологии, экономике и т.д.

Рекомендации РМГ 29-99 определяют физическую величину, как одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном - индивидуальное для каждого из них. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Таким образом, физические величины - это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины можно выразить количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.

Оцениваемые физические величины - величины, для которых по каким-либо причинам не может быть введена единица измерения, и они могут быть только оценены.

Размерность физической величины - количественная определенность физической величины, присущая конкретному предмету, системе, явлению или процессу.

Оценивание - операция приписывания данной физической величине определенного числа принятых для нее единиц, проведенная по установленным правилам.

Для более детального изучения физических величин их следует каким-либо образом классифицировать, выявив общие метрологические особенности отдельных групп. Одна из возможных, достаточно полных классификаций физических величин приведена на рис 1.1.

Рис. 1.1. Классификация физических величин

 

 

По видам явлений они делятся на следующие группы:

• энергетические (активные), т.е. величины, описывающие энергетические характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии; к ним относятся ток, напряжение, мощность, энергия, заряд; они могут быть преобразованы в сигналы измерительной информации без использования вспомогательных источников энергии;

• вещественные (пассивные), т.е. описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них;

• характеризующие временные процессы; к этой группе относятся различного вида спектральные и поляризационные характеристики, корреляционные функции и др.

По принадлежности к различным группам физических процессов практически все указанные физические величины делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические, магнитные, акустические, физико-химические, световые, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости от других величин данной группы физические величины могут быть основными, производными и дополнительными. В настоящее время в наиболее распространенной международной системе СИ используется семь физических величин, выбранных в качестве основных: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света и количество вещества.

По наличию размерности физические величины делятся на размерные и безразмерные.

Значение физической величины - оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Числовое значение физической величины - отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной физической величины (например, 10 м - значение длины, причем само число 10 - это и есть числовое значение).

При выбранной оценке физической величины, как объективно существующим свойством объекта в данный момент времени, ее можно охарактеризовать истинным, действительным и измеренным значениям.

Нахождение истинного значения измеряемой физической величины является главной проблемой метрологии.

Истинным значением физической величины называется значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Определить экспериментально его невозможно вследствие неизбежных погрешностей измерения. Погрешность измерения -это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

В связи с тем, что истинное значение физической величины определить невозможно, в практике измерений оперируют понятием действительного значения, степень приближения которого к первому зависит от точности измерительного средства и погрешности самих измерений.

Действительным значением физической величины называется значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него. Для действительного значения физической величины всегда можно указать границы более или менее узкой зоны, в пределах которой с заданной вероятностью находится истинное значение физической величины. Действительное значение физической величины определяют по мерам и приборам, погрешностями которых можно пренебречь по сравнению с погрешностями применяемых рабочих средств измерения.

Под измеренным значением понимается значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерения.

Важную роль в процессе измерения играют условия измерения - совокупность влияющих величин, описывающих состояние окружающей среды и средства измерений.

Влияющая физическая величина - физическая величина, непосредственно не измеряемая средством измерения, но оказывающая влияние на него или на объект измерения таким образом, что это приводит к искажению результата измерения. Например, при измерении длины влияющей величиной может быть температура, если параметры зависят от температуры.

В метрологии различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений. Нормальные условия измерений - это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные или находящиеся в пределах нормальной области значения. Нормальная область значений влияющей величины - это область значений, в пределах которой изменением результата измерений под воздействием влияющей величины можно пренебречь в соответствии с установленными нормами точности. Нормальные условия измерений задаются в нормативно-технической документации на средства измерений. Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины -область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний средства измерения. Предельные условия измерений - условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые средство измерения может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.

Постоянная физическая величина - физическая величина, размер которой по условиям измерительной задачи можно считать не изменяющимся за время, превышающее длительность измерения.

Переменная физическая величина - физическая величина, изменяющаяся по размеру в процессе измерения.

Единица физической величины - физическая величина фиксированного размера, которой по определению условно присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Она применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Единицы физических величин подразделяются на основные и производные и объединяются в соответствии с принятыми принципами в системы единиц физических величин.

Эталоны единиц системы СИ

 

Эталон - средство измерений (или комплекс СИ), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ и утвержденное в качестве эталона.

Различают следующие виды эталонов (РМГ 29-99):

• первичный - обеспечивает хранение и воспроизведение наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами) точностью;

• международный - эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами;

• государственный или национальный - это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны;

• вторичный - хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ;

• эталон сравнения - применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом;

• рабочий эталон - применяется для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Эталонная база России имеет в своем составе 114 государственных эталоном (ГЭ) и более 250 вторичных эталонов единиц физических величин. Из них 52 находится во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ, Санкт-Петербург), в том числе эталоны метра, килограмма, ампера, кельвина и радиана; 25 – во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Москва), в том числе эталон единицы времени и частоты; 13 - во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений, в том числе эталон канделы; соответственно 5 и 6 в Уральском и Сибирском научно-исследовательских институтах метрологии.

 

ГЛАВА 2

Основные понятия геодезической метрологии

 

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и требуемой точности. В свою очередь, геодезия — научная и прикладная дисциплина, занимающаяся определением фигуры и размеров Земли, изучением ее гравитационного поля, разработкой и применением методов и средств измерений на поверхности Земли, в ее недрах, на континентальном шельфе, в околоземном космическом пространстве, определением координат пунктов в единой системе, а также разработкой и реализацией методик проведения измерений, необходимых для решения разнообразных технических задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений и горных предприятий.

И в геодезии, и в метрологии используются много общих принципов, главный из которых связан с необходимостью обеспечения единства измерений. При этом под единством измерений понимается такое состояние измерений, при котором их результаты выражаются в узаконенных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Одна из главных задач измерений в процессе производства геодезических и маркшейдерских работ состоит не только в получении результата измерений, но и в оценке его достоверности. Этой задаче подчинена технология геодезических работ, обязательным условием построения которой является наличие избыточных измерений, обеспечивающих не только контроль работ, но и возможность количественной оценки их качества и надежности.

Часть геодезии, которая занимается рассмотрением комплекса научных, организационных, технических, нормативных и методических вопросов, необходимых для обеспечения единства и требуемой точности измерений, обозначают понятием «геодезическая метрология». Важнейшими составными элементами этого понятия являются: геодезические измерения, метод геодезических измерений, средство геодезических измерений, погрешность геодезических измерений, точность геодезических измерений. Напомним, что в метрологии под измерением подразумевается действие, связанное с нахождением значения физической вели­чины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Под методом геодезических измерений понимается совокупность приемов использования технологических принципов и технических средств измерений. В свою очередь, средство геодезических измерений – это техническое средство (прибор, мера, установка, система), предназначенное для выполнения измерений в геодезическом производстве.

Существенными признаками геодезических измерений являются элементы: единство геодезических измерений, единообразие средств геодезических измерений, геодезическая величина.

В качестве геодезических величин выступают физические величины, значения которых определяют в результате производства геодезических измерений, а именно: длина линии (стороны), горизонтальный угол, вертикальный угол (зенитное расстояние), угол наклона, азимут, превышение, высота (отметка), координаты (приращения координат) пункта. При этом под результатом геодезических измерений понимается совокупность данных измерений, полученных после их завершения, последующей математической обработки и оформления в виде конечной или промежуточной продукции (информации).

Единообразие средств геодезических измерений заключается в том, чтобы их метрологические параметры (характеристики) соответствовали установленным нормам, регламентированным в нормативных документах. Это состояние обеспечивается через процедуры метрологического контроля.

Для достижения единства геодезических измерений необходимо обеспечить получение их результатов в узаконенных единицах геодезических величин с заданной точностью, применяя поверенные средства геодезических измерений (СИ-Г) и аттестованные методики выполнения геодезических измерений (МВИ).

В своем постоянном развитии геодезическая метрология опирается, прежде всего, на геодезию как научную и прикладную дисциплину и основы метрологии, а также на достижения математики, физики, астрономии, механики, радиоэлектроники, гравиметрии, оптики, метеорологии и других научных дисциплин. Главная цель геодезической метрологии – метрологическое обеспечение топографо-геодезических и маркшейдерских работ. Развитие метрологического обеспечения геодезических измерений происходит на основе комплексного решения ряда научно-технических задач.

На современном этапе развития геодезии к основным задачам геодезической метрологии следует отнести:

совершенствование технологии передачи размеров единиц геодезических величин от рабочих эталонов к рабочим средствам геодезических измерений;

разработку и внедрение в поверочную практику современных контрольно-измерительных средств и поверочного оборудования;

формирование и совершенствование нормативной базы метрологического обеспечения производства;

хранение и поддержание в состоянии метрологической готовности эталонов и всех применяемых рабочих СИ;

разработку и внедрение средств геодезических измерений на уровне современных требований;

разработку и метрологическую аттестацию МВИ геодезического назначения;

разработку совершенных методик поверки СИ-Г.

Термин «геодезическая метрология», был известен давно и употреблялся специалистами для обозначения проблематики, связанной с исследованием измерительных качеств геодезических приборов.

 

 

Понятие о поверочной схеме

 

Поверочной схемой принято называть нормативный документ, устанавливающий порядок и методы передачи размеров единиц физических величин от эталонов рабочим средствам измерений. По области применения поверочные схемы подразделяются на государственные, которые действуют в масштабе всей страны, и на локальные, предназначенные для применения в масштабе отрасли или отдельного предприятия. В зависимости от назначения поверочные схемы классифицируются по видам измерений: например, поверочная схема для средств измерения плоского угла или поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне до 1 м.

 

ЛПС для нивелиров

Поскольку измерения высот (превышений) относятся к линейным измерениям, выполняемым с помощью нивелиров в вертикальной плоскости, то их единицей служит метр и его дольные единицы.

Нивелиры выпускаются в соответствии с ГОСТ 10528. Локальная поверочная схема для нивелиров всех видов и типов включена в РД 68-8.17, утвержденный Роскартографией.

ЛПС для нивелиров содержит 4 ступени, ориентированные на обслуживание нивелиров с различными погрешностями — от 0,5 до 10 мм на 1 км двойного нивелирного хода.

Во главе ЛПС стоит исходный эталон (ИЭ), в качестве которого принят высотный стенд, обеспечивающий воспроизведение единицы превышения с СКП не более 0,2 мм. Поверка высотного стенда осуществляется органами ГМС по методике, изложенной в инструкции по эксплуатации (раздел «Методы и средства поверки»).

Методом прямых измерений превышений на высотном стенде осуществляется поверка рабочего эталона (РЭ) 1-го разряда — высокоточного нивелира типа Н-05 или Н-05К, обеспечивающего измерение превышений с СКП не более 0,5 мм на 1 км двойного нивелирного хода. Методика работы на высотном стенде описана в ГОСТ 10528. Поверку высокоточного нивелира можно также выполнить путем проложения замкнутого нивелирного хода так, чтобы общая длина ходов была не менее 6—8 км.

В качестве РЭ 2-го разряда используется нивелирный полигон с периметром L >= 6/8 км или эталонный ход длиной 1 км, который может быть измерен n раз поверяемым прибором. Поверка нивелирного полигона производится методом прямых измерений высокоточным нивелиром с погрешностью не более 1,5 мм на 1 км двойного хода.

Рабочие средства измерений (РСИ) в ЛПС представлены высокоточными, точными и техническими нивелирами, инструментальные погрешности которых установлены в соответствии с ГОСТ 23543 и ГОСТ 10528. Преимущественное распространение в нивелирных работах получили нивелиры с горизонтальным лучом визирования. В качестве устройств для стабилизации визирной оси в них применяются пузырьковые уровни и оптико-механические компенсаторы.

 

 

В последние годы в целях автоматизации процесса считывания информации по рейке получили развитие электронные нивелиры (с цифровым отсчетом).

Среди основных методов поверки нивелиров нашли применение метод прямых измерений, а также независимая поверка с использованием замкнутых полигонов или высотного стенда (для высокоточных нивелиров). Методика поверки нивелиров различных типов излагается в эксплуатационной документации.

 

 

ГЛАВА 3.

Геодезические компараторы

Поверочная установка, предназначенная для определения длины геодезической меры путем ее сличения с эталонной мерой длины, называется геодезическим компаратором. Существование подобных поверочных средств дало название методу поверки — сличению при помощи компаратора. Существование подобных поверочных средств дало название методу поверки — сличению при помощи компаратора. Известны несколько типов геодезических компараторов, в основу действия которых положены разные физические принципы, в связи с чем они могут быть подразделены на механические, оптико-механические, интерференционные.

Основными частями компаратора оптико-механического типа являются: полотно компаратора (основание); по нему перемещается по рельсам вдоль базиса компаратора тележка, несущая эталонную меру; столбы (опоры), на которых покоятся микроскопы для отсчитывания по шкалам мер, должны надежно изолироваться от пола помещения, по которому передвигаются во время работы наблюдатели. На компараторах, предназначенных для определения длины проволок и штриховых ленточных мер, предусматривается устройство для постоянного натяжения меры. Длина базиса компаратора измеряется последовательным суммированием длин отрезков между парой смежных микроскопов при перемещении тележки с мерой по рельсовому пути.

В механических компараторах рельсовый путь отсутствует, а вместо микроскопов применяются простейшие отсчетные приспособления — индексы либо лупы с индексом.

Основным элементом любого компаратора является эталонная мера длины (по Красовскому — нормальная мера).

Многолетними исследованиями и опытом применения рабочих мер в компараторах установлено, что на длину меры оказывают влияние следующие факторы: изменения длины под влиянием нестабильности молекулярного строения материала, из которого изготовлена мера; случайные изменения длины в результате резких колебаний температуры и механических воздействий (тряски, толчков); температурные изменения, связанные с ходом температуры в рабочем пространстве (в том числе и температурные последействия). Поскольку эталонные меры хранятся и применяются в особо благоприятных условиях, позволяющих ограничить вредно влияющие факторы, то наиболее вероятной причиной может быть изменение их длины под влиянием хода температуры в рабочем пространстве.

Известными примерами компараторов из геодезической практики служат оптико-механический компаратор МИИГАиК, малый компаратор ЦНИИГАиК, выпускаемый ЭОМЗ под шифром МК-1, и механический линейный компаратор Л К-1, разработанный специалистами ЦНИИГАиК и ЭОМЗ для поверки рулеток.

Приведем основные технические характеристики указанных типов геодезических компараторов.

Стационарный оптико-механический компаратор МИИГАиК был построен в 1926 г. под руководством проф. Ф.Н.Красовского. Компаратор расположен в полуподвальном помещении с массивными стенами, вдоль одной из которых установлены девять столбов, покоящихся на изолированном от пола фундаменте. На столбах укреплены микроскопы так, чтобы расстояние между ними составляло 3 м и их оптические оси находились в одном створе по линии базиса компаратора. Под микроскопами по рельсам, находящимся на столбах, в тележке передвигается 3-метровый геодезический жезл. Микроскопы снабжены винтовыми микрометрами с барабаном по 100 делений, цена одного деления равна 1 мкм. Инварные проволоки при их компарировании подвешивают на блоках, укрепленных в кронштейнах. Натяжение проволок осуществляется теми же гирями 10 кг, которые используются для работы в полевых условиях. Перед измерением длины проволок компаратор юстируют, после чего определяют цену деления барабанов микроскоп-микрометров. Процесс компарирования проволок включает до 6-ти приемов измерений, выполняемых в течение нескольких дней.

 

Наименование, характеристики	Компаратор
МИИГАиК	МК-1	ЛК-1
Длина базиса, м
Длина эталонной меры, м
Шаг компарирования, м			0,001 ±10
Тип отсчетного приспособления	микроскоп-микрометр	микроскоп-микрометр	Лупа с индексом
Количество отсчет-ных приспособлений
Цена деления шкалы микроскопа, мкм			-
Масса груза для натяжения рабочей меры, кг		-
СКП компарирова-ния рабочей меры, мм	0,010-0,015	0,030	0,3

 

 

Отдельный прием состоит из следующих этапов: измерения длины компаратора эталонной мерой в прямом и обратном ходах; измерения длины компаратора проволоками в прямом ходе; измерения проволоками в обратном ходе; повторного измерения длины компаратора эталонной мерой. С помощью компаратора МИИГАиК выполнен большой объем поверочных работ для инварных проволок любой длины от 1 до 24 м инварных реек.

Для высокоточных измерений находят применение интерференционные компараторы, принцип действия которых основан на физическом явлении интерференции световых волн. При этом компарирование меры можно произвести либо путем непосредственного сличения с длиной волны излучения, используемого в интерферометре, либо сличением с эталонной мерой, длина которой определяется интерференционным методом.

Интерференционные компараторы позволяют определять длину рабочих мер и в полевых условиях, что наряду с повышением точности за счет использования когерентной структуры излучения дает преимущество, связанное с оценкой реальной длины меры непосредственно в тех условиях, при которых применяют рабочую меру. Кроме того, в конструкции интерференционного компаратора можно предусмотреть автоматизацию процедур отсчитываиия по мерам и обработки результатов.

Полевой интерференционный компаратор (ПИК) для инварных проволок, разработанный советскими учеными И.О.Шварцем и Г.В.Варлихом и затем усовершенствованный под шифром ПИК-2 в 1948 г. Г.Г.Гордоном и В.М.Назаровым (ЦНИИГАиК), позволяет оце­нивать длину инварных 24-метровых проволок с погрешностью не более 1 мкм. Работа компаратора основана на принципе интерференции белого света, получаемой при многократном отражении от зеркал, что создает эффект оптического умножения, позволяющий по малой исходной мере получить увеличение длины. В ПИК-2 исходная мера в 1,2 м в два этапа доводилась до 24 м.

Погрешность измерений базиса длиной 864 м, выполненных в 50-х гг. финским геодезистом И.Вяйселе, оказалась на уровне 1*10^-7. На интерферометре Вяйселе исходная мера 1 м увеличивается оптическим путем до 6 м, полученная длина повторно умножается на 4 и доводится до 24 м.

В качестве геодезического компаратора может служить полевой линейный базис, закрепленный пунктами, стабильность которых сохраняется в процессе сличения поверяемого СИ с выбранной эталонной мерой.

Геодезические меры длины

Среди геодезических мер длины прежде всего следует указать на геодезические жезлы и штриховые меры IV типа, известные среди специалистов как контрольные (или женевские) линейки. Эти меры применяются как геодезические эталоны при поверке средств линейных измерений.

Характерной особенностью геодезических эталонных мер является то, что в целях повышения их стабильности при воздействии факторов внешней среды для их изготовления используются особые материалы — кварц, инвар, суперинвар, платинит. Как известно, инвар — сплав, состоящий на 36 % из никеля и на 64 % из стали: платинит — сплав, содержащий 42 % никеля и 58 % стали.

К эталонным мерам длины, следующим по точности за метрами-прототипами, относятся метровые и трехметровые инварные и платинитовые жезлы, обслуживающие оптико-механические компараторы. Особого внимания заслуживают 3-метровый платинитовый жезл № 15, находящийся во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 3-метровый инварный жезл №14 Санкт-Петербургского компаратора Военно-топографического управления и 3-метровый инварный жезл №541 компаратора МИИГАиК. Все эти жезлы хорошо изучены в процессе многолетней измерительной практики и постоянно сравниваются с эталонным метром №28 ВНИИМ (через жезл №15).

Перечисленные жезлы имеют Н-образное сечение, вписанное в квадрат со стороной 36 мм. Вдоль рабочей грани жезла нанесены две параллельные линии в виде биссектора на отстоянии 0,2 мм друг от друга. На концах жезла перпендикулярно к оси нанесены по 11 штрихов через 0,2 мм. Расстояние вдоль оси биссектора между отметками «О» и «3» является фактической длиной жезла. Температура жезла определяется с помощью двух термометров с ценой деления 0,2 ºС, расположенных на нейтральной поверхности жезла на удалении 1/4 длины от его концов.